PROSES DASAR PERLAKUAN LOGAM

PROSES  DASAR  PERLAKUAN  LOGAM

Pembelajaran.1

2.1.  Pembuatan dan Pengolahan Logam

         1. Pengolahan biji besi menjadi besi kasar

Untuk pengolahan bijih besi menjadi besi kasar diperlukan bahan dan proses sebagai berikut:

         a. Biji besi

             Biji besi ialah besi yang masih bercampur dengan bermacam-macam zat yang terdapat di alam (besi yang masih kotor). Biji besi banyak terdapat di negara-negara Amerika Serikat, Rusia, Spanyol, Jerman dan Swedia. Batu-batu besi itu dikirim ke negara-negara yang membutuhkan. Batu-batu besi yang yang terdapat di dalam tanah mengandung kadar besi lebih kurang 25– 70% dan unsur besi ini bersenyawa dengan zat asam, zat cair dan zat arang.

         b. Bahan tambahan

             Bahan tambahan sangat diperlukan dalam pengolahan biji-biji besi, sebab bahan tambahan ini dapat berfungsi untuk mengikat batubatu ikatan dan abu kokas, sehingga merupakan terak cair.

Sebagai bahan tambahan biasanya dipergunakan batu kapur (CaCO3), kadang-kadang pula dolmit yaitu campuran dari CaCO3 dan MgCO3. Tetapi jika biji besinya sendiri telah mengandung kapur, maka bahan tambahnya harus dipakai yang bersifat asam umpamanya fluorid-kalsium (CaFO2).

  c. Bahan bakar (kokas)

             Bahan bakar yang digunakan untuk melebur biji-biji besi di dalam dapur tinggi dengan proses pembakaran antara lain :

     1.  Arang kayu,

     2.  Arang batu (batu bara),

           3.  Kokas..

   d. Dapur tinggi

            Sebuah dapur tinggi  adalah tempat untuk melebur biji besi hingga menjadi besi kasar.  

            Konstruksi dan susunan dapur tinggi :

           1) Dinding dapur tinggi terdiri dari kerucut atas dan kerucut bawah dan bagian bawahnya   dilapisi batu tahan api.

           2) Tebal dinding lapisan sampai 1 meter dan garis tengah dapur maksimum 6 meter

           3) Tinggi dapur 25 – 35 meter

           4) Mulut dapur dibuat dari pelat baja yang berbentuk cincin

           5) Pemasukan biji besi pada mulut sebelah atas berganti-ganti dengan bahan tambahan kokas  yang digerakkan oleh alat pengangkat hidrolis

           6) Sebelum dipakai, dapur tinggi dipanasi lebih dahulu 8 sampai 14 hari lamanya.

           7) Gas panas (CO2) yang terjadi tidak dibuang, tetapi disalurkan untuk memanasi udara bakar 

               yang akan dimasukkan ke dalam dapur. Alat pemanas udara ini disebut cowper.

           8) Kapasitas dapur tinggi dapat menghasilkan 300–400 ton besi mentah dalam 24 jam.

e. Operasi dapur tinggi

             Bahan-bahan yang akan diolah dalam dapur tinggi, dimasukkan (dituangkan) secara berlarut-larut dan teratur . Setelah dalam dapur tinggi diberi pemanasan dan dibantu dengan udara panas yang dihembuskan lewat pipa-pipa udara yang dipasang disekeliling tungku dapur. Dengan pemanasan tersebut mulailah arang kokas terbakar, hingga menjadi coal monoxide (CO). gas ini mengalir melalui biji-biji besi, naik ke atas dan bersenyawa dengan zat asam yang ada di dalam besi itu sendiri sehingga terjadilah persenyawaan coal dioxyde (CO2) yaitu :  Fe + CO2 + O2 --à  FeO2 + CO2

              Sekarang karbon monoksida (CO) naik ke atas melalui biji-biji besi, maka monoksida ini akan mengambil zat asam yang ada dalam besi, sehingga jadi lagi karbon dioksida (CO2), sedangkan besinya mengambil zat arang dari arang kokas dari arang kokas dalam pembakaran. Proses semacam ini terjadi pada suhu 8000C sedangkan gas-gas yang keluar dari dapur tinggi, mengalir ke tempat pembersih gas dengan suhu 3000C dan dari sini dialirkan ke pesawat pembawa cowper. Sebelum besi cair dikeluarkan maka teraknya harus dikeluarkan lebih dahulu sampai bersih. Gas dapur tinggi selain dipakai untuk pemanas udara bakar dapat juga dipakai untuk menggerakkan motor-motor gas atau turbin gas, sebagai pesawat pembantu dari perusahaan dapur tinggi.

 f. Besi kasar

              Hasil besi cair dapur tinggi dapat langsung dituang menjadi besi tuang atau besi kasar padat. Atau dapat juga langsung dikerjakan yaitu untuk mendapat besi kasar cair dan diangkut ke tempat alat

pencampur. Pada alat pencampur ini diharapkan susunan besi kasar cair dapat menjadi lebih homo-gen.

Besi kasar yang dihasilkan dapur tinggi ada dua macam yaitu:

         (1) Besi kasar putih

         (2) Besi kasar kelabu

         2.  Proses Pembuatan Baja Dari Besi Kasar

              (1) Proses Bassemer

                    Konvertor Bassemer didapatkan pada tahun 1855 oleh Henry Bessemer seorang bangsa 

Inggris. Konvertor ini pada bagian sebelah dalamnya dilapisi dengan batu tahan api yang terbuat dari kwarsa (SiO2) dan bersifat asam. Jenis konvertor ini hanya dapat mengolah besi kasar dengan kadar P maksimum 0,80%. Tetapi kadar C = 3,5 – 4%, kadar Si = 1,5 – 2,5%, Mn = 4 –5 %, S = 0,05%. Jadi merupakan besi kasar kelabu. Kadar P harus rendah mengingat (P) tidak dapat dihilangkan dalam proses ini. Besi kasar cair dari alat pencampuran yang diisikan 1/7 dari bagiannya, isi konvertor

maksimum adalah 15 – 30 ton. Sebagai bahan pemanas konvertor ini adalah udara panas.

                    Prinsip dari proses Bessemer adalah untuk memperkecil kadar C. Lapisan batu tahan api

bersifat asam dapat memper-cepat terjadinya proses dalam besi kasar cair dan proses ini tidak berlaku untuk besi kasar yang mengandung fosfor. Besi atau baja yang diperoleh dari proses Bessemer ini, dikerjakan dengan mesin-mesin walls untuk dijadikan pelat baja.

              (2) Proses Thomas

                   Konvertor ini khusus mengerjakan besi kasar putih yaitu suatu besi kasar yang mengandung 3 – 3,5 % C dan 0,2 – 0,5 % Si.

                                    CaO + SiO2 --à   CaSiO3

Setelah Si, Mn, dan C terbakar akhirnya Pnya juga akan terbakar dan oksid P akan bereaksi dengan CaO menjadi kalsium posfat.

                                P2O5 + CaO --à   Ca3 (PO4)2

              (3) Proses Listrik

                    Dapur listrik ini adalah khusus untuk pengolah baja, sehingga hasil bajanya sering disebut pula baja listrik. Dapur ini menggunakan arus listrik yang menimbulkan panas untuk mencairkan muatan. Bahan-bahan yang dimasukkan ke dalam dapur berbentuk padat atau dalam keadaan cair. Dapur yang banyak dipergunaka ialah dapur busur cahaya dari Heroult.

              (4) Proses Siemen Martin

                    Sebuah dapur pelebur baja yang dapat mencapai suhu tinggi dibuat oleh orang-orang yang bernama Siemen dan Martin, sehingga dapurnya disebut pula dapur siemen Martin. Dapur ini mempunyai tungku kerja yang diperlengkapi dengan ruangruang hawa. Tungku kerja ini mempunyai kapasitas 30 – 50 ton. Bahan-bahan yang dimasak selain besi kasar dari dapur tinggi juga dapat dimasukkan besi bekas atau besi tua. Cara memanaskan dapur Siemens Martin adalah dengan gas generator dan udara yang sebelumnya dimasukkan ke dalam pemanas yang dapat mencapai suhu lebih kurang 13000C. Gas generator dan udara kemudian masuk ke dalam tungku kerja dan terjadi pembakaran yang dahsyat, sehingga suhu tungku kerja menjadi semakin tinggi yaitu lebih kurang 20000C. Baja yang dihasilkan disebut baja Siemen Martin, mempunyai kualitas lebih baik dari hasil dapur peleburan yang lain karena susunannya lebih homogen dan tahan terhadap suhu yang tinggi.

  3.  Penyepuhan dan Pelunakkan Baja.

                Menyepuh baja adalah cara mengeraskan baja dengan jalan memanaskan baja pada suhu penyepuhan yang segera disusul oleh suatu pendinginan yang mendadak. Sebagai zat pendingin yang dapat dipergunakan adalah air, air garam, cairan glaserin, dan sebagainya. Suhu penyepuhah untuk berbagai macam kadar zat arang (C) dalambaja telah tertentu misalnya:

           1. Untuk baja dengan kadar 0,8% C suhu 750^o C

           2. Untuk baja dengan kadar 0,7% C suhu 800^o C

           3. Untuk baja dengan kadar 0,5% C suhu 900^o C

Makin tinggi suhu penyepuhan, makin keras hasil bajanya dan kristalkristal baja yang terjadi makin besar yang menyebabkan baja itu sangat rapuh.

RANGKUMAN :

         Biji besi ialah besi yang masih bercampur dengan bermacam-macam zat yang terdapat di     

         alam

(besi yang masih kotor). Bahan bakar yang digunakan untuk melebur biji-biji besi di dalam dapur tinggi dengan proses pembakaran antara lain :

           1.  Arang kayu,

           2.  Arang batu (batu bara),

           3.  Kokas..

         Hasil besi cair dapur tinggi dapat langsung dituang menjadi besi tuang atau besi kasar padat. Atau dapat juga langsung dikerjakan yaitu untuk mendapat besi kasar cair dan diangkut ke tempat alat

pencampur. Pada alat pencampur ini diharapkan susunan besi kasar cair dapat menjadi lebih homo-gen.

Besi kasar yang dihasilkan dapur tinggi ada dua macam yaitu:

       (1) Besi kasar putih

       (2) Besi kasar kelabu

Proses Pembuatan Baja Dari Besi Kasar

               (1) Proses Bassemer

               (2) Proses Thomas

               (3) Proses Listrik

               (4) Proses Siemen Martin

         Menyepuh baja adalah cara mengeraskan baja dengan jalan memanaskan baja pada suhu

penyepuhan yang segera disusul oleh suatu pendinginan yang mendadak.

TES FORMATIF :

Kerjakan soal dibawah ini dengan jelas dan benar.

1. Jelaskan yang dimaksud dengan bijih besi yang ditemukan di alam.
2. Sebutkan jenis bahan bakar yang digunakan dalam proses peleburan bijih besi.
3. Sebutkan besi kasar yang dihasilkan dari pengolahan didalam dapur tinggi.
4. Sebutkan proses apa saja didalam pembuatan logam baja dari besi kasar.
5. Jelaskan  yang dimaksud dengan menyepuh logam baja.