Cobalah amati barang-barang yang berada disekitar kita dan silahkan hitung berapa banyak barang-barang yang terbuat dari besi, kuningan, kayu, dll. Pernahkah kita mencoba untuk mengetahui seperti apakah proses pembuatannya? Bagaimanakah Baja dibuat? Dan masih banyak lagi pertanyaan-pertanyaan yang seharusnya kita tanyakan untuk menambah wawasan kita.
Baja merupakah suatu istilah yang tidak asing lagi kita khususnya bagi kalangan dunia Industri yang bergerak dalam bidang Pengecoran Logam. Bahan baku utama baja berupa bijih besi yang diolah dalam dapur tinggi, namun perlu diketahui bahwa baja yang akan diproses itu tidak 100% murni bijih besi semuanya. Biasanya bijih besi tersebut masih tercampur dengan kotoran, gas, pasir, tanah liat, dll. Untuk mendapatkan kualitas bijih besi yang bagus, bahan-bahan seperti kotoran, gas, tanah liat. Pasir, dll. harus dibuang ataupun dicuci terlebih dahulu. Bijih besi yang sudah “bersih” selanjutnya diolah bersama-sama dengan bahan-bahan tambahan seperti kokas, batu kapur, dll. didalam suatu Dapur Tinggi sehingga akan dihasilkan besi cair yang masih bercampur dengan terak. Besi cair tersebut akan dipisahkan dengan terak dan barulah dituangkan kedalam sebuah cetakan sebagai besi kasar. Besi kasar ini umumnya disebut dengan Ingot.
Bijih Besi
Untuk menghasilkan besi kasar, jenis bijih besi yang umum dipakai antara lain :
– Batu besi coklat (2Fe2O3.3H2O) dengan kandungan hingga 40% Fe
– Batu besi merah (Fe2O3) dengan kandungan hingga 50% Fe
– Batu besi magnit (Fe3O4) dengan kandungan hingga 60% Fe
– Batu besi kalsit (FeCO3) dengan kandungan hingga 40% Fe
Selanjutnya bahan-bahan seperti kotoran, pasir, tanah liat, dll. dibersihkan (dibuang). Proses pembuangan bahan-bahan tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. Pencucian : Bijih besi diangkut dengan menggunakan konveyor (sabuk berjalan) yang dirancang sedemikian rupa sehingga dapat bergoyang dan berjalan melawan arus air dari sebuah Nozzel pada ujung konveyor tadi.
2. Pemecahan : Bijih besi dipecah dengan menggunakan sebuah mesin khusus sehingga akan dihasilkan kepingan-kepingan bijih besi dengan ukurang yang relatip sama (seragam).
3. Sortir: Pada tahapan proses ini, kepingan-kepingan bijih besi akan dilewatkan pada roda magnit yang mempunyai sifat kemagnetan kuat sehingga dalam hal ini akan terpisahkan antara bijih besi dengan kandungan Fe rendah dan bijih besi dengan kandungan Fe tinggi.
4. Heating (Pemanasan) : Tujuan dari proses ini adalah untuk menghilangkan kandungan air dan udara (gas) yang masih menempel di bijih besi. Hal ini perlu dilakukan untuk menghindari sifat rapuh (kerapuhan) pada hasil akhirnya (besi).
Dapur Tinggi
Umumnya dapur tinggi dibangun dalam 2 lapisan, yaitu lapisan luar (plat baja) dan lapisan dalam (batu bata tahan api). Didalam dapur ini, bijih besi akan ditambahkan batu kapur yang berfungsi sebagai pengikat kotoran (terak) dan juga kokas yang berfungsi sebagai bahan bakar. Kesemua bahan-bahan tersebut dipanaskan hingga mencair.
Prinsip pokok dari kerja dapur tinggi adalah dengan mereduksi oksigen dari bijih besi yang terjadi dalam 3 tahap, yaitu :
a. Reduksi tidak langsung dengan CO pada suhu 300 derajat Celcius hingga 800 derajat Celcius.
Fe2O3 + CO –> 2FeO + CO2
b. Reduksi tidak langsung pada daerah temperature 800 derajat Celcius hingga 1100 derajat Celcius.
FeO + CO –> Fe + CO2
c. Reduksi langsung pada daerah temperature 1100 derajat Celcius hingga 1800 derajat Celcius.
FeO + C –> Fe + CO
Bahan-bahan ikatan akan diikat oleh batu kapur pada titik cair yang tinggi dalam bentuk terak. Bahan terak ini tidak akan dipakai pada fabrikasi besi kasar. Meskipun demikian terak ini masih bernilai ekonomis, misalnya sebagai bahan ASPAL (untuk jalan raya-red).
Selain terak, produk sampingan dari dapur tinggi ini yakni : Gas. Hal ini dikatakan demikian karena Gas ketika keluar dari dapur tinggi masih mempunyai panas yang tinggi sehingga dapat dimanfaatkan ulang untuk memanaskan dapur atau tungku yang lainnya.
Secara sederhana, skema fabrikasi besi kasar sebagai berikut :
Bijih besi –> Dicuci –> Dipecahkan dan disaring –> Pemisahan dengan roda magnit –> dipanaskan –> masuk ke Dapur Tinggi (dengan ditambah Kokas, batu kapur dan udara tiup) –> akan dihasilkan besi kasar, terak dan gas dapur tinggi.
Hasil (Produk) Dapur Tinggi
Beberapa macam produk yang dihasilkan dari dapur tinggi, antara lain :
1. Besi kasar (Pig Iron)
Merupakan hasil pokok dari dapur tinggi yang berasal dari reaksi reduksi atas bijih besi dengan komposisi sebagai berikut :
– Karbon (C) = 3,85% (rata-rata)
– Mangan (Mn) = 0,9% (rata-rata)
– Phospor (P) = 0,9% (rata-rata)
– Belerang (S) = 0,025% (rata-rata)
– Silikon (Si) = 0,12% (rata-rata)
Sifat utama dari besi kasar adalah rapuh (getas). Sehingga hal ini perlu dilakukan pengolahan lebih lanjut dengan menggunakan dapur-dapur baja dan kupola.
Pig iron dapat dibedakan dalam dua macam, yakni :
a. Besi kasar putih : Berwarna putih (mengandung 2,3 ~ 3,5% C), bersifat getas dan keras, kandungan Mangan (Mn) masih cukup tinggi serta sulit ditempa.
b. Besi kasar kelabu : Berwarna kelabu (mengandung lebih dari 3,5% C), kandungan Si masih cukup tinggi, kekuatan tarik lebih rendah dari besi kasar putih, mudah dituang meskipun masih cukup getas. Besi kasar kelabu digolongkan menjadi : besi kasar kelabu muda yang mengandung 0,5 ~ 1% Si dengan butir-butir halus serta banyak dipakai sebagai bahan pembuat silinder mesin dan jenis yang kedua yakni besi kasar kelabu tua yang mengandung hingga 3% Si dengan butir-butir kasar serta tahan getaran.
2. Terak
Terak merupakan produk sampingan dari besi kasar, umumnya terak mengandung komposisi sebagai berikut :
– Silika = 33% ~ 42%
– Alumina = 10% ~ 16%
– Kapur = 36% ~ 45%
– Magnesia = 3%~ 12%
– Belerang = 1% ~ 3%
– Ferro Oksida = 0,3% ~ 2%
– Mangan Oksida = 0,2% ~ 1,5%
Terak dapat dikategorikan menjadi terak yang bersifat Asam dan terak yang bersifat Basa. Hal ini sangat tergantung pada komposisi Kapur (CaO) dan Magnesia (MgO) terhadap Silika dan Alumina. Terak juga dapat digunakan sebagai bahan pengganti kerikil (pada pengecoran Beton), pembuatan aspal dan pupuk Phospat (jika kandungan Phospat cukup tinggi-red).
3. Gas Dapur Tinggi
Sebagaimana telah dijabarkan pada pembahasan dipermulaan bahwa hasil pembakan kokas berupa gas Karbon Monoksida dan Karbon Dioksida yang menyebabkan terjadinya proses reduksi pada bijih besi, misalnya :
Fe2O3 + 3C –> 2Fe + 3CO
Fe2O3 + CO –> 2FeO + CO2
Secara umum, komposisi dapur tinggi terdiri dari 27,6% CO; 58% Nitrogen; 13,6% Karbon Dioksida; dan 0,4% Hidrogen. Sekedar informasi saja bahwa umumnya Gas yang masih panas yang keluar dari dapur tinggi masih dapat digunakan kembali untuk memanaskan dapur-dapur lainnya sehingga biaya produksi untuk memanaskan dapur dihemat (cost reduction).
Klasifikasi Sederhana pada Baja Berdasarkan Kandungan Karbon
Menurut Budinski (1989) dijelaskan bahwa yang dimaksud dengan baja karbon adalah suatu jenis baja yang ditentukan sifat-sifatnya oleh unsur karbon. Unsur-unsur yang lainnya dapat diabaikan dengan kandungan yang dibatasi, misalnya : 1,65% Mn; 0,6% Si; 0,6% Cu dan 0,05% Phospor.
Pada kandungan baja karbon akan dijumpai penyebutan : %C, maksudnya adalah bahwa %C merupakan prosentasi kandungan C (Karbon) dari Fe3C (Sementid).
1. Baja Lunak (0,05%C ~ 0,2%C) = Masih tergolong baja karbon rendah yang mempunyai sifat lunak, ulet, kekuatan tarik rendah dan mempunyai sifat mampu las yang baik, contohnya : kawat, dinding ketel uap, dll.
2. Baja ringan atau baja umum atau mild steel (0,2%C ~ 0,5%C) = Tergolong baja karbon sedang yang mempunyai sifat mampu mesin dan mampu las yang baik serta cocok untuk pengolahan panas, contohnya : Poros motor (Shaft), Crak Shaft, dll.
3. Baja Karbon tinggi (0,5%C ~ 0,7%C) = Baja jenis ini dapat dikeraskan dengan proses pengolahan panas (Heat Threatment), Contohnya : Pegas, Dies, Baut, dll.
4. Baja Karbon sangat tinggi (0,7%C ~ 1,5%C) = Cocok untuk pengolahan panas tetapi mempunyai sifat mampu las yang buruk serta getas, Contohnya : Mata bor, pahat pisau, dll.
(Sumber : Anngarwal, O.P, Engineering Chemistry, 1993).
Contoh Baja Paduan
Perlu ditekankan bahwa baja paduan bukan merupakan baja karbon. Hal ini ditinjau dari unsur-unsur yang dominan sudah bukan unsur C (Karbon) lagi. Dan sebagai informasi tambahan bahwa pada baja karbon, kita dapat menggunakan diagram fasa besi Karbon dalam menganalisa fasa-fasanya. Sedang pada baja paduan, diagram fasa baja Karbon sudah tidak berlaku lagi melainkan menggunakan diagram fasa yang berhubungan dengan unsur paduannya saja, misalnya : Untuk Stainless Steel menggunakan diagram Trinari Fe-Cr-Ni.
1. Baja Nikel (3,5%Ni) = Mempunyai sifat yang keras namun elastis dan tahan korosi, Contohnya : kabel, komponen pesawat dan komponen mobil, dll.
2. Baja Invar (3,6%Ni) = Mempunyai koefisien ekspansi sangat rendah, Contohnya : Instrumentasi.
3. Baja Khrom (1,5%Cr ~ 2%Cr) = Sangat keras, Contohnya : Peralatan tambang, Plat lapis baja, dll.
4. Baja Tungsten (14%W ~ 20%W dan 3%Cr ~ 8%Cr) = Cukup keras pada suhu tinggi, Contohnya : Pahat kecepatan tinggi (HSS)
5. Baja Tahan karat (12%Cr ~ 28%Cr dan 3%Ni ~ 8%Ni) = Tahan karat, Contohnya : Instrument kedokteran, industri makanan, mobil, industri kimia, dll.
6. Baja Molibdenum (0,3%Mo ~ 3%Mo) = Tahan korosi, cukup keras pada suhu tinggi, Contohnys : Pahat kecepatan tinggi dan industri mobil.
7. Baja Mangan (12%Mn ~ 15%Mn) = Sangat keras dan tahan aus, Contohnya : Peralatan tambang, roda gigi, rel kereta api, dll.
8. Baja Vanadium (0,15%V ~ 1%V) = Kekuatan tarik cukup tinggi dan tahan impact, Contohnya : Pegas, Poros, hammer, dll.
9. Baja Silikon (15%Si) = Sangat keras dan tahan terhadap reaksi asam, Contohnya : Industri kimia, inti (plat) Transformator, dll.
(Sumber : Anngarwal, O.P, Engineering Chemistry, 1993).
Pengaruh Unsur-Unsur paduan (Pada Baja Paduan)
Menurut JIS dan WES (Japan International Standard; Standard of Japan Welding Engineering society) dinyatakan bahwa untuk menyederhanakan dengan memakai analogi baja karbon dengan kadar karbon = %Ceqdalam rangka mencari kekerasan yang diinginkan dirumuskan :
%Ceq = C + Mn/6 + Si/24 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 + V/14
Sedang menurut IIW dan Llyod (IIW = International Institude of Welding) dirumuskan :
%Ceq = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15
Dan hubungannya dengan Nilai kekerasan Hvmaks dirumuskan :
Hvmax= (666 x Ceq) + 40
Dapur-Dapur Baja
Sebenarnya Dapur-dapur baja yang akan kita bahas selanjutnya masih ada korelasinya dengan Dapur Tinggi yang sudah dibahas dimuka. Pada penjelasan diatas disebutkan bahwa kadar karbon yang dihasilkan dari Dapur Tinggi masing tinggi prosentasenya. Hal ini berarti bahwa besi kasar (pig iron) mempunyai sifat mudah rapuh sehingga memerlukan pengolahan lebih lanjut.
Dapur baja berfungsi untuk mengurangi kadar karbon yang masih cukup tinggi pada besi kasar sehingga diharapkan akan dihasilkan %C sebesar 1,5%C atau lebih rendah. Baja mempunyai kekuatan tarik yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan besi kasar, lebih ulet, dapat ditempa, mudah dilas,dll.
Jenis-jenis baja sangat variatif dan banyak sekali aplikasinya, khususnya dalam bidang kontruksi Teknik Sipil maupun Teknik Mesin tergantung dari proses pembuatan, pengolahan panas (Heat threatment), pengerjaan mekanis, dll.
Setelah besi kasar dihasilkan dari Dapur Tinggi, selanjutnya dapat diteruskan dengan proses-proses berikut :
1. Konverter Bessemer
Konverter Bessemer merupakan suatu bejana dari plat baja yang dilapisi batu tahan api yang berfungsi untuk menahan panas dan agar dinding tidak mudah aus. Konventer Bessemer ini dapat diputar pada porosnya.
Konverter Bessemer mampu mengolah 25Ton besi kasar kelabu (mengandung Si) yang diisikan kedalamnya. Karena sebelumnya isi bejana telah dipanaskan melalui pembakaran kokas sehingga mencapai sihu 1500 derajat Celcius dan dialiri udara bertekanan 2 Atm dari arah bawah, maka besi kasar akan bereaksi dengan Oksigen. Unsur-unsur pengotor akan bereaksi menurut rekasi :
Si + O2 –> SiO2
2Mn + O2 –> 2MnO
MnO + SiO2 –> MnSiO3 (Slag atau ampas biji atau arang )
Sedang unsur phospor bereaksi dengan Oksigen menurut persamaan reaksi :
4P + 5O2 –> 2P2O5
S + O2 –> SO2
Mengingat silika bereaksi dengan asam, maka batu tahan api yang dipakai juga harus bereaksi dengan asam, hal ini perlu untuk mengindari reaksi :
Asam + Basa –> Garam + Air
Pada Konverter Bessemer terjadi pembakaran dimana unsur C (Karbon) diikat oleh O2 (Oksigen) sehingga akan mejadi CO2 (karbon Dioksida). Dan setelah itu akan diikuti pembakaran Fe (Nyala api Coklat) menurut reaksi :
Fe + (1/2)O2 –> FeO
Umumnya lapisan batu tahan api dapat bertahan hingga 200 Kali pemakaian.
2. Konverter Thomas
Seperti pada Konverter Bessemer, Konverter Thomas juga memakai batu tahan api. Hanya saja batu tahan api yang digunakannya bersifat basa. Hal ini dilakukan karena Konverter Thomas diperuntukan untuk mengolah besi kasar putih yang mengandung Phospor. Agar menjadi terak, P2O5 yang terbentuk perlu direaksikan dengan batu kapur menurut :
P2O5 + 3CaO –> Ca3 (PO4)3
Kedua dapur tersebut (Konverter Bessemer dan Konverter Thomas) tidak dipakai lagi mengingat produk baja yang dihasilkan kurang begitu bagus kualitasnya.
3. Dapur Siemens Martin
Dapur ini memiliki 4 buah ruangan regenerator yang terbuat dari susunan batu tahan api. Sebelum memulai proses peleburan, dapur dipanaskan terlebih dahulu dengan bahan bakar gas. Kemudian besi kasar cair (besi skrap) dimasukan ke dalam dapur. Reaksi kimiawi dan pengikatan kotoran oleh batu kapur sama seperti dengan yang terjadi pada Konverter Bessemer, Konverter Thomas dan Dapur Tinggi.
4. Dapur Listrik
Proses peleburan besi kasar (besi skrap) memerlukan energi panas. Energi panas tersebut dapat diperoleh dari energi Listrik yang diterapkan pada dapur listrik. Dibandingkan dengan dapur-dapur yang menggunakan bahan bakar fosil (Padat/Cair/Gas), dapur listrik mempunyai keunggulan-keunggulan :
– Kontrol atas suhu peleburan cukup mudah.
– Tidak terjadi pengotoran yang disebabkan oleh pembakaran bahan bakar maupun gas hasil pembakaran.
– Dapat mencapai suhu tinggi dalam waktu yang relatip singkat.
– Produk yang dihasilkan lebih berkualitas.
Dapur Busur Cahaya atau busur nyala api
Dapur busur cahaya memiliki batu tahan api pada bagian dalam dapur yang terbagi menjadi 2 proses, yaitu : Proses Asam dan Proses Basa. Proses Asam digunakan untuk peleburan baja skrap kualitas tinggi sedang proses Basa digunakan untuk peleburan baja kualitas sedang, contohnya : Dapur Heroult.
Pada Dapur Heroult, Energi panas yang dihasilkan oleh loncatan busur listrik antara elektroda karbon dan cairan baja. Setelah sekitar 15 menit hingga 1 jam, terbentuklah terak pada permukaan cairan yang melindungi dari udara maupun gas selama proses peleburan.
Pada peleburan dengan dapur listrik akan memberikan keuntungan tambahan berupa biaya peleburan yang cukup rendah. Namun untuk dapur jenis ini memerlukan biaya investasi yang cukup besar.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Proses Kimia dalam Dapur Tinggi

Posted on July 13, 2009 by Suparni Setyowati Rahayu

Operasi dapur tinggi modern secara ringkas sbb: Pada waktu bijih-bijih besi, bahan bakar dan tambah dimasukkan kedalam dapur,partama-tama dihilangkan kelembaban dan kadar air pada daerah suhu 200-30o°C.

Dengan meningkatnya suhu, terjadinya reaksi tak langsung terhadap bijih-bijih besi dengan reaksi sbb:

1         3 Fe2O3 + CO -> 2 Fe3O4 + CO2

2         2 Fe2O3 + 6CO -> 4 Fe + 6 CO2
Pada suhu -> 535OC, carbon monoksida mulai terurai menjadi karbon bebas dan karbon dioksida, dengan reaksi sbb :

3         Fe3O4 + CO -> 3 FeO + CO2 Pada suhu ± 400 °C reduksi langsung terdapat bijih-bijih besi sbb :

4         Fe2O3 + C -> 2 FeO + CO

5         Fe3O4 + C -> 3 FeO + CO
Pada daerah suhu 700 – 800 0C reduksi langsung ferro oksida mulai dengan membentuk besi spong yang mengandung karbon.Reaksi ini terjadi antara pertengahan (setengah jalan antara puncak dan dasar dapur tinggi).Batu kapur terurai pada suhu 800°C. dan dolomit pada suhu 1075OC dengan reaksi :

6         CaCO3 -> CaO + CO2 MgCO3 -> MgO + CO2
Sementara besi spong memperoleh kandungan karbon yang menurunkan titik lebur dan dalam peleburan menyerap karbon dari kokas semakin lama scmakin banyak.Batu kapur mengikat kotoran-kotoran bijih besi dan abu kokas.Semakin ke bawah suhu semakin meningkat dan terjadi reduksi langsung paduan dan metalloid dean reaksi sbb

7         a. SiO2 + 2C -> Si + 2CO
b. MnO + C -> Mn + CO
c. P205 + 5C -> 2P + 5CO
d. FeS + CaO + C -> CaS + Fe + CO

8         Ca3PO4 + 3SiO2 + 5CO -> 3CaSiO3 + 5CO + 3Fe3P
Didekat tuyer (Lubang tiup) ada hembusan udara panas yang mongenai kokas terjadi reaksi sbb:

9         2C + O2 -> 2CO
Sehingga selalu ada gas CO yang dipakai untuk roduksi. Jadi kokas didalam dapur tinggi berfungsi selain sebagai sumber kalor adalah berfungsi untuk mereduksi oksigen dalam bijih-bijih besi.

Besi kasar

Ada dua macam besi kasar yang dihasilkan oleh dapur tinggi yaitu besi kasar putih dan besi kasar kelabu.

Besi kasar kelabu (Kishy pig iron) Nama besi kasar ini didapat berdasarkan warna bidang patahnya,yang berwarna kelabu muda sampai tua hampir hitam. Besi kasar kelabu lebih halus lebih liat dibandingkan dengan besi kasar putih,Titik Cairnya -> 1300OC dan berat jenisnya 7 Sampai 7,2, kg/dm3
Besi kasar kelabu ada 2 macam yaitu

  • Besi kasar kelabu muda.Besi kasar ini mengandung silisium ½ % – 1 % dan butirbutirnya halus baik untuk silinder mesin.
  • Besi kasar kelabu tua.
    Sifat-sifatnya mudah dituang butir-butirnya kasar juga tahan terhadap tekanan tinggi

10     Besi kasar putih (Forge pig iron).Nama besi kasar ini juga didapat dari warna bidang patahnya.Pada besi kasar ini zat arangnya sebagian besar berbentuk karbid besi (Fe3C), sehingga sifatnya keras dan getas. Titik cairnya + 1100 °C. Kadar karbonnya 2,3 % – 3,5 %, dan kadar mangannya agak besar. Besi kasar ini paling baik untuk digunakan untuk baja berat jenisnya 7,58 – 7,73. kg/dm3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dapur tinggi (blast furnace)

20.17  Fetriyan Nor Rahman

Pada umumnya dapur tinggi digunakan untuk mengolah bijihbijih besi untuk dijadikan besi kasar. Besi kasar yang dihasilkan oleh dapur tinggi diolah kembali kedalam dapur, untuk dijadikan baja atau baja tuang; juga besi tuang. Konstruksi dapur tinggi dapat dilihat pada gambar 2-1.

Bahan yang digunakan dalam proses dapur tinggi untuk menghasilkan besi kasar dari dapur tinggi diperlukan bahan-bahan antara lain : Bijih besi, batu kapur, bahan bakar dan udara panas.

1. Bijih Besi.
Bijih besi didapat dari tambang setelah melalui proses pendahuluan. Bijih besi merupakan bahan pokok dari dapur tinggi.

2. Batu Kapur.
Batu kapur digunakan untluk mengikat bahan-bahan yang ikut campur dalam cairan besi untuk menjadikan terak.

 

Proses pengikatan bahan yang ikut dalam cairan besi antara lain dapat dilihat pada reaksi kimia sebagai berikut :

 

Dengan adanya terak yang terletak di permukaan cairan-besi ini, terjadinya oksidasi oleh udara dapat dihindari. Sebagai bahan tambahan biasanya digunakan batu kapur (CaCO3) murni, kadang Pula dolomit yang merupakan campuran dari CaCO3 dan MgCO3

3. Bahan Bakar.
Dahan bakar yang diqunakan dalam proses dapur tinggi ialah kokas, arang kayu, juga antrasit,

4. Udara panas.
Udara panas digunakan untuk mengadakan pembakaran dengan bahan bakar menjadi CO2 dan gas CO guna menimbulkan panas,juga untuk mereduksi bijih-bijih besi. Udara panas dihembuskan dengan maksud agar pembakaran sempurna, hingga kebutuhan kokas berkurang. Pemanasan udara dilakukan pada dapur pemanas cowper.

4. Udara panas
Udara panas digunakan untuk mengadakan pembakaran dengan bahan bakar menjadi CO2 dan gas CO guna menimbulkan panas,juga untuk mereduksi bijih-bijih besi. Udara panas dihembuskan dengan maksud agar pembakaran sempurna, hingga kebutuhan kokas berkurang. Pemanasan udara dilakukan pada dapur pemanas cowper.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pembuatan Besi

Posted on October 27, 2008 by sariyusriati

*tulisan ini diambil dari buku “Manufacturing Processes” by B.H Amstead, Phillip F. Ostwald, Myron L. Begeman

Besi dan baja merupakan logam yang banyak digunakan dalam teknik; dan meliputi 95% dari seluruh produksi logam dunia. untuk penggunaan tertentu, besi dan baja merupakan satu-satunya logam yang memenuhi persyaratan teknis maupun ekonomis, namun di beberapa bidang lainnya logam ini mulai mendapat persaingan dari logam bukan besi dan bahan bukan logam. diperkirakan bahwa besi telah dikenal manusia disekitar tahun 1200 SM.

Proses pembuatan baja diperkenalkan oleh Sir Henry Bessemer dari Inggris sekitar tahun 1800, sedang William Kelly dari Amerika pada waktu yang hampir bersamaan berhasil membuat besi malleable. hal ini menyebabkan  timbulnay persengketaan mengenai masalah paten. Dalam sidang-sidang pengasilan terbukti bahwa WIlliam Key lebih dahulu mendapatkan hak paten.

PEMBUATAN BESI KASAR

Bahan utama besi dan paduannya adalah besi kasar, yang dihasilkan dalam tanur tinggi. Bijih besi yang dicampur dengan kokas dan batu gamping (batu kapur) dilebur dalam tanur ini. Komposisi kimia besi yang dihasilkan bergantung pada jenis bijih yang digunakan. Jenis bijih besi yang lazim digunakan adalah hematit, magnetit, siderit dan himosit.

Hematit (Fe2O3) adalah bijih besi yang paling banyak dimanfaatkan karena kadar besinya tinggi, sedangkan kadar kotorannya relatif rendah. Meskipun pirit (FeS2) banyak ditemukan, jenis bijih ini tidak digunakan karena kadar sulfur yang tinggi sehingga diperlukan tahap pemurnian tambahan.

Karena di alam ini besi berbentuk oksida dan karbonat, atau sulfida sehingga hampir semua proses produksinya diawali dengan reduksi dengan gas reduktor H2 atau CO.

1.  Proses Reduksi Tidak Langsung (Indirect Reduction)

Pada proses ini menggunakan tungku tanur tinggi (blast furnace) dengan porsi 80% diproduksi dunia.

Besi kasar dihasilkan dalam tanur tinggi. Diameter tanur tinggi sekitar 8m dan tingginya mencapai 60 m. Kapasitas perhari dari tanur tinggi berkisar antara 700 – 1600 Megagram besi kasar. Bahan baku yang terdiri dari campuran bijih, kokas, dan batu kapur, dinaikkan ke puncak tanur dengan pemuat otomatis, kemudian dimasukkan ke dalam hopper. Untuk menghasilkan 100 Megagram besi kasar diperlukan sekitar 2000 Megagram bijih besi, 800 Megagram kokas, 500 Megagram batu kapur dan 4000 Megagram udara panas. Bahan baku tersebut disusun secara berlapis-lapis.

Udara panas dihembuskan melalui tuyer sehingga memungkinkan kokas terbakar secara efektif dan untuk mendorong terbentuknya karbon monoksida (CO) yang bereaksi dengan bijih besi dan kemudian menghasilkan besi dan gas karbon dioksida (CO2). Dengan digunakannya udara panas, dapat dihemat penggunaan kokas sebesar 30% lebih. Udara dipanaskan dalam pemanas mula yang berbentuk menara silindris, sampai sekitar 500*C. Kalor yang diperlukan berasal dari reaksi pembakaran gas karbon monoksida yang keluar dari tanur. Udara panas tersebut memasuki tanur melalui tuyer yang terletak tepat di atas pusat pengumpulan besi cair.

Batu kapur digunakan sebagai fluks yang mengikat kotoran-kotoran yang terdapat dalam bijih-bijih, dan membentuk terak cair. Terak cair ini lebih ringan dari besi cair dna terapung diatasnya dan secara berkala disadap. Besi cair yang telah bebas dari kotoran-kotoran dialirkan kedalam cetakan setiap 5 – 6 jam.

Disamping setiap Megagram besi dihasilkan pula 0,5 Megagram terak dan 6 Megagram gas panas. Terak dapat dimanfaatkan sebagai bahan bangunan (campuran beton) atau sebagai bahan isolasi panas. Gas panas dibersihkan dan digunakan untuk pemanas mula udara, untuk membangkitkan energi atau sebagai media pembakar dapur-dapur lainnya.

Komposisi besi kasar dapat dikendalikan melalui pengaturan kondisi operasi dan pemilihan susunan campuran bahan baku.

 

blast furnace

2.  Proses Reduksi Langsung (Direct Reduction)

Pada proses reduksi langsung bijih besi bereaksi dengan gas atau bahan padat reduksi membentuk sponge iron.*Proses ini diterapkan di PT Krakatau Steel, CIlegon.* Disini bijih besi / pellet direaksikan dengan gas alam dalam dua unit pembuat sponge iron, yang masing-masing berkapasitas 1juta ton pertahun.

*Sponge iron yang dihasilkan PT Krakatau Steel memiliki komposisi kimia :

Fe : 88 – 91 %; C : 1,5 – 2,5%; SiO2 : 1,25 – 3,43%; Al2O3 : 0,61 – 1,63%; CaO : 0,2 – 2,1%; MgO : 0,31 – 1,62%; P : 0,014 – 0,027%; Cu : 0,001 – 0,004 %; Kotoran (oksida lainnya) : 0,1 – 0,5 %

Tingkat metalisasi : 86 – 90 %

Sponge Iron yang berbentuk butiran kemudian diolah lebih lanjut dalam dapur listrik. Disini sponge iron bersama-sama besi tua (scrap), dan paduan ferro dilebur dan diolah menjadi billet baja.

Untuk menghasilkan 63 megagram sponge iron diperlukan sekitar 100 megagram besi pellet. Proses ini sangat efektif untuk mereduksi oksida-oksida dan belerang sehingga dapat dimanfaatkan bijih besi berkadar rendah.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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. 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.

 

 

About Aa Ofik

Selalu ada jalan ketika kita mau terus berusaha dan berdo`a Ingat Allah Selalu

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s