Teknologi Bahan ATT-II

Metalurgi Baja dan Besi Tuang

Prinsip Pembuatan Baja

Proses pembuatan baja pada dasarnya adalah mengurangi kandungan karbon (arang) dan elemen-elemen didalamnya yang tidak diperlukan dari besi kasar (molten pig-iron).

Besi kasar diperoleh dari bijih bijih besi yang dilebur dalam dapur tinggi, di mana zat-zat lain yang tidak dikehendaki dan masih terdapat di dalam besi kasar dibuang.

Bijih besi diperoleh dari hasil tambang yang sudah dicuci dan dipisahkan dari zat zat lain yang tidak diperlukan seperti tanah dan batu-batuan lain.

Skema proses pembuatan baja

Biji besi
Bahan utama untuk fabrikasi besi kasar, terdiri berbagai jenis :
⚪Biji besi coklat ➡️ 2Fe2O3 + 3H2O mengandung lk. 40 % besi
⚪Batu besi merah ➡️ Fe2O3 mengandung lk. 50% besi
⚪Batu besi magnit ➡️ Fe3O4 mengandung lk. 60% besi
⚪Batu besi kalsit ➡️ FeCO3 mengandung lk. 40% besi

Sebelum diprosès dalam dapur tinggi, dilakukan pengerjaan sebagai berikut :
1. Pencucian, dimana biji besi dibawa kesaluran goncang melawan aliran air untuk memisahkan tanah, lempung dan tanah liat.
2. Dipilih ukurannya, sedapat mungkin sama, kalau perlu dipecah dan disaring.
3. Dipisahkan dari batu-batuan dengan bantuan silinder-silinder besar, sehingga batu-batuan akan terlempar keluar.
4. Dipanggang dalam oven untuk dikeringkan dan membuang gas-gas, dan jika perlu, karbonat besi diubah menjadi oksid besi dicampur dengan bahan imbuh antara lain belerang dan zat arang.
5. Selanjutnya di-rol hingga berupa bola-bola kecil dan bijih besi siap untuk diproses di dapur tinggi.

Dapur Tinggi
Dapur berbentuk kerucut 2 buah, satu diatas yang lain. Dilapis dengan batu tahan api yang diperkuat dengan selubung pelat baja. Bijih besi dimasukkan dari atas setelah diberi bahan imbuh seperti kokas dan lain lain. Udara ditiupkan dari bagian bawah diatas nyala api.

Prinsip proses didapur tinggi adalah pemisahan bijih besi (ferrit) dengan oxygen dan prosesnya disebut proses reduksi.
Didalam bijih besi masih terdapat batu-batuan yang mempunyai titik lumer tinggi, karena itu ditambahkan kapur (CaO) yang akan melumer bersama batu-batuan dan abunya menjadi terak. Terak ini akan mengapung diatas cairan bijih besi dan melindungi nya dari oksidasi. Besi hasil dari dapur tinggi disebut besi kasar (wrought iron), dengan kandungan karbon 3,5 - 4 %.

Ada 2 jenis besi kasar, yaitu :
⚫Besi kasar putih
⚫Besi kasar abu-abu

Besi kasar belum dapat digunakan dalam industri atau konstruksi karena masih banyak zat-zat / kotoran didalamnya yang tidak dikehendaki dan diperlukan proses-proses lain untuk menghilangkan sebagian besar karbon, silisium, mangaan, fosfor, belerang dan lain lain. Proses-proses dilakukan didalam convertor Bessemer Dan Thomas, atau di oven-oven oksid, Martin dan listrik.

Berbagai jenis converter dan /atau oven yang banyak digunakan untuk memproduksi baja antara lain :

⬇️
Bessemer
Converter Bessemer terdiri dari yang berbentuk labu dengan alas terbuka, dan diberi dua tap yang dapat berputar secara horisontal. Converter di isi pada posisi horisontal dan kemudian diputar hingga posisi vertikal, baru dilakukan proses pemanasan hingga besi mencair

Bahan yang diproses adalah besi kasar kelabu yang banyak mengandung silisium. Silisium akan bereaksi dengan asam, karena itu lapisan tahan panas converter ini harus berbasis asam agar tidak terjadi reaksi antara asam dan basa yang menimbulkan garam dan air.

Untuk menjadikan besi kasar menjadi baja, kadar arang harus dikurangi hingga tinggal 0,0 - 1,5 %. Seringkali sebagian arang yang terkandung dalam besi kasar akan ikut terbakar, sehingga perlu diberi tambahan karbon atau memproses besi yang banyak mengandung arang, seperti besi-cermin dan ferro manggaan, yang mengandung karbon lk. 6%.

Thomas
Bahan yang diproses adalah besi kasar putih yang banyak mengandung fosfor sehingga perlu diberi bahan tambahan seperti kapur agar reaksi pada lapisan tahan apinya terjadi reaksi basa. Ini untuk menghindari terbentuknya garam dan air. Terak yang akan terjadi sebagai akibat reaksi bahan-bahan tambahan dan zat-zat yang tidak berguna dalam besi kasar harus dialirkan dulu sebelum mencerat hasil baja yang diinginkan.

Mutu baja yang dihasilkan oleh converter Bessemer dan Thomas masih belum baik dan hanya dapat digunakan untuk kontruksi-kontruksi sederhana, karenanya semakin tersisih dengan proses yang dilakukan fi oven oksi dan oven Martin serta oven-oven lain yang lebih modern dan menghasilkan baja yang lebih baik mutunya.

Oven Oksi
Oven ini disebut converter modern dan prosesnya disebut proses oksi, dimana oksigen murni ditiupkan diatas dan didalam cairan besi sehingga karbon, silisium, mangaan dan lain lainnya akan terbakar. Dalam prosesnya, besi yang sudah terbakar ini diberi kapur dan menghasilkan terak yang akan mengapung sehingga terlindung dari udara yang mempunyai pengaruh buruk terhadap baja.

Bahan Baku oven ini adalah besi kasar, tetapi bisa juga memakai besi tua. Baja yang dihasilkan dapat digunakan untuk bahan bagian-bagian mesin seperti baut, poros, Batang penggerak dan lain-lain.

Oven Martin
Oven jenis lain yang banyak dijumpai adalah oven Martin yang terdiri dari satu tungku dimana bahan dilumerkan dan 4 ruangan dibawah nya untuk memanaskan gas dan udara untuk menghasilkan temperatur yang tinggi. Gas dan udara ditiupkan diatas bahan yang dicairkan. Bahan baku oven Martin pada umumnya menggunakan baja tua /bekas, tetapi sering juga menggunakan bahan dari besi kasar dan besi tua atau bahkan dari bijih besi. Sama dengan oven-oven lain, terak juga akan terbentuk didalam tungku dari reaksi berbagai bahan imbuhan, dan mengapung diatas cairan untuk menutupinya dari pengaruh udara. Hasilnya sering disebut sebagai baja Martin, sangat baik untuk bahan konstruksi dan bagian-bagian mesin.

Oven Listrik
Pada dasarnya oven listrik sama dengan oven-oven lain hanya disini untuk mendapatkan pembakaran diatas tungku digunakan batang-batang arang yang digantungkan diatas cairan dan ditekankan ke cairan besi sehingga terjadi arus pendek dan meningkatkan suhu bahan yang akan di proses. Setelah permukaan cairan menurun, akan terjadi busur nyala api yang memanaskan isi oven, mengoksidasikan campuran bahan imbuhan.

Oven Listrik dibagi menjadi 2 group :
1. Oven Busur Nyala
2. Oven induksi

Oven Busur Nyala :
✔️ Pada oven ini, untuk mendapatkan pembakaran diatas tungku digunakan batang-batang arang yang digantungkan diatas cairan dan ditekankan ke cairan besi sehingga terjadi arus pendek dan meningkatkan suhu /temperatur bahan.

✔️ Setelah permukaan cairan menurun, akan terjadi busur nyala api yang memanaskan isi oven, dan terjadi oksidasi pada campuran bahan imbuhan.

Oven Induksi
Ada 2 jenis oven induksi, yaitu yang menggunakan frekuensi rendah dan frekuensi tinggi. Pada frekuensi rendah dan Oven induksi bekerja menurut prinsip transfomator, dimana oven sesungguhnya adalah saluran disekeliling teras yang dibuat dari baja lunak. Saluran yang berbentuk bulat dengan isinya dianggap gulungan sekunder yang dihubungkan secara hubungan singkat. Hubungan singkat ini menghasilkan panas yang tinggi sehingga isi oven mencair.

Oven Induksi frekuensi rendah

Pada oven listrik frekuensi tinggi, kumparan besar dililitkan disekeliling oven sesungguhnya, dimana jika dialiri arus bolak balik, akan terjadi aliran pusaran didalam isi oven.

Oven Induksi frekuensi tinggi

Oven ini digunakan untuk pembuatan baja dari besi kasar dan besi tua dan disebut sebagai baja elektro dan hasilnya dipakai untuk membuat perkakas (tools) seperti pahat, stempel dan lain lain.

Berikut adalah perbedaan prinsip antara berbagai converter dan oven yang penting termasuk bahan baku dan hasil produksinya.

Selanjutnya : Pembuatan Baja Tuang

Teknologi Bahan ATT-II