BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Di dalam perut bumi ternyata banyak sekali mengandung zat-zat yang berguna untuk keperluan hidup kita sehari-hari, misalnya minyak tanah, bensin, solar dan lainlainnya yang disebut minyak bumi. Di samping itu juga terdapat unsur-unsur kimia yang berguna bagi manusia seperti bijih besi, nikel, tembaga, uranium, titanium, timah dan masih banyak lagi, beserta mineral dan batu-batuan. Salah satu zat yang terdapat di dalam bumi yang sangat berguna bagi manusia ialah air dengan rumus kimianya H2O, sebab tanpa air manusia sukar sekali mempertahankan kehidupannya. Mineral adalah suatu bahan yang banyak terdapat di dalam bumi, yang mempunyai bentuk dan ciri-ciri khusus serta mempunyai susunan kimia yang tetap. Sedangkan batubatuan merupakan gabungan antara dua macam atau lebih mineral-mineral dan tidak mempunyai susunan kimia yang tetap. Bijih ialah mineral atau batu-batuan yang mengandung satu macam atau beberapa macam logam dalam prosentase yang cukup banyak untuk dijadikan bahan tambang. Banyaknya logam yang terkandung dalam bijih itu berbeda-beda. Logam dalam keadaan murni jarang sekali terdapat di dalam bumi, kebanyakan merupakan senyawa-senyawa oksida, sulfida, karbonat, dan sulfat yang merupakan bijih logam yang perlu diproses menjadi bahan logam yang bermanfaat bagi manusia. Besi dan baja merupakan logam yang banyak sumbangannya bagi perkembangan kebudayaan manusia. Hal ini disebabkan karena : - Jumlahnya yang cukup melimpah - Memiliki sifat mekanik yang menarik - Mudah dikerjakan dengan forming maupun dengan machining - Harganya relative murah - Dan lain-lain.
Pemanfaatanya besi dipergunakan dalam keadaan paduan bukan dalam keadaan murni. Paduan besi umumnya dengan karbon, yang dikenal sebagai baja dan besi tuang. Besi dan baja tuang bukan hanya berbeda kadar karbonnya tetapi juga berbeda struktur mikronya dan berbeda sifatnya.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan uraian tersebut permasalahan dalam makalah ini adalah: 1. Apa yang dimaksud dengan besi dan baja? 2. Apa saja jenis-jenis besi dan baja? 3. Bahan-bahan apa saja yang diperlukan dalam pengolahan besi dan baja? 4. Bagaimana teknik pengolahan besi dan baja dalam industri? 5. Bagaimana dampak dari industri pengolahan besi dan baja?
1.3 Tujuan Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah: 1. Menjelaskan definisi besi dan baja. 2. Menjelaskan jenis-jenis besi dan baja. 3. Mengidentifikasikan bahan-bahan yang diperlukan dalam pengolahan besi dan baja. 4. Menjelaskan teknik pengolahan besi dan baja dalam industri. 5. Menjelaskan dampak dari industri pengolahan besi dan baja.
1.4 Metode Penulisan Untuk mendapatkan data dan informasi yang diperlukan, penulis menggunakan metode kepustakaan atau studi pustaka. Tidak hanya itu, kami juga mencari bahan-bahan yang berkaitan dari media massa elektronik yaitu internet.
BAB II ISI 2.1 Definisi Besi dan Baja Besi adalah unsur dalam tabel periodik yang mempunyai simbol Fe dan nomor atom 26. Besi adalah logam transisi yang paling banyak dipakai karena relatif melimpah di alam dan mudah diolah. Besi (Fe) merupakan salah satu logam yang mempunyai peranan yang sangat besar dalam kehidupan manusia, terlebih-lebih di zaman modern seperti sekarang. Kelimpahan besi sangat besar, 50.000 ppm atau 5% dan merupakan jenis logam terbanyak kedua di kulit bumi. Karena kelimpahannya yang sangat besar itulah maka besi banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan industri konstruksi. Besi berada dalam bentuk senyawanya, terutama sebagai bijih besi, yang mengandung Fe2O3 (hematite) yang dikotori oleh pasir (SiO2) sekitar 10 %, serta sedikit senyawa sulfur, posfor, aluminium dan mangan, 2 Fe2O3.3 H2O (limonit), Fe3O4 (magnetik), FeCO3(siderit), dan FeS2 (pirit). Bijih besi merupakan bahan baku dalam pembuatan besi. Bijih besi dapat diolah menjadi besi kasar. Besi kasar adalah bahan baku untuk pembuatan besi cor (cast iron), besi tempa (wrought iron), dan baja (steel). Besi cor adalah logam paduan antara besi dan karbon yang kadarnya 1,7% sampai 3,5%. Besi tempa adalah baja yang mempunyai kadar karbon rendah. Baja dapat didefinisikan suatu campuran dari besi dan karbon dimana unsur karbon (C) menjadi dasar campurannya. Di samping itu, mengandung unsur campuran lainnya seperti sulfur (S), posfor (P), silikon (Si), dan mangan (Mn) yang jumlahnya dibatasi. Kandungan karbon di dalam baja sekitar 0,1 - 1,7% sedangkan unsur lainnya dibatasi persentasenya.
2.2 Jenis-jenis Besi dan Baja Berdasarkan kadar karbon dan unsur-unsur lain yang terdapat di dalamnya, besi dapat dibedakan menjadi: 1. Besi Tuang, yaitu besi yang dihasilkan dari tanur tinggi. Sifat besi tuang antara lain:
a. Mengandung 3-6% karbon serta sejumlah kecil silikon, mangan , fosfor, dan belerang. b. Sangat keras tetapi rapuh. c. Tidak dapat ditempa d. Titik leleh rendah. Berdasarkan sifat ini, besi tuang mudah digunakan pada alat-alat yang dibuat dengan cetakan, seperti kaki mesin jahit, setrika, lumpang besi , dan sebagainya. Karena titik lelehnya rendah maka mudah dicairkan dan dituangkan ke dalam cetakan.
2. Baja Sifat baja antara lain: a. mengandung 0,1 - 1,7% karbon. b. keras tetapi dapat ditempa c. tahan korosi
3. Besi Tempa Sifat besi tempa, antara lain: a. mengandung kurang dari 0,5% karbon. b. kurang keras dan mudah ditempa. Jenis besi ini banyak digunakan sebagai bahan baku untuk produk paku, kawat.
Baja adalah besi yang mengandung 0,1%- 1,7% karbon. Sifat baja tergantung pada jumlah karbon yang dikandungnya. Berdasarkan kandungan karbon, jenis baja dibagi menjadi : 1. Baja Karbon Rendah Baja ini disebut baja ringan (mild steel) atau baja perkakas. Baja karbon rendah bukan baja yang keras karena kandungan karbonnya rendah yaitu kurang
dari 0,3%. Baja ini dapat dijadikan mur, baut, ulir sekrup, peralatan senjata, batang tarik, dan sebagainya. 2. Baja Karbon Sedang Baja ini mengandung 0,3 - 0,6% karbon dan kandungan karbonnya memungkinkan baja untuk dikeraskan sebagian dengan pengerjaan panas (heat treatment) yang sesuai. Proses pengerjaan panas menaikkan kekuatan baja dengan cara digiling. Baja ini digunakan untuk membuat peralatan mesin, seperti roda gigi otomotif, poros bubungan, rel, alat angkat presisi, dan sebagainya. 3. Baja karbon Tinggi Baja karbon tinggi mengandung 0,6 - 1,5% karbon dan memiliki sifat keras dan kaku. Baja ini dibuat dengan cara digiling panas. Pembentukan baja ini dilakukan dengan cara menggerinda permukaannya, misalnya batang bor dan batang datar. Apabila baja ini digunakan untuk bahan produksi maka harus dikerjakan dalam keadaan panas dan digunakan untuk peralatan mesin-mesin berat, batang-batang pengontrol, alat-alat tangan seperti palu, obeng, tang, kunci mur, pegas kumparan, dan sejumlah peralatan pertanian.
Di samping itu, untuk memperoleh efek khusus pada baja, maka baja dicampur dengan logam-logam transisi yang sesuai dengan sifat, kualitas dan kegunaan tertentu. Pencampuran dilakukan dengan hati-hati dan teliti untuk mendapatkan komposisi campuran yang memenuhi sifat yang diinginkan. Jenis baja ini disebut baja alloy atau baja paduan. Berdasarkan komposisi dan jenis logam transisi yang dicampurkan, baja dibagi menjadi: 1. Stainless steel Stainless steel merupakan baja tahan karat mengandung Cr 19%, Ni 9%, dan Fe 72%.
2. Baja krom Baja ini merupakan baja yang tahan karat, tahan panas, dan mengandung 12%18% Cr. 3. Baja nikel Baja ini mengandung 0,3% C, 3% Ni, dan 0,6% Mn serta mempunyai kekuatan dan kekerasan yang baik. 4. Baja dengan mangan rendah Baja ini mengandung 0,35% C dan 1,5% Mn dan baja ini termasuk baja murah tetapi kekuatannya baik.
2.3 Bahan- bahan yang diperlukan dalam Pengolahan Besi dan Baja a. Besi Besi itu sendiri biasanya ditemukan dalam bentuk magnetit (Fe3O4), hematit (Fe2O3), goethite (FeO (OH), limonit (FeO (OH) dan (H2O). Atau siderite (FeCO3). Bijih membawa jumlah yang sangat tinggi dari hematite atau magnetit (lebih besar dari besi ~ 60%) yang dikenal sebagai "bijih alami". 1. Biji besi Biji besi yang digunakan terutama dalam bentuk hematite, geotit, dan magnetic. yang umum digunakan, yaitu:
Bijih Besi Primer Umumnya berupa bijih hematite (Fe2O3) atau magnetite (Fe3O4) atau campuran diantara keduanya. Kandungan Fe nya bervariasi (tinggi dan rendah). Jenis bijih besi primer ini merupakan bahan baku utama untuk memproduksi besi dunia. Di Indonesia, bijih besi primer ada di Aceh, Sumbar, Bengkulu, Lampung, Kalbar, Kalsel.
Bijih Besi Laterit Jenis batuan ini berupa goethite dan limonite. Kadar Fe sekitar 40-58% karena mengandung air kristal. Di Indonesia, terdapat di Pulau Sebuku, Gunung Kukusan (Kalsel), Pomala, Halmahera, dll.
Pasir Besi Jenis batuannya adalah Titanomagnetite dan bersifat magnet kuat. Kandungan Fe sekitar 59%. Pengolahan bijih sampai menjadi besi baja secara komersial sudah dilakukan di New Zealand dan China.
2. Kokas Kokas sebagai zat pereduksi. Kokas sebagai sumber karbon berkadar tinggi, dibuat dari pemanasan batu bara didalam oven kedap udara. Hasil sampingan pembuatan kokas ini adalah gas bakar yang dapat digunakan kembali sebagai bahan bakar untuk pemanasan oven dan pemanasan awal tanur tinggi. Hasil samping lainnya adalah benzen, tar, toluen, naftalen, dan ammonium sulfat. 3. Batu kapur (Lime stone) Reaksi kimia: CaCO3 ↔ CaO + CO CaO berfungsi sebagai fluks pembentuk slag (pengotor) danmengikat unsur-unsur pengotor seperti SiO, MnO, S, dan P. Lapisan fluks (slag) ini juga melindungi baja cair dari oksidasilangsung dengan udara. Penambahan lime stone dapat di lakukan bersamaan dengan bahan baku logam. Batu kapur yang ideal memiliki kandungan CaCO3 sebesar 95% dengan kandungan S<0,10%, porositas 1 ~ 5 dan ukuran 12,5 cm3. Batu kapur (CaCO3 ), digunakan sebagai bahan untuk mengikat silika pada reaksi dalam tanur tinggi. Hasilnya adalah kalsium silikat (CaSiO3 ), yang menjadi ampas buangan kerak tanur tinggi. 4. Grafit Grafit digunakan sebagai pengatur kadar karbon dan sebagai agen foamy slag agent proses untuk meningkatkan perolehan baja cair.Pada pengaturan komposisi Karbon dalam baja, di gunakan Coke Breze dan pada potongan elektroda yang larut. Cara lain adalah dengan injeksi grafit melalui mesin Blomat injector. 5. Udara Udara dipanaskan, ditiupkan dari bagian bawah tanur tinggi untuk membakar karbon menjadi gas CO2 yang selanjutnya bereaksi lagi dengan karbon membentuk gas
CO, yang nantinya akan mereduksi oksida besi. Rata-rata untuk menghasilkan 1 ton besi, diperlukan bahan baku 2 ton biji besi, 1 ton kokas, 0.3 ton kapur, dan 4 ton udara.
b. Baja Baja dicampur dengan logam-logam transisi yang sesuai dengan sifat, kualitas dan kegunaan tertentu. Pencampuran dilakukan dengan hati-hati dan teliti untuk mendapatkan komposisi campuran yang memenuhi sifat yang diinginkan. Jenis baja ini disebut baja alloy atau campuran. Efek khusus logam transisi yang dicampurkan pada baja , antara lain: a. Ferro Alloy Ferro Alloy adalah unsur-unsur campuran yang mempengaruhi sifat dimana penggunaan harus dibatasi. Unsur-unsur tambahan logam tersebut antara lain : 1) Silikon (Si) : fungsi logam ini adalah agenutama dalam proses peleburan dimana silikon yang bersifat sebagai deoksidizer untuk baja killed atau semi killed digunakan untuk menambah kekuatan dan kekerasan juga sifat listriknya, penggunaan khusus untuk baja transformator. 2) Mangan (Mg): fungsi logam ini adalahsebagai deoksidizer, lebih lemah dibandingkan Si, manganditambahkan untuk kekuatan dan kekerasan, biasanya baja yangdigunakan untuk konstruksi. 3) Vanadium (Va): fungsi logam ini sebagaideoksidizer kuat. Kegunaan vanadium ini menambah kekutan plastis dan tahan terhadap gaya tekan untuk pembuatan bajastruktur tool dan spring. 4) Alumunium (Al): deoksidizer yang sangat efektif digunakan untuk baja killed. 5) Nikel (Ni) : sebagai tambahan pembuatan bajastainless. 6) Molibdenum (Mo) : digunakan untuk memperbaikisifat mekanis, digunakan untuk gear dan rool. 7) Tembaga (Cu) : ditambahkan untuk menahankorosi.
8) Karbon (Ca) : untuk mereduksi slag dan sebagaideoksidizer dibawah kondisis vakum. 9) Titanium (Ti) : diambahkan pada komposisi baja biasa akan menghasilkan baja dengan kekerasan yang lebihtinggi.
b. Fluks Digunakan untuk mendapatkan baja yang lebih bersih. Senyawa fluks antara lain: 1) Cacl CaCO :Membentuk slag yang mengikat segala kotoran, abu sisa pembakaran serta menahan busur listrik yang berada didapur agar tidak merusak batu tahan api (refractory). 2) CaF2 : digunakan sebagaimengencerkan slag.c) 3) CaSi : digunakan sebagaideoksidizer.3.
c. Non Ferro Alloy Bahan campuran yang tidak mengandung besi dan karbon, sebagai unsur dasarnya adalah grafit.
2.4 Teknik Pengolahan Besi dan Baja dalam Industri a. Teknik Pengolahan Besi Tempat Pengolahan Besi ( Tanur Sembur ). Proses pengolahan bijih besi untuk menghasilkan logam besi dilakukan dalam tanur sembur (blast furnace). Tanur sembur berbentuk menara silinder dari besi atau baja dengan tinggi sekitar 30 meter dan diameter bagian perut sekitar delapan meter. Karena tingginya alat tersebut, alat ini sering juga disebut sebagai tanur tinggi. Bagian – bagian dari tanur tinggi adalah sebagai berikut:
1) Bagian puncak yang disebut dengan Hopper, dirancang sedemikian rupa, sehingga bahan – bahan yang akan diolah dapat dimasukkan dan ditambahkan setiap saat.
2) Bagian bawah puncak, mempunyai lubang untuk mengeluarkan hasil – hasil yang berupa gas. 3) Bagian atas dari dasar (kurang lebih 3 meter dari dasar), terdapat pipa – pipa yang dihubungkan dengan empat buah tungku dimana udara dipanaskan (sampai suhunya kurang lebih 1.100° C). udara panas ini disemburkan ke dalam tanur melalui pipa – pipa tersebut. 4) Bagian dasar tanur, mempunyai dua lubang yang masing – masing digunakan untuk mengeluarkan besi cair sebagai hasil utama dan terak (slag) sebagai hasil samping.
Gambar Tanur Tinggi:
Proses Pengolahan Besi Secara umum proses pengolahan besi dari bijihnya dapat berlangsung dengan urutan sebagai berikut: 1. Bahan – bahan dimasukkan ke dalam tanur melalui bagian puncak tanur. Bahan – bahan ini berupa:
a) Bahan utama yaitu bijih besi yang berupa hematit (Fe2O3 ) yang bercampur dengan pasir (SiO2) dan oksida – oksida asam yang lain (P2O5 dan Al2O3). Batuan – batuan ini yang akan direduksi. b) Bahan – bahan pereduksi yang berupa kokas (karbon). c) Bahan tambahan yang berupa batu kapur (CaCO3) yang berfungsi untuk mengikat zat – zat pengotor. 2. Udara panas dimasukkan di bagian bawah tanur sehingga menyebabkan kokas terbakar. C(s) + O2(g) CO2(g) H = - 394 kJ Reaksi ini sangat eksoterm (menghasilkan panas), akibatnya panas yang dibebaskan akan menaikkan suhu bagian bawah tanur sampai mencapai 1.900° C. 3. Gas CO2 yang terbentu kemudian naik melalui lapisan kokas yang panas dan bereaksi dengannya lagi membentuk gas CO. CO2(g) + C(s) 2CO(g) H = +173 kJ Reaksi kali ini berjalan endoterm (memerlukan panas) sehingga suhu tanur pada bagian itu menjadi sekitar 1.300° C. 4. Gas CO yang terbentuk dan kokas yang ada siap mereduksi bijih besi (Fe2O3). Reaksi ini dapat berlangsung dalam beberapa tahap, yaitu: a) Pada bagian atas tanur, Fe2O3 direduksi menjadi Fe3O4 pada suhu 500° C. 3Fe2O3(s) + CO(g) 2 Fe3O4(s) + CO2(g) b) Pada bagian yang lebih rendah, Fe3O4 yang terbentuk akan direduksi menjadi FeO pada suhu 850° C. Fe3O4(s) + CO(g) 3 FeO(s) + CO2(g) c) Pada bagian yang lebih bawah lagi, FeO yang terbentuk akan direduksi menjadi logam besi pada suhu 1.000° C. FeO(s) + CO(g) Fe(l) + CO2(g) 5. Besi cair yang terbentuk akan mengalir ke bawah dan mengalir di dasar tanur.
6. Sementara itu, di bagian tengah tanur yang bersuhu tinggi menyebabkan batu kapur terurai menurut reaksi: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) 7. Kemudian di dasar tanur CaO akan bereaksi dengan pengotor dan membentuk terak (slag) yang berupa cairan kental. Reaksinya sebagai berikut: CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3(l) 3 CaO(s) + P2O5(g) Ca3(PO4)2(l) CaO(s) + Al2O3(g) Ca(AlO2)2(l) 8. Selanjutnya, besi cair turun ke dasar tanur sedangkan terak (slag) yang memiliki massa jenis lebih rendah daripaba besi cair akan mengapung di permukaan dan keluar pada saluran tersendiri. Hasil Pengolahan Besi: 1.Besi Kasar (pig iron) atau Besi Gubal Besi cair yang keluar dari dasar tanur disebut dengan besi kasar (pig iron). Besi kasar mengandung 95% besi, 34% karbon, sisanya berupa fosfor, silikon dan mangan. 2.Besi Tuang (cast iron) atau Besi Cor Jika pig iron dibuat menjadi bentuk cetakan maka disebut besi tuang atau besi cor. 3.Besi Tempa (wrought iron) Besi tempam mengandung kadar karbon yang cukup rendah (0,05 – 0,2%). Besi tempa ini cukup lunak untuk dijadikan berbagai perlatan seperti sepatu kuda, roda besi, baut, mur, golok, cangkul dan lain sebagainya. Reaksi-reaksi yang terjadi saat pengolahan besi:
b. Teknik Pengolahan Baja Proses pembuatan baja dapat dilakukan berdasarkan proses asam dan basa yang berhubungan dengan sifat kimia yang menghasilkan terak dari lapisan dapur. Proses asam digunakan untuk memurnikan besi kasar yang persentasenya rendah dalam fosfor dan sulfur. Besi kasar ini dihasilkan dari bijih besi yang kaya silikon yang akan menghasilkan terak asam. Lapisan dapur dibangun dari batu silika (SiO3) dan mempunyai sifat yang sama dengan terak, sehingga mencegah reaksi antara unsur fosfor dengan lapisan dapur. Proses basa digunakan untuk memurnikan besi kasar yang kaya fosfor. Untsur itu hanya dapat dikeluarkan apabila digunakan sejumlah besar dari batu kapur selama berlangsung pross pemurnian, sehingga akan menghasilkan terak. Lapisan dapur harus dapat terbuat dari batu kapur untuk mencegah reaksi antara lapisan dapur dengan unsur silikon. Untuk membuat baja, maka “pig iron” atau besi tuang yang dihasilkan dari tanur tinggi, harus dimurnikan terlebih dahulu untuk menurunkan kadar karbonnya (dari 5% diturunkan sampai di bawah 1.5 %), dan untuk menghilangkan bahan/unsur lain yang mengotori besi (belerang, fosfor, silikon dan sebagainya) dilakukan pemurnian melalui berbagai metode, yaitu: a.
Proses Menggunakan Konvertor 1) Proses Bassemer 2) Proses Thomas 3) Proses Siemens Martin
b.
Proses Dapur Listrik 1) Dapur busur cahaya 2) Dapur induksi
Gambar Diagram Pembuatan Baja (Sumber : Hari Amanto & Daryanto, 1999).
a. Proses Menggunakan Konvertor Konvertor terbuat dari pelat baja dengan mulut terbuka (untuk memasukkan bahan baku dan mengeluarkan cairan logam) serta dilapisi batu tahan api. Konverter diikatkan pada suatu tap yang dapat berputar sehingga konvertor dapat digerakkan pada posisi horizontal untuk memasukkan dan mengeluarkan bahan yang diproses dan pada posisi vertikal untuk pengembusan selama proses berlangsung. Konvertor ini dilengkapi dengan pipa yang berlubang kecil (diameternya sekitar 15-17 mm) dalam jumlah yang banyak (sekitar 120-150 buah pipa) yang terletak pada bagian bawah konvertor. Sewaktu proses berlangsung udara dihembuskan ke dalam konvertor melalui pipa saluran dengan tekanan sekitar 1,4 kg/cm2 dan langsung dihembuskan ke cairan untuk mengoksidasikan unsur yang tidak murni dan karbon. Kandungan karbon terakhir dioksidasi dengan penambahan besi kasar yang kaya akan mangan, seterusnya baja cair dituangkan ke dalam panci-panci dan dipadatkan menjadi batang-batang cetakan. Kapasitas konvertor sekitar 25-60 ton dan setiap proses memerlukan waktu 25 menit. Proses pembuatan baja yang menggunakan konvertor adalah sebagai berikut. 1) Proses Bassemer Proses Bessemer adalah suatu proses pembuatan baja yang dilakukan di dalam konvertor yang mempunyai lapisan batu tahan api dari kuarsa asam atau oksida asam (SiO2), sehingga proses ini disebut “Proses Asam”. Besi kasar yang diolah dalam konvertor ini adalah besi kasar kelabu yang kaya akan unsur silikon dan rendah fosfor (kandungan fosfor maksimal 0,1%). Besi kasar yang mengandung fosfor rendah diambil karena unsur fosfor tidak dapat direduksi dari dalam besi kasar apabila tidak diikat dengan batu kapur. Di samping itu, fosfor dapat bereaksi dengan lapisan dapur yang terbuat dari kuarsa asam, reaksi ini membahayakan atau menghabiskan lapisan konvertor. Oleh karena itu, sangat menguntungkan apabila besi kasar yang diolah dari proses ini adalah besi kasar kelabu yang mengandung silikon sekitar 1,5% - 2%. Dalam proses ini bahan baku dimasukkan dan dikeluarkan sewaktu konvertor dalam posisi horizontal (kemiringannya sekitar 30°). Sementara itu, udara diembuskan dalam posisi vertikal disebut juga kedudukan proses.
Dalam metode ini, ke dalam Conventer Bassemer ditambahkan senyawa lain seperti dolomite (MgCO3 dan CaCO3), untuk mengikat zat pengotor di dalam besi. Sambil diputar terus dibawah tanur, melalui lubang-lubang dibawah tanur dimasukan gas oksigen agar bereaksi dengan karbon, silikon, fosfor dan belerang menjadi oksida-oksidanya. Oksida-oksida ini akan diikat oleh oksida-oksida magnesium dan kalsium (MgO dan CaO) sebagai hasil penguraian MgCO3 dan CaCO3 yang sebelumnya dimasukan, menjadi kerak yang mengapung diatas cairan besi. Selanjutnya besi cair yang sudah mendekati murni dikeluarkan melalui lubang pada converter. Dan kerak yang tertinggal dalam converter dapat dibuang. Dalam konvertor, yang pertama terjadi adalah proses oksidasi unsur silikon yang menghasilkan oksida silikon. Kemudian diikuti oleh proses oksidasi unsur fosfor dan mangan yang menghasilkan oksida fosfor dan oksida mangan, ditandai dengan adanya bunga api yang berwarna kehijau-hijauan. Proses oksidasi yang terakhir adalah mengoksidasi karbon. Proses ini berlangsung disertai dengan suara gemuruh dan nyala api berwarna putih dengan panjang sekitar 2 meter, kemudian nyala api mengecil. Sebelum nyala api padam, ditambahkan besi kasar yang banyak mengandung mangan, kemudian baja cair dituangkan ke dalam panci-panci tuangan dan dipadatkan dalam bentuk batang-batang baja. Secara umum proses kerja Bassemer adalah: a) Dipanaskan dengan kokas sampai suhu 1500oC. b) Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja (+1/8 dari volume konverter). c) Konverter ditegakkan kembali. d) Dihembuskan udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dengan kompresor. e) Setelah 20 – 25 menit konverter dijungkirkan untuk mengeluarkan hasilnya
Jenis baja yang dihasilkan Converter Bassemer ditentukan dengan mengontrol karbon yang dikandungnya, serta jenis logam lain yang dicampurkan untuk membuat logam aliasi.
Gambar Konverter Bassemer
Gambar Konverter Bassemer
2) Proses Thomas Konvertor Thomas juga disebut konvertor basa dan prosesnya adalah proses basa, sebab batu tahan apinya bersifat basa serta digunakan untuk mengolah besi kasar yang bersifat basa. Muatan konvertor Thomas adalah besi kasar putih yang banyak mengandung fosfor. Proses pembakaran sama dengan proses pada konvertor Bessemer, hanya saja pada proses Thomas fosfor terbakar setelah zat arangnya terbakar. Pengaliran udara tidak terusmenerus dilakukan karena besinya sendiri akan terbakar. Pencegahan pembakaran itu dilakukan dengan menganggap selesai prosesnya walaupun kandungan fosfor masih tetap tinggi. Guna mengikat fosfor yang terbentuk pada proses ini maka diberi bahan tambahan batu kapur agar menjadi terak. Terak yang bersifat basa ini dapat dimanfaatkan menjadi pupuk buatan yang dikenal dengan nama pupuk fosfat. Hasil proses yang keluar dari konvertor Thomas disebut baja Thomas yang biasa digunakan sebagai bahan konstruksi dan pelat ketel. Proses Thomas disebut juga “Basic Bessemer Process” yaitu proses Bessemer dalam keadaan basa. Proses ini memakai Converter yang di bagian dalamnya dilapisi bahan tahan api (refractory) bersifat basa seperti dolomite (MgCO3 + CaCO3). Pertama-tama converter diisi dengan batu kapur, kemudian besi mentah (pig iron) cair yang mengandung unsur phosfor (P) : 1,6 - 2% ; dan sedikit Si dan S (0,6% Si, 0,07 % S). Pada periode I (Slag forming period = Silicon blow) yaitu pada saat penghembusan, unsur Fe, Si, Mn akan teroksidasu dan terbentuklah terak basa (basic slag). Dengan adanya batu kapur, akan terjadi kenaikan temperatur, tetapi unsur phosfor (P) yang terkandung dalam besi mentah belum dapat dipisahkan dari Fe. Pada periode ke II (The brilliant flame blow = Carbon blow) yang ditandai dengan adanya penurunan temperatur, dimana karbon (C) akan terbakar, berarti kadar C menurun. Jika kadar C tinggal 0,1 - 0,2%, maka temperatur akan turun menjadi 1400 - 1420oC. Setelah temperatur turun menjadi 1400oC, mulailah periode ke III (Reddish Smoke Periode) yaitu terjadinya oksidasi dari Fe secara intensif dan terbentuklah terak. Peristiwa
ini berlangsung 3-5 menit, dan selanjutnya terbentuklah terak Phospor [CaO)4.P2O5] yang diikuti kenaikan temperatur yang mendadak menjadi 1600oC. Setelah periode ke III ini berakhir, hembusan udara panas dihentikan dan converter dimiringkan untuk mengeluarkan terak yang mengapung di atas besi cair. Kemudian diberi doxiders/deoxidising agents misalnya Ferro Mangan, Ferro Silikon atau Aluminium untuk menghilangkan Oksigen (O2) serta memberikan kadar Mn dan Si supaya diperoleh sifat-sifat tertentu dari baja yang dihasilkan. Terak yang dihasilkan mengandung 22% P2O5 merupakan hasil ikatan yang diperoleh dan dapat digunakan sebagai pupuk tanaman. Baja yang dihasilkan digunakan sebagai bahan dalam proses pengecoran seperti pembuatan baja tuang atau baja profil (steel section) seperti baja siku.
3) Proses Siemens Martin Proses lain untuk membuat baja dari bahan besi kasar adalah menggunakan dapur Siemens Martin yang sering disebut proses Martin. Dapur ini terdiri atas satu tungku untuk bahan yang dicairkan dan biasanya menggunakan empat ruangan sebagai pemanas gas dan udara. Pada proses ini digunakan muatan besi bekas yang dicampur dengan besi kasar sehingga dapat menghasilkan baja dengan kualitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan baja Bessemer maupun Thomas. Gas yang akan dibakar dengan udara untuk pembakaran dialirkan ke dalam ruangan-ruangan melalui batu tahan api yang sudah dipanaskan dengan temperatur 600 sampai 9000 C. dengan demikian nyala apinya mempunyai suhu yang tinggi, kira-kira 18000 C. gas pembakaran yang bergerak ke luar masih memberikan panas kedalam ruang yang kedua, dengan menggunakan keran pengatur maka gas panas dan udara pembakaran masuk ke dalam ruangan tersebut secara bergantian dipanaskan dan didinginkan. Bahan bakar yang digunakan adalah gas dapur tinggi, minyak yang digaskan (stookolie) dan juga gas generator. Pada pembakaran zat arang terjadi gas CO dan CO2 yang naik ke atas dan mengakibatkan cairannya bergolak, dengan demikian akan terjadi hubungann yang erat antara api dengan bahan muatan yang dimasukkan ke dapur tinggi.
Bahan tambahan akan bersenyawa dengan zat asam membentuk terak yang menutup cairan tersebut sehingga melindungi cairan itu dari oksida lebih lanjut. Setelah proses berjalan selama 6 jam, terak dikeluarkan dengan memiringkan dapur tersebut dan kemudian baja cair dapat dicerat. Hasil akhir dari proses Martin disebut baja Martin. Baja ini bermutu baik karena komposisinya dapat diatur dan ditentukan dengan teliti pada proses yang berlangsung agak lama. Lapisan dapur pada proses Martin dapat bersifat asam atau basa tergantung dari besi kasarnya mengandung fosfor sedikit atau banyak. Proses Martin asam teradi apabila mengolah besi kasar yang bersifat asam atau mengandung fosfor rendah dan sebaliknya dikatakan proses Martin basa apabila muatannya bersifat basa dan mengandung fosfor yang tinggi. Keuntungan dari proses Martin disbanding proses Bessemer dan Thomas adalah sebagai berikut : 1) Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih baik dengan jalan percobaan-percobaan. 2) Unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat dihindarkan atau dibersihkan. 3) Penambahan besi bekas dan bahan tambahan lainnya pada akhir proses menyebabkan susunannya dapat diatur sebaik-baiknya.
Selain keuntungan di atas dan karena udara pembakaran mengalir di atas cairan maka hasil akhir akan sedikit mengandung zat asam dan zat lemas. Proses Martin basa biasanya masih mengandung beberapa kotoran seperti zat asam, belerang, fosfor dan sebagainya. Sedangkan pada proses Martin asam kadar kotoran-kotoran tersebut lebih kecil.
b. Proses Dapur Listrik Baja yang berkualitas tinggi dihasilkan apabila dilakukan pengontrolan temperatur peleburan dan memperkecil unsur-unsur campuran di dalam baja yang dilakukan selama
proses pemurnian. Proses pengolahan seperti ini dilakukan dengan menggunakan dapur listrik. Pada awal pemurnian baja menggunakan dapur tungku terbuka atau konvertor, selanjutnya dilakukan di dalam dapur listrik sehingga diperoleh baja yang berkualitas tinggi. Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan terhadap suhu tinggi. Dapur ini mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut. 1) Jumlah panas yang diperlukan dapat dapat diatur sebaik-baiknya. 2) Pengaruh zat asam praktis tidak ada. 3) Susunan besi tidak dipengaruhi oleh aliran listrik. Sedangkan kekurangannya adalah harga listrik yang mahal. Dapur listrik dibagi menjadi dua kelompok yaitu dapur listrik busur cahaya dan dapur listrik induksi. 1) Dapur busur cahaya Dapur ini berdasarkan prinsip panas yang memancar dari busur api, dapur ini juga dikenal dengan sebutan dapur busur nyala api. Dapur ini merupakan suatu tungku yang bagian atasnya digantungkan dua batang arang sebagai elektroda pada arus bolak-balik atau dengan tiga buah elektroda arang yang dialirkan arus putar. Misalnya pada dapur Stassano busur api terjadi antara tiga ujung elektroda arang yang berada di atas baja yang dilebur melalui ujung elektroda itu dengan arus putar. Pada dapur Girod, arus bolak balik mengalir melalui satu elektroda yang membentuk busur api di antara kutub dan baja cair selanjutnya dikeluarkan melalui enam buah elektroda baja yang didinginkan dengan air ke dasar tungku. Pada dapur Heroult menggunakan dua elektroda arang dengan arus bolak-balik dan dapat juga menggunakan tiga buah elektroda pada arus putar. Arus listrik membentuk busur nyala dari elektroda kepada cairan dan kembali dari cairan ke elektroda lainnya.
2) Dapur induksi Dapur induksi dapat dibedakan atas dapur induksi frekuensi rendah dan dapur induksi frekuensi tinggi. Pada dapur induksi dibangkitkan suatu arus induksi dalam cairan baja sehingga menimbulkan panas dalam cairan baja itu sendirii sedangkan dinding dapurnya hanya menerima pengaruh listrik yang kecil saja.
a) Dapur induksi frekuensi rendah, bekerja menurut prinsip transformator. Dapur ini berupa saluran keliling teras dari baja yang beserta isinya dipandang sebagai gulungan sekunder transformator yang dihubungkan singkat, akibat hubungan singkat tersebut di dalam dapur mengalir suatu aliran listrik yang besar dan membangkitkan panas yang tinggi. Akibatnya isi dapur mencair dan campuran-campuran tambahan dioksidasikan. b) Dapur induksi frekuensi tinggi Dapur ini terdiri atas suatu kuali yang diberi kumparan besar di sekelilingnya. Apabila dalam kumparan dialirkan arus bolak-balik maka terjadilah arus putar didalam isi dapur. Arus ini merupakan aliran listrik hubungan singkat dan panas yang dibangkitkan sangat tinggi sehingga mencairkan isi dapur dan campuran tambahan yang lain serta mengkoksidasikannya. Hasil akhir dari dapur listrik disebut baja elektro yang bermutu sangat baik untuk digunakan sebagai alat perkakas misalnya pahat, alat tumbuk dan lain-lainnya.
2.5 Dampak dari Industri Pengolahan Besi dan Baja Bahan buangan yang dihasilkan dari industri besi baja dapat menimbulkan pencemaran lingkungan. Sebagian besar bahan pencemarannya berupa debu, asap dan gas yang mengotori udara sekitarnya. Selain pencemaran udara oleh bahan buangan, kebisingan yang ditimbulkan mesin dalam industri baja (logam) mengganggu ketenangan sekitarnya. Kadar bahan pencemar yang tinggi dan tingkat kebisingan yang berlebihan dapat mengganggu kesehatan manusia baik yang bekerja dalam pabrik maupun masyarakat sekitar. Walaupun industri baja/logam tidak menggunakan larutan kimia, tetapi industri ini mencemari air karena buangannya dapat mengandung minyak pelumas dan asam-asam yang berasal dari proses pickling untuk membersihkan bahan plat, sedangkan bahan buangan padat dapat dimanfaatkan kembali. Bahaya dari bahan-bahan pencemar yang mungkin dihasilkan dari proses-proses dalam industri besi-baja/logam terhadap lingkungan dan kesehatan yaitu :
Debu, Biasanya industri besi dan baja menhasilkan debu-debu yang mengandung logam Fe yang dapat mencemari udara. Pencemaran Fe sangat berpeotensi menimbulkan fibrosis paru, iritasi mukosa,dan sesak nafas.
Kebisingan, mengganggu pendengaran, menyempitkan pembuluh darah, ketegangan otot, menurunnya kewaspadaan, kosentrasi pemikiran dan efisiensi kerja.
Karbon Monoksida (CO), dapat menyebabkan gangguan serius, yang diawali dengan napas pendek dan sakit kepala, berat, pusing-pusing pikiran kacau dan melemahkan penglihatan dan pendengaran. Bila keracunan berat, dapat mengakibatkan pingsan yang bisa diikuti dengan kematian.
Karbon Dioksida (CO2), dapat mengakibatkan sesak nafas, kemudian sakit kepala, pusing-pusing, nafas pendek, otot lemah, mengantuk dan telinganya berdenging.
Belerang Dioksida (SO2),
Dalam industri besi dan baja,banyak memberikan dampak bagi lingkungan. Besi dan baja (tanur logam) banyak dihasilkan SOx karena mineral-mineral logam banyak terikat dalam bentuk sulfida. Pada proses peleburan sulfida logam diubah menjadi oksida logam. Proses ini juga sekaligus menghilangkan belerang dari kandungan logam karena belerang merupakan pengotor logam. Pada suhu tinggi sulfida logam mudah dioksida menjadi oksida logam melalui reaksi berikut : 2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 2PbS + 3O2 2PbO + 2SO2 Selain tergantung dari pemecahan batu bara yang dipakai sebagai bahan bakar, penyebaran gas SOx, ke lingkungan juga tergantung dari keadaan meteorology dan geografi setempat. Kelembaban udara mempengaruhi kecepatan perubahan SOx menjadi asam sulfat maupun asam sulfit yang akan berkumpul bersama awan yang akhirnya akan jatuh sebagai hujan asam. SO2 pada konsentrasi 6-12 ppm dapat menyebabkan iritasi pada hidung dan tenggorokan, peradangan lensa mata (pada konsentrasi 20 ppm), pembengkakan paru-paru/celah suara.
Minyak pelumas, buangan dapat menghambat proses oksidasi biologi dari sistem lingkungan, bila bahan pencemar dialirkan kesungai, kolam atau sawah dan sebagainya.
Asap, dapat mengganggu pernafasan, menghalangi pandangan, dan bila tercampur dengan gas CO2, SO2, maka akan memberikan pengaruh yang membahayakan seperti yang telah diuraikan diatas.
BAB III PENUTUP Kesimpulan 1. Besi adalah logam transisi yang paling banyak dipakai karena relatif melimpah di alam dan mudah diolah. 2. Baja dapat didefinisikan suatu campuran dari besi dan karbon dimana unsur karbon (C) menjadi dasar campurannya. 3. Jenis- jenis besi berdasarkan kadar karbon dan unsur- unsur lain yang terdapat di dalamnya, besi tuang, baja, besi tempa. 4. Jenis- jenis baja berdasarkan kandungan karbon, yaitu baja karbon rendah, baja karbon sedang, baja karbon tinggi. Berdasarkan komposisi dan jenis logam transisi yang dicampurkan, yaitu stainless steel, baja krom, baja nikel, baja dengan mangan rendah. 5. Bahan- bahan yang diperlukan dalam pengolahan besi adalah biji besi, kokas, batu kapur, grafit, dan udara panas.
6. Bahan- bahan yang diperlukan dalam pengolahan baja adalah ferro alloy, fluks, dan non ferro alloy. 7. Teknik pengolahan besi dilakukan dalam tanur sembur (blast furnace). 8. Teknik pengolahan baja dilakukan dengan 2 metode, yaitu proses menggunakan konvertor, diantaranya proses Bassemer, proses Thomas, proses Siemens Listrik. Kemudian proses dapur listrik, diantaranya dapur busur cahaya dan dapur induksi. 9. Dampak dari industri pengolahan besi dan baja akan menimbulkan pencemaran lingkungan. 10. Proses- proses dalam industri besi-baja terhadap lingkungan dan kesehatan, yaitu debu, kebisingan, gas CO, gas CO2, gas SO2, minyak pelumas, dan asap.
Daftar Pustaka Amanto, Hari dan Daryanto. 2003. Ilmu Bahan. Jakarta: Bumi Aksara. Ananta, W. 2013. Proses Pembuatan Baja PT. KRAKATAU STEEL (Online) http://www.scribd.com/doc/47107355/Bab-III-Proses-Pembuatan-Baja-PTKRAKATAU-STEEL, diakses pada 27-9-2013 ; 12:40) Anonim.
2012.
Pengolahan
Besi
dan
Baja
http://cheamistry.blogspot.com/2012/10/pengolahan-besi-dan-baja.html
(Online)
(diakses
tanggal 28 September 2013).
Anonim. 2012. Industri Besi dan Baja (Online) http://givuin.blogspot.com/2012/05/share-lagi-
sob.html (diakses tanggal 28 September 2013).
Anonim. Parameter Pencemaran Udara dan Dampaknya Terhadap Kesehatan. (Online) http://depkes.go.id/downloads/Udara.PDF, (diakses pada 28 September 2013) Fajarini, N. 2012. “Dampak Limbah Industri Terhadap Lingkungan”. (Online) http://lovelyblue14.wordpress.com/2012/06/05/dampak-limbah-industri-terhadaplingkungan/, (diakses pada 28 September 2013)
Prayudi, T. 2005. “Dampak Industri Pengecoran Logam Fe Terhadap Pencemaran Debu di Udara”. P3TL-BPPT. 6. (2): 385-390
Daftar Isi Kata Pengantar……………………………………………………………………………i Daftar Isi………………………………………………………………………………….ii BAB I PENDAHULUAN……………………………………………………………………….1 1.1
Latar Belakang……………………………………………………………………1
1.2
Rumusan Masalah………………………………………………………………...2
1.3
Tujuan…………………………………………………………………………….2
1.4
Metode Penulisan………………………………………………………………....2
BAB II ISI…………………………………………………………………………………………3 2.1
Definisi Besi dan Baja…………………………………………………………….3
2.2
Jenis- jenis Besi dan Baja…………………………………………………………3
2.3
Bahan- bahan yang diperlukan dalam Pengolahan Besi dan Baja………………..6
2.4
Teknik Pengolahan Besi dan Baja………………………………………………..9
2.5
Dampak dari Industri Pengolahan besi dan Baja………………………………...23
BAB III PENUTUP……………………………………………………………………………….26 Kesimpulan………………………………………………………………………………27 Daftar Pustaka……………………………………………………………………………iii
