1. Pembuatan Besi Kasar
Bahan utama untuk membuat besi kasar adalah bijih besi. Berbagai
macam bijih besi yang terdapat di dalam kulit bumi berupa oksid besi dan
karbonat besi, diantaranya yang terpenting adalah sebagai berikut.
1. Batu besi coklat (2Fe2O3 +
3H2O) dengan kandungan besi berkisar 40%.
2. Batu besi merah yang juga
disebut hematit (Fe2O3) dengan kandungan besi berkisar 50%.
3. Batu besi magnet (Fe2O4)
berwarna hijau tua kehitaman, bersifat magnetis dengan mengandung besi berkisar
60%.
4. Batu besi kalsit atau spat
(FeCO3) yang juga disebut sferosiderit dengan mengandung besi berkisar 40%.
Bijih besi dari tambang biasanya masih bercampur dengan pasir,
tanah liat, dan batu-batuan dalam bongkah-bongkahan yang tidak sama besar.
Untuk kelancaran proses pengolahan bijih besi, bongkah-bongkah tersebut
dipecahkan dengan mesin pemecah, kemudian disortir antara bijih besih dan
batu-batuan ikutan dengan tromol magnet. Pekerjaan selanjutnya adalah mencuci
bijih besi tersebut dan mengelompokkan menurut besarnya, bijih-bijih besi halus
dan butir-butir yang kecil diaglomir di dalam dapur sinter atau rol hingga
berupa bola-bola yang dapat dipakai kembali sebagai isi
dapur.
Setelah bijih besi itu dipanggang di dalam dapur panggang agar kering dan
unsur-unsur yang mudah menjadi gas keluar dari bijih kemudian dibawa ke dapur
tinggi diolah menjadi besi kasar. Dapur tinggi mempunyai bentuk dua buah
kerucut yang berdiri satu di atas yang lain pada alasnya. Pada bagian atas
adalah tungkunya yang melebar ke bawah, sehingga muatannya dengan mudah
meluncur kebawah dan tidak terjadi kemacetan. Bagian bawah melebar ke atas
dengan maksud agar muatannya tetap berada di bagian ini.
Dapur tinggi dibuat dari susunan batu tahan api yang diberi selubung baja pelat
untuk memperkokoh konstruksinya. Dapur diisi dari atas dengan alat pengisi.
Berturut-turut dimasukkan kokas, bahan tambahan (batu kapur) dan bijih besi.
Kokas adalah arang batu bara yaitu batu bara yang sudah didestilasikan secara
kering dan mengandung belerang yang sangat rendah sekali. Kokas berfungsi
sebagai bahan bakarnya dan membutuhkan zat asam yang banyak sebagai pengembus.
Agar proses dapat berjalan dengan cepat udara pengembus itu perlu dipanaskan terlebih
dahulu di dalam dapur pemanas udara. Proses pada dapur tinggi seperti dalam
gambar 1.
Besi cair di dalam dapur tinggi, kemudian dicerat dan dituang menjadi besi
kasar, dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan sebagai bahan ancuran
untuk pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah), atau dalam keadaan cair
dipindahkan pada bagian pembuatan baja di dalam konvertor atau dapur baja yang
lain, misalnya dapur Siemen Martin.
Batu kapur sebagai bahan tambahan gunanya untuk mengikat abu kokas dan
batu-batu ikutan hingga menjadi terak yang dengan mudah dapat dipisahkan dari
besi kasar. Terak itu sendiri di dalam proses berfungsi sebagai pelindung
cairan besi kasar dari oksida yang mungkin mengurangi hasil yang diperoleh karena
terbakarnya besi kasar cair itu. Batu kapur (CaCO3) terurai mengikat batu-batu
ikutan dan unsur-unsur lain.
2. Proses dalam dapur tinggi
Prinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini zat
karbon monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat asam pada
suhu tinggi. Pada pembakaran suhu tinggi + 1800ᵒ C dengan udara panas,
maka dihasilkan suhu yang dapat menyelenggarakan reduksi tersebut.
Agar tidak terjadi pembuntuan karena proses berlangsung maka diberi batu kapur
sebagai bahan tambahan. Bahan tambahan bersifat asam apabila bijih besinya
mempunyai sifat basa dan sebaliknya bahan tambahan diberikan yang bersifat basa
apabila bijih besi bersifat asam.
Gas yang terbentuk dalam dapur tinggi selanjutnya dialirkan keluar melalui
bagian atas dan ke dalam pemanas udara. Terak yang menetes ke bawah melindungi
besi kasar dari oksida oleh udara panas yang dimasukkan, terak ini kemudian
dipisahkan.
Setiap 4 sampai 6 jam dapur tinggi dicerat, pertama dikeluarkan teraknya dan
baru kemudian besi. Besi yang keluar dari dapur tinggi disebut besi kasar atau
besi mentah yang digunakan untuk membuat baja pada dapur pengolahan baja atau
dituang menjadi balok-balok tuangan yang dikirimkan pada pabrik-pabrik
pembuatan baja sebagai bahan baku.
-Pembuatan Baja dari Besi Kasar
Besi kasar sebagai hasil dari dapur tinggi masih banyak mengandung
unsur-unsur yang tidak cocok untuk bahan konstruksi, misalnya zat arang
(karbon) yang terlalu tinggi, fosfor, belerang, silisium dan sebagainya.
Unsur-unsur ini harus serendah mungkin dengan berbagai cara.
Berikut
ini diagram pembuatan baja:
.jpg)
Untuk menurunkan kadar karbon dan unsur tambahan lainnya dari besi
kasar digunakan dengan cara sebagai berikut:
1. Proses Konvertor
Terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan
menghadap kesamping.
Sistem kerja
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.
Proses konverter terdiri dari:
a. Proses Bessemer untuk besi
kasar dengan kadar fosfor yang rendah.
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.
b. Proses Thomas untuk besi
kasar dengan kadar fosfor yang tinggi.
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 terus-menerus 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.
c. 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/m2.
3. Ditambahkan bubuk kapur
(CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.
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 :
a. Waktu proses relatif pendek.
b. Hasilnya mengandung fosfor (P)dan belerang (S) yang rendah.
c. Hasil yang diproduksi relatif lebih banyak dalam tempo yang
sama
dibanding proses lainnya.
d. Biaya produksi baja tiap ton lebih murah.
2. 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 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 maupun putih,
Ø besi kelabu dinding dalamnya dilapisi
batu silika (SiO2),
Ø besi putih dilapisi dengan batu dolomit
(40 % MgCO3 + 60 % CaCO3)
Proses Martin dibagi menjadi dua yaitu:
a. Proses Martin asam untuk
besi kasar dengan kadar fosfor rendah.
b. Proses Martin basa untuk
besi kasar dengan kadar fosfor tinggi.
Gas yang akan dibakar dengan udara untuk pembakaran dialirkan ke
dalam ruangan-ruangan 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.
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 atau 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.
3. Dapur Listrik untuk baja
Campuran
Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan terhadap
suhu
tinggi. Dapur ini mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut,
a. Jumlah panas yang
diperlukan dapat dapat diatur sebaik-baiknya.
b. Pengaruh zat asam praktis
tidak ada.
c. Susunan besi tidak
dipengaruhi oleh aliran listrik.
d. Mudah mencapai temperatur
tinggi dalam waktu singkat
e. Temperatur dapat
diatur
f. Efisiensi termis dapur
tinggi
g. Cairan besi terlindungi dari
kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga kualitasnya baik
h. 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 menggunakan tiga buah
elektroda pada arus putar. Arus listrik membentuk busur nyala dari elektroda
kepada cairan dan kembali dari cairan ke elektroda lainnya.
b. 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.
I. 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.
II. 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
Tidak ada komentar:
Posting Komentar