Oleh: R. Edy Purwanto Anggit Murdani Nurchajat
Desain Sampul: Maziyatuzzahra Munasib Hak Cipta © 2016, pada Penulis
Hak Publikasi pada Polinema Press
Dilarang memperbanyak, sebagian atau seluruh isi dari buku ini dalam bentuk apapun, tanpa izin tertulis dari penerbit.
Cetakan ke-01 Tahun 16
Polinema Press
Politeknik Negeri Malang (Polinema) Gedung AU ground floor
Jalan Soekarno Hatta No. 9, Malang PO BOX Malang Telp. (0341) 404424 / 404425 Fax. (0341) 404420 www.polinema.ac.id
E-mail: polinemapress@gmail.com
ISBN : 978-602-19379-5-2
TEKNOLOGI BAHAN
Teori
(Edisi Perdana)
iii
enyusunan buku dalam rangka memudahkan proses belajar mengajar bagi mahasiswa Politeknik Jurusan Teknik Mesin, sebagai upaya peningkatan mutu proses belajar mengajar. Buku ini disusun disesuaikan dengan tingkat kebutuhan dan pemahaman bagi mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Malang, untuk membimbing mahasiswa sebelum terjun kelapangan, sehingga perlu adanya beberapa ilustrasi untuk membantu membayangkan kondisi riil yang akan dihadapi di lapangan nantinya. Oleh karena itu, buku ini bersifat khusus untuk dipakai kalangan sendiri tidak untuk diperjual belikan/ diperdagangkan.
Buku ini diharapkan menjadi sebuah buku ajar yang komunikatif, lengkap dan mudah dipahami, sehingga tujuan penyusunan buku dalam rangka peningkatan mutu proses belajar mengajar dapat tercapai. Namun tentunya akan lebih sempurna apabila adanya masukan-masukan dan kritik yang konstruktif untuk melengkapi isi buku agar menjadi lebih baik lagi.
Akhir kata, semoga buku ini dapat membawa manfaat serta memberikan dampak positif untuk kalangan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Malang, dalam meningkatkan mutu proses belajar mengajar dan memudahkan pemahaman sebelum melakukan kegiatan praktikum, ataupun persiapan terjun ke lapangan. Penyusun bersedia menerima kritik dan saran yang bersifat konstruktif sebagai informasi positif demi kesempurnaan tulisan ini serta demi menunjang perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan.
Penulis
P
~ KATA PENGANTAR ~
v
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... vii
LESSON PLAN ... x
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
A. Bahan Teknik ... 2
B. Pengertian Ilmu Logam ... 3
C. Penggunaan Logam dan Paduan ... 3
D. Macam-macam Logam dan Paduan ... 4
E. Biji Besi ... 5
F. Sumber Logam (Source of Metal) ... 6
G. Pengerjaan Biji (Work Ores) ... 7
Soal ... 11
BAB 2 PEMBUATAN BESI KASAR (PIG IRON) & BAJA (STEEL) . 13 A. Dapur Tinggi ... 14
B. Bahan Bakar ... 15
C. Proses Dalam Dapur Tinggi ... 18
D. Hasil Dapur Tinggi ... 19
~ DAFTAR ISI ~
E. Dapur Tinggi Listrik ... 22
F. Pembuatan Baja ... 23
Soal ... 50
BAB 3 IKATAN & KRISTAL LOGAM ... 51
A. Ikatan Atom ... 52
B. Struktur Kristal ... 54
C. Kisi Kubik (Cubic Lattices) ... 56
D. Arah Kristal ... 61
Soal ... 65
BAB 4 PROSES PERLAKUAN PANAS (HEAT TREATMENT) & PENGERASAN PERMUKAAN PADA BAJA ... 67
A. Proses Perlakuan Panas ... 68
B. Hardening (Pengerasan) ... 73
C. Case Hardening ... 75
D. Tempering ... 80
E. Austempering ... 82
F. Annealing ... 84
G. Normalizing ... 86
Soal ... 87
BAB 5 SIFAT MEKANIS & PENGUJIAN LOGAM ... 89
A. Sifat Mekanis Logam ... 90
B. Pengujian Mekanis Logam ... 92
C. Pengujian Dinamis ... 108
Soal ... 116
DAFTAR PUSTAKA ... 117
vii
1.1. Bahan Teknik ... 2
1.2. Gyratory Crusher ... 7
1.3. Beater Mill ... 8
1.4. Ball Mill Sebagai Grinding ... 8
2.1. Dapur Tinggi ... 14
2.2. Pesawat Pemanas Udara ... 17
2.3. Dapur Tinggi Listrik ... 22
2.4. Diagram Alir Pembuatan Baja ... 24
2.5. Prinsip Pembuatan Baja Menggunakan Konventer ... 24
2.6. Pengisian Besi Kasar Cair ke dalam Konvertor Bassemer ... 26
2.7. L.D. Top Blown Corverter ... 28
2.8. Kaldo Top Blown Converter ... 28
2.9. Rotor Mixed Blown Converter ... 29
2.10. Pemanasan Dapur S.M ... 31
2.11. Dapur Busur Listrik ... 37
2.12. Dapur Stassano ... 38
2.13. Dapur Busur Listrik Heroult ... 39
2.14. Dapur Gerod ... 39
2.15. Dapur Kijellin ... 42
2.16. Dapur Rohling Rodenhauser ... 43
~ DAFTAR GAMBAR ~
2.17. Dapur Induksi Frekwensi Tinggi ... 44
2.18. Dapur Kupola ... 46
2.19. Dapur Cawan (Kroes) ... 49
3.1. Transfer Elektron pada Nacl ... 52
3.2. Ikatan Kovalen pada Amoniak ... 53
3.3. Common Crystal Systems Encountered in Metals ... 54
3.4. The Fourteen Space (or Bravais) Latteies as Shown by Their Unit Cells ... 55
3.5. Struktur Kubik Pemusatan Ruang Logam. ... 56
3.6. Sel Satuan Kubik Pemusatan Ruang (Logam) ... 56
3.7. Struktur Kubik Pemusatan Sisi pada Logam ... 57
3.8. Sel Satuan Kubik Pemusatan Sisi (Logam) ... 58
3.9. Sel Satuan Heksagonal Sederhana ... 59
3.10. Struktur Heksagonal Tumpukan Padat ... 60
3.11. Tata Letak dalam Sel Artorombik ... 61
3.12. Arah Kristal (a) (120), (b) <101> ... 63
3.13. Konsentrasi Atom (111) (Kps) Bidang (111) ... 64
4.1. Kecepatan Pendinginan ... 70
4.2. Perubahan Struktur Pendinginan Lambat 0.20% Carbon Steel ... 71
4.3. Perubahan Struktur pada Pendinginan Lambat 1.0% Carbon Steel ... 72
4.4. Proses Hardening ... 74
4.5. Graphical Summary Of Process Heat Treatments For Steel On An Equilibrium Diagram ... 75
4.6. Flame Hardening ... 80
4.7. Diagram Transformasi Austempering ... 83
4.8. Diagram Temperatur Pemanasan Proses Heat Treatment .... 85
5.1. Batang Uji Tarik ... 93
5.2. Diagram Stress-Strain ... 94
5.3. Pengujian Bengkok ... 95
5.4. Sistem Shore Schleroscope ... 97
5.5. Two Types Of Schleroscope Hardness Testers ... 97
5.6. Sistem Poldi ... 98
5.7. Sistem Brinell ... 98
5.8. (a) Brinell Hardness Tester; (b) Rockwell Hardness Tester .... 99
5.9. Sistem Rockwell ... 100
5.10. Sistem Vikers ... 101
5.11. Sistem Meyer ... 103
5.12. The Knoop Diamond-Pyramid Indenter ... 103
5.13. Tukon Microhardness Tester ... 103
5.14. Durometer Hardness Tester ... 104
5.15. Torsion of Solid Bar ... 105
5.16. Shear Stress dari Torque-Twist Diagram ... 107
5.17. The Principles of the Izod and Charpy Tests ... 108
5.18. Uji Impact ... 109
5.19. Spesimen Uji Impact ... 109
5.20. Calculating the "Energy to Fracture" from an Impact Test ... 110
5.21. Variasi Temperatur pada Charpy Test ... 112
5.22. Fracture Appearance of Bending-Fatique Failures, Final Fracture Zones are Shown as Crosshatched Areas ... 114
5.23. Metode Pengujian Fatique ... 114
5.24. Fatigue Stress Cycle ... 115
~ LESSON PLAN ~
Minggu Materi Kuliah
1 2
3
4
5 6
7
8 9 10 11
12
13 14
15
16 17
18 19
Pendahuluan/pretest
Bahan Teknik: Pengertian Ilmu Logam, Macam-macam Logam dan Paduan.
Biji Besi, Sumber Logam (Source of Metal), Pengerjaan Biji (Work Ores).
Dapur Tinggi, Bahan Bakar, Proses dalam Dapur Tinggi, Hasil Dapur Tinggi, Besi Kasar Cair, Terak, Gas Dapur Tinggi, Debu Dapur Tinggi.
Quiz.
Dapur Tinggi Listrik, Pembuatan Baja dengan Conventer Pembuatan Baja dengan Dapur Siemen-Martin (open hearth furnace).
Pembuatan Baja dengan Dapur Listrik, Dapur Kupola, Dapur Cawan.
Ikatan Atom, Struktur Kristal.
Kisi Kubik (cubic lattices), Arah kristal.
Midle test.
Proses Perlakuan Panas, Homogenity Austenite, Kecepatan Pendinginan, Kondisi Permukaan Transformasi Pada Pemanasan, Ukuran dan Berat Benda Kerja Hardening (Pengerasan).
Case Hardening, Carburising, Cyaniding dan Carbonitriding, Nitriding.
Flame Hardening, Induction Hardening, Tempering, Austempering.
Annealing, Full Annealing, Spheroidizing, Stress Relief Annealing dan Proses Annealing, Normalizing.
Sifat Mekanis Logam, Pengujian Mekanis Logam, Pengujian Tarik, Pengujian Bengkok.
Uji Kekerasan.
Pengujian Puntir, Pengujian Dinamis Pengujian Pukul Takik (Impact test), Kelelahan (Fatigue).
Final test.
Perbaikan, Pendalaman, pengayakan.
~ PENDAHULUAN ~
Bab 1
1
KOMPETENSI:
1. Dapat memilih bahan teknik yang sesuai dengan kalisifikasinya.
2. Mampu menjelaskan yang dimaksud dengan ilmu logam.
3. Mampu menyebutkan kandungan dari logam ferro.
4. Dapat memberikan contoh logam non-ferro.
5. Dapat menyebutkan macam-macam biji besi dari hasil tambang.
6. Mampu menjelaskan proses pengerjaan biji besi dengan benar.
7. Mampu menjelaskan proses pemisahan bijih besi.
A. Bahan Teknik
ahan-bahan yang digunakan manusia mengikuti suatu siklus bahan mulai dari ekstrasi, pembuatan sampai pelapukan. Yakni bahan mentah diambil dari bumi melalui penambangan, penggalian atau pengeboran; kemudian diolah menjadi bahan baku seperti ingot logam, batu belah, bahan petro kimia, kayu gelondongan untuk diolah menjadi bahan-bahan teknik seperti kawat listrik, besi beton, baja konstruksi, plastik dan lain-lain. Untuk memenuhi kebutuhan masyarakat. Akhirnya setelah dipergunakan selama beberapa waktu bahan-bahan tersebut kembali ke asalnya ke bumi sebagai bahan sisa (sekrap) atau memasuki siklus untuk diolah kembali dan dipergunakan lagi sebelum dibuang.
Secara umum bahan teknik dapat diklasifikasikan menjadi 2 (dua) golongan besar, yakni logam dan bukan logam. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat dalam diagram bahan tehnik.
Gambar 1.1. Bahan Teknik
Salah satu bahan-bahan teknik yang mengalami siklus di atas adalah logam. Jadi logam adalah unsur kimia yang mempunyai
B
sifat-sifat kuat, liat, keras penghantar listrik dan panas umumnya mempunyai titik cair tinggi. Contoh dari logam di antaranya adalah besi, timah putih, tembaga, emas, platina, perak, aluminium.
B. Pengertian Ilmu Logam
Ilmu logam adalah suatu pengetahuan yang mencakup seluruh pengetahuan tentang logam-logam pada umumnya. Pada prinsipnya ilmu logam dapat didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan yang menerangkan tentang sifat-sifat dan struktur logam, pembuatan, pengerjaan dan penggunaan dari logam-logam serta paduan-paduan. Ilmu logam dapat dibagi menjadi dua bagian utama yaitu:
1. Ilmu Logam Produktif (ekstratif)
Yaitu menerangkan tentang dasar-dasar pengolahan dan penyelidikan dari bijih logam, serta pembentukan.
2. Ilmu Logam Fisik (adaptif)
Yaitu yang menerangkan tentang dasar-dasar pengetahuan logam, sifat-sifat dan struktur dari logam dan paduan sehingga dapat membantu dalam memilih logam dan paduan untuk penggunaannya dalam kebutuhan sehari-hari.
Hasil penelitian dan penyelidikan ilmu logam dapat dibagi menjadi dua bagian yang lebih khusus lagi yaitu:
1. Metallurgi
Menerangkan tentang cara-cara pemisahan logam dari ikatan unsur-unsur atau cara-cara pengolahan logam secara teknis, sehingga diperoleh suatu jenis logam atau logam paduan untuk memenuhi kebutuhan tertentu.
2. Metallografi
Menerangkan tentang cara-cara penyelidikan logam untuk mengetahui sifat-sifat, struktur, temperatur dan prosentase campuran dari logam atau logam paduan.
C. Penggunaan Logam dan Paduan
Semenjak manusia beralih dari jaman batu ke jaman besi, manusia telah mempergunakan paduan-paduan logam untuk
pembuatan keris, tombak, perhiasan dan lain-lain. Pada jaman modern ini manusia telah mempergunakan hampir 90% lebih bahan-bahan yang terbuat dari paduan-paduan logam dari mulai alat-alat yang paling sederhana sampai pada alat-alat yang paling canggih dari perabot rumah tangga, sampai pada konstruksi- konstruksi pesawat dan lain-lain.
Di dalam pemilihan logam paduan untuk dipergunakan dalam dunia teknik haruslah memenuhi persyaratan seperti persyaratan mekanik, kimia, teknologi dan ekonomi. Penggunaan bahan logam atau paduan-paduannya, merupakan bahan dasar untuk lapangan industri permesinan, elektronik, kimia dll. Untuk menghindari kerugian yang ditimbulkan akibat kesalahan dalam pemilihan dan penggunaan dari bahan logam dan paduan, maka diperlukan beberapa persyaratan yang ada pada setiap jenis bahan harus diperhatikan.
D. Macam-macam Logam dan Paduan
Berdasarkan unsur-unsur dasar yang banyak terdapat dalam paduan, maka logam dan paduan dapat dibagi menjadi dua golongan besar yaitu: logam besi (ferro) dan logam bukan besi (non ferro).
1. Logam Besi (ferro)
Logam ferro disebut juga besi carbon atau baja carbon dimana unsur dasarnya terdiri dari unsur besi (Fe) dan carbon (C) tetapi di samping itu masih terdapat unsur-unsur lain seperti: silisium (Si); mangan (Mn); pospor (P) dan sulfur (S). Unsur-unsur campuran tersebut yang akan mempengaruhi sifat-sifat dan masa jenis dari logam ferro sehingga prosentase campurannya harus dibatasi sesuai dengan sifat dari logam yang akan dipergunakan. Jenis-jenis dari logam ferro yang terutama adalah:
a. Baja carbon
1) Baja carbon rendah (low carbon steel)
2) Baja carbon menengah (medium carbon steel) 3) Baja carbon tinggi (high carbon steel)
b. Besi tuang
Pembuatan logam ferro dilakukan dengan memproses bijih- bijih besi di dalam dapur tinggi sehingga menghasilkan besi
kasar yang belum dapat dipergunakan sebagai bahan dasar untuk pembuatan-pembuatan jadi, setengah jadi. Oleh sebab itu, besi kasar yang dihasilkan dari dapur tinggi perlu diolah kembali ke dalam dapur baja seperti: Convertor Bessemer atau Convertor Thomas; dapur Siemen Martin;
dapur listrik dll.
2. Logam Bukan Besi (non ferro)
Logam dan paduan yang tidak mengandung besi (Fe) dan carbon (C) sebagai unsur dasar dapat digolongkan ke dalam logam dan paduan logam bukan besi (non ferro). Jenis-jenis dari logam dan paduan logam non ferro yang terutama adalah:
a. Logam berat
1) Logam murni : Tembaga (Cu); Chrom (Cr); Nikel (Ni), Silikon (Si)
2) Logam paduan : Kuningan; Perunggu.
b. Logam ringan
1) Logam murni : Aluminium (Al); Magnesium (Mg);
Titanium (Ti); Barium (Be) 2) Logam paduan : Anticorodal; Alumina; Avional.
c. Logam mulia : Emas (Au); Perak (Ag); Plarina (Pt) d. Logam Refraktori : dikenal sebagai logam tahan api; Wol
fram (W) Molybden (Mo); zirconium (Zr) e. Logam radio aktip : Uranium (U); Radium (Ra)
E. Biji Besi
Bahan pokok dari besi kasar adalah biji besi yang diolah di dalam dapur tinggi dan besi kasar ini sebagai bahan pokok untuk membuat baja dan besi tuang yang banyak dipergunakan dalam dunia industri (masyarakat). Macam-macam biji besi:
1. Batu
a. Batu besi merah atau Hematit, ferrit oxide (F0203) mengandung kurang lebih 70% Fe dan 30 % 02 serta sedikit mengandung Posfor yang berwarna merah.
b. Batu besi merah tua atau Limontit (2Fe03, 3H20) dengan 30-50 % Fe.
c. Batu besi magnit ferri ferrous oxide atau Magnetit (Fe304, = FeO.Fe2O3), mengandung 72,3 % Fe dan 24,6% 02 serta hamper tidak mengandung fosfor, berwarna hijau tua kehitam-hitaman dan mempunyai sifat magnit yang kuat, kandungan sulfur antara 1,5% sampai 2%.
d. Batu besi sawo matang ferrous carbonat atau Siderit (FeC03) mengandung 40% Fe dan 36% C02 serta mengandung air dan posfor.
2. Pasir
Pasir besi titan (Ti02), mengandung oksida besi (Fe304) kurang lebih 70x yang bercampur dengan oksida titan 9% sampai 11 x.
3. Berbutir halus
Pasir besi spat ferrit carbonat (Fe2C03) disebut juga Sperosiderit mengandung 30% sampai 45% Fe yang bercampur dengan tanah liat. Pasir besi spat ini ada yang mengandung carbon antara 10%
sampai 25%. Di samping yang tertera di atas masih ada beberapa jenis biji besi yang lain yaitu :
a. Chamosite 3 FeO, AI203, 2 Si02, 3H20
Mineral ini terjadi bersama-sama degan limonite dan siderite dalam bentuk kandungan yang berkadar rendah (Minette).
Bisi beji ini umumnya banyak berisi sulphur, phosphor dan mineral-mineral lain seperti Quartz dan Calcite.
b. Geothite, Hydrogoothite
Keduanya merupakan hydrate oksida besi yang mengandung 63% besi. Terjadi dati mineral atau dihasilkan dekat permukaan bumi karena perubahan iklim yang terjadi biji- biji besi yang tidak terlindung, muncul ke permukaan.
F. Sumber Logam (Source of Metal)
Biji logam yang diperoleh dari penambangan biasanya masih bercampur dengan bahan-bahan ikutan lainnya. Prosentase berat dari unsur-unsur yang terkandung dalam di dalam biji-biji ini tergantung pada kedalaman lapisan tanah dari mana biji tersebut diperoleh, misalnya untuk lapisan tanah dengan kedalaman 1,6 Km akan diperoleh biji dengan 46,59 % oksigen, 27, 72 % Silikon
dan selebihnya unsur termasuk logam-logam. Logam-logam yang terdapat pada biji ini biasanya masih dalam keadaan terikat dengan unsur-unsur lain (berupa senyawa) misalnya:
1. Berupa oksida-oksida (biji Fe, Mn, Cr, Sn) 2. Berupa karbonat-karbonat (biji Za, Cu, Fe) 3. Berupa sulfida (biji Pb, Zb, Cu dll).
G. Pengerjaan Biji (Work Ores)
Sebelum proses yang lebih lanjut dilakukan terhadap, terlebih dahulu biji tersebut dikerjakan dengan cara:
1. Pemecahan Biji
Biji yang diperoleh dari penambangan biasanya mempunyai ukuran melintang 1200-1500 m. Dalam pengertian metallurgy biasanya dibutuhkan ukuran biji yang cukup halus (kadang sampai 0,1 mm), sehingga biji-biji yang diperoleh dari penambangan tersebut harus diperkecil atau dipecah terlebih dahulu. Berdasarkan ukuran feed dan ukuran produk dari pemecahan ini dibagi atas:
Pemecahan Biji Berdasarkan Ukuran Feed dan Ukuran Produk Pada gambar di bawah ini ditunjukkan beberapa bentuk mesin pemecah biji yang banyak dipergunakan:
Gambar 1.2. Gyratory Crusher
No Pengerjaan Ukuran feed Ukuran Produk 1.
2.
3.
4.
Breaking Crushing Fine crushing Grinding
1500-300 300-100
50-10 10-2
300-100 50-10
10-2 0,05
Prinsip Kerja:
Biji dimasukkan dari atas, karena ruangan makin menyempit dan roda pemecah berputar maka biji akan tergilas dan masuk melalui celah yang dapat diatur. Gyratory Crusher digunakan untuk pemecahan primer atau pemecahan skunder. Beater Mill digunakan untuk pemecahan awal (breaking).
Gambar 1.3. Beater Mill
Prinsip Kerja:
Biji dimasukkan dari pintu masuk (corong) dan poros berputar, karena terjadi penyempitan ruangan, maka biji terdesak dan terpukul berualng oleh lengan pemukul dan pecah.
Gambar 1.4. Ball Mill Sebagai Grinding
Prinsip Kerja:
Biji besi dimasukkan lewat pintu masuk, biji akan diputar pada tempatnya yang mana di dalamnya terdapat bola-bola yang keras sehingga bertumbukan dengan kecepatan tertentu sehingga akan hancur seperti tepung, kemudian dikeluarkan melalui saluran keluar.
1. Piringan yang menyatu dengan poros
2. Pemukul
3. Landasan pemecah
1. Pintu masuk 2. Saluran Keluar 3. Roda pemecah
2. Pengayakan (Sizing)
Biji yang sudah dipecah kemudian dipisahkan menurut ukuran butirannya, proses pemisahan ini dinamakan pengayakan (sizing). Pengayakan ini perlu dilakukan agar jangan sampai terjadi pemecahan biji yang terlalu kecil (lebih kecil dari ukuran yang diperlukan). Pengayakan ini biasanya dilakukan dengan menggunakan ayakan berupa batang-batang baja yang dengan menggunakan ayakan berupa batang-batang baja yang berbentuk kisi (bar screen), berupa jarring-jaring kawat (vibrating screen). Diagram di bawah ini memberikan gambaran aliran proses pemecahan dan pengayakan sampai diperoleh ukuran biji yang diinginkan.
a. Bar screen <150 mm, proses breaking b. Vibrating screen <30 mm, proses crushing c. Vibrating screen <5 mm, proses fine crushing
d. Vibrating screen >0,15 mm, proses grinding - over flow e. Vibrating screen <0,15 mm, proses grinding - pasir 3. Pemilihan Biji (Ores Dressing)
Pemilihan biji dimaksudkan untuk pemrosesan biji dengan tidak berubah sifat-sifat kimia atau sifat fisik dari biji-biji tersebut. Tujuan ores dressing adalah untuk memisahkan biji dari bahan-bahan ikutan/kotoran-kotoran yang biasa disebut tailing. Pemisahan tailing ini akan diperoleh biji dengan prosentase bahan tambang yang lebih tinggi yang biasa disebut concentrate. Ores dressing ini sangat diperlukan dalam metallurgy modern, karena dengan proses ini ongkos pemisahan barang- barang tambang menjadi lebih kecil.
4. Pemrosesan Biji Besi (Ores Processing)
Dimaksudkan untuk proses pemisahan logam murni atau senyawanya dari bijinya. Proses pemisahan ini secara umum dibagi menjadi dua golongan besar:
a. Pyrometallurgy
Pada proses pyrometallurgy, pemisahan logam dilakukan dengan cara menaikkan temperatur. Proses dasar dari pyrometallurgy ini meliputi peleburan, pemanggangan dan
destilasi. Pada proses peleburan, biji dipanaskan sampai temperatur tertentu sehingga cukup untuk mencairkan logam yang dikehendaki dari biji-biji tersebut. Dengan demikian, bahan yang sudah melebur tersebut akan terpisah dengan sendirinya dengan bahan-bahan lainnya, hal ini dimungkinkan oleh perbedaan berat jenis dari bahan-bahan yang terdapat pada biji-biji tersebut. Pada proses peleburan ini akan terjadi proses reduksi atau oksidasi, tergantung pada jenis biji yang diolah. Misalnya untuk biji yang bersifat oksida (Fe, Ma, Cr, Sn), dipisahkan dengan cara reduksi, dan untuk biji yang bersifat karbinat dan sulfide (Zn, Cu, Fe) dilakukan dengan cara oksidasi kemudian diikuti reduksi. Pada pemanggangan, temperaturnya tidak sampai meleburkan logam yang bersangkutan.
Tujuan pemanggangan ini adalah untuk mempersiapkan biji sebelum dikerjakan lebih lanjut, misalnya untuk menghilangkan gas-gas atau kelembaban dari biji tersebut. Pada pemanggangan ini dapat terjadi reduksi, oksidasi, klorisasi, sulfatisasi atau jenis lainnya yang sesuai dengan jenis biji yang dikerjakan.
Keadaan dimana biji berada di antara temperature pemanggangan dan temperature peleburan disebut sintering. Dalam hal ini sebagian logam sudah mudah mencair kemudian jika didinginkan kembali bagian-bagian yang sudah mencair tersebut akan memadat dan bersatu dengan partikel-partikel lain yang belum mencair. Tujuan sintering ini untuk merubah biji yang dipecah terlalu kecil/halus menjadi gumpalan yang lebih besar. Pada destilasi, logam atau senyawanya diuapkan dari bahan tambang yang sukar menguap yang terdapat pada biji-biji tersebut.
b. Hydrometallurgy
Prinsip hydrometallurgy adalah pelarutan biji dengan asam atau basa yang sesuai dengan jenis logam yang terdapat pada biji yang dikerjakan, kemudian dari larutan tersebut dengan cara elektrolisa atau dengan cara pengendapan. Proses pemisahan seperti ini biasa dilakukan untuk logam-logam ringan. (Al, Mg, Na, K, Ca, dsb.)
Dalam pembuatan besi kasar (pig iron) cara yang banyak dipergunakan adalah dengan dapur tinggi (blast furnace).
Belakangan ini juga dikembangkan cara lain yaitu dengan reduksi langsung (Direct reduction). Pada cara ini biji dihancurkan menjadi serbuk, kemudian digumpalkan (pelletizing) menjadi bola-bola kecil. Bola-bola kecil ini (pellet), dimasukkan ke dalam kilang yang dilalui gas panas hasil pembakaran bahan bakar gas (biasanya gas alam). Gas panas ini mengandung banyak gas H2 dan C0 yang akan mereduksi oksida besi.dengan cara ini tidak terjadi pencairan, dan hasilnya adalah bola-bola kecil yang poros (berpori-pori) yang dinamakan Direct Reduced Iron (DRI) atau sering juga disebut Sponge Iron (besi spon) karena bentuknya seperti spons, yang banyak pori-porinya.
Soal:
1. Sebutkan klasifikasi bahan teknik yang termasuk logam ferro?
2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan ilmu logam!
3. Unsur apa saja yang terkandung dalam logam ferro?
4. Sebutkan yang termasuk kategori logam ringan!
5. Sebutkan macam-macam biji besi?
6. Jelaskan proses pengerjaan biji besi (work Ores) !
7. Jelaskan proses pemisahan biji besi pyrometallurgy dan hydrometallurgy!
~ PEMBUATAN BESI KASAR (PIG IRON) & BAJA (STEEL) ~
Bab 2
13
KOMPETENSI:
1. Dapat menggambarkan konstruksi dapur tinggi dan menjelaskan prinsip kerjanya.
2. Mampu menjelaskan macam-macam bahan bakar.
3. Dapat meneybutkan bahan-bahan yang diperlukan dalam proses dapur tinggi, dan bahan yang dihasilkannya.
4. Dapat menjelaskan proses pembuatan baja.
5. Dapat menerangkan perbedaan proses asam dan basa dalam pembuatan baja.
6. Mampu menerangkan proses regenerator pemanas konverter siemens martin.
7. Mampu menjelaskan proses dupleks dalam pembuatan baja.
8. Mampu menerangkan proses pembuatan baja khusus.
A. Dapur Tinggi
entuk dapur tinggi terdiri dari dua buah kerucut terpancung yang pada dindingnya terbuat dari batu tahan api yang dilapisi dengan plat baja. Dapur tinggi memerlukan bahan-bahan seperti:
bijih besi, batu dapur (sebagai bahan tambah), bahan bakar dan udara panas. Pada bagian puncak dapur tinggi ditutup sedemikian rupa, sehingga pada saat bijih besi yang baru dimasukkan, maka gas-gas tidak sampai keluar. Bahan dimasukkan ke dalam dapur tinggi terdiri dari bijih besi 25%, 70% kokas, dan sisanya bahan tambah, yang dilakukan berlapis-lapis.
Gambar 2.1. Dapur Tinggi
Biji besi dari tambang setelah dikerjakan pendahuluan masih terdapat kotoran, sehingga pada saat dilakukan pelaburan biji besi dalam dapur tinggi, batu-batu ikutan sukar untuk dilebur, oleh sebab itu batu-batu ikutan dan bahan-bahan yang tidak berguna pada besi cair dijadikan terak. Agar terjadi terak diberi batu-batu kapur CaCO3 (Karbonat Kalium) yang dicampur dengan MgCO2 disebut “Dolomit”.
CaCO3 CaO (terak) + CO2 pada suhu 900°C – 1000°C
B
FeS + CaO + C Fe + CaS (terak) + CO pembuatan
FeS + CaO + CO Fe + CaS (terak) + CO2 Sulfur menjadi terak
Pembuatan fosfor menjadi terak:
P2O5 + 4CaO (CaO)4P2O5 (terak)
Fungsi batu kapur pada proses dapur tinggi adalah:
1. Mengikat batu-batu ikutan dan kotoran-kotoran.
2. Melindungi besi dari oksidasi.
3. Mengambil Pospor (P) dan belerang (S) dari biji besi atau cairan besi).
Teraknya mempunyai massa jenis yang lebih kecil dari besi kasar cair, sehingga terak akan terapung/ di atas besi kasar cair.
B. Bahan Bakar
Bahan bakar berfungsi untuk memanaskan dapur tinggi, bahan bakar tersebut adalah kokas, arang kayu, antrosit (berupa padatan) masout (cairan), producer gas/gas generator, gas dapur kokas, gas dapur tinggi, gas alam (berupa gas). Klasifikasi bahan bakar:
1. Berupa Padatan:
a. Kokas
Didapat dari pengolahan batu bara - Harga kalornya 6500-7500 kcal per kg.
- Keras, besar-besar dan berpori-pori.
- Kadar zat arangan(C) : 82% - 88%
Kekurangannya:
- Mengandung sulfur 0,5%-1,82% yang sangat jelek pengaruhnya terhadap pembuatan besi/baja.
b. Antrosit
- Harga kalornya : 4500-8000 kcal per kg - Cukup keras dan besar-besar.
- Tidak mengandung gas yang merugikan.
Kekurangannya: Tidak berpori, Jumlahnya terbatas
c. Arang Kayu
Keuntungannya karena tidak mengandung P dan S.
Kerugiannya:
- Harga kalornya rendah 400 kcal per kg.
- Tidak keras, mudah pecah dan tidak berpori-pori.
- Hanya dapat digunakan pada dapur tinggi dg tinggi 17m-20m.
- Jumlahnya terbatas.
2. Berupa Cairan
a. Masout dari kerosene
- Gas oli yang didestilasi, mempunyai :
- 80% - 87% C, 12% - 14% H, 1,2% 0+N, kandungan sulfur 0,4% - 0,7%.
- Harga kalornya 10.000 kcal per kg.
3. Berupa Gas
a. Gas Dapur Kokas
Dapur kokas terdiri dari deretan-deretan ruang-ruang sempit antaranya terdapat ruang pembakaran, sehinggadalam ruang kokas suhunya + 1050oC. Generator-generator terletak di bawahnya, dimana gas pembakaran yang panas menguap kecerobong dan udara dingin tetap di tempat. Kalori yang dihasilkan + 4500 kcal per m3 dengan 57% H2, 22 % CH4, 6% - 7% CO dan 7% - 8% N2.
b. Gas Dapur Tinggi
Kalori yang dihasilkan 850-100 kcal per m3 dengan 12% C02, 28% CO, 0,5% CH4, 25% H2 dan 57% N2.
c. Gas Alam
Kalori yang dihasilkan 800 kcal per m3 dengan kandungan 93% CH4, 2% C02 1% N2 dan 3% zat lainnya.
d. Udara Panas
Udara panas digunakan untuk pembakaran (C02) dan gas CO sebagai gas untuk mereduksi biji besi. Udara untuk mereduksi besi ini pada temperatur ±900oC untuk mendapatkan udara panas ini dipakai dapur Cowper. Pembakaran dapur pemanas
dilakukan oleh gas yang keluar dari dapur tinggi, tetapi dibersihkan dahulu dari debu dalam alat pembersih gas.
Dapur Cowper berbentuk silinder dengan diameter 6-8 meter.
Di dalamnya terdapat 600-900 saluran yang disusun mendatar dan tegak lurus.
Gambar 2.2. Pesawat Pemanas Udara
Cara kerja pesawat pemanas udara adalah:
Gas yang sudah dibersihkan (dari dapur) dimasukkan ke dalam pemanas udara dari a. Bersama-sama udara dimasukkan dari b, sehingga gas terbakar dan naik ke atas hasil pembakaran ini mencapai suhu +1000oC, selanjutnya dikeluarkan ke cerobong asap c. setelah selama 80 menit, pemasukan gas dan udara dari a dan b ditutup kemudian dimasukkan dari d ke dalam pemanas, udara hembusan untuk dapur tinggi yang datang dari kompresor dengan cara membalik arah. Dengan demikian udara mendapat suhu antara 800oC-900oC. Dari saluran c udara yang sudah dipanaskan meninggalkan pesawat pemanas kemudian kelubang udara dalam dapur tinggi, melalui saluran yang bagian dalamnya berlapis batu bahan api.
Setiap dapur tinggi terdapat pemanas udara antara 3 sampai 5 buah di antaranya dua buah selalu dalam pemanas gas, yang satu dengan dilalui udara untuk dapur tinggi, sedangkan selebihnya dipakai untuk persediaan.
a. Pemasukan gas
b. Pemasukan udara dingin untuk pembakaran gas
c. Pengeluaran gas yang terbakar d. Pemasukan udara hembus (dingin) e. Saluran pengeluaran udara
dipanaskan
f. Ruang pembakaran g. Ruang pemuaian
C. Proses Dalam Dapur Tinggi
Reaksi-reaksi yang terjadi dan temperaturnya dapat diuraikan sebagai berikut:
1. Pada suhu 200oC - 400oC adalah pemanasan pendahuluan untuk pengeringan dan pengeluaran kelembaban dan kadar airnya.
Juga pada suhu ini udara panas dari dapur Cowper membakar lapisan kokas bagian bawah, maka terjadi ikatan antara zat arang dan zat asam sebagai berikut:
C + 02 → CO2 + 97,2 lcal
Gas CO2 menguap ke atas dan membakar lapisan kokas selanjutnya terjadi senyawa :
C + C02 → 2 CO
Gas CO digunakan untuk melelehkan biji besi.
2. Pada temperature 400o – 800oC terjadi pemecahan (reduksi) bijih- bijih besi (missal yang dimasukkan Fe203) menjadi oksidoksid besi oleh gas CO2, sebagai berikut :
Fe203 + C0 → 2 FeO + CO2
3. Pada temperature 900o – 1000oC batu kapur (bahan tambah) yaitu CaC03 dan batu kapur terural mengikat batu-batu ikutan dan unsur-unsur yang tidak bergua di dalam besi kasar dan sebagainya menjadi terak cair.
Adapun reaksinya adalah:
CaCO3 → CaO + CO2 FeS + Ca0 + C0 → Fe + CaS + CO2 FeS + Ca0 + C → Fe + CaS + CO terak
4. Pada temperatur 1100o – 1300oC terjadi reduksi langsung oleh CO pada ksid bsi dengan reaksi sebagai berikut:
2 Fe0 + 2 C0 → 2 Fe + 2 CO2
5. Pada temperatur 1400oC terjadi reduksi langsung oleh C pada oksid besi dengan reaksi sbb:
2 Fe0 + C → 2 Fe + CO2
6. Pada temperature 1800oC terjadi persenyawaan antara karbonat Fe oleh C dengan reaksi sbb:
3 Fe + C → 2 Fe3 (besi karbon cair)
Pelelehan paling besar terjadi dalam dapur tinggi pada daerah tungku, dimana terdapat besi cair, terak cair, batu-batu ikutan dan abu kokas. Bila biji besi mengandung Si, Mn dan sebagainya, maka dalam dapur tinggi akan terjadi reaksi sbb:
CaO + SiO2 → CaSi03 --- terak cair MnO + SiO2 → MnSi03 --- silikat mangan
FeO + SiO2 → FeSi03 --- terak besi D. Hasil Dapur Tinggi
1. Besi Kasar Cair
Besi kasar cair adalah hasil dari dapur tinggi yang sangat penting dan belum dapat ditempa atau digunakan untuk bahan pembuatan alat-alat perkakas. Besi kasar cair di dalam tungku dapat dikeluarkan setiap 4 jam sekali, dialirkan cetakan-cetakan yang terbuat dari pasir dan setelah membeku bentuknya balok-balok tuangan (ingot).
Dapat juga besi kasar langsung ditampung ke dalam dapur-dapur berikutnya. Setiap pengambilan dapat 60-70 ton besi kasar, sehingga dalam waktu sehari semalam menghasilkan +400 ton besi kasar.
Menurut sifatnya besi kasar dibagi dalam 2 golongan:
1. Besi Kasar Kelabu (Kishy Pig Iron)
Mempunyai berat jenis 7 – 7,2 kg/dm3 dan warnanya kelabu muda sampai tua mendekati kehitam-hitaman dan berbentuk kecil-kecil sehingga lebih alus dan liat. Besi kasar kelabu mempunyai titik cair ±1300oC dengan 3,5% - 5% C dan 1% - 4% Si.
Besi kasar kelabu ada 2 macam:
a. Besi kasar kelabu muda, mengandung Si sekitar 0,5% - 1%
dan butir-butirnya halus, baik untuk pembuatan silinder- silinder mesin.
b. Besi kasar kelabu tua, berbutir kasar, mudah dituang dan tahan terhadap tekanan. Akan baik untuk bahan poembuat benda-benda dari besi tuang.
2. Besi Kasar Putih
Besi kasar putih mempunyai titik cair ±1100oC, dengan berat jenis 7,58-7,73 Kg/dm3. Banyak mengandung Mn dan Si sedikit,
mempunyai kadar C2, 3% - 3,5% dan berwarna putih. Sifatnya keras, mudah pecah, cepat membeku, kekuatannya lebih baik dari pada besi kasar kelabu. Besi kasar jenis ini baik untuk pembuatan baja, sehingga dari dapur tinggi langsung dimasukkan ke konvertor baja. Karena banyak mengandung mangan, maka dapat dibuat ferro mangan (60% Mn). Di sini mangan akan menghalangi pengaruh silisium, maka akan menambah pembentukan besi kasar putih. Makin banyak kadar carbon di dalamnya, makin rendah titik cairnya. Besi kasar pada umumnya masih bercampur (senyawa) dengan unsur-unsur Mn, P, Si, S dan C yang dapat mempengaruhi sifat-sifat besi.
Adapun pengaruh unsur-unsur tersebut adalah sebagai berikut:
a. Karbon (C), mempengaruhi harga kekerasan besi, makin tinggi kadar karbonnya besi akan semakin keras dan sebaliknya apabila kadar karbon semakin sedikit harga kekerasannya akan menurun.
b. Mangan (Mn), dapat menghambat penguraian grafit dan mempermudah pembuatan cementit. Besi kasar yang bercampur dengan unsure ini akan berwarna putih dan sifatnya lebih kuat dan keras.
c. Posfor (P), menyebabkan besi yang cair lebih encer, sehingga dimasukkan pada cetakan akan mudah merata. Dalam dapur tinggi unsure ini tidak dapat dihilangkan atau dijadikan terak seluruhnya, sehingga besi kasar ini tidak dapat dibuat menjadi cementit, grafis dan ferrit.
d. Belerang (S), menyebabkan cairan tebal dan sifatnya sukar dituang serta rapuh, tetapi tahan aus (gesekan).
e. Silisum (Si), bila terlalu banyak besi akan menjadi rapuh, tetapi mempermudah pembentukan grafit.
Dengan adanya unsur ini pada besi kasar, maka warnanya menjadi kelabu.
2. Terak
Terak hasil reaksi dari batu kapur (CaO) dengan unsur-unsur tereduksi dari biji besi dan kotoran-kotoran atau batu-batu ikutan.
Warna dari pada terak adalah abu-abu putih atau agak kehijauan.
Jika warna terak hitam maka terak bersenyawa dengan besi di dalamnya. Berat jenis terak 2,5 - 3 kg/dm3. Kegunaan terak:
1. Terak dapat dicetak menjadi tegel yang kwalitasnya sama dengan batu alam.
2. Terak dijadikan wol sebagai bahan penutup selimut mesin.
3. Terak yang mengandung pasfor (Ca2PO4) digiling halus dan dipakai sebagai pupuk.
4. Terak cair saat keluar dari dapur tinggi diberi dengan air, sehingga teraknya berbentuk butiran-butiran (pasir terak).
Jadi dicampur dengan aspal dapat untuk mengeraskan jalan.
Jika dicampur dengan semen (PC) dapat dipakai untuk bangunan- bangunan beton muatan statis. Hasil terak dengan perbandingan”
Kandungan unsur-unsurnya: 30%-40% Si02, 42%-48% MgO dan 10%-20% Al203.
3. Gas Dapur Tinggi
Pada temperatur di atas 800oC, gas-gas dalam kondisi naik dan mengakibatkan perubahan-perubahan ikatan biji besi. Gas-gas yang keluar dari dapur tinggi mempunyai temperature 200oC-300oC dan mengandung karbon yang berasal dari udara penghembusan.
Susunan gas dari dapur tinggi:
1. Dioksid carbon (CO2) antara 8% - 17%.
2. Zat cair (H20) antara 2,5% - 3%.
3. Mono oksid carbon dan dioksid carbon (CO + CO2) antara 39% - 40%.
4. Zat nitrogen (N2) antara 57 % - 58%)
Gas C0 yang keluar dari dapur tinggi digunakan sebagai pemanas cowper 40% dan yang 60% untuk tenaga lain (ketel uap, kompresor, motor gas, mesin gas pembangkit listrik). Gas ini sebelum digunakan disaring terlebih dahulu dari kotoran-kotoran dan debu.
Dalam waktu 24 jam pada dapur tinggi yang berkapasitas 300 ton CaO + Mg
SiO2 = 1,2 --- 1,4
besi kasar, maka volume gas yang keluar ±1.400.000 m3 (pada 0oC, 76 Cm Hg), yang di dalamnya terdapat 350.000 m3 oksid arang.
4. Debu Dapur Tinggi
Debu ini masih mengandung oksid besi, maka dipadukan dengan proses sinter dan kemudian dimasukkan lagi ke dapur tinggi dengan prosentase tertentu.
E. Dapur Tinggi Listrik
Dapur tinggi jenis ini dipakai di negara-negara yang banyak bijih-bijih besi, juga tenaga pembangkit listriknya tinggi. Konstruksi bagian kerucut atas dengan ±15 m dan diameternya 3,2 m sedangkan tungkunya berdiameter 5,5 m (tempat pencairan bijih besi). Cara pencairan dengan busur listrik, dengan 418 elektrode pada bagian dalam dari tunggu.
Gambar 2.3. Dapur Tinggi Listrik
Karbon untuk mereduksi zat asam dari biji besi diambil dari arang kayu. Bahan yang dimasukkan adalah biji besi, bahan tambah dan baan bakar (arang kayu). Banyaknya gas yang terjadi adalah setengah dari dapur tinggi biasa. Pengeluaran gas melalui ventilator, sedang debu-debunya disaring kemudian dihembuskan lagi ke dalam tunggu.
Produksinya ±35 ton besi kasar selam 24 jam, sedang untuk 1 ton besi kasar diperlukan 400 kg arang kayu. Pembuatan besi kasar dengan dapur tinggi listrik ini balik dan bersih, maka banyak dipakai pembuatan bermacam-macam baja istimewa yang dicampur dengan chrom, nikel, wolfram.
F. Pembuatan Baja
Baja pada dasarnya adalah paduan besi-karbon, sedang kandungan karbon tidak lebih dari 2%. Baja mempunyai sifat ulet dan kekuatannya cukup tinggi, tergantung besarnya kandungan karbon (semakin banyak kandungan karbon semakin rapu, getas).
Cara-cara pembuatan baja:
1. Dengan konventor.
a. Proses asam (Bassemer).
b. Proses basa (Basic Bassemer atau Thomas).
Proses oksigen: L - D; Kaldo; Rotor.
2. Pembuatan baja dengan dapur Siemen Martin (open hearth furnace).
a. Proses asam.
b. Proses basa.
3. Pembuatan baja dengan dapur listrik.
a. Direct arc furnace.
b. Induction furnace.
4. Dapur kupola.
5. Dapur cawan.
Seringkali pembuatan baja tidak cukup diproses dengan salah satu cara saja, tapi dua cara dikombinasikan dengan tujuan, agar keburukan dari masing-masing cara dapat dihilangkan. Hal ini dikenal sebagai proses duplex. Kombinasi dari proses duplex yang sering dipakai:
1. Basic and acid open hearth furnace.
2. Basic open hearth furnace and basic electric furnace.
3. Bassemer conventer and basic open hearth furnace.
Gambar 2.4. Diagram Alir Pembuatan Baja
1. Pembuatan Baja dengan Conventer
Pada pembuatan baja dengan conventer digunakan besi cair.
Besi cair dimasukkan ke dalam conventer dan lalu dihembus dengan udara/oksigen sehingga karbon dan kotoran lain terbakar dan keluar dari besi cair berupa gas atau terak, seluruh proses berlangsung dalam beberapa menit saja.
a. Proses Konventer Bassemer
Gambar 2.5. Prinsip Pembuatan Baja Menggunakan Konventer
1) Bentuk Konstruksi dapur Bassemer
Konstruksinya terdiri dari sebuah bak, dibuat dari plat baja, di bagian dalamnya dilapisi dengan dinding batu tahap api
yang tebalnya antara 3 - 40 cm dan harus diganti setelah menjalani proses kira-kira 200 kali. Pelapis ini terdiri dari Asam kersik atau Kwarsa (SiO2)
Bagian dasar (alas) yang dapat diturunkan diberi saluran- saluran sebanyak 150 - 200 buah dengan garis tengah masing- masing antara 1,5 - 2 cm. Alas ini sangat cepat aus, oleh karenanya harus diganti setelah melakukan proses 40 atau 50 kali. Konstruksi Bassemer ini bentuknya dibuat sedemikian rupa hingga kalau diputar untuk diisi dapat menerima besi kasar dengan tidak sampai kepada lubang-lubang udara di dalam satu lingkaran yang jauh lebih kecil dari pada garis tengah sebelah dalam konvertor.
Konventor Bassemer berdiri diantara dua batang tap sehingga dapat berputar untuk diisi atau dikosongkan. Walau konvertor itu dalam posisi dibalik, tetapi hubungan pipa udara masih tetap ada dan untuk membalik konvertor yang akan diisi, digerakkan oleh roda gigi dan batang bergiri yang digerakkandengan sistim hidrolis.
2) Proses Bassemer
Besi kasar yang masih dalam keadaan cair itu dimasukkan ke dalam konvertor yang telah diputar miring seperti pada gambar. Kemudian dengan segera udara tekan dimasukkan dan bak ditegakkan kembali dengan cepat.
Karenanya besarnya tekan udara yang dihembuskan dan lama proses berlangsung (±20 menit) maka kalor yang dihasilkan karena pembakaran bahan-bahan paduan akan bebas dalam waktu yang sangat singkat. Suhu besi cair akan naik setiap pembakaran 1% bahan sebagai berikut: Silisium 190°C; Pasfor 120°C; Mangan 46°C; Zat arang 6°C.
Silisium itu merupakan suatu bahan yang paling banyak menimbulkan kalor, maka proses Bassemer mempergunakan besi kasar kelabu.
Oksigen yang mengalir dari udara ke besi cair, mengoksidir bahan-bahan padat dari besi kasar. Silisium dan mangan lebih dahulu terbakar sedangkan karbonnya lambat dan dioksidasikan menjadi oksid arang dan terbakar.
Gambar 2.6. Pengisian Besi Kasar Cair ke dalam Konvertor Bassemer
3) Hasil Proses Bassemer
Proses konvertor itu sesuai dengan hasil dari dapur tinggi yang sebanyak 100 kg besi kasar cair rata-rata menghasilkan 88 - 90kg baja. Hasil terakhir mengandung 0,05 - 0,6 % C.
keburukan konvertor Bassemer yaitu bahwa besi yang mengandung Posfor tidak dapat dikerjakan, karena Posfor tidak berkurang, sebab:
P2O5 + 5SiO2 + 5 Fe → 5FeSiO3 + P2
Bila baja engandung 0,1,2% Posfor akan membuat baja itu menjadi getas pada suhu biasa.
b. Proses Thomas atau Konvertor Basa 1) Konstruksi Konvertor Thomas
Bentuk dan cara kerja konvertor Thomas adalah sama dengan konvertor Bessemer hanya pelapisannya dari dinding batu tahan api dengan bahan dolomit, yaitu batu yang terdiri dari campuran Kalsium Karbonat (MgCO3)
Dalam hal ini dolomite yang dipijarkan menyebabkan terjadinya suatu uraian sebagai berikut:
CaCO3 → CaO + CO2 MghCO3 → MgO + CO2
Sisa oksid basa tidak dapat lagi mengisap oksida karbon dan lengas dari udara (dolomit dikatakan telah terbakar mati).
Sisa pijaknya dicampur ter panas dan dikempakan dalam cetakan besi tuang.
Sebelum dapur dipakai bagian dalamnya dipanaskan dahulu dengan api kokas untuk membuang bagian gas dari ter tersebut. Perlu diingat bahwa dalam konvertor ini tak dapat
dipakai besi kasar yang kaya Silisium, seperti pada proses Bassemer. Karena kemungkinannya lapisan basa itu akan terlalu cepat rusak oleh oksida-silisium.
CaO + SiO3 → CaSi03
Sebab itulah yang dipakai besi kasar putih (0,3 - 0,8% Si) yang menyebabkan bahwa sumber kalor yang terpenting yaitu Silisilium tidak ada. Sebagai pengganti terdapat kadar fosfor sebesar 1,7 - 2%, sehingga Posfor itu menjadi bahan pembakar yang terpenting dan dibantu oleh mangan dalam jumlah yang agak besar 1 - 2%.
2) Proses Konvertor Thomas
Bahan yang dimasukkan ke dalam Konvertor Thomas yaitu besi kasar putih. Proses Thomas berlangsung antara 12 dan 15 menit. Kotoran pembakar dari proses Thomas banyaknya tiga kali daripada yangdiperoleh dari Bassemer dan sangat berharga, yaitu Posfat-Kalsium (12 - 25% P205)
3CaO + P205 → Ca3 (PO4)2
Kotoran ini digiling halus, sangat baik untuk dipergunakan rabuk buatan dan terkenal sebagai kotoran Thomas (mengandung asam Posfat 17 - 20%)
3) Hasil dari Konvertor Thomas
Hasil dari konvertor terakhir ialah baja berkadar 0,05 - 0,6%
C. Di antaranya digunakan untuk baja profil pelat-pelat, dan sebagainya.
c. Oxygen Process
Baja yang dihasilkan dengan menghembuskan udara akan menyebabkan banyak nitrogen yang terdapat dalam baja.
Adanya nitrogen dalam baja akan membawa pengaruh buruk pada baja (baja menjadi getas). Untuk menghilangkan akibat buruk ini akan dikembangkan proses lain dimana oksigen akan menggantikan udara. Ada beberapa macam Oxygen process yang sudah dipergunakan:
1) L-D (Linz-Donawitz) Proses
Converter yang digunakan mirip dengan converter biasa, hanya saja tidak ada lubang udara di bagian bawah, dan
oksigen dihembuskan melalui pipa dari bagian atau ke permukaan cairan besi.
Gambar 2.7. L. D. Top Blown Corverter
2) Kaldo Process
Bentuk converternya masih mirip dengan di atas, hanya saja converter ini juga dapat berputar padasumbunya, sehingga percampuran lebih effisien.
Gambar 2.8. Kaldo Top Blown Converter
3) Rotor Process
Converternya berupa silinder horizontal yang berputar pada sumbunya. Di sini digunakan dua Nozzle oksigen, yang satu menghembuskan oksigen dalam cairan besi dam yang satu lagi ke permukaan.
4) Modifikasi lain
Masih banyak modifikasi yang lain misalnya OLP (Oxygen Line Powder), dengan menghembuskan oksigen bersama dengan bubuk batu kapur. Cara ini dapat digunakan untuk menguragi kadar phosphor.
Ada juga yang menghembuskan oksigen bersama dengan uap air, ini juga akan menghasilkan baja dengan kadar N yang rendah.
Gambar 2.9. Rotor Mixed Blow Converter
2. Pembuatan Baja dengan Dasar Sicmen-Martin (Open Hearth Furnance)
a. Konstruksi Dapur S.M
Konstruksi dapur S.M terdiri dari sebuah tungku yang bagian dalamnya dilapisi dengan batu tahan api dan pada tungku ini dilakukan pencairan besi. Lapisan batu tahan api juga dipasang pada dindiung dan atap dapur S.M. yang terbuat dari batu silica.
Pada bagian atas lapisan batu tahan api diletakkan pasir kwarsa yang dicampur dengan batu kapur untuk prosesasam dapur S.M.
atau diletakkan dolomit untuk proses basa dapur S.M.
Pada bagian bawah dari dapur S.M. dipasang 4 buah dapur pemanasatau regenerator yang bagian dalamnya dilapisi dengan batu tahan api dan konstruksinya dibuat bersaluran-saluran berbentuk persegi empat.
Adapun guna/fungsi regenerator pada dapur S.M. adalah:
1) Memanaskan gas dan udara atau penambahan temperature dapur.
2) Berfungsi sebagai fondamen dapur.
3) Menghemat pemakaian tempat.
Agar konstruksi dapur dapat tahan lama dan dapat membuat suatu proses yang baik, maka lapisan dapur ditempatkan pada suatu kotak baja yang berongga (kotak baja yang berongga dilapisi dengan batu tahan api) dan diberi air pendingin dengan sirkulasi air. Dapur S.M. ditumpu pada dua bagian dengan rol,
sehingga dapur dapat dimiring-miringkan untuk mengeluarkan kotoran atau kerak yang terjadi selama proses berlangsung.
b. Bahan untuk Proses Dalam Dapur S.M.
Bahan yang dipergunakan selama proses pembuatan baja di dalam dapur S.M. adalah sebagai berikut:
1) Bahan Bakar
Bahan bakar yang dipergunakan harus mempunyai kalori yang tinggi dan sedikit mengandung belerang (S). Proses pembakaran dipergunakan bahan bakar gas yang dihasilkan dari dapur tinggi atau dapur gas dan bahan bakar cair. Penggunaan gas dapur tinggi yang mempunyai kalori yang tinggi dicampur dengan gas alam, gunanya untuk menghemat bahan bakar kokas. Gas campuran yang dihasilkan mempunyai kalori antara 1500 - 3000 kkal/m3. Bahan bakar cair yang digunakan adalah minyak residu yang mengandung unsur-unsur CO, H20, CH4 (methan) dan senyawa dengan hydrocarbon lainnya, sehingga minyak residu ini terdiri dari susunan hydrocarbon yang kompleks.
2) Bahan Baku
Bahan baku dapur S.M. adalah berupa besi kasar dingin atau besi kasar cair, besi bekas/rongsokan dan biji-biji besi. Adapun prosentase campuran bahan-bahan baku tersebut adalah sebagai berikut:
a) Besi Kasar (pig-Iron)
Besi kasar dapat dipergunakan yang besi kasar dingin atau besi kasar cair dan untuk besi kasar cair sebelum dimasukan ke dalam dapur terlebih dahulu dianalisa/
ditentukan temperaturnya di dalam mixer. Besi kasar yang dingin dapat digunakan antara 15% - 40% dan besi kasar cair sekitar 0% - 80%.
b) Baja bekas/rongsokan
Baja bekas yang dimasukkan ke dalam dapur S.M. antara 60% - 85% untuk yang belum dicairkan dan 20% - 60%
untuk yang sudah dicairkan.
c) Biji Besi
Biji besi digunakan karena besi kasar yang dimasukkan ke dalam dapur S.M. masih bersenyawa dengan unsur- unsur yang lain, sehingga dengan ditambahnya biji-biji akan terbentuk terak-terak besi yang akan mempercepat oksidasi bahan-bahan yang lain dan akan mempertinggi produksi baja. Biji-biji yang dimasukkan harus berbentuk gumpalan-gumpalan dan paling sedikit mengandung 55% Fe dan penambahan biji-biji besi ke dalam dapur sekitar 15% - 30%.
3) Bahan tambahan
Bahan tambahan atau batu kapour dipergunakan untuk mengikat kotoran-kotoran dan unsur-unsur yang tidak berguna didalam pembuatan baja untuk dijadikan terak.
Bahan-bahan dimasukkan berupa gumpalan-gumpalan dengan diameter 25 - 100 mm dan mengandung 75% CaO yang bercampur sedikit P dan S. Untuk S.M. asam dapat ditambahkan bubuk batu silica dan S.M. basa dapat ditambahkan bauxite dan sebagainya.
c. Pemanasan Dapur S.M.
Gambar 2.10. Pemanasan Dapur S.M
Pemanasan dapur Siemens Martin dilakukan oleh regenerator yang terdiri 2 ruangan udara dan 2 ruangan gas (lihat gambar).
Adapun pemanasan dapur S.M. adalah sebagai berikut:
Pertama sekali udara dimasukkan ke ruang 2 dan gas dimasukkan ke ruangan 1. Udara dan gas bertemu/bercampur di dalam hard (tungku), sehingga terbakar dan menjadi gas panas dan udara panas. Gas panas dan udara panas dari tungku dimasukkan ke dalam ruang 6 dan 5 seterusnya dibuang ke cerobong. Demikian seterusnya dilakukan sehingga ruangan 6 dan ruang 5 menjadi panas dan setelah ruang 6 dan 5 mencapai temperature lebihj kurang 900oC arah jalannya udara dan gas dibalik yaitu: udara baru masuk ke dalam ruangan 6, sehingga udara baru dan gas baru yang keluar dari ruang 6 dan 5 dimasukkan ke dalam ruangan tungku, sehingga tungku dimasukkan ke dalam ruangan 1 dan gas panas dimasukkan ke dalam ruangan 2 seterusnya dibuang kecerobong.
Demikian dilakukan terus menerus dan secara teratur setiap 15 menit arah udara dan gas dirubah-rubah yaitu : udara dari ruang 1 ke ruang 6 setelah melalui tungku atau sebaliknya dan gas dari ruang 2 ke ruang 5 setelah melalui tungu atau sebaliknya.
Setelah tungku beberapa kali dilalui udara panas dangan gas panas, maka tungku akan menjadi panas dan mempunyai temperature sekitar 3000oC.
Setelah temperature tungku cukup tinggi (lebih kurang 3000oC.) pada lantai/dasar dapur ditaburkan serbuk Fe2O3 atau Fe3O4 dan kemudian besi/baja yang akan dikerjakan dimasukkan ke dalam dapur Siemens Martin.
d. Proses Pembuatan Baja dalam Dapur S.M.
Berdasarkan lapisan batu tahan apinya, maka proses di dalam dapur S.M. dapat dilakukan proses asam dan proses basa.
1) Proses Asam S.M.
Proses asam dilakukan di dalam dapur S.M. yang dilapisi dengan batu tahan api yang terbuat dari batu silica. Dasar dan pinggir dapur dilapisi dengan pasar kwarsa (SiO2), sehingga proses di dalam dapur S.M. menjadi proses asam. Di dalam proses asam besi yang dikerjakan adalah besi kelabu
yang mengandung Si, sedangkan unsure P dan S pada dapur ini tidak dapat dihilangkan.
Sewaktu pendidihan berlangsung dilakukan penambahan biji besi untuk membuat oksidasi dan pengeluaran Si sebagai SiO2 ke dalam terak sewaktu mulai pemanasan. Juga sewaktu fase pendidihan silica direduksi oleh C, Mn, Fe sebagai berikut:
SiO2 + 2C → Si + 2CO SiO2 + 2Mn → Si + 2MnO
SiO2 + 2Fe → Si + 2FeO
dan silica lebih banyak direduksi di saat suhu dapur tinggi dan sebagaian tereduksi dari lapisan dapur. Oksid besi (FeO) akan beroksidasi dengan carbon, sehingga terurai sebagai berikut:
FeO + C → Fe + CO (gas)
Pada saat suhu dapur tinggi kadar Si dan Mn turun menjadi 0,35% - 0,6% tanpa penambahan ferrosilisium dan ferromangan.
Baja yang dihasilkan S.M. asam banyak dipergunakan untuk membuyat senjata-senjata, poros-poros, lempeng-lempeng baja dan sebagainya.
2) Proses Basa S.M.
Proses basa dilakukan di dalam dapur S.M. yang dilapisi dengan batu tahap api yang terbuat dari dolomite (40%
MgCO3 + 60% CaCO3) sehingga proses didalam dapur S.M.
menjadi proses basa. Setelah bahan-bahan yang dimasukkan mencair, maka unsur-unsur yang terdapat dalam besi kasar, baja rongsokan dan biji-biji besi akan terbakar dan menimbulkan reaksi sebagai berikut:
Si + 2FeO → 2Fe + SiO2 Mn + FeO → Fe + MnO 2P + 8FeO → 5Fe + Fe3(PO4)2
C + FeO → Fe + CO (gas)
Pada fase pelelehan oksigen yang berada dalam terak beroksidasi dengan unsur-unsur campuran yang terdapat dalam besi dan gas akan berinteraksi dengan logam cair
melalui terak, sehingga oksid besi (FeO) yang ada atau yang terjadi akan saling bersinggungan di antara terak dan udara akan mengoksidasinya sehingga terbentuk ferioksida.
Ferioksida ini akan terbawa pada permukaan logam di dalam ruangan cair dan berinteraksi dengan Fe dan menimbulkan reaksi sebagai berikut:
Fe2O3 + Fe 3 FeO
FeO yang berada di permukaan cairan tercampur dengan terak, sehingga selama terak masih ada akan terjadi reaksi bolak balik dari FeO terak dengan FeO logam sebagai berikut:
FeO (terak) FeO (logam)
dan FeO akan beroksidasi dengan karbon dengan reaksi sebagai berikut:
FeO + C Fe + CO (gas)
Di dalam baja yang dihasilkan tidak dibenarkan adanya unsur Phospor (P) dan Belerang (S). unsur P yang dibenarkan terdapat dalam baja hanya sampai kadar 0,02%. Untuk menghilangkan unsur P danS, maka cairan ditambahkan batu kapur (Ca O), sehingga akan terjadi reaksi ferro oksida dari besi besi dan kapur sebagai berikut:
3 FeO, P2O5 + 4CaO → 3Fe0 + 4Ca0.P205 FeS + CaO → FeO + CaS
MnS + CaO → MnO + CaS
karena pengeluaran S ini sangat sukar, maka salah satu jalan dapat ditempuh adalah pengontrolon terhadap kadar S yang terdapat di dalam baja.
Dalam proses SM sebaliknya pembakaran carbon dan pembakaran unsur-unsur lainnya dipisahkan, sehingga proses yang terjadi dapat lebih cepat dengan hasil yang lebih baik. Pemisahan pembakaran unsur-unsur dapat dilakukan dengan macam-macam proses sebagai berikut:
a. Proses Hoecsch
Setelah besi mencair dalam dapur SM langsung dikeluarkan dan ditampung wadah yang terbuka. Di dalam wadah proses hoecsch dilakukan dengan membakar P dan S dan sementara proses
berlangsung lantai dari dapur SM dibersihkan, setelah lantai dapur bersih, ditaburkan serbuk Fe203 atau Fe304 dan kemudian besi cait yang telah selesai pembakaran P dan S di dalam wadah dimasukkan kembali ke dalam SM untuk membakar carbon dan unsur-unsur lain yang belum terbakar di dalam proses hoecsch.
Di dalam dapur SM setelah pembakaran carbon selesai, maka baja xair dikeluarkan dan dicetak untuk dijadikan balok-balok besi.
b. Proses Bertrand Thield
Proses Bertrand Thield dilakukan dengan mempergunakan dua dapur SM dimana sewaktu dapur yang satu mengerjakan baja/
besi, maka dapur yang lain menanti selesainya proses dari dapur yang bekerja pertama.
Apabila unsur P dan S dalam dapur yang pertama sudah terbakar, maka besi cair dikeluarkan dan dimasukkan ke dalam dapur yang pertama sudah terbakar, maka besi cair dikeluarkan dan dimasukkan ke dalam dapur yang kedua untuk proses pembakaran carbon.
Setelah pembakaran carbon selesai, maka baja cair dikeluarkan untuk dicetak dan dijadikan balok-balok besi.
c. Proses Thalbot
Proses Thalbot disebut juga dengan proses basa dari pada S.M.
yang dapat berputar/bergerak, sehingga lebih mudah untuk mengerjakan pembakaran unsur-unsur dengan proses Thalbot.
Proses Thalbot hampir sama prosesnya dengan proses Hoecsch hanya sewaktu mengerjakan besi kasar putih yang cair pada proses Thalbot perlu ditaburkan batu kapur (CaO) yang agak banyak, sehingga dengan demikian P dapat menjadi terak.
d. Proses Dupleks
Proses Dupleks adalah proses yang menggunakan 2 buah dapur, dimana pencairan besi kasar dilakukan pada sebuah dapur dan penyelesaiannya pada dapur yang lain, misalnya: Pencairan besi kasar dan membakar P dan S dilakukan dalam dapur S.M.
sedangkan untuk membakar karbonnya dapat dilakukan dengan mempergunakan converter Bessemer atau Thomas. Juga untuk mengerjakan besi tuang dapat dilakukan dengan mencairkan besi tuang di dalam dapur kubah sampai mencapai temperature kira-kira 1400oC dan setelah cair dimasukkan ke dalam dapur S.M.
agar temperatur cairan menjadi tinggi dan untuk membakar P dan S, setelah itu pengerjaan lebih lanjut dilakukan di dalam convertor Bessemer atau Thomas.
Proses dupleks ini sangat menguntungkan dalam proses pembuatan baja atau besi tuang, dimana proses ini dapat menghasilkan pembuatan baja lebih cepat dengan produksi yang lebih banyak.
Dapur S.M. yang dipergunakan di dalam proses dupleks adalah dapur S.M. yang dapat bergerak, karena dapur ini dapat bergerak maka konstruks dan lapisan dapur harus dibuat lebih kuat dari pada dapur S.M. yang lainnya. Keuntungan mempergunakan dapur ini adalah:
1) Dapur ini dapat dimiringkan, sehingga dapat menerima cairan logam yang lebih banyak dari pada dapur S.M. yang lain.
2) Dapat mengeluarkan cairan terak dan cairan logam sewaktu- waktu diperlukan.
3) Dapur ini dapat memuat cairan logam sekitar 200 - 300 ton setiap kerja.
4) Kerugian mempergunakan dapur ini adalah karena harganya sanga mahal dan pemeliharaannya sulit jika dibandingkan dengan dapur S.M. yang lainnya.
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
