Home / PENDIDIKAN

Makalah Tanur Pembuatan Besi dan Baja

By teguh ngenolz
Pembuatan Besi dan Paduannya
Sejarah baja
  • Besi ditemukan digunakan pertama kali pada sekitar 1500 SM
  • Tahun 1100 SM, Bangsa hittites yang merahasiakan pembuatan tersebut selama 400 tahun dikuasai oleh bangsa asia barat, pada tahun tersebut proses peleburan besi mulai diketahui secara luas.
  • Tahun 1000 SM, bangsa yunani, mesir, jews, roma, carhaginians dan asiria juga mempelajari peleburan dan menggunakan besi dalam kehidupannya.
  • Tahun 800 SM, India berhasil membuat besi setelah di invansi oleh bangsa arya.
  • Tahun 700 – 600 SM, Cina belajar membuat besi.
  • Tahun 400 – 500 SM, baja sudah ditemukan penggunaannya di eropa.
  • Tahun 250 SM bangsa India menemukan cara membuat baja
  • Tahun 1000 M, baja dengan campuran unsur lain ditemukan pertama kali pada 1000 M pada kekaisaran fatim yang disebut dengan baja damascus.
  • 1300 M, rahasia pembuatan baja damaskus hilang.
  • 1700 M, baja kembali diteliti penggunaan dan pembuatannya di eropa 
  • Proses pembuatan baja diperkenalkan oleh Sir Henry Bessemer dari Inggris sekitar tahun 1800, sedang William Kelly dari Amerika pada tahun yang hampir sama menemukan Besi mampu Tempa (malleablem iron). 


Beberapa hal yang membuat besi dan baja byk digunakan manusia
Jumlah yang cukup melimpah
  • Mempunyai sifat mekanik yang memadai
  • Mudah dikerjakan baik dengan forming maupun machining
  • Harga relatif murah
  • dll


Pembuatan Besi Kasar
  • Bahan utama besi dan paduannya adalah besi kasar, yang dihasilkan dalam tanur tinggi. 
  • Bijih besi yang dicampur dengan kokas dan batu gamping, dilebur dalam tanur tinggi. Jenis bijih besi yang lazim dipakai adalah : hematit, magnetit, siderit, dan himosit. Hematit (Fe2O3) adalah bijih besi yang paling banyak digunakan, karena kadar besinya tinggi dan kotorannya paling sedikit. 

Hematite - Fe2O3 - 70 % iron 
Magnetite - Fe3O4 - 72 % iron 
Limonite - Fe2O3 + H2O - 50 % to 66 % iron 
Siderite - FeCO3 - 48 % iron 

Pemurnian Besi:
  • Prinsip dasar : Menghilangkan kandungan oksigen dalam bijih besi.
  • Cara tradisional : blomery, pada proses ini bijih besi dibakar dengan charcoal, dimana banyak mengandung carbon sehingga terjadi pengikatan oksigen, pembakaran tersebut menghasilkan karbondioksida (CO2) dan karbon monoksida (CO) yang terlepas ke udara, sehingga besi murni didapat dan dikeluarkan dari dapur,kekurangnya tidak semua besi dapat melebur sehingga terbentuk spoge, spoge berisi besi dan silica.
  • Proses lebih modern adalah dengan blast furnace, blast furnace diisi oleh bijih besi, charcoal atau coke (coke adalah charcoal yang terbuat dari coal) dan limestone (CaCO3). Angin secara kencang dan kontinu ditiupkan dari bawah dapur. Hasil peluburan besi akan berada di bawah, cairan besi yang keluar ditampung dan disebut dengan pig iron.

Tanur Tinggi

Kupola


Proses Pembuatan Baja
Baja diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair, besi bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan logam. 
Beberapa proses pembuatan baja:
  • Proses Basic Oxygen Furnace 
  • Proses Dapur Listrik


Proses Basic Oxygen Furnace
  • Logam cair dimasukkan ke ruang bakar (dimiringkan lalu ditegakkan)
  • Oksigen (± 1000 0C) 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:
  1. BOF menggunakan O2 murni tanpa Nitrogen
  2. Proses hanya lebih-kurang 50 menit.
  3. Tidak perlu tuyer di bagian bawah
  4. Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon
  5. Biaya operasi murah 

Tanur Basic Oxygen Furnace


Tanur Oksigen 


Proses Tanur Listrik
  • temperatur tinggi dengan menggunkan busur cahaya electrode dan induksi listrik.
  • Keuntungan :

  1. Mudah mencapai temperatur tinggi dalam waktu singkat 
  2. Temperatur dapat diatur 
  3. Efisiensi termis dapur tinggi 
  4. Cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga kualitasnya baik
  5. Kerugian akibat penguapan sangat kecil

Tanur Listrik

Tanur Tinggi pada PT. Krakatau Steel







Klasifikasi baja
  • Baja karbon (carbon steel), 
  • Baja paduan (alloy steel)
  • Cast Iron (besi Cor) 

Baja karbon (carbon steel), 
  • Baja karbon rendah (low carbon steel)  machine, machinery dan mild steel (0,05 % - 0,30% C)Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin Penggunaannya: 

  1. 0,05 % - 0,20 % C : automobile bodies, buildings, pipes, chains, rivets, screws, nails.
  2. 0,20 % - 0,30 % C : gears, shafts, bolts, forgings, bridges, buildings 

Baja karbon menengah (medium carbon steel )
  • Kekuatan lebih tinggi daripada baja karbon rendah. 
  • Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong. Penggunaan: 

  1. 0,30 % - 0,40 % C : connecting rods, crank pins, axles. 
  2. 0,40 % - 0,50 % C : car axles, crankshafts, rails, boilers, auger bits, screwdrivers. 
  3. 0,50 % - 0,60 % C : hammers dan sledges 

Baja karbon tinggi (high carbon steel)  tool steel
  • Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60 % - 1,50 % C Penggunaan :

screw drivers, blacksmiths hummers, tables knives, screws, hammers, vise jaws, knives, drills. tools for turning brass and wood, reamers, tools for turning hard metals, saws for cutting steel, wire drawing dies, fine cutters 

Baja paduan (alloy steel)
Tujuan dilakukan penambahan unsur yaitu:
  • Untuk menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, kekuatan tarik dan sebagainya)
  • Untuk menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah
  • Untuk meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (oksidasi dan reduksi)
  • Untuk membuat sifat-sifat spesial 

Baja paduan yang diklasifikasikan menurut kadar karbonnya dibagi menjadi:
  • Low alloy steel, jika elemen paduannya ≤ 2,5 %
  • Medium alloy steel, jika elemen paduannya 2,5 – 10 %
  • High alloy steel, jika elemen paduannya > 10 %

Selain itu baja paduan dibagi menjadi dua golongan yaitu baja campuran khusus (special alloy steel) dan high speed steel. 
  • Baja Paduan Khusus (special alloy steel) Baja jenis ini mengandung satu atau lebih logam-logam seperti nikel, chromium, manganese, molybdenum, tungsten dan vanadium. Dengan menambahkan logam tersebut ke dalam baja maka baja paduan tersebut akan merubah sifat-sifat mekanik dan kimianya seperti menjadi lebih keras, kuat dan ulet bila dibandingkan terhadap baja karbon (carbon steel). 
  • High Speed Steel (HSS) Self Hardening Steel Kandungan karbon : 0,70 % - 1,50 %. Penggunaan membuat alat-alat potong seperti drills, reamers, countersinks, lathe tool bits dan milling cutters. Disebut High Speed Steel karena alat potong yang dibuat dengan material tersebut dapat dioperasikan dua kali lebih cepat dibanding dengan carbon steel. Sedangkan harga dari HSS besarnya dua sampai empat kali daripada carbon steel 


Baja paduan (alloy steel)
Baja Paduan dengan Sifat Khusus
  • Baja Tahan Karat (Stainless Steel)

  1. Tahan temperature rendah maupun tinggi
  2. Memiliki kekuatan besar dengan massa yang kecil
  3. Keras, liat, densitasnya besar dan permukaannya tahan aus
  4. Tahan terhadap oksidasi
  5. Kuat dan dapat ditempa
  6. Mudah dibersihkan
  7. Mengkilat dan tampak menarik
  8. Memiliki daya tahan yang baik terhadap panas, karat dan goresan/gesekan

High Strength Low Alloy Steel (HSLS)
  • Sifat dari HSLA adalah memiliki tensile strength yang tinggi, anti bocor, tahan terhadap abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu mesin yang baik dan sifat mampu las yang tinggi (weldability). Untuk mendapatkan sifat-sifat di atas maka baja ini diproses secara khusus dengan menambahkan unsur-unsur seperti: tembaga (Cu), nikel (Ni), Chromium (Cr), Molybdenum (Mo), Vanadium (Va) dan Columbium 

Baja Perkakas (Tool Steel)
  • Sifat-sifat yang harus dimiliki oleh baja perkakas adalah tahan pakai, tajam atau mudah diasah, tahan panas, kuat dan ulet. 
  • Kelompok dari tool steel berdasarkan unsur paduan dan proses pengerjaan panas yang diberikan antara lain:

  1. Later hardening atau carbon tool steel (ditandai dengan tipe W oleh AISI), Shock resisting (Tipe S), memiliki sifat kuat dan ulet dan tahan terhadap beban kejut dan repeat loading. Banyak dipakai untuk pahat, palu dan pisau.
  2. Cool work tool steel, diperoleh dengan proses hardening dengan pendinginan yang berbeda-beda. Tipe O dijelaskan dengan mendinginkan pada minyak sedangkan tipe A dan D didinginkan di udara.
  3. Hot Work Steel (tipe H), mula-mula dipanaskan hingga (300 – 500) ºC dan didinginkan perlahan-lahan, karena baja ini banyak mengandung tungsten dan molybdenum sehingga sifatnya keras.
  4. High speed steel (tipe T dan M), merupakan hasil paduan baja dengan tungsten dan molybdenum tanpa dilunakkan. Dengan sifatnya yang tidak mudah tumpul dan tahan panas tetapi tidak tahan kejut.
  5. Campuran carbon-tungsten (tipe F), sifatnya adalah keras tapi tidak tahan aus dan tidak cocok untuk beban dinamis serta untuk pemakaian pada temperatur tinggi.


Klasifikasi lainnya: 
  • Baja dengan sifat fisik dan kimia khusus:

  1. Baja tahan garam (acid-resisting steel)
  2. Baja tahan panas (heat resistant steel)
  3. Baja tanpa sisik (non scaling steel)
  4. Electric steel
  5. Magnetic steel
  6. Non magnetic steel
  7. Baja tahan pakai (wear resisting steel)
  8. Baja tahan karat/korosi

Klasifikasi lainnya:
  • Dengan mengkombinasikan dua klasifikasi baja menurut kegunaan dan komposisi kimia maka diperoleh lima kelompok baja yaitu:

  1. Baja karbon konstruksi (carbon structural steel)
  2. Baja karbon perkakas (carbon tool steel)
  3. Baja paduan konstruksi (Alloyed structural steel)
  4. Baja paduan perkakas (Alloyed tool steel)
  5. Baja konstruksi paduan tinggi (Highly alloy structural steel)

  • Selain itu baja juga diklasifisikan menurut kualitas:

  1. Baja kualitas biasa
  2. Baja kualitas baik
  3. Baja kualitas tinggi