MAKALAH

PROSES EKSTRAKSI BAJA

Di susun oleh :

Kelompok 1

1. Abdul Basith A.A 3.21.14.3.01

2. Dani Akrom 3.21.14.3.08

3. Haris Deny A.K.T.S 3.21.14.3.1 1

4. Noor Rochman 3.21.14.3. 17

5. Yosua Kharisma 3.21.14.3.23

ME-1D

Jurusan Teknik Mesin

Politeknik Negeri Semarang

2014

Kata PengantarPuji dan syukur kami ucapkan atas kehadirat Allah SWT yang telah memberikan

rahmat serta karunia-Nya, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini.

        Ilmu bahan logam metalurgi dapat digolongkan dalam kelompok logam yaitu logam yang mengandung besi dan logam non ferro atau logam bukan besi.            Dari semua jenis logam dapat digolongkan menjadi logam murni dan logam  paduan. Logam paduan artinya logam yang dicampur dengan logam lain atau bahkan dengan bukan logam.            Ilmu bahan logam atau disebut dengan Metalurgi adalah suatu pengetauhan tentang logam logam yang menjelaskan tentang sifat sifat , struktur ,pembuatan ,pengerjaan, dan penggunaan dari logam dan paduannya.            Pengetahuan bahan logam dan bukan logam mutalk harus dimiliki oleh mahasiswa juga para staf pengajar dibidang teknik mesin dan teknik indrustri.            Makalah ini diharapkan mampu menambah wawasan guna memperdalam pengetahuan tentang metalurgi didunia pendidikan dan indrustri. Semoga makalah ini  bermanfaat bagi pembacanya.

BAB 1Pendahuluan

            Besi merupakan salah satu Besi (Fe) merupakan salah satu logam yang mempunyai peranan yang sangat besar dalam kehidupan manusia, terlebih-lebih di zaman modern seperti sekarang.Kelimpahannya juga 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), Fe2O3.H2O (limonit), Fe3O4 (magnetic), FeCO3(siderite), dan FeS2 (pirit).

 Di udara besi mudah mengalami korosi, yaitu proses perusakan (keropos) pada permukaan besi yang disebkan  reaksi dengan  oksigen membentuk oksida besi, yang dalam kehidupan sehari-hari dikenal sebagai karat besi. Korosi besi berlangsung sangat cepat pada kondisi lembab dan adanya garam. 

Dalam industri, besi diisolasi melalui proses reduksi dari oksidanya, Fe2O3, atau oksida-oksida besi lainnya yang terkandung dalam bijih besi. Zat pereduksi yang digunakan adalah  gas karbon monoksida (CO) pada suhu tinggi. Agar besi tahan karat maka besi dicampurkan logam-logam lain yang memenuhi syarat, yaitu sifat fisika dan sifat kimianya yang mirip besi. 

  Baja  merupakan  produk  utama  industri besi-baja. Baja tahan  terhadap pengaruh lingkungan  mudah dibentuk dan ditempa, memiliki kekerasan yang baik, mengandung 0.02%-1.5% karbon. 

Penggunaan logam sebagai bahan struktural diawali dengan besi tuang untuk bentang lengkungan (arch) sepanjang 100 ft (30 m) yang dibangun di Inggris pada tahun 1777 – 1779. Dalam kurun waktu 1780 – 1820,.Dibangun lagi sejumlah jembatan dari besi tuang, kebanyakan berbentuk lengkungan dengan balok – balok utama dari potongan – potongan besi tuang indivudual yang membentuk batang – batang atau kerangka (truss) konstruksi.Besi tuang juga digunakan sebagai rantai penghubung pada jembatan – jembatan suspensi sampai sekitar tahun 1840.

Baja merupakan salah satu bahan yang sangat banyak dipakai di seluruh dunia untuk keperluan kehidupan manusia, khususnya di dunia industri.Ditemukan buat pertama kali oleh orang Mesir lebih dari 4000 tahun yang lalu untuk perhiasan dan alat rumah tangga yang kemudian berkembang menjadi bahan berharga dan dimanfaatkan orang setiap hari saat ini.Untuk menjadikan baja, banyak proses yang dilakukan, sehingga membutuhkan ilmu pengetahuan dan teknologi agar dapat dipakai dalam berbagai keperluan.

1.1 Latar Belakang

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.

Ferro merupakan sebuah sebutan yang tidak asing lagi kita khususnya bagi kelompok dunia

bahan teknik ferro. Bahan baku utama baja berupa iron ores atau bijih besi yang diolah dalam

dapur tinggi (blast furnace). Dapur tinggi adalah proses mula bijih-bijih besi diproduksi

untuk kemudian dijadikan bahan dasar untuk pembuatan baja-baja dan atau besi-besi lainnya.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa yang dimaksud dengan pengertian Blast Furnace (BF)?

2. Bagaimana Konstruksi Blast Furnace (BF) dan carakerja BF?

3. Apa saja bahan bakudan bahan tambahan BF?

4. Bagaimanakah reaksi kimia dalam BF dan efisiensi gas BF?

5. Apa saja hasil produk dan penggunaanya dalam dunia teknik?

1.3 Tujuan

1. Untuk mengetahui pengertian Blast Furnace (BF).

2. Untuk mengetahui bagaimana kontruksi Blast Furnace dan prinsip kerja Blast Furnace.

3. Untuk mengetahui bahan baku dan bahan tambahan BF.

4. Untuk mengetahui reaksi kimia dalam BF dan efisiensi gas BF.

5. Untuk mengetahui hasil produksi dan manfaat dapur tinggi dalam dunia teknik.

BAB II

Proses ekstrasi baja1)      Metal Ores

Proses ini biasanya masih dalam bentuk oksida, karena terikat dengan oksida.Bijih logam :

  Magnetik (Fe3O4)= 72,4%  Hematit (Fe2O3)=70,0%  Limonit (2Fe₂ᴏ₃, 3H2O)=59,8%  Siderit (FeCO3)=48,2%  Facomit (Fe3O3)=25-35%  Gathit (Fe2O3, H2O)=62,9%

2)      Work OresPengerjaan bijih meliputi:1.      Pemecahan  Breaching(masih berupa gumpalan besar)  Crushing  Fine Crushing  Grinding (butiran sangat halus 0,5 milimeter)2.      Pengayaan (sizing)3.      Pembenahan (Dressing)

Berdasakan:  Warna dan bentuk  Warna merah( tembaga )  Abu-abu (nikel)  Perak (NI)  Biru (Cu)  Kekasaran  Gesekan  Konduktivitas  Magnetis  Gravitasi  Massa jenis

3)      Ores ProcessingPemrosesan bijih

1.      Pyrometallurgy ( menggunakan proses panas)  Peleburan  Pemanggangan  Distilasi2.      Hydrometallurgy (proses dingin)  Pelarutan dengan asam atau basa  Elektrolisa3)      Melting

Peleburan pada Dapur Tinggi         Bijih besi = 2 bag         Kokar = 1 bag ( Batu bara yang dipanaskan )         Batu kapur = ½ bag4)      Pig Iron  Besi kasar putih  Besi kasar kelabu

Ciri-ciri;Masih getas

5)      Converter  Bessemer  Thomas  Siemens mastin6)      Cast Iron  Besi tuang putih  Besi tuang kelabu  Besi tuang ciel  Dll

Selain 6 proses diatas setelah proses pig iron ada proses lain menuju cast iron,yaitu;7)      Pengolahan besi rosok  Siemens mastin  Dapur tinggi  BOF ( Basic Oksigen Furnise )  OHF ( Open Heart Furnise )  Kupola

B.Proses Pembuatan Baja

Besi kasar dari hasil proses dapur tinggi, kemudian diproses lanjut untuk dijadikan

berbagai jenis baja.

Ada beberapa proses yang dilakukan untuk merubah besi kasar menjadi baja :

1.      Dapur Tinggi

Dapur tinggi terbuat dari susunan batu tahan api yang diperkuat dengan tiang-tiang baja.

Dalam dapur tinggi akan terjadi proses reduksi bijih besi menjadi besi kasar (besi mentah).

Selain itu, juga terjadi reaksi-reaksi kimia yang menyertai proses reduksi tersebut. Berikut

adalah gambar dapur tinggi beserta bagian-bagiannya.

Gambar 1. Dapur tinggi

Dapur tinggi tersebut dapat berukuran : 30 m

Garis tengah maksimum                        : 7 m

Garis tengah puncak                             : 4,5 m

Garis tengah bawah                              : 4 m

Dapur tinggi didirikan  diatas fondasi yang diperkuat oleh tiang-tiang baja. Bagian dalam

dapur tinggi dilapisi batu tahan api yang mempunyai sifat tahan terhadap suhu tinggi dan dan

merupakan penyekat panas. Pada bagian atas dapur terdapat corot pengisi yang bekerja secara

bergantiansehingga kehilangan gas dapur tinggi dapat dicegah sekecil mungkin. Dapur tinggi

ini dilengkapi dengan alat pemanas udara (pesawat Cowper), alat pemisah debu dan

sebagainya.

 Gambar 2. Skema Dapur Tinggi

B. Pengisian BahanBahan-bahan yang akan diisikan ke dalam dapur tinggi ialah :bijih besi, kokas, dan batu

kapur. Bahan ini disimpan di dekat dapur tinggi supaya pengisiannya mudah.Bahan-bahan

diangkut ke puncak dapur tinggi dengan alat pengangkut selapis demi selapis. Mula-mula

diisikan bijih besi  3 m3 , dan seterusnya secara bergantian sehingga pengisian bahan akan

berlangsung secara terus menerus.  

C. Proses Dapur Tinggi

Bahan-bahan pengisi dapur tinggi ialah bijih besi, kokas dan batu kapur yang akan

mengalami proses fisika ataupun kimia. Mula-mula bahan tersebut akan mengalami

pemanasan pendahuluan, kemudian disusul oleh reaksi reduksi dan terjadi peleburan besi.

1.      Pemanasan pendahuluan

Di dalam dapur tinggi gas-gas hasil pembakaran yang suhunya masih panas akan naik ke atas

sambil memanaskan bahan-bahan yang diisikan. Akibatnya air dan zat-zat yang mudah

menguap yang terdapat dalam bahan-bahan pengisi akan menguap sehingga akhirnya bahan-

bahan akan menjadi cukup kering.

2.      Proses reduksi

Dalam daerah reduksi yaitu daerah dapur tinggi dan suhu berkisar 800oC – 1400oC, akan

terjadi serangkaian reaksi-reaksi kimia antara lain reaksi reduksi bijih besi, reaksi

pembakaran kokas, dan peruraian batu kapur.

Karena pengaruh udara maka kokas akan terbakar menurut reaksi sebagai berikut:                                                      C + O2 --------------- CO2

Dalam pembakaran ini akan dihasilkan panas sehingga mampu untuk meleburkan bijih besi

dan juga dapat mempercepat reaksi-reaksi yang lain. Selanjutnya gas CO2 yang terjadi akan

naik ke atas bersinggungan dengan lapisan kokas diatasnya dan bereaksi menurut reaksi

sebagai berikut :                                                       CO2 + C  -------  2CO

Gas CO yang terjadi akan mereduksi bijih besi menurut reaksi berikut :

Fe3O4 + CO ----------- 3FeO + CO2

Fe2O3  + CO ----------  2FeO + CO2 

Kedua reaksi di atas disebut reaksi reduksi tidak langsung.

Pada daerah reduksi juga terjadi peruraian batu kapur dan mungkin juga peruraian

MgCO3 ataupun FeCO3 yang mungkin terdapat dalam batu kapur tersenut menurut reaksi

berikut :

CaCO3  ---------- CaO + CO2

MgCO3  ---------- MgO + CO2

FeCO3    ---------------- FeO + CO2  

Gas CO2 hasil dari peruraian ini akan bersinggungan dan bereaksi dengan lapisan kokas

menurut reaksi berikut :

CO2  + C --------- 2CO

3.      Proses Peleburan

Pada daerah hentian suhu mencapai 1400oC – 1600oC. Disini akan terjadi peleburan hasil

reduksi tak langsung dan juga terjadi pembentukan terak . Disamping itu juga akan terjadi

reduksi langsung FeO oleh kokas. Reaksi-reaksi kimia yang terjadi pada daerah ini adalah

sebagai berikut :

Reduksi langsung        FeO + C   ----        Fe + CO

Pembentukan terak     CaO + SiO2 ----    CaSiO3

Kalau bijih besi mengandung Mangan  MnO + SiO2  ----   MnSiO3

Karena berat jenis terak lebih ringan daripada berat jenis besi, maka terak akan mengapung

pada bagian atas.

Besi mentah yang dihasilkan bukan merupakan besi murni tetapi masih mengandung unsure

yang lain seperti karbon (C) yang berasal dari kokas, silisium (Si), mangan (Mn) dan Phospor

(P) yang berasal dari bijih besi.

Input  dapur tinggi  :1 biji besi.2 kokas.

            3 batu kapur.Out put dapur tinggi  :

1 Gas Buang (CO2 dan Gas Lainnya).2 besi kasar.3  kerak.

2.      Proses KonvertorTerdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap kesamping.

Proses pembuatan baja dapat diartikan sebagai proses yang bertujuan mengurangi

kadar unsur C, Si, Mn, P dan S dari besi mentah dengan proses oksidasi peleburan.

Konventer untuk proses “oksidasi berkapasitas antara 50-400 ton”. Besi kasar dari tanur yang

dituangkan ke dalam konventer disemburkan oksigen dari atas melalui pipa sembur yang

bertekanan kira-kira 12 atm.

Reaksi yang terjadi:

O2 + C --> CO2

Penyemburan Oksigen berlangsung antara 10-20 menit. Penambahan waktu

penyemburan akan mengakibatkan terbakarnya C, P, Mn dan Si.

Konvertor dibuat dari plat baja dengan sambungan las atau paku keling. Bagian dalamnya

dibuat dari batu tahan api. Konvertor disangga dengan alat penyangga yang dilengkapi

dengan trunnion untuk mengatur posisi horizontal atau vertikal Konvertor.

Pada bagian bawah konvertor terdapat lubang-lubang angin (tuyer)sebagai saluran udara

penghembus (air blast). Batu tahan api yang digunakan untuk lapisan bagian dalam

Konvertor dapat bersifat asam atau basa tergantung dari sifat baja yang diinginkan.

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.

1.      Dapur Baja Oksigen (Proses Bassemer)Proses Bessemer adalah proses untuk produksi massa baja dari cair pig iron. Proses

ini dinamai penemunya, Henry Bessemer , yang mengeluarkan paten pada tahun 1855. Proses

itu independen ditemukan pada 1851 oleh William Kelly. Proses ini juga telah digunakan di

luar Eropa selama ratusan tahun, tetapi tidak pada skala industri. Prinsip utama adalah

menghilangkan kotoran dari besi dengan oksidasi dengan udara yang ditiup melalui besi cair.

Oksidasi juga meningkatkan suhu massa besi dan menyimpannya cair.

Converter BessemerProses ini dilakukan dalam kontainer baja bulat telur besar dilapisi dengan tanah liat

atau dolomit disebut konverter Bessemer. Kapasitas sebuah konverter 8-30 ton besi cair

dengan muatan yang biasa berada di sekitar 15 ton.Dibagian atas konverter merupakan

pembukaan, biasanya miring ke sisi relatif terhadap tubuh kapal, dimana besi diperkenalkan

dan produk jadi dihapus.Bagian bawah ini berlubang dengan sejumlah saluran yang disebut

tuyères melalui udara dipaksa menjadi konverter.Konverter ini diputar pada trunnions

sehingga dapat diputar untuk menerima tuduhan, berbalik tegak selama konversi dan

kemudian diputar lagi untuk menuangkan baja cair di akhir.

Oksidasi

Proses oksidasi menghilangkan pengotor seperti silikon, mangan dan karbon sebagai

oksida yang akan membentuk gas ataupun terak padat. Lapisan tahan panas konverter juga

memainkan peran dalam lapisan tanah liat yang konversinya menggunakan dalam asam

Bessemer, dimana ada rendah fosfor dalam bahan baku. Dolomit digunakan ketika

kandungan fosfor tinggi di dasar Bessemer (kapur atau magnesit pelapis juga kadang-kadang

digunakan sebagai pengganti dolomit).Dalam rangka memberikan baja sifat yang diinginkan,

zat lainnya dapat ditambahkan ke baja cair saat konversi selesai adalah spiegeleisen (karbon-

mangan paduan besi).

Mengelola prosesKetika baja yang diperlukan sudah terbentuk, itu dicurahkan ke dalam ladle dan

kemudian ditransfer ke dalam cetakan dan terak ringan yang tertinggal. Proses konversi yang

disebut "pukulan" dilakukan dalam waktu sekitar dua puluh menit. Selama periode ini

kemajuan oksidasi kotoran dapat dilihat atau dinilai oleh penampilan dari api yang keluar dari

mulut konverter. Penggunaan metode modern fotolistrik pencatatan karakteristik nyala api

telah sangat membantu blower dalam pengendalian kualitas akhir produk. Setelah pukulan,

logam cair recarburized ke titik yang dikehendaki dan bahan paduan lainnya ditambahkan,

tergantung pada produk yang diinginkan.

Bessemer converter3.Proses  Siemens Martin

Sama halnya dengan Dapur Baja Oksigen, maka dapur baja terbuka (Siemens Martin)

juga merupakan dapur yang digunakan untuk memproses besi kasar menjadi baja.

Dapur ini dapat menampung baja cair lebih dari 100 ton dengan proses mencapai

temperatur + 1600oC; wadah besar serta berdinding yang sangat kuat dan landai.

Proses pembuatan dengan dapur ini adalah proses oksidasi kotoran yang terdapat pada

bijih besi sehingga menjadi terak yang mengapung pada permukaan baja cair. Oksigen

langsung disalurkan kedalam cairan logam melalui tutup atas. Apabila selesai tiap proses,

maka tutup atas dibuka dan cairan baja disalurkan untuk proses selanjutnya untuk dijadikan

bermacam-macam jenis baja.

Proses Siemens Martin

Menggunakan sistem regenerator (± 3000 0C.) fungsi dari regenerator adalah:

1. memanaskan gas dan udara atau menambah temperatur dapur

2. sebagai Fundamen/ landasan dapur

3. menghemat pemakaian tempat

Bisa digunakan baik besi kelabu maupun putih,

Besi kelabu dinding dalamnya dilapisi batu silika (SiO2),

besi putih dilapisi dengan batu dolomit (40 % MgCO3 + 60 % CaCO3)

Pada proses Open-Hearth ( dapur Siemens Martin ) digunakan campuran besi mentah (pig

iron) padat atau cair dengan baja bekas (steel scrap) sebagai bahan isian (charge). Pada proses

ini temperatur yang dihasilkan oleh nyala api dapat mencapai 1800oC. Bahan bakar (fuel)

dan udara sebelum dimasukkan ke dalam dapur terlebih dahulu dipanaskan dalam

“Cheekerwork” dari renegarator.

Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth ini meliputi 3 periode yaitu :

a.       Periode memasukkan dan mencairkan bahan isian.

b.      Periode mendidihkan cairan logam isian.

c.       Periode membersihkan/memurnikan (refining) dan deoksidasi

d.      Bahan bakar yang dipakai adalah: campuran blast furnace gas dan cokes oven gas.

Bahan isian : besi mentah dan baja bekas beserta bahan tambah ditaruh dalam heart lewat

puntu pengisian.

Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth furnace ini dapat dalam keadaan basa

atau asam (basic or acid open-hearth). Pada basic open-hearth furnace, dinding bagaian dalam

dapur dilapisi dengan magnesite brick.Bagian bawah untuk tempat logam cair dan terak dari

bahan magnesite brick atau dolomite harus diganti setiap kali peleburan selesai.Terak basa

yang dihasilkan + 40 - 50 % CaO.

Pada acid open-hearth furnace, dinding bagian dalam dapur dilapisi dengan dinas-

brick.Bagian bawah dinding dapur harus diganti setiap kali peleburan selesai.Terak yang

dihasilkan mengandung silica yang cukup tinggi yaitu 50 - 55 % SiO2. Pada proses basic

ataupun acid dapat menggunakan bahan isian padat ataupun cair.

Proses yang menggunakan isian padat biasa disebut “Scarp and pig process” yaitu proses

yang isian padatnya terdiri dari besi mentah (pig iron), baja bekas (Scrap steel) dan sedikit

bijih besi (iron ore). Proses yang mengggunakan besi mentah cair terdiri dari besi mentah cari

+ 60 % dan baja bekas kira-kira 40 % dan sedikit bijih besi dan bahan tambah. Cara ini biasa

dikerjakan pada perusahaan dapur tinggi (blast furnace) dimana besi mentah cair dari dapur

tinggi tersebut langsung diproses pada open-hearth furnace.

1. Proses Basic Open-Hearth

Pada proses basic open-hearth ini, mula-mula ke dalam dapur dimasukkan baja bekas

(scarap steel) yang ringan kemudian baja bekas yang berat. Setelah itu ditambahkan bahan

tambah (batu kapaur) dan bijih besi yang diperlukan untuk membentuk terak pertama.

Pada akhir proses peleburan, sebagian Phospor (P) yang terdapat dalam besi mentah akan

berubah menjadi terak “

Untuk menjaga agar terak tidak masuk/berekasi kembali dengan logam cair, maka kira-

kira 40% - 50% terak tersebut lekas dikeluarkan dan juga perlu ditambahkan batu kapur

untuk membentuk terak yang baru. Sebagian Sulfur (S) dapat dikeluarkan dari logam dengan

reaksi :

Reaksi ini diikuti dengan kenaikan temperatur yang tinggi dan terak CaS yang terjadi

berupa terak basa.

Macam-macam baja paduan dapat dihasilkan dalam open-hearth furncae, yaitu dengan

menambahkan bahan paduan yang dikehendaki seperti : tembaga, chrome, nikel dan

sebagainya. Untuk deoxidasi terakhir, biasanya dengan menambahkan Alumunium ke dalam

kowi tempat menampung/mengetap baja cair yang dihasilkan agar kadar silicon dapat

dibatasi. Pertama-tama baja bekas dan batu kapur dimasukkan ke dalam dapur.Kemudian

dipanaskan sampai temperatur yang cukup, lalu bahan isian cair dimasukkan lewat pintu

pemasukan.Reaksi kimia terjadi serupa dengan di atas.

2. Proses Acid Open-Hearth

Proses acid open-hearth membutuhkan bahan isian berkualitas lebih baik dengan kadar

Phospor P < 0,03% dan kadar Sulphur S < 0,03%. Proses ini biasanya memakai bahan isian

padat dengan 30 - 50 % berat baja bekas. Kandungan Silicon dipertahankan < 0,6%,

kandungan Silicon ini perlu dipertahankan dalam kadar yang rendah sebab pada akhir periode

pemanasan, kandungan Silicon akan naik.

Pada proses ini, biji besi tidak boleh ditambahkan pada bahan isian, dimana hal itu dapat

menimbulkan reaksi dengan Silica pada bagian tungku berupa 2FeO.SiO2. Setelah pengisian

dan pemanasan, besi, Silicon dan Mn dioksidasi dan bersatu dengan bahan tambah dan

membentuk terak pertama (+ 40% SiO2).

3. Efisiensi Ekonomis Operasi Open-Hearth Furnace

Faktor-faktor ekonomis yang utama pada operasi Open-hearth furnace adalah :

Pemakaian bahan bakar setiap ton berat baja yang dihasilkan.Produksi baja dalam ton

berat, setiap m2 luas tungku dalam tiap 24 jam. Pemakaian bahan bakar setiap berat baja cair

tergantung pada banyak faktor, antara lain :

a. Komposisi bahan isian (charge)

b. Thermal capacity dari dapur.

Pada prakteknya diperlukan panas 700 - 1400 Kcal untuk setiap kg baja.Untuk keperluan

ini biasa digunakan bahan bakar + 10 -25 % dari berat baja yang dihasilkan. Untuk bahan

isian cair akan memerlukan bahan bakar yang sedikit dibandingkan dengan bila bahan isian

padat. Produksi baja dalam ton tiap m2 luasan tungku dihitung berdasarkan produksi out put

dapur dalam ton berat dibagi luasan tungku Q/m2.

Cara untuk menaikkan efisiensi ekonomis adalah dengan cara menggunakan udara yang

banyak mengandung Oksigen untuk membakar bahan bakar. Dengan cara ini, temperatur

nyala api (flame) dapat naik sehingga radiasi dari nyala api dapat bertambah dan pembakaran

dapat lebih sempurna.

Dengan penambah Oksigen ini akan dapat pula mengurangi kadar Carbon ( C ) dalam

baja. Dengan cara ini produksi dapat naik + 25 - 30 %. Dengan memakai “Auotmatic

control”, akan menaikan efisiensi bb (5%); output (8%); umur lapisan dalam (9%).

Operasi Open-Hearth Furnace

4.      Proses Basic Oxygen FurnaceProses tanur oksigen basa ( Basix Oxygen Furnace, BOF) menggunakan besi kasar (65 –

85 %) yang dihasilkan oleh tanur tinggi sebagai bahan dasar utama dicampur dengan besi

bekas dan batu kapur. Panas ditimbulkan oleh reaksi dengan oksigen.Gagasan ini

dicetuskan oleh Bessemer sekitar tahun 1800.

logam cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan)

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.

ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.

Keuntungan dari BOF adalah:

BOF menggunakan O2 murni tanpa Nitrogen

Proses hanya lebih-kurang 50 menit.

Tidak perlu tuyer di bagian bawah

Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon

Biaya operasi murah

Proses Pembuatan Baja dengan Tanur Oksigen Basa (Basic Oxygen Furnace)

(Basic Oxygen Furnace)

Besi bekas sebanyak ± 30% dimasukkan kedalam bejana yang dilapisi batu tahan api

basa. Logam panas dituangkan kedalam bejana tersebut. Suatu pipa aliran oksigen yang

didinginkan dengan air dimasukkan  kedalam bejana 1 sampai 3 m diatas permukaan logam

cair. Unsur-unsur karbon, mangan dan silicon akan teroksidasi. Batu kapur dan kalsium fluor

ditambahkan untuk mengikat kotoran-kotoran seperti fosfor dan belerang dan membentuk

terak.

5.      Proses Dapur ListrikDisebut juga Electical Arc Furnace .Temperatur tinggi dengan menggunkan busur cahaya

electrode dan induksi listrik.

Panas yang dibutuhkan untuk pencairan baja adalah berasal arus listrik yang disalurkan

dengan tiga buah elektroda karbon dan dimasukkan/diturunkan mendekati dasar dapur.

Penggunaan arus listrik untuk pemanasan tidak akan mempengaruhi atau mengkontaminasi

cairan logam, sehingga proses dengan dapur baja listrik merupakan salah satu proses yang

terbaik untuk menghasilkan baja berkualitas tinggi dan baja tahan karat (stainless steel).

Dalam proses pembuatan, bahan-bahan yang dimasukkan adalah bahan-bahan yang

benar-benar diperlukan dan besi bekas. Setelah bahan-bahan dimasukkan, maka elektroda-

elektroda listrik akan memanaskan bahan dengan panas yang sangat tinggi (+ 7000oC),

sehingga besi bekas dan bahan-bahan lain yang dimasukkan dengan cepat dapat mencair.

Adapun campuran-campuran lain (misalnya untuk membuat baja tahan karat) dimasukkan

setelah bahan-bahan menjadi cair dan siap untuk dituang.

Keuntungan :

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

Dapur Listrik

6.      Proses Dapur KupolaMengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang.

Proses pemanasan pendahuluan agar bebas dari uap cair.

Bahan bakar(arang kayu dan kokas) dinyalakan selama ± 15 jam.

kokas dan udara dihembuskan dengan kecepatan rendah hingga kokas mencapai 700 – 800

mm dari dasar tungku.

besi kasar dan baja bekas kira-kira 10 – 15 % ton/jam dimasukkan.

15 menit baja cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran.

Untuk membentuk terak dan menurunkan kadar P dan S ditambahkan batu kapur

(CaCO3) .

Gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk

pembangkit mesin-mesin lain.

7.      Proses Dapur Cawan Proses kerja dapur cawan dimulai dengan memasukkan baja bekas dan besi kasar dalam

cawan,

kemudian dapur ditutup rapat.

Kemudian dimasukkan gas-gas panas yang memanaskan sekeliling cawan dan muatan dalam

cawan akan mencair.

Baja cair tersebut siap dituang untuk dijadikan baja-baja istimewa dengan menambahkan

unsur-unsur paduan yang diperlukan

 Gambar 2. Bagan Proses Pembuatan Baja

Proses pembuatan baja karbon dimulai dengan proses ekstraksi bijih besi. Proses reduksi umumnya terjadi di dalam tanur tiup (blast furnace) di mana di dalamnya bijih besi (iron ore) dan batu gamping (limestone) yang telah mengalami pemanggangan (sintering) diproses bersama-sama dengan kokas (cokes) yang berasal dari batubara. Serangkaian reaksi

terjadi di dalam tanur pada waktu dan lokasi yang berbeda-beda, tetapi reaksi penting yang mereduksi bijih besi menjadi logam besi adalah sebagai berikut:Fe2O3 + 3CO à2Fe + 3CO2

 Gambar 3. Proses Peleburan Besi

Luaran utama dari proses ini adalah lelehan besi mentah (molten pig iron) dengan kandungan karbon yang cukup tinggi (4% C) beserta pengotor-pengotor lain seperti silkon, mangan, sulfur, dan fosfor .Besi mentah ini belum dapat dimanfaatkan secara langsung untuk aplikasi rekayasa karena sifat-sifat (mekanis)-nya belum sesuai dengan yang dibutuhkan karena pengotor-pengotor tersebut. Besi mentah berupa lelehan atau coran selanjutnya dikirim menuju converter yang akan mengkonversinya menjadi baja.Proses pembuatan baja karbon umumnya berlangsung di tungku oksigen-basa (basic-oxygen furnace). Di dalam tungku ini besi mentah cair dicampur dengan 30% besi tua (scrap) yang terlebih dahulu dimasukkan ke dalam tanur.Selanjutnya, oksigen murni ditiupkan dari bagian atas ke dalam leburan, bereaksi dengan Fe membentuk oksida besi FeO.Beberapa saat sebelum reaksi dengan oksigen mulai berlangsung, fluks pembentuk slag dimasukkan dalam jumlah tertentu.

Oksida besi atau FeO selanjutnya akan bereaksi dengan karbon di dalam besi mentah sehingga diperoleh Fe dengan kadar karbon lebih rendah dan gas karbon monoksida. Reaksi penting yang terjadi di dalam tungku adalah sebagai berikut:FeO + C àFe + COSelama proses berlangsung (sekitar 22 menit), terjadi penurunan kadar karbon dan unsur-unsur pengotor lain seperti P, S, Mn, dalam jumlah yang signifikan.

Baja yang dihasilkan oleh proses ini adalah Baja karbon & Baja paduan 0,1 % < c < 2,0 %

8.      Proses Pembuatan Baja secara DuplexProses duplex adalah proses yang menggunakan kombiansi dari dua macam cara/metode

pembuatan baja yang dapat berupa :

         Proses Open-Hearth furnace secara asam dan basa.

         Proses Open-Hearth secara basa dan electric furnace secara basa.

         Proses Bessemer converter dan Open-Herath furnace secara basa.

Dengan proses duplex ini, kejelekan-kejelekan dari masing-masing proses dapat

dikurangi, misalnya : baja hasil proses Bessemer dapat dikurangi unsur-unsur yang kurang

baik terhadap sifat-sifat baja yaitu S dan P dan berlebihan N sehingga hasil dari proses duplex

akan didapatkan kualitas yang baik.

Cara kerjanya :

(a)    Proses open-hearth furnace secara basa dan asam.

Mula-mula bahan isian diproses pada open-hearth secara basa, kemudian baja cair dari proses

open-hearth secara basa diproses lagi pada open-hearth furnace secara asam sampai selesai,

barulah baja yang dihasilkan dituang.

(b)   Proses open-hearth furnace secara basa dan electric furnace secara basa.

Mula-mula bahan isian diproses dahulu dalam open-hearth secara basa kemudian baja cair

hasil proses open-hearth secara basa diproses lagi dalam electric furnace basa sampai selesai.

(c)    Proses Bessemer Converter dan Open-Hearth furnace secara basa

Mula-mula bahan isian diproses dalam Bessemer Converter dan hasil Bessemer Converter ini

diproses lagi dalam Open-Hearth furnace secara basa sampai selesai

Diagram Alir Pembuatan Baja (Flow Chart Steel Making)

BAB IIIPENUTUP

KesimpulanIron ores atau bijih besi adalah bahan baku pembuatan besi yang dapat berupa

senyawa oksida, karbonat, dan sulfida serta tercampur sengan unsur lain misalnya silikon. Bijih besi diolah dalam tanur atau dapur tinggi untuk menghasilkan besi kasar. Besi kasar adalah bahan baku untuk pembuatan besi cor (cast iron), besi tempa (wrought iron), dan (baja (steel). Ketigaa macam bahan itu banyak dipakai dalam bidang teknik.

Blast Furnace/ Dapur tinggi pada diletakkan di dekat daerah penyimpanan atau

pengadaan bahan yang akan diolah, seperti bijih besi, bahan bakar, dan batu kapur.

Tujuannya untuk mempermudah dan mempercepat proses pengisian bahan mentah ke dalam

dapur tinggi sehingga dapat memperlancar produksi besi kasar. Dapur tinggi terdiri dari

kerangka baja yang terdiri tegal lurus dan mendekati bentuk silinder.Dapur itu mempunyai

tinggi sekitar 30 meter dan diameter sekitar 6 meter. Pada bagian dalam dapur disediakan

batu tahan api dan dilengkapi dengan alat pemasukan bahan – bahan pada bagian atas,

sedangkan pada bagian bawah terdapat tempat pengumpulan besi dan terak cair. Pemanfaatan

hasil produk dalam dunia teknik antara lain :plat baja, ,mur baut, poros engkol, batang torak,

roda gigi, palu/martil, alat-alat penjepit/klem, untuk membuat pegas, pahat potong, pegas,

gergaji, martl, bantalan, peluru