Makalah Peleburan Baja Cor

MAKALAH PELEBURAN BAJA COR TEKNIK PENGECORAN LOGAM II

Disusun Oleh : Kelompok : 4 Nama

Kelas

: SATRIO LANTIP P.

(15/386601/SV/09987)

SATRIO

(15/380805/SV/08612)

KALINGGA LISANPURO

(15/3

MUHAMMAD TAUFAN

(15/385706/SV/09137)

/SV/0

: EM 6

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN SEKOLAH VOKASI UNIVERSITAS GADJAH MADA

)

Kata Pengantar Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Panyayang, Kami  panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, dan inayah-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan Makalah mengenai Peleburan Baja Cor.

Makalah ini telah kami susun dengan maksimal dan mendapatkan bantuan dari berbagai  pihak sehingga dapat memperlancar pembuatan makalah ini. Untuk itu kami menyampaikan  banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam pembuatan makalah ini, terutama kami sampaikan terima kasih banyak kepada Bapak Braam Delfian Prihadianto, S.T, M.T. selaku Pembimbing sekaligus Dosen mata kuliah Teknik Pengecoran Logam II yang telah membantu kami menyelesaiakan makalah ini. Makalah ini berisikan bagaimana Peleburan Baja Cor, dimana isi dari makalah ini  begitu bermanfaat bagi Mahasiswa untuk mempelajari Proses Pembuatan Baut dan Mur di dunia industri. Terlepas dari semua itu, Kami menyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan  baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu dengan tangan terbuka kami menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar kami dapat memperbaiki makalah ini. Akhir kata kami berharap semoga makalah ilmiah tentang limbah dan manfaatnya untuk masyarakan ini dapat memberikan manfaat maupun inpirasi terhadap pembaca.

Yogyakarta, 27 September 2017

1

Daftar Isi Kata Pengantar ..................................................................................................................................... 1 Daftar Isi ................................................................................................................................................. 2

1.

Pengertian Baja .............................................................................................................................3

2.

Sifat Baja........................................................................................................................................ 3 a.

Sifat Fisik ................................................................................................................................... 3

b.

Sifat Mekanis .............................................................................................................................3

3.

Klasifikasi Baja ............................................................................................................................. 4 a.

Baja Karbon .............................................................................................................................. 4

b.

Baja Paduan .............................................................................................................................. 4

c.

Baja Tahan Karat ..................................................................................................................... 5

4.

Proses Peleburan Baja .................................................................................................................. 5 a.

Proses Konverter ....................................................................................................................... 5

b.

Proses Martin (Dapur Siemen Martin) ................................................................................... 8

c.

Dapur Listrik . .......................................................................................................................... 10

Daftar Pustaka .................................................................................................................................... 13

2

1. Pengertian Baja Baja adalah logam aloy yang komponen utamanya adalah besi,  dengan karbon sebagai material pengaloy utama. Karbon bekerja sebagai agen pengeras, mencegah atom besi, yang secara alami dalam lattice,  begereser melalui satu sama lain. Memvariasikan jumlah karbon dan penyebaran alloy dapat mengontrol kualitas baja. Baja dengan peningkatan jumlah karbon dapat memperkeras dan memperkuat besi, tetapi juga lebih rapuh.  Definisi klasik,  baja adalah besi-karbon aloy dengan kadar karbon sampai 5,1 persen yang dimana aloy dengan kadar karbon lebih tinggi dari ini dikenal dengan besi.

Sekarang ini ada beberapa kelas baja di mana karbon diganti dengan material aloy lainnya apabila karbon bila ada tidak diinginkan. Definisi yang lebih baru, baja adalah aloy berdasar besi yang dapat dibentuk seccara plastik .  Dan umumnya baja juga menjadi bahan  pelapis rompi anti peluru, yang dimana baja menjadi bahan pelapis bahan inti rompi tersebut, yaitu bahan milik Kevlar . 2. Sifat Baja Adapun sifat-sifat baja seacara umum adalah sebagai berikut : a. Sifat Fisik  Sifat fisik baja meliputi berat, berat jenis, daya hantar panas dan konduktivitas listrik. Baja dapat berubah sifatnya karena adanya pengaruh beban dan panas. b. Sifat Mekanis Sifat mekanis suatu bahan adalah kemampuan bahan tersebut memberikan perlawanan apabila diberikan beban pada bahan tersebut. Atau dapat dikatakan sifat mekanis adalah kekuatan bahan didalam memikul beban yang berasal dari luar. Sifat mekanis pada baja meliputi:  Kekuatan. Sifat penting pada baja adalah kuat tarik. Pada saat baja diberi beban, maka baja akan cenderung mengalami deformasi/perubahan bentuk. Perubahan bentuk ini akan menimbulkan regangan/strain, yaitu sebesar terjadinya deformasi tiap satuan panjangnya. Akibat regangan tersebut, didalam baja terjadi tegangan/stress. Ada 3 jenis tegangan yang terjadi pada baja, yaitu : - tegangan , dimana baja masih dalam keadaan elastis - tegangan leleh, dimana baja mulai rusak/leleh - tegangan plastis, tegangan maksimum baja, dimana baja mencapaikekuatan maksimum.

Keuletan (ductility) Kemampuan baja untuk berdeformasi sebelum baja putus. Keuletan ini berhubungan dengan besarnya regangan/strain yang permanen sebelum baja putus. Keuletan ini juga  berhubungan dengan sifat dapat dikerjakan pada baja. Cara ujinya berupa uji tarik. 

Kekerasan Kekerasan adalah ketahanan baja terhadap besarnya gaya yang dapat menembus  permukaan baja. Cara ujinya dengan kekerasan Brinell, Rockwell, ultrasonic, dll. 

3

Ketangguhan (toughness) Ketangguhan adalah hubungan antara jumlah energi yang dapat diserap oleh baja sampai baja tersebut putus. Semakin kecil energi yang diserap oleh baja, maka baja tersebut makin rapuh dan makin kecil ketangguhannya. Cara ujinya dengan cara memeberi pukulan mendadak (impact /pukul takik). 

Elastisitas (elasticity) Kemampuan atau kesanggupan untuk dalam batas –  batas pembebanan tertentu sesudahnya pembebanan ditiadakan kembali kepada bentuk semula. 

Kekenyalan atau keliatan (tenacity) Kemampuan atau kesanggupan untuk dapat menerima perubahan perubahan bentuk yang besar tanpa menderita kerugian-kerugian berupa cacat atau kerusakan yang terlihat dari luar dan dalam untuk jangka waktu pendek. 



Kemungkinan ditempa (maleability)

Sifat dalam keadaan merah pijar menjadi lembek dan plastis sehingga dapat dirubah  bentuknya.

3. Klasifikasi Baja a. Baja Karbon Baja karbon disebut juga plain karbon steel, mengandung terutama unsure karbon dan sedikit silicon, belerang dan pospor. Berdasarkan kandungan karbonnya, baja karbon dibagi menjadi : - Baja dengan kadar karbon rendah ( < 0,2 % C) - Baja dengan kadar karbon sedang ( 0,1%-0,5 % C) - Baja dengan kadar karbon tinggi ( >0,5 % C) Kadar karbon yang terdapat di dalam baja akan mempengaruhi kuat tarik, kekerasan dan keuletan baja. Semakin tinggi kadar karbonnya, maka kuat tarik dan kekerasan baja semakin meningkat tetapi keuletannya cenderung turun. Penggunaan baja di bidang teknik sipil pada umumnya berupa baja konstruksi atau  baja profil, baja tulangan untuk beton dengan kadar karbon 0,10% - 0,50%. Selain itu baja karbon juga digunakan untuk baja/kawat pra tekan dengan kadar karbon s/d 0,90%. Pada  bidang teknik sipil sifat yang paling penting adalah kuat tarik dari baja itu sendiri. b. Baja Paduan Baja dikatakan di padu jika komposisi unsur-unsur paduannya secara khusus, bukan baja karbon biasa yang terdiri dari unsure silisium dan mangan. Baja paduan semakin banyak di gunakan.Unsur yang paling banyak di gunakan untuk baja paduan , yaitu : Cr, Mn, Si, Ni, W, Mo, Ti, Al, Cu, Nb, Zr.

4

c. Baja Tahan Karat Baja tahan karat adalah paduan besi dengan minimal 12% Chromium. Jadi tanpa tambahan apapun perpaduan Besi dengan 12% Chromium bisa disebut Stainless Steel . Komposisi ini membentuk thin protective layer  Cr 2O3.

1. 2. 3. 4. 5.

Stainless Steel biasanya dibedakan menjadi lima golongan ,penggolongan ini dilakukan menurut kadar paduan di dalamnya yaitu : Stainless Steel martensitik  Steinless steel feritik  Stainless Steel Austenitik  Stainless Steel duplex  Precipitation  – hardening Stainless Steel . 4. Proses Peleburan Baja Dalam Proses Peleburan Baja didapatkan flowchart diagrmab sebagai berikut:

Gambar 2.1 Diagram Flowchart Proses Peleburan Baja a. Proses Konverter Proses konverter terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap kesamping. Sistem kerja dari proses konverter dapat dijel askan sebagai berikut: Dipanaskan dengan kokas sampai ± 1500 0C, Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja. (± 1/8 dari volume konvertor) Kembali ditegakkan. Udara dengan tekanan 1,5  –  2 atm dihembuskan dari kompresor. Setelah 20-25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengelaurkan hasilnya.     

5

Gambar 2.2 Skematik Proses Konverter Proses konverter terdiri dari beberapa macam proses, diantara lain sebagai berikut: 1. Proses Bessemer Konvertor Bessemer adalah sebuah bejana baja dengan lapisan batu tahan api yang  bersifat asam. Dibagian atasnya terbuka sedangkan pada bagian bawahnya terdapat sejumlah lubang-lubang untuk saluran udara. Bejana ini dapat diguling-gulingkan. Korvertor Bessemer diisi dengan besi kasar kelabu yang banyak mengandung silisium. Silisium dan mangan terbakar pertama kali, setelah itu baru zat arang yang terbakar. Pada saat udara mengalir melalui besi kasar udara membakar zat arang dan campuran tambahan sehingga isi dapur masih tetap dalam keadaan encer . Setelah lebih kurang 20 menit, semua zat arang telah terbakar dan terak yang terjadi dikeluarkan. Mengingat baja membutuhkan karbon sebesar 0,0 sampai 1,7 %, maka pada waktu proses terlalu banyak yang hilang terbakar, kekurangan itu harus ditambah dalam  bentuk besi yang banyak mengandung karbon. Dengan jalan ini kadar karbon ditingkatkan lagi. dari oksidasi besi yang terbentuk dan mengandung zat asam dapat dikurangi dengan besi yang mengandung mangan. Udara masih dihembuskan ke dalam bejana tadi dengan maksud untuk mendapatkan campuran yang baik. Kemudian terak dibuang lagi dan selanjutnya muatan dituangkan ke dalam panci penuang. Pada proses Bessemer menggunakan besi kasar dengan kandungan fosfor dan belerang yang rendah tetapi kandungan fosfor dan belerang masih tetap agak tinggi karena dalam prosesnya kedua unsur tersebut tidak terbakar sama sekali. Hasil dari konvertor Bessemer disebut baja Bessemer yang banyak digunakan untuk  bahan konstruksi. Proses Bessemer juga disebut proses asam karena muatannya bersifat asam dan batu tahan apinya juga bersifat asam. Apabila digunakan muatan yang bersifat basa lapisan batu itu akan rusak akibat reaksi penggaraman.

6

Gambar 2.3 Skematik Konverter Bessemer 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.

Gambar 2.4 Skematik Konvertor Thomas

7

3. Proses Basic Oxygen Furnance Proses Oksi yaitu: 1. Logam cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan). 2. Oksigen (± 1000) ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang bakar dengan kecepatan tinggi. (55 m3 (99,5 %O2) tiap satu ton muatan) dengan tekanan 1400 kN/m 2. 3. Ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.

1. 2. 3. 4.

Proses konvertor yang lebih modern adalah proses oksi, pada proses ini menggunakan  bahan besi kasar yang mempunyai komposisi kurang baik apabila dikerjakan dengan konvertor Bessemer maupun Thomas. Disini zat asam murni dihembuskan di atas cairan dan kadang-kadang juga kedalam cairan besi, sehingga karbon, silisium, mangan dan sebagainya terbakar. Hasil pembakaran unsur-unsur tersebut ditampung oleh bahan tambahan batu kapur dan terikat menjadi terak yang mengapung di atas cairan besi . Proses pembakaran zat asam dengan zat arang terjadi pada panas yang tinggi sekali, maka diperlukan pendinginan dengan jalan memberikan tambahan baja bekas. Hasil akhir dari  proses ini adalah baja oksi yang bermutu sangat baik karena pengaruh buruk dari unsur udara tidak ada. Oleh karena itu baja oksi baik sekali digunakan sebagai bahan pembuatan konstruksi dan komponen-komponen mesin, seperti : poros, baut, pasak, batang penggerak dan lain-lainnya. Keuntungan dari proses oksi adalah sebagai berikut : Waktu proses relatif pendek. Hasilnya mengandung fosfor (P)dan belerang (S) yang rendah. Hasil yang diproduksi relatif lebih banyak dalam tempo yang sama dibanding proses lainnya. Biaya produksi baja tiap ton lebih murah.

Gambar 2.5 Proses Basic Oxygen Furnance b. Proses Martin (Dapur Siemen 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 8

sehingga dapat menghasilkan baja dengan kualitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan  baja Bessemer maupun Thomas. Proses Martin menggunakan sistem regenerator (± 3000 0C.). Fungsi dari regenerator adalah: Memanaskan gas dan udara atau menambah temperatur dapur Sebagai Fundamen/ landasan dapur Menghemat pemakaian tempat Bisa digunakan baik besi kelabu yang dilapisi batu silka (SiO 2) maupun besi putih yang dilapisi dengan batu dolmit (40 % MgCO3 + 60 % CaCO 3)    

Gambar 2.6 Dapur Siemen Mastin

a.  b.

Proses Martin dibagi menjadi dua yaitu: Proses Martin asam untuk besi kasar dengan kadar fosfor rendah. Proses Martin basa untuk besi kasar dengan kadar fosfor tinggi. Gas yang akan dibakar dengan udara untuk pembakaran dialirkan ke dalam ruanganruangan melalui batu tahan api yang sudah dipanaskan dengan temperatur 600 sampai 900ᵒ C. dengan demikian nyala apinya mempunyai suhu yang tinggi, kira-kira 1800ᵒ  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. 9

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 dibanding proses Bessemer dan Thomas adalah sebagai  berikut : a. Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih baik dengan jalan  percobaan-percobaan.  b. Unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat dihindarkan ata u dibersihkan. c. 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.

c. Dapur Listrik  Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan terhadap suhu tinggi. Beberapa keuntungan dapur ini antara lain:  Jumlah panas yang diperlukan dapat dapat diatur sebaik-baiknya. Pengaruh zat asam praktis tidak ada.  Susunan besi tidak dipengaruhi oleh aliran listrik.  Mudah mencapai temperatur tinggi dalam waktu singkat.  Temperatur dapat diatur.   Efisiensi termis dapur tinggi.  Cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga kualitasnya  baik.  Kerugian akibat penguapan sangat kecil.

Proses dapur listrik dibagi menjadi: a. Dapur listrik busur nyala api. 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 bolakbalik dan dapat juga 10

menggunakan tiga buah elektroda pada arus putar. Arus listrik membentuk busur nyala dari elektroda kepada cairan dan kembali dari cairan ke elektroda lainnya.

Gambar 2.7 Dapur Listrik Busur Nyala Api

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.  b.

Keterangan Gambar : Lapisan silika Campuran tanah liat Lapisan silika/logam khusus Lapisan tanah liat Lapisan campuran tanah dengan tanah liat Lapisan mangan Campuran mangan/bijih mangan Elektroda Lubang tuang Dapur listrik induksi. Proses dasar dapur listrik induksi : menimbulkan panas dengan cara mengubah tenaga listrik menjadi panas. Listrik dialirkan lewat lilitan primer, karena lilitan primer mengelilingi inti (teras besi), maka akan terjadi medan magnet (flux) pada inti dan karena lilitan sekunder  juga mengelilingi inti tersebut, maka akan terjadi induksi listrik dari inti ke lilitan sekunder, lilitan sekunder menimbulkan panas yang digunakan mencairkan logam disekitarnya.

Gambar 2.8 Dapur Listrik 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 sendiri sedangkan dinding dapurnya hanya menerima pengaruh listrik yang kecil saja. 11

Dapur induksi frekuensi rendah 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. 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.

12

Daftar Pustaka 

http://prifatedukasi.blogspot.co.id/2017/05/makalah-proses-peleburan-baja.html

13