Pembuatan baja: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
Tidak ada ringkasan suntingan |
Tidak ada ringkasan suntingan |
||
Baris 16:
Revolusi nyata dalam pembuatan baja modern baru dimulai pada akhir tahun 1850-an ketika proses Bessemer menjadi sukses pertama metode pembuatan baja dengan kuantitas raksasa, diikuti oleh [[open-hearth furnace]].
Bijih besi terdiri atas [[oksigen]] dan [[atom]] [[besi]] yang berikatan bersama dalam [[molekul]]. Besi sendiri biasanya didapatkan dalam bentuk [[magnetit]] (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>), [[hematit]] (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), [[goethit]], [[limonit]] atau [[siderit]]. Bijih besi biasanya kaya akan [[besi oksida]] dan beragam dalam hal [[warna]], dari kelabu tua, kuning muda, ungu tua, hingga merah karat. Saat ini, cadangan biji besi tampak banyak, namun seiring dengan bertambahnya penggunaan besi secara eksponensial berkelanjutan, cadangan ini mulai berkurang, karena jumlahnya tetap. Sebagai contoh, [[Lester Brown]] dari [[Worldwatch Institute]] telah memperkirakan bahwa bijih besi bisa habis dalam waktu 64 tahun berdasarkan pada ekstrapolasi konservatif dari 2% pertumbuhan per tahun.<ref>{{cite web |url=http://www.mii.org/Minerals/photoiron.html |title=Iron Ore – Hematite, Magnetite & Taconite |work=Mineral Information Institute |access-date=7 April 2006 |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20060417160321/http://www.mii.org/Minerals/photoiron.html |archive-date=17 April 2006 }}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Goldstein|first1=J.I.|last2=Scott|first2=E.R.D.|last3=Chabot|first3=N.L.|date=2009|title=Iron meteorites: Crystallization, thermal history, parent bodies, and origin|journal=Geochemistry|language=en|volume=69|issue=4|pages=293–325|doi=10.1016/j.chemer.2009.01.002|bibcode=2009ChEG...69..293G}}</ref>
== Bahan baku bijih besi ==
[[Berkas:LightningVolt_Iron_Ore_Pellets.jpg|300px|ka|jmpl|Timbunan butiran bijih besi]]
[[Berkas:TaconitePellet.JPG|250px|jmpl|Pelet Taconite. Bijih besi setelah proses peletisasi. Bahan pelet ini kemudian diolah menjadi [[batu pasir besi|batu besi kasar]] DRI direct reduction, sponge iron atau pig iron di pengolahan [[blast furnace]] atau [[shaft furnace]] dengan teknologi Midrex atau HYL. Besi batu kasar kemudian diolah menjadi baja di [[Pembuatan baja dengan oksigen dasar|basic oxygen furnace]] BOF atau [[Tanur busur listrik|electric arc furnace]] EAF atau induction melting furnace]]
[[Berkas:Magnetite-57228.jpg|250px|jmpl|Magnetit]]
[[Berkas:HematitaEZ.jpg|250px|jmpl|Hematit]]
[[Berkas:Rognon ferrique colorado de Rustrel.jpg|250px|jmpl|Limonit]]
Bijih besi utama adalah sulfida, karbonat dan oksida.
Bijih besi sulfida, mineral utama adalah pirit dan pirhotit, tidak pernah digunakan secara langsung untuk produksi besi karena efek melemahnya sulfur pada paduan besi. Di sisi lain, mereka merupakan bahan utama yang penting untuk produksi sulfur dioksida, diperoleh dengan memanggang. Masih ada residu oksida besi ("abu pirit") yang berbentuk bubuk dan mungkin masih mengandung sejumlah sulfur yang menyusahkan, oleh karena itu penggunaannya sebagai bijih besi dapat menimbulkan masalah.<ref>{{Cite journal|last1=Jonsson|first1=Erik|last2=Troll|first2=Valentin R.|last3=Högdahl|first3=Karin|last4=Harris|first4=Chris|last5=Weis|first5=Franz|last6=Nilsson|first6=Katarina P.|last7=Skelton|first7=Alasdair|date=2013-04-10|title=Magmatic origin of giant 'Kiruna-type' apatite-iron-oxide ores in Central Sweden|journal=Scientific Reports|language=en|volume=3|issue=1|pages=1644|doi=10.1038/srep01644|pmid=23571605|pmc=3622134|bibcode=2013NatSR...3E1644J|issn=2045-2322|doi-access=free}}</ref><ref name="ChileIronOxideLava">{{cite journal | url=https://www.researchgate.net/publication/241044499 | title=Geological, Geographical and Legal Considerations for the Conservation of Unique Iron Oxide and Sulphur Flows at El Laco and Lastarria Volcanic Complexes, Central Andes, Northern Chile | author=Guijón, R., Henríquez, F. and Naranjo, J.A. | journal=Geoheritage | year=2011 | volume=3 | issue=4 | pages=99–315 | doi=10.1007/s12371-011-0045-x| s2cid=129179725 }}</ref>
Bijih besi karbonat, siderit atau siderosis, {{Chem|FeCO|3}}, yang memberikan oksida pada kalsinasi. Di udara lembab, sideritis berubah menjadi lepidocrocitis atau, lebih jarang, goethitis. Siderit sering dikaitkan dengan pirit, magnesia, kapur, mangan. Kita dapat membedakan besi karbonat spatik, bijih kristal putih, agak kekuningan, sangat tersebar luas, dan sferosiderit, dalam massa bulat, dicampur dengan bahan tanah, jarang di Prancis. Bijih besi dari deposit batubara mengandung arang: warnanya hitam dan mudah dipanggang. Di Inggris dikenal sebagai blackband.<ref name=":0">{{Cite journal|title=Innovative methodology for comprehensive utilization of iron ore tailings: Part 1. The recovery of iron from iron ore tailings using magnetic separation after magnetizing roasting|issue=1–3|pages=71–77|last1=Li|first1=Chao|last2=Sun|first2=Henghu|date=2010-02-15|journal=Journal of Hazardous Materials|volume=174|last3=Bai|first3=Jing|last4=Li|first4=Longtu|doi=10.1016/j.jhazmat.2009.09.018|pmid=19782467}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Sirkeci|first1=A. A.|last2=Gül|first2=A.|last3=Bulut|first3=G.|last4=Arslan|first4=F.|last5=Onal|first5=G.|last6=Yuce|first6=A. E.|date=April 2006|title=Recovery of Co, Ni, and Cu from the tailings of Divrigi Iron Ore Concentrator|journal=Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review|volume=27|issue=2|pages=131–141|doi=10.1080/08827500600563343|s2cid=93632258|issn=0882-7508}}</ref><ref>{{Cite journal|title=Exploitation of iron ore tailing for the development of ceramic tiles|issue=8|pages=725–729|journal=Waste Management|volume=20|doi=10.1016/S0956-053X(00)00034-9|date=December 2000|last1=Das|first1=S.K.|last2=Kumar|first2=Sanjay|last3=Ramachandrarao|first3=P.}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Gzogyan|first1=T. N.|last2=Gubin|first2=S. L.|last3=Gzogyan|first3=S. R.|last4=Mel’nikova|first4=N. D.|date=2005-11-01|title=Iron losses in processing tailings|journal=Journal of Mining Science|volume=41|issue=6|pages=583–587|doi=10.1007/s10913-006-0022-y|s2cid=129896853|issn=1573-8736}}</ref>
Bijih besi magnetit, spinel ferrimagnetik {{Chem|Fe|3|O|4}}, adalah mineral besi terkaya dalam logam. Hal ini sering dikaitkan dengan hematit dalam deposit yang sama, tetapi deposit magnetit murni juga diketahui. Berat jenis 5.15, warna hitam, kilau logam, sering disertai dengan kotoran seperti silika, kapur, alumina dan fosfor.<ref>{{Cite journal|last1=Uwadiale|first1=G. G. O. O.|last2=Whewell|first2=R. J.|date=1988-10-01|title=Effect of temperature on magnetizing reduction of agbaja iron ore|journal=Metallurgical Transactions B|volume=19|issue=5|pages=731–735|doi=10.1007/BF02650192|issn=1543-1916|bibcode=1988MTB....19..731U|s2cid=135733613}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Stephens|first1=F. M.|last2=Langston|first2=Benny|last3=Richardson|first3=A. C.|date=1953-06-01|title=The Reduction-Oxidation Process For the Treatment of Taconites|journal=JOM|volume=5|issue=6|pages=780–785|doi=10.1007/BF03397539|issn=1543-1851|bibcode=1953JOM.....5f.780S}}</ref><ref>H.T. Shen, B. Zhou, ''et al.'''''Roasting-magnetic separation and direct reduction of a refractory oolitic-hematite ore''' Min. Met. Eng., 28 (2008), pp. 30-43</ref>
Bijih besi hematit {{Chem|α-Fe|2|O|3}}, merupakan komponen terpenting dari mineral besi yang diproses dalam industri baja. Ini memiliki beberapa jenis:
* oligist mengkristal dalam rhombohedra.
* specularite terdiri dari agregat kristal hematit dengan permukaan yang halus seperti cermin.
* hematit merah biasa terjadi pada massa berserat, atau kompak.
* hematit merah oolitik terbentuk dari bola kecil yang diaglomerasi.
* martite adalah pseudomorphs hematit dari magnetit.
Bijih besi maghemite, {{Chem|γ-Fe|2|O|3}}, adalah bentuk hematit metastabil, {{Chem|α-Fe|2|O|3}}, yang terbentuk dari magnetit melalui oksidasi progresif. Ini memiliki karakteristik magnetik yang sama dengan magnetit, sedangkan hematit bersifat magnetis lemah. Strukturnya spinel, tetapi dengan kekosongan atom besi.
Bijih besi limonite (atau hematit coklat) adalah campuran dari hidroksida dari besi mikrokristalin. Hidroksida ini merupakan "tutup besi". Ini adalah bijih sedimen yang berisi goethite, dari lepidocrocite dan sejumlah kecil hematit, dari hidroksida dari aluminium, yang merupakan silika koloid, anorganik tanah liat, dari fosfat, dari arsenates, serta senyawa organik. Dalam massa berserat, limonitcukup murni, tetapi ketika terjadi dalam massa padat atau tanah, ia kehilangan nilai bajanya, karena mengandung sulfida (dari besi, juga timbal), fosfat dan arsenat. Di Prancis, ada sedikit limonit, tetapi ditemukan juga di Amerika Serikat, Rusia, dan Skandinavia.
Ilmenit struktur mineral hematit digunakan sebagai pengganti untuk ekstraksi titanium, besi dengan bunga tambahan.
Silikat tidak digunakan untuk ekstraksi besi, karena proses pengayaan yang kompleks. Selain itu, tanpa perlakuan, mereka tidak sesuai dengan penggunaan dalam tanur tinggi karena ketika mereka dalam bentuk pasir mereka tidak memiliki permeabilitas yang diperlukan untuk memungkinkan gas pereduksi bersirkulasi.
Kandungan besi unsur mineral besi utama bervariasi dalam batas-batas khas:
* magnetit : Fe = 50 - 67%
* hematit : Fe = 30 - 65%
* limonit : Fe = 25 - 45%
* siderit : Fe = 30 - 40%
{| class=wikitable
!Mineral !! Rumus kimia !! Kandungan besi teoritis dalam mineral (dalam%)!! Kandungan besi teoritis setelah kalsinasi (dalam%)
|-
| [[Hematit]] || {{Chem|Fe|2|O|3}} || align="center" | 69,96 || align="center" | 69,96
|-
| [[Magnetit]] || {{Chem|Fe|3|O|4}} || align="center" | 72,4 || align="center" | 72,4
|-
| [[Magnesioferrite]] || {{Chem|MgOFe|2|O|3}} || align="center" | 56-65 || align="center" | 56-65
|-
| [[Goetit]] || {{Chem|Fe|2|O|3|H|2|O}} || align="center" | 62,9 || align="center" | 70
|-
| [[Hydrogœthite]] || {{Chem|3Fe|2|O|3|4H|2|O}} || align="center" | 60,9 || align="center" | 70
|-
| [[Limonit]] || {{Chem|2Fe|2|O|3|3H|2|O}} || align="center" | 60 || align="center" | 70
|-
| [[Siderite]] || {{Chem|FeCO|3}} || align="center" | 48,3 || align="center" | 70
|-
| [[Pirit]] || {{Chem|FeS|2}} || align="center" | 46,6 || align="center" | 70
|-
| [[Pyrrhotite]] || {{Chem|Fe|1-x|S}} || align="center" | 61,5 || align="center" | 70
|-
| [[Ilmenit]] || {{Chem|FeTiO|3}} || align="center" | 36,8 || align="center" | 36,8
|}
== Peletisasi bijih besi ==
Pelet bijih besi biasanya berbentuk bola berukuran 6–16 mm (0,24–0,63 in) untuk digunakan sebagai bahan baku [[tanur sembur]]. Mereka biasanya mengandung 64-72% Fe dan berbagai bahan tambahan yang menyesuaikan komposisi kimia dan sifat metalurgi pelet. Biasanya batu kapur, dolomit dan olivin ditambahkan dan Bentonit digunakan sebagai pengikat.<ref>Advanced Explorations Inc.:[http://www.advanced-exploration.com/industry/io_products/ ''Iron Ore Products''] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20141031140356/http://www.advanced-exploration.com/industry/io_products/ |date=2014-10-31 }}</ref><ref>National Steel Pellet Company:[http://www.steel.org/AM/Template.cfm?Section=Home&CONTENTID=12309&TEMPLATE=/CM/ContentDisplay.cfm ''Iron Ore Processing for the Blast Furnace''] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20101231142549/http://www.steel.org/AM/Template.cfm?Section=Home&CONTENTID=12309&TEMPLATE=%2FCM%2FContentDisplay.cfm |date=2010-12-31 }}</ref>
Proses pelletizing menggabungkan pencampuran bahan baku, membentuk pelet dan perlakuan panas memanggang pelet mentah lunak ke bola keras. Bahan mentah digulung menjadi bola, kemudian dibakar di tungku pembakaran atau di jeruji untuk mensinter partikel menjadi bola keras.
Konfigurasi pelet bijih besi sebagai bola yang dikemas dalam tanur tinggi memungkinkan udara mengalir di antara pelet, mengurangi resistensi terhadap udara yang mengalir ke atas melalui lapisan material selama peleburan. Konfigurasi serbuk bijih besi dalam tanur sembur lebih padat dan membatasi aliran udara. Inilah alasan mengapa bijih besi lebih disukai dalam bentuk pelet daripada dalam bentuk partikel yang lebih halus.
;Persiapan bahan baku
Bahan tambahan ditambahkan ke bijih besi untuk memenuhi persyaratan pelet akhir. Hal ini dilakukan dengan menempatkan campuran dalam pelet, yang dapat menampung berbagai jenis bijih dan aditif, dan pencampuran untuk menyesuaikan komposisi kimia dan sifat metalurgi pelet. Secara umum tahapan-tahapan berikut termasuk dalam periode pengolahan ini: konsentrasi/pemisahan, homogenisasi rasio zat, penggilingan, klasifikasi, peningkatan ketebalan, homogenisasi pulp dan penyaringan.
Pembentukan pelet bijih besi mentah, juga dikenal sebagai peletisasi, memiliki tujuan untuk menghasilkan pelet dalam ukuran pita yang sesuai dan dengan sifat mekanik, kegunaan yang tinggi selama tekanan pemindahan, pengangkutan, dan penggunaan. Baik gaya mekanik dan proses termal digunakan untuk menghasilkan sifat pelet yang benar. Dari sudut pandang peralatan, ada dua alternatif untuk produksi industri pelet bijih besi: drum dan piringan pelet.
;Pemrosesan termal
Untuk memberikan ketahanan tinggi mekanika metalurgi pelet dan karakteristik yang sesuai, pelet dikenakan pemrosesan termal, yang melalui beberapa tahap pengeringan, pemanasan awal, pembakaran, setelah pembakaran dan pendinginan. Durasi setiap tahap dan suhu pelet yang dikenakan memiliki pengaruh yang kuat pada kualitas produk akhir.
== Proses pembuatan besi ==
[[Berkas:Saldanha Steel works 2.jpg|250px|jmpl|Midrex di Saldanha Steel works.]]
[[Berkas:ГБЖ-1 - panoramio.jpg|250px|jmpl|Unit produksi HBI: Lebeddinskv GOK-1 di Gubkin, Rusia. Proses HYL dimulai pada tahun 1999.]]
[[Berkas:Hot-briquetted iron.JPG|250px|jmpl|Hot-briquetted iron HBI diatas kertas A4, bentuk lain dari direct reduced iron, DRI, sponge iron dicetak di pabrik.]]
[[Berkas:Krupp-Renn Process diagram.svg|250px|jmpl|Krupp-Renn Process diagram. Kiln putar, proses alternatif pembuatan DRI sponge iron besi kasar, bahan baku baja.]]
Proses pembuatan baja didahului dengan pembuatan [[besi kasar]] sebagai bahan baku. Terdapat beberapa cara modern proses pembuatan besi di dunia :
* Blast Furnace. Menggunakan kokas sebagai reduktor. Produk berupa logam cair dan pig iron. Hampir 85% produk besi kasar dari blast furnace. Ekonomis pada skala besar 1 ~ 6 juta ton/tahun.
Baris 72 ⟶ 152:
== Proses pembuatan besi baja modern ==
[[Berkas:LD-Tiegel, Technisches Museum Wien, Juni 2009.jpg|250px|jmpl|Basic oxygen steelmaking juga dikenal sebagai Linz-Donawitz converter di Vienna Technical Museu.m]]
[[Berkas:Melt Down uddeholm.jpg|250px|jmpl|Electric arc furnace.]]
[[Berkas:Carbon Steel Cold Rolled Sheet Coil.jpg|250px|jmpl|Carbon Steel Cold Rolled Sheet Coil.]]
[[Berkas:ArcelorMittal Eisenhüttenstadt 04.JPG|250px|jmpl|Baja slab.]]
[[Berkas:Granulated slag — Гранульований шлак 1.jpg|250px|jmpl|Butiran terak slag tailing. Limbah baja.]]
[[Berkas:1965 PORT KEMBLA (3570155240).jpg|250px|jmpl]]
[[Berkas:Redcar Blast Furnace - geograph.org.uk - 624518.jpg|250px|jmpl]]
[[Besi]] adalah [[logam]] paling banyak kedua di [[Kerak Bumi|kerak bumi]] setelah [[aluminium]]. Unsur ini reaktif terhadap [[oksigen]] dan [[air]]. Besi segar memiliki permukaan abu-abu keperakan. Namun, warna akan berubah jika besi teroksidasi dalam air normal, menyebabkan oksida besi hidrat (karat). [[Bijih besi]] pada dasarnya terbuat dari [[oksida]] ([[magnetit]], [[hematit]] dan [[limonit]]), [[karbonat]] ([[Siderit|siderit]]) dan [[sulfida]] ([[Pyrite|pyrite]]). Banyak endapan bijih ditemukan di cekungan Mediterania bagian timur dan bisa mudah dikenali karena terkait dengan warna merah karat dari bumi. Bijih besi ini sering dieksploitasi sebagai pigmen karena bisa memberikan warna kuning, ochres (kuning tua), coklat dan merah.
| |||