Pembuatan baja: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
Tidak ada ringkasan suntingan |
Tidak ada ringkasan suntingan |
||
Baris 17:
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]].
== Proses pembuatan
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.
* Direct Reduction. Menggunakan gas alam yang direforming sebagai reduktor dan bisa juga batu bara. Produk berupa besi spon (DRI) & Hot Bricket Iron (HBI). Di negara = negara dengan harga gas dan batubara yang murah. Teknologi yang digunakan adalah HYL, MIDREX, FINMET. Rotary Kiln : SL/RN,OSIL. Rotary hearth : Fasmet, Comet, Incomet.
* Direct Reduction Smelting. Menggunakan batu bara sebagai reduktor. Menggunakan bijih besi kadar rendah. Teknologi yang digunakan SR-Shaft : Corex. SR-Vessel : Dios, Aisi, CCF. SR-Hearth : Hismelt, Ausiron, Romelt
Blast furnace merupakan salah satu tungku yang digunakan untuk mereduksi bijih besi (iron ore), pellet, dan/atau sinter secara kimia dan mengubah material besi padat tersebut menjadi logam besi cair bersuhu tinggi (hot metal) dengan sarana tanur/tungku pelebur. Metode ini juga dikenal sebagai tanur tiup karena sepanjang prosesnya yang ditiupkan udara panas (hot blast) ke dalam tungku. Udara bersuhu hingga 1800ºC ini ditiupkan dari dapur cowper melalui lubang/bukaan (tuyer) yang terdapat di bagian bawah tungku.
Bahan baku blast furnace adalah bijih besi, fluks dan kokas. Fungsi fluks adalah untuk menurunkan titik cair slag dan membuat slag menjadi lebih encer, Sehingga mudah dialirkan keluar BF serta mengikat abu dari batubara dan unsur unsur pengotor dalam bijih besi. Fungsi utama kokas adalah menghasilkan panas untuk peleburan, memasok unsur karbon dan gas CO sebagai hasil reaksi C dengan udara panas untuk mereduksi bijih besi, menahan beban(burden) dalam Blast Furnace, dan menjaga permeabilitas tungku
Blast furnace terdiri dari dua bagian utama yaitu kerucut bawah yang disebut hentian dan kerucut atas yang disebut corong. Diatas corong terdapat penutup dengan cerucuk isi. Bagian hentian terbuat dari batu tanah api yang disemen dan berdiri langsung diatas pondasi. Hentian paling bawah disebut tungku, garis tengah dalamnya bagian kecil 4 – 7 m sedangkan bagian garis tengah dalamnya pada bagian terbesar berkisar antara 10 – 14 m. Tinggi keseluruhan dapur bekisar antara 30 – 110 m. Bagian dalam tanur dilapisi dengan batu tanah api (fire brick), sedangkan bagan luar dibalut dengan baja yang tebalnya rata rata 20 mm. Disekeliling antara kerucut bawah diberi lubang 8 sampai 12 buah untuk memasukan udara panas kedalam tanur melalui pipa pipa.
Pada blastfFurnace terdapat dapur dengan kontruksi baja tegak yang tinggi didalamnya bata tahan api. Bahan baku bijih besi yang berkadar besi tinggi maupun hasil olahan (pellet/sinter/lump), kokas & Flux dimasukkan dari atas dapur dengan cara bergantian. Udara panas dan PCI ditiupkan melalui tuyer yg terletak diatas heart dapur. Akibat semburan udara panas terjadilah berbagai reaksi kimia pada tiap bagian silinder tegak yang memiliki suhu berbeda-beda. Panas yang terjadi sewaktu beroperasi pada bagian masuk tanur 200oC, makin kebagian bawah tanur panasnya makin tinggi. Setelah itu barulah dihembuskan udara panas yang suhu awalnya 800oC. Gas panas ini akan membakar kokas sehingga suhu pada bagian bawah mencapai 1600oC sampai 1800oC. Hasil Pembakaran akan menghasilkan gas CO dan panas, mereduksi dan mencairkan bijih besi secara tidak langsung. Setelah reduksi tadi akan terjadi gas CO2 yang disebut dengan gas tanur tinggi. Hasilnya adalah cairan slag/terak dan besi yang akan ditampung dibagian bawah tungku yang selanjutnya dikeluarkan dari iron and slag notch. Ciran slag/terak ini tidak akan dipakai pada fabrikasi besi kasar. Meskipun demikian terak ini masih bernilai ekonomis, misalnya sebagai bahan aspal. Selain terak, produk sampingan dari blast furnace ini yakni : Gas. Hal ini dikatakan demikian karena Gas ketika keluar dari blast furnace masih mempunyai panas yang tinggi sehingga dapat dimanfaatkan ulang untuk memanaskan dapur atau tanur di hot blast stoves. Gas yang tidak dibakar di hot blast stoves dikirim ke boiler house dan digunakan untuk menghasilkan uap yang memutar turbo blower untuk menghasilkan kompresi udara yang dikenal sebagai “cold blast” dan kemudian masuk kedalam stoves.
Hasil dari proses blast furnace adalah pig iron (besi kasar) dan terak. Jenis besi kasar adalah besi kasar putih dan besi kasar kelabu. Pig iron mengandung lebih dari 92% Fe. Selain digunakan sebagai bahan baku pembuatan baja pig iron digunakan secara luas untuk industri pengecoran dan tempa
Untuk memproduksi 1 ton pig iron diperlukan sekitar 1 7 ton bijih besi 350-550 Kg Kokas dan bahan bakar 250 Kg dolomit /lime stone, 1620 ton udara panas. Umumnya dolomit /lime stone dibakar dulu calcine lebih dulu untuk mendapatkan CaO atau MgO. Dalam sinter atau pellet bijih besi biasanya telah dicampur CaO atau MgO tersebut untuk meningkatkan efesiensi proses. Untuk setiap ton besi dihasilkan 200 – 400 Kg terak 25 – 50 Kg debu dan 2 – 3 ton gas (Blast Furnace Gas).
Besi kasar putih dengan ciri-ciri sebagai berikut :
* Patahan berwarna putih
* Banyak mengandung mangan (Mn)
* Keras dan mudah pecah
* Cepat membeku
* Baik untuk pembuatan baja langsung
* Kandung karbon 2,3 – 3,5 %
Besi kasar kelabu dengan ciri ciri sebagai berikut:
* Patahan berwarna kelabu
* Mengandung silisium 0,51 %
* Mudah dituang, baik untuk pembuatan mesin
* Lunak dan sedikit rapuh
* Baik untuk pembuatan besi tuang dan baja tuang
* Titik cair 1300oC
* Kandungan karbon 3,55 %
Terak disini terbentuk dari senyawa silika, alumina, magnesia, atau calcit yang terkandung dalam bijh besi, pellet, sinter, lump, kokas. Terak cair memiliki densitas lebih rendah daripada hot metal, yang menjadikan mengapung diatas hot metal. Terak terbagi menjadi dua macam yaitu terak yang bersifat asam dan terak yang bersifat basa. Komposisi terak adalah sebagai berikut:
* Silika = 33% ~ 42%
* Alumina = 10% ~ 16%
* Kapur = 36% ~ 45%
* Magnesia = 3% ~ 12%
* Belerang = 1% ~ 3%
* Ferro Oksida = 0,3% ~ 2%
* Mangan Oksida = 0,2% ~ 1,5%
Proses reduksi langsung (Direct Reduction) biasanya digunakan untuk merubah pellet menjadi besi spons (sponge iron)/DRI. Juga disebut besi spons dihasilkan dari reduksi langsung dari bijih besi (dalam bentuk gumpalan, pelet atau denda) dengan mengurangi gas yang dihasilkan dari gas alam atau batubara. Gas pereduksi merupakan mayoritas campuran hidrogen (H2) dan karbon monoksida (CO) yang bertindak sebagai pereduksi. Proses langsung mengurangi bijih besi dalam bentuk padat dengan mengurangi gas disebut reduksi langsung. Proses reduksi langsung dianggap lebih efisien daripada tanur tiup. Karena beroperasi pada suhu yang lebih rendah, dan ada beberapa faktor lain yang membuatnya ekonomis.
* Mereduksi pada kondisi padat
* Menggunakan bijih besi kualitas tinggi
* Gas Alam : moving bed, fluidized bed
* Batubara : rotary kiln, rotary hearth
* Product : DRI, HBI
* Hasil produk melalui rute EAF
Keuntungan dari proses reduksi langsung ketimbang blast furnace adalah, besi spons memiliki kandungan besi lebih tinggi ketimbang pig iron, hasil blast furnace. Zat reduktor menggunakan gas (CO atau H2) yang terkandung dalam gas alam, sehingga tidak diperlukan kokas yang harganya cukup mahal.
Perbedaan proses reduksi langsung dan reduksi tidak langsung adalah reaksinya berbeda,pada reduksi tidak langsung Fe diperoleh dari beberapa tahap reaksi, pada reduksi langsung dengan1 tahap reaksi sudah dapat diperoleh Fe murni. Hasil akhirnya berbeda, Output dari reduksi tidak langsung adalah berupa Fe dalam keadaan cair (pig iron), sedangkan output dari reduksi langsung adalah Fe dalam keadaan padat (sponge iron). Sumber gas reduktornya berbeda, indirect reduction menggunakan kokas untuk menghasilkan gas reduktor CO, sedangkan direct reduction menggunakan CH4. Kualitasnya berbeda, reduksi langsung menghasilkan besi dengan kualitas yang lebih baik daripada reduksi tidak langsung. Karena reduksi tidak langsung menggunakan kokas untuk menghasilkan gas reduktor. Kokas berasal dari batubara yang mengadung sulfur, dimana S tersebut dapat ikut masuk kedalam besi hasil reduksi, yang mengakibatkan besi mengalami retak panas (hot shortness).
== Proses pembuatan besi baja modern ==
[[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.
| |||