F. Pembuatan Baja
3. Pembuatan Baja dengan Dapur Listrik
Dapur listrik dapat melakukan proses pembuatan baja dengan bahan 100% dari baja bekas atau besi/baja rongsokan dan ada kalanya untuk menghasilkan baja-baja campuran (alloy steel).
Sewaktu melakukan proses pengerjaan/ pembakaran pada unsur-unsur baja di dalam dapur listrik, prinsipnya hampir sama prosesnya dengan dapur Siemen Martin, hanya perbedaannya dapur ini sumber panas dihasilkan dengan arus listrik.
Jika dibandingkan dengan dapur pengolahan baja yang lain (Converter Bessemer dan Thomas, dapur S.M. dan lain sebagainya), maka dapur listrik mempunyai keuntungan sebagai berikut:
• Mudah mencapai temperatur yang tinggi dalam waktu yang singkat.
• Cairan besi tidak berhubungan langsung dengan kotoran/terak sehingga hasilnya lebih baik dan homogen.
• Efisiensi termis dapur lebih baik.
• Kerugian karena penguapan hampir tidak ada.
Gambar 2.11. Dapur Busur Listrik
Kerugian dapur listrik adalah:
• Harga perlengkapan sangat mahal.
• Biaya operasi sangat mahal dengan menggunakan listrik dibanding menggunakan bahan bakar lainnya.
a. Dapur Listrik Busur Cahaya (Elektroda)
Dapur listrik busur cahaya adalah menggunakan elektroda untuk memperoleh busur nyala listrik, dimana busur nyala listrik ini terjadi antara elektroda dan elektroda atau elektroda dengan cairan besi. Elektroda bila dialiri listrik akan menimbulkan api/
cahaya dengan temperatur sekitar 3.000oC, dimana baja atau logam dapat dilebur. Elektroda yang digunakan untuk menghasilkan busur cahaya tersebut dari carbon murni dan diambil dari pipa pipa pembangkit gas CO pada tekanan 250 atm - 300 atm. Keuntungannya akan didapatkan baja dengan
kwalitas tinggi dikarenakan carbon bahan electrode tidak bercampur ke dalam cairan. Pada listrik yang memperguakan busur cahaya sebagai sumber panas ada 2 macam:
1) Busur Cahaya Tidak Langsung (indirect arc furnace)
a) Dapur stassano, mempergunakan 2 atau 3 elektroda dimana disusun mendatar.
b) Dapur renefelt, mempergunakan 3 buah electroda di mana dua buah electrode disusun mendapar dan yang lain disusun tegak lurus.
Dapur di atas hanya dipergunakan untuk mengerjakan logam non ferro dan besi tuang, alasannya:
- Temperatur yang dihasilkan tidak merata dalam muatan, yang dekat dengan busur lebih panas dari tempat yang lainnya.
- Karena elektrodanya panas, bahaya melengkung karena berat elektroda itu sendoiro dan lapisan dari dapur.
Gambar 2.12. Dapur Stassano
2) Dapur Listrik Busur Cahaya Langsung (direct arc furnace) Pada dapur ini busur cahaya terjadi antara electrode dengan cairan dan dari cairan ke elektroda lainnya. Di dalam dapur ini mempunyai 2 (dua) prinsip kerja:
a) Elektroda berada di atas dari cairan
Prinsip dapur yang menggunakan elektroda berada di atas cairan dilakukan oleh dapur Heroult, dimana busur cahaya terjadoi antara electrode yang satu ke cairan dan dari cairan akan terjadi busur cahaya lagi dengan elektroda yang lain.
Gambar 2.13. Dapur Busur Listrik Heroult
b) Elektroda berada di bawah dan di atas Cairan
Prinsip dapur yang mempergunakan elektroda diatas dan di bawah cairan dilakukan oleh dapur Girod, dimana busur cahaya terjadi antara elektroda yang diatas cairan dan dari cairan akan terjadi busur cahaya lagi dengan elektroda yang dibawah. Bahan elektroda dibawah dibuat berbeda dngan tujuan untuk menjaga carbonnya jangan banyak bercampur dengan baja, tegangan yang dipergunakan berkisar antara 60 - 70 volt dan lebih rendah dari tegangan yang dipergunakan pada dapur Heroult.
Gambar 2.14. Dapur Gerod
3) Lapisan Dapur Listrik Busur Cahaya
Pada dapur listrik busur cahaya proses yang dapat dilakukan adalah tergantung dari lapisan batu tahan api dapur tersebut. Berdasarkan lapisan dapur maka, dapat dilakukan proses-proses asam dan proses basa. Lapisan dapur untuk proses asam dari ulai dinding sampai kelapisan dasar terbuat daribatu silica. Lapisan permukaan/bagian atas dinding dan dasar dapur terbuat dari campuran pasir dan tanah liat setelah terlebih dahulu dilakukan proses sinter. Lapisan dapur untuk proses basa terbuat dari dolomite Tebal lapisannya sampai 500 mm dan lapisan atas dari lapisan dasar dapur mempunyai ketebalan 200 mm.
4) Elektroda Dapur Listrik Busur Cahaya
Pada dapur ini elektroda sangat penting peranannya seperti bahan bakar pada dapur besi/baja yang lain. Elektroda yang dipergunakan didalam dapur ini ada 2 macam yaitu:
a) Elektroda carbon-Amarof b) Elekroda grafit
Bahan-bahan dari elektroda terbuat dari batu bara antrasit, kokas petroleum dan aspal atau sebagai bahan pengikat.
Bahan-bahan tersebut diaduk dan dibentuk menjadi elektroda, selanjutnya dipres dan dibakar didalam dapur pembakar. Untuk dapat dijadikan elektroda carbon Amarof pembakarannya mencapai suhu 1200°C. Untuk mendapatkan elektroda grafit pembakarannya mencapai suhu 2000°C, pembakaran ini bertujuan untuk membakar karbon menjadi grafit seluruhnya.
5) Bahan dalam Proses Dapur Listrik
Bahan mentah (raw material) yang diproses didalam dapur listrik adalah baja rongsokan/bekas, cairan besi/baja dari convertor, dapur kopel, dapur Siemen Martin dan sebagainya.
Adapun alas an dipergunakannya cairan baja/besi didalam proses dapur listrik adalah:
• Kekurangan baja rongsokan/bekas.
• Untuk memperoleh hasil yang baik dengan pembakaran pada temperatur tinggi.
Pengisian dapur harus dilakukan sekaligus dan dijaga susunan bahan-bahan tidak terlampau rapat didalam dapur karena dengan tidak terlampau rapat diharapkan diantara bahan-bahan akan terjadi busur-busur nyala yang kecil, sehingga dapat mempercepat pencairan bahan-bahan di dalam dapur.
6) Proses kerja Dapur Listrik Elektroda
Proses yang terjadi di dalam dapur listrik ini sesuai dengan lapisan batu tahan apinya (lapisan dasar dapur), sehingga proses asam dan proses basa.
Reduksi dilakukan oleh gas yang terdiri dari 70% CO dan 30% CO2 dan didalam hard (tungku) gas CO2 akan terurai oleh C dari elektroda dengan uraian sebagai berikut:
CO2 + C → 2 CO
Gas CO yang dihasilkan akan naik ke atas dan mengadakan reduksi pada bahan-bahan mentah seperti, baja/besi cair atau dingin, baja rongsokan dan sebagainya. Reduksi yang terjadi pada proses asam dan proses basa pada Siemen Martin.
b. Dapur Listrik Induksi
Dapur listrik induksi mempunyai prinsip transformator yaitu arus bolak-balik dapat ditransformasikan atau dapat mengubah tenaga arus bolak-balik dari tekanan tinggi dengan arus rendah ke tekanan rendah dengan arus yang tinggi dan sebaliknya.
Dapur listrik induksi yang mempergunakan inti yaitu: Seperti Dapur Kijellin dan Dapur Rohling Rodenhauser.
1) Dapur Kijellin
a) Konstruksi Dapur
Pada dapur ini inti dibuat dari plat-plat baja yang dilapisi isolasi seperti inti transformator dan dihubungkan dengan balok yang terletak diatasnya. Arus yang dipergunakan adalah arus bolak-balik yang menggunakan cairan (muatan) sebagai lilitan sekunder.
Bahan yang dikerjakan pada dapur ini adalah baja/besi yang didatangkan dari dapur lain dan apabila besi/baja yang akan dikerjakan belum cair maka dicairkan terlebih
dahulu di dalam dapur lain sebelum dimasukkan ke dalam dapur ini.
Gambar 2.15. Dapur Kijellin
b) Prinsip Kerja Dapur
Dalam dapur dimasukkan/diletakkan cincin besi yang melingkar yang bekerja sebagai lilitan yang kedua dan untuk srud induksi. Setelah itu arus induksi dimasukkan pada gulungan primair dan seterusnya dialirkan pada lilitan sekunder yang akan memanaskan cincin sampai pijar, sehingga dinding dapurpun turut menjadi panas.
Setelah didalam dapur menjadi panas bahan-bahan yang sudah cair dimasukkan ke dalam dapur dan di dalam dapur akan terjadi pembakaran unsur-unsur dan pemisahan unsur yang tidak berguna di dalam baja cair.
2) Dapur Rohling Rodenhauser a) Konstruksi Dapur
Pada dapur ini dapat dilakukan proses asam dan proses basa sesuai dengan lapisan dari dapur. Di dalam dapur terdapat 2 lilitan di sekitar inti yaitu lilitan primair dan lilitan sekunder yang dihubungkan dengan kontak tembaga yang tertanam pada lapisan dapur. Terhadap cairan logam kontak tembaga ini dilindungi oleh dinding yang berfungsi sebagai tahanan terhadap temperatur yang timbul dan untuk mengalirkan arus induksi pada lilitan sekunder. Sekitar lilitan dan ruangan antara dengan dinding dapur dialirkan udara pendingin dengan tekanan kecil. Inti pada dapur ini terbuat dari plat-plat yang berlapis seperti inti pada transformator.
Pada dapur terdapat 2 kumparan apabila memakai arus
bertukar dan apabila memakai arus berputar dipergunakan 3 buah kumparan. Bahan yang dikerjakan pada dapur ini adalah bahan cair dan cairan ini bekerja sebagai kumparan sekunder. Dapur ini dapat juga mempergunakan kumparan sekunder yang arusnya dialirkan pada cairan sehingga cairan bekerja sebagai tahanan.
Gambar 2.16. Dapur Rohling Rodenhauser b) Prinsip Kerja Dapur
Cincin besi dimasukkan ke dalam dapur dan selanjutnya arus dihubungkan dengan lilitan primair dan arus induksi dari lilitan primair dialirkan ke cincin besi sehingga memanaskan cincin dan memanaskan dapur. Setelah cincin yang dialiri arus induksi menjadi pijar merah, maka cairan besi/baja yang akan diproses dimasukkan ke dalam dapur dan proses yang terjadi di dalam dapur sama dengan proses didalam dapur Siemen Martin.
3) Dapur Induksi Frekwensi Tinggi, dapur listrik induksi yang tidak mempergunakan inti
a) Konstruksi Dapur
Dapur ini mempergunakan tiga kumparan dengan arus berputar. Inti tidak dipergunakan pada dapur ini dan sebagai ganti inti dipergunakan cairan baja. Dapur ini mempergunakan arus listrik yang kuat yang dialirkan ke
dalam cairan baja untuk dirubah menjadi panas, sehingga panas yang dihasilkan dapat digunakan untuk melebur logam/baja. Kesukaran yang timbul dapat mempergunakan dapur adalah merubah frekwensi tinggi menjadi frekwensi terbatas/rendah. Lilitan primer terbuat dari tembaga yang terbuat berlubang untuk aliran air pendingin.
Dinding dapur ini terbuat dari campuran asbes dengan semen dan untuk dapur yang besar terbuat dari kayu berlapis asbes atau bahan non magnit yang tidak panas/
cair karena arus liar. Dapur diperlengkapi dengan mekanik pengungkit agar mudah mengeluarkan isi dapur setelah proses pembuatan baja.
Mangkok (tempat mencairkan bahan-bahan) terbuat dari batu tahan api non konduktor atau konduktor misalnya mencairkan tembaga mangkoknya dibuat dari batu tahan api grafit sehingga arus yang ada pada mangkok akan ikut memanaskan cairan. Pada dapur ini yang konduktor untuk proses asam ialah ganister dan untuk proses basa MgO + Al2O. Pendukung dari mangkok dibuat dari bahan yang telah ditumbuk dan disinter misalnya pasir silica.
Gambar 2.17. Dapur Induksi Frekwensi Tinggi
b) Prinsip Kerja Dapur
Langkah pertama dilakukan pengisian dapur dengan baja rongsokan/bekas setelah terlebih dahulu dipilih dan
diketahui campuran unsur-unsurnya karena pada waktu proses berlangsung sangat sukar untuk menganalisa kimianya disebabkan proses didalam dapur waktunya sangat pendek. Setelah bahan-bahan dimasukkan arus listrik frekwensi tinggi kelilitan primer sehingga didapat arus listrik yang kuat dan seterusnya dialirkan kemuatan/
bahan yang akan menimbulkan panas karena tahanan didalam dapur. Didalam dapur ini terak cair tidak sempurna menutupi cairan sehingga kemungkinan dapat timbul oksidasi pada cairan. Untuk mencegah terjadinya oksidasi pada cairan baja di dalam dapur, maka pada permukaan cairan dimasukkan gas reduksi.
Setelah proses didalam dapur selesai, maka baja cair dikeluarkan dari dalam dapur yang ditampung oleh wadah-wadah penuangan untuk dibawa ke tempat penyelesaian selanjutnya.
4. Dapur Kupola