Pengolahan bijih besi

Pengolahan Bijih Besi

Logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat kuat, liat, keras, penghantar listrik dan panas, serta mempunyai titik cair tinggi. Bijih logam ditemukan dengan cara penambangan yang terdapat dalam keadaan murni atau bercampur dengan unsur-unsur seperti karbon, sulfur, fosfor, silikon, serta kotoran seperti tanah liat, pasir, dan tanah.

Bijih logam yang ditemukan dengan cara penambangan terlebih dahulu dilakukan proses pendahuluan sebelum diolah dalam dapur, pengolahan logam dengan cara dipecah sebesar kepalan tangan, dipilih yang mengandung unsur logam, dicuci dengan air unruk mengeluarkan kotoran dan terakhir dikeringkan dengan cara dipanggang untuk mengeluarkan uap yang mengandung air.Selain logam ada yang disebut dengan istilah bukan logam (nonmetal) dan unsur metaloid yang menyerupai logam.

Logam dapat dibagi dalam beberapa golongan, yaitu :

1.      Logam berat    : besi, nikel, krom, tembaga, timah putih, timah hitam, danseng.

2.      Logam ringan  : alumunium, magnesium, titanium, kalsium, kalium, natrium, dan barium.

3.      Logam mulia   : emas, perak, dan platina.

4.      Logam tahan api         : wolfram, molibden, titanium, dan zirkonium.

Dalam penggunaan serta pemakainnya, logam pada umumnya tidak merupakan senyawa logam, tetapi merupakan paduan.Logam dan paduannya merupakan bahan teknik yang penting, dipakai untuk konstruksi mesin, kendaraan, jembatan, bangunan, dan pesawat terbang.

Sehubungan dengan pemakainnya pada teknik mesin, sifat logam yang penting adalah mekanis, fisik, dan kimia yang sangat menentukan kualitasnya.

Logam dapat dibagi dalam dua golongan yaitu logam ferro atau logam besi dan logam non ferro yaitu logam bukan besi.

1.      Logam Ferro (Besi)

Logam ferro adalah suatu logam paduan yang terdiri dari campuran unsur karbon  dengan besi. Untuk menghasilkan suatu logam paduan yang mempunyai sifat yang berbeda dengan besi dan karbon maka dicampur dengan bermacam logam lainnya.Logam ferro terdiri dari komposisi kimia yang sederhana antara besi dan karbon. Masuknya karbon ke dalam besi dengan berbagai cara.

Jenis logam ferro adalah sebagai berikut :

a.      Besi Tuang

Komposisinya yaitu campuran besi dan karbon.Kadar karbon sekitar 40%, sifatnya rapuh tidak dapat ditempa, baik untuk dituang, liat dalam pemadatan, lemah dalam tegangan. Digunakan untuk membuat alas mesin, meja perata, badan ragum, bagian-bagian mesin robot, blok slinder, dan cincin torak.

b.      Besi Tempa

Komposisi besi terdiri dari 99% besi murni, sifat dapat ditempa, liat, dan tidak dapat dituang. Besi tempa antara lain dapat digunakan untuk membuat rantai jangkar, kait keran, dan landasan kerja plat.

c.       Baja Lunak

Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,1% - 0,3%, membuat sifat dapat ditempa dengan tanah liat. Digunakan untuk membuat mur, sekrup, pipa, dan keperluan umum dalam pembangunan.

d.      Baja Karbon Sedang

Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,4% - 0,6%. Sifat lebih kenyal dan keras.Digunakan untuk membuat benda kerja tempa berat, poros, da rel baja.

e.       Baja Karbon Tinggi

Komposisi campuran besi dan karbon. Kadar karbon 0,7% - 1,5%. Sifat dapat ditempa, dapat disepuh keras, dan dimudakan.Digunakan untuk membuat kikir, pahat, gergaji, tap, stempel, dan alat bubut lainnya.

f.       Baja Karbon Tinggi Dengan Campuran

Komposisi baja karbon tinggi ditambah nikel atau kobalt, krom atau tungsten, sifat rapuh, tahan suhu tinggi tanpa kehilangan kekerasan, dapat disepuh keras, dan dimudakan.Digunakan unutk membuat mesin bubut dan alat-alat mesin.

2.      Logam Nonferro

Logam nonferro yaitu logam yang tidak mengandung unsur besi (Fe). Logam nonferro antara lain sebagai berikut :

a.      Tembaga (Cu)

Warna cokelat kemerah-merahan, sifatnya dapat ditempa, liat, baik untuk penghantar panas, listrik, dan kukuh.Tembaga digunakan untuk membuat suku cadang bagian listrik, radio penerangan, dan alat-alat dekorasi.

b.      Alumimium (Al)

Warna putih.Sifatnya ditempa, liat, bobot ringan, penghantar panas dan listrik yang baik, mampu dituang.Alumunium digunakan untuk membuat peralatan masak, elektronik, industri mobil, dan industri pesawat terbang.

c.       Timbel (Pb)

Warna kelabu, sifatnya dapat ditempa, sangat liat, tahan korosi, air asam, dan bobot sangat berat.Timbel digunakan sebagai bahan pembuat kabel, baterai, bubungan atap, dan bahan pengisi.

BAB  I I

PROSES PENGOLAHAN BIJIH BESI

Bijih besi merupakan bahan baku pembuatan besi yang dapat berupa senyawa oksida, karbonat, dan sulfida serta tercampur sengan unsur lain misalnya silikon. Bijih besi diolah dalam tanur atau dapur tinggi untuk menghasilkan besi kasar. Besi kasar adalah bahan baku untuk pembuatan besi cor (cast iron), besi tempa (wrought iron), dan (baja (steel). Ketigaa macam bahan itu banyak dipakai dalam bidang teknik.

Baja adalah logam paduan antara besi dan karbon dengan kadar karbonnya secara teoritis maksimum 1,7%. Besi cor adalah logam paduan antara besi  dan karbon yang kadarnya 1,7% sampai 3,5%. Besi tempa adalah baja yang mempunyai kadar karbon rendah.Dilihat dari kegunaannya maka besi dan baja campuran merupakan tulang punggung peradaban modern saat ini untuk peralatan transportasi, bangunan, pertanian, dan peralatan mesin.

1.      Bahan Dasar Besi

Bahan dasar besi mentah ialah bijih besi yang jumlah persentase besinya haruslah sebesar mungkin. Besinya merupakan besi oksida (Fe2O4 dan Fe2O3) atau besi karbonat (FeCO2) yang dinamakan batu besi spat. Pengolahan besi mentah pada dapur tinggi dilakukan dengan cara mereduksi bijih besi menggunakan kokas, bahan tambahan, dan udara panas.

Bijih besi didatangkan dari tambang dalam berbagai mutu dan bongkahan yang tidak sama besar, serta bercampur dengan batu dan tanah liat.Bongkahan bijih besi dipecah menjadi butiran yang sama besar, dengna ukuran paling besar 60 mm kemudian dimasukkan ke dalam pemecah bijih melalui kisi-kisi goyang supaya masuknya sama rata.

Dari mesin pemecah bijih, besi diantar ke tromol magnet dengan sebuah talang goyang yang lain. Dalam tromol tersebut bijih besi dipisahkan dari batu-batu yang tercampur.Bijih besi kemudian dimasukkan ke dalam instalasi penyaring untuk disortir menurut besarnya, selanjutnya dimasukkan ke dalam sebuah instalasi pencuci.Bijih halus dan butiran yang lebih kecil dari 18 mm yang datang dari pemecah bijih diaglomir di dalam dapur atau panci sinter.Pada proses sinter selalu ditambahkan debu bijih yang berjatuhan dari dapur tinggi dan dari instalalsi pembersih gas supaya dapat diambil besinya.

Di dalam dapur sinter mula-mula diisikan selapis bijih halus dan diatasnya bijih besi yang akan diaglomir. Bubuk bijih tidak dapat jatuh melalui rangka bakar karena ditahan oleh bijih halus itu. Apabila isi panci tekah selesai dikerjakan panci berputar dan massa dijatuhkan ke dalam gerobak melalui pemecah bergigi yang berputar dan memecah menjadi potongan yang sama besar.

2.      Pembuatan Besi Kasar (Ingot)

Bahan utama untuk membuat besi kasar adalah bijih besi. Berbagai macam bijih besi yang terdapat di dalam kulit bumi berupa oksid besi dan karbonat besi, diantaranya yang terpenting adalah sebagai berikut :

a.       Batu besi coklat (2Fe2O3 + 3H2O) dengan kandungan besi berkisar 40%.

b.      Batu besi merah yang juga disebut hematit (Fe2O3) dengan kandungan besi berkisar 50%.

c.       Batu besi magnet (Fe2O4) berwarna hijau tua kehitaman, bersifat magnetis dengan mengandung besi berkisar 60%.

d.      Batu besi kalsit atau spat (FeCO3) yang juga disebut sferosiderit dengan mengandung besi berkisar 40%.

Bijih besi itu dipanggang di dalam dapur panggang agar kering dan unsur-unsur yang mudah menjadi gas keluar dari bijih kemudian dibawa ke dapur tinggi diolah menjadi besi kasar. Dapur tinggi mempunyai bentuk dua buah kerucut yang berdiri satu di atas yang lain pada alasnya. Pada bagian atas adalah tungkunya yang melebar ke bawah, sehingga muatannya dengan mudah meluncur kebawah dan tidak terjadi kemacetan.Bagian bawah melebar ke atas dengan maksud agar muatannya tetap berada di bagian ini. Dapur tinggi dibuat dari susunan batu tahan api yang diberi selubung baja pelat untuk memperkokoh konstruksinya. Dapur diisi dari atas dengan alat pengisi.Berturut-turut dimasukkan kokas, bahan tambahan (batu kapur) dan bijih besi.

Kokas adalah arang batu bara yaitu batu bara yang sudah didestilasikan secara kering dan mengandung belerang yang sangat rendah sekali. Kokas berfungsi sebagai bahan bakarnya dan membutuhkan zat asam yang banyak sebagai pengembus. Agar proses dapat berjalan dengan cepat udara pengembus itu perlu dipanaskan terlebih dahulu di dalam dapur pemanas udara.

Besi cair di dalam dapur tinggi, kemudian dicerat dan dituang menjadi besi kasar, dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan sebagai bahan ancuran untuk pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah), atau dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja di dalam konvertor atau dapur baja yang lain, misalnya dapur Siemen Martin.

Batu kapur sebagai bahan tambahan gunanya untuk mengikat abu kokas dan batu-batu ikutan hingga menjadi terak yang dengan mudah dapat dipisahkan dari besi kasar. Terak itu sendiri di dalam proses berfungsi sebagai pelindung cairan besi kasar dari oksida yang mungkin mengurangi hasil yang diperoleh karena terbakarnya besi kasar cair itu. Batu kapur (CaCO3) terurai mengikat batu-batu ikutan dan unsur-unsur lain.

3.      Proses Dalam Dapur Tinggi

Prinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini zat karbon monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat asam pada suhu tinggi. Pada pembakaran suhu tinggi + 1800oC dengan udara panas, maka dihasilkan suhu yang dapat menyelenggarakan reduksi tersebut. Agar tidak terjadi pembuntuan karena proses berlangsung maka diberi batu kapur sebagai bahan tambahan. Bahan tambahan bersifat asam apabila bijih besinya mempunyai sifat basa dan sebaliknya bahan tambahan diberikan yang bersifat basa apabila bijih besi bersifat asam.

Gas yang terbentuk dalam dapur tinggi selanjutnya dialirkan keluar melalui bagian atas dan ke dalam pemanas udara.Terak yang menetes ke bawah melindungi besi kasar dari oksida oleh udara panas yang dimasukkan, terak ini kemudian dipisahkan. Proses reduksi di dalam dapur tinggi tersebut berlangsung sebagai berikut:

§  Zat arang dari kokas terbakar menurut reaksi : C + O2 CO2 sebagian dari CO2 bersama dengan zat arang membentuk zat yang berada ditempat yang lebih atas yaitu gas CO.        CO2 + C → 2CO Di bagian atas dapur tinggi pada suhu 3000 sampai 8000 C oksid besi yang lebih tinggi diubah menjadi oksid yang lebih rendah oleh reduksi tidak langsung dengan CO tersebut menurut prinsip : Fe2O3 + CO → 2FeO + CO2

§  Pada waktu proses berlangsung muatan turun ke bawah dan terjadi reduksi tidak langsung menurut prinsip : FeO+CO FeO+CO2

§  Reduksi ini disebut tidak langsung karena bukan zat arang murni yang mereduksi melainkan persenyawaan zat arang dengan oksigen. Sedangkan reduksi langsung terjadi pada bagian yang terpanas dari dapur, yaitu langsung di atas pipa pengembus. Reduksi ini berlangsung sebagai berikut : FeO + C → Fe + CO.

§  CO yang terbentuk itulah yang naik ke atas untuk mengadakan reduksi tidak langsung tadi. Setiap 4 sampai 6 jam dapur tinggi dicerat, pertama dikeluarkan teraknya dan baru kemudian besi. Besi yang keluar dari dapur tinggi disebut besi kasar atau besi mentah yang digunakan untuk membuat baja pada dapur pengolahan baja atau dituang menjadi balok-balok tuangan yang dikirimkan pada pabrik-pabrik pembuatan baja sebagai bahan baku. Besi cair dicerat dan dituang menjadi besi kasar dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan sebagai bahan ancuran untuk pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah) atau masih dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja (dapur Siemen Martin).

Terak yang keluar dari dapur tinggi dapat pula dimanfaatkan menjadi bahan pembuatan pasir terak atau wol terak sebagai bahan isolasi atau sebagai bahan campuran semen. Besi cair yang dihasilkan dari proses dapur tinggi sebelum dituang menjadi balok besin kasar sebagai bahan ancuran di pabrik penuangan, perlu dicampur dahulu di dalam bak pencampur agar kualitas dan susunannya seragam. Dalam bak pencampur dikumpulkan besi kasar cair dari bermacam-macam dapur tinggi yang ada untuk mendapatkan besi kasar cair yang sama dan merata. Untuk menghasilkan besi kasar yang sedikit mengandung belerang di dalam bak pencampur tersebut dipanaskan lagi menggunakan gas dapur tinggi.

4.      Pembuatan Baja Dari Besi Kasar

Besi kasar sebagai hasil dari dapur tinggi masih banyak mengandung unsur-unsur yang tidak cocok untuk bahan konstruksi, misalnya zat arang (karbon) yang terlalu tinggi, fosfor, belerang, silisium dan sebagainya. Unsur-unsur ini harus serendah mungkin dengan berbagai cara.

Untuk menurunkan kadar karbon dan unsur tambahan lainnya dari besi kasar digunakan dengan cara sebagai berikut :

a.      Proses Konvertor :

§  Proses Bessemer untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang rendah.

§  Proses Thomas untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang tinggi.

§  Proses Oksi, proses LD, Kaldo dan Oberhauser

b.      Proses Martin (dapur Siemen Martin)

§  Proses Martin asam untuk besi kasar dengan kadar fosfor rendah.

§  Proses Martin basa untuk besi kasar dengan kadar fosfor tinggi.

c.       Dapur Listrik untuk baja Campuran

§  Dapur listrik busur nyala api.

§  Dapur listrik induksi.

BAB III

PROSES PELEBURAN BAJA

Di dalam proses peleburan baja terdiri dari beberapa proses yaitu seperti proses converter, proses martin, proses dapur listrik (untuk baja campuran). Untuk lebih jelasnya dapat kita lihat sebagai berikut :

1.      Proses Konverter

Dimana proses konverter adalah salah satu proses dari dapur baja yang menggunakanbatu bata tahan api yang bersifat asam dan juga batu bata yang bersifat basa. Fungsi dari pada batu bata tahan api tersebut adalah menahan panas dan mampu sampai lebih dari 1000 derajat Celcius. Biasa digunakan pada incinerator, cerobong, kiln, dryer, rotary, dll. Batu bata tahan api sendiri diperlukan oleh setiap industri yang dalam pengolahan produksinya mengunakan Tungku Pembakaran (Furnace), Ketel Uap (boiler), dan Tungku Peleburan.Proses konverter terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap ke samping.

Ketika baja yang diperlukan sudah terbentuk, itu dicurahkan ke dalam ladle dan kemudian ditransfer ke dalam cetakan dan terak ringan yang tertinggal. Proses konversi yang disebut “pukulan” dilakukan dalam waktu sekitar dua puluh menit. Selama periode ini kemajuan oksidasi kotoran dapat dilihat atau dinilai oleh penampilan dari api yang keluar dari mulut konverter.

Penggunaan metode modern fotolistrik pencatatan karakteristik nyala api telah sangat membantu blower dalam pengendalian kualitas akhir produk. Setelah pukulan, logam cair recarburized ke titik yang dikehendaki dan bahan paduan lainnya ditambahkan, tergantung pada produk yang diinginkan.

Proses pembuatan baja dapat diartikan sebagai proses yang bertujuan mengurangi kadar unsur C, Si, Mn, P dan S dari besi mentah dengan proses oksidasi peleburan. Konventer untuk proses “oksidasi berkapasitas antara 50-400 ton”. Besi kasar dari tanur yang dituangkan ke dalam konventer disemburkan oksigen dari atas melalui pipa sembur yang bertekanan kira-kira 12 atm. Reaksi yang terjadi: O2 + C → CO2

Penyemburan Oksigen berlangsung antara 10-20 menit. Penambahan waktu penyemburan akan mengakibatkan terbakarnya C, P, Mn dan Si.Konvertor dibuat dari plat baja dengan sambungan las atau paku keling. Bagian dalamnya dibuat dari batu tahan api. Konvertor disangga dengan alat penyangga yang dilengkapi dengan trunnion untuk mengatur posisi horizontal atau vertikal Konvertor.

Pada bagian bawah konvertor terdapat lubang-lubang angin (tuyer) sebagai saluran udara penghembus (air blast). Batu tahan api yang digunakan untuk lapisan bagian dalam Konvertor dapat bersifat asam atau basa tergantung dari sifat baja yang diinginkan.

Secara umum proses kerja konverter adalah:

§  Dipanaskan dengan kokas sampai suhu 15000C.

§  Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja (+1/8 dari volume konverter).

§  Konverter ditegakkan kembali.

§  Dihembuskan udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dengan kompresor.

§  Setelah 20 – 25 menit konverter dijungkirkan untuk mengeluarkan hasilnya.

a.      Proses Bessemer (1855)

Konvertor Bessemer adalah sebuah bejana baja dengan lapisan batu tahan api yang bersifat asam. Dibagian atasnya terbuka sedangkan pada bagian bawahnya terdapat sejumlah lubang-lubang untuk saluran udara.Bejana ini dapat diguling-gulingkan.Korvertor Bessemer diisi dengan besi kasar kelabu yang banyak mengandung silisium.Silisium dan mangan terbakar pertama kali, setelah itu baru zat arang yang terbakar.Pada saat udara mengalir melalui besi kasar udara membakar zat arang dan campuran tambahan sehingga isi dapur masih tetap dalam keadaan encer.

Setelah lebih kurang 20 menit, semua zat arang telah terbakar dan terak yang terjadi dikeluarkan. Mengingat baja membutuhkan karbo sebesar 0,0 sampai 1,7 %, maka pada waktu proses terlalu banyak yang hilang terbakar, kekurangan itu harus ditambahy dalam bentuk besi yang banyak mengandung karbon. Dengan jalan ini kadar karbon ditingkatkan lagi. dari oksidasi besi yang terbentuk dan mengandung zat asam dapat dikurangi dengan besi yang mengandung mangan. Udara masih dihembuskan ke dalam bejana tadi dengan maksud untuk mendapatkan campuran yang baik.Kemudian terak dibuang lagi dan selanjutnya muatan dituangkan ke dalam panci penuang.

Pada proses Bessemer menggunakan besi kasar dengan kandungan fosfor dan belerang yang rendah tetapi kandungan fosfor dan belerang masih tetap agak tinggi karena dalam prosesnya kedua unsur tersebut tidak terbakar sama sekali. Hasil dari konvertor Bessemer disebut baja Bessemer yang banyak digunakan untuk bahan konstruksi. Proses Bessemer juga disebut proses asam karena muatannya bersifat asam dan batu tahan apinya juga bersifat asam. Apabila digunakan muatan yang bersifat basa lapisan batu itu akan rusak akibat reaksi penggaraman.

§  Proses Pembuatan Baja Dengan Metode Bessemer

Proses Bessemer adalah proses untuk produksi massa baja dari cair pig iron. Proses ini dinamai sesuai dengan nama penemunya, Henry Bessemer, yang mengeluarkan paten pada tahun 1855. Proses itu independen ditemukan pada 1851 oleh William Kelly. Proses ini juga telah digunakan di luar Eropa selama ratusan tahun, tetapi tidak pada skala industri. Prinsip utama adalah menghilangkan kotoran dari besi dengan oksidasi dengan udara yang ditiup melalui besi cair. Oksidasi juga meningkatkan suhu massa besi dan menyimpannya cair.

Proses ini dilakukan dalam kontainer baja bulat telur besar yang disebut Converter Bessemer . Konvertor dibuat dari plat baja dengan sambungan las atau paku keling. Bagian dalamnya dibuat dari batu tahan api. Batu tahan api yang digunakan untuk lapisan bagian dalam Konvertor dapat bersifat asam atau basa tergantung dari sifat baja yang diinginkan. Konvertor disangga dengan alat penyangga yang dilengkapi dengan trunnion untuk mengatur posisi horizontal atau vertikal Konvertor.Kapasitas sebuah konverter 8-30 ton besi cair dengan muatan yang biasa berada di sekitar 15 ton.

b.      Proses Thomas (1878)

Konvertor Thomas juga disebut konvertor basa dan prosesnya adalah proses basa, sebab batu tahan apinya bersifat basa serta digunakan untuk mengolah besi kasar yang bersifat basa. Muatan konvertor Thomas adalah besi kasar putih yang banyak mengandung fosfor.Proses pembakaran sama dengan proses pada konvertor Bessemer, hanya saja pada proses Thomas fosfor terbakar setelah zat arangnya terbakar. Pengaliran udara tidak terus-menerus dilakukan karena besinya sendiri akan terbakar.

Pencegahan pembakaran itu dilakukan dengan menganggap selesai prosesnya walaupun kandungan fosfor masih tetap tinggi. Guna mengikat fosfor yang terbentuk pada proses ini maka diberi bahan tambahan batu kapur agar menjadi terak. Terak yang bersifat basa ini dapat dimanfaatkan menjadi pupuk buatan yang dikenal dengan nama pupuk fosfat. Hasil proses yang keluar dari konvertor Thomas disebut baja Thomas yang biasa digunakan sebagai bahan konstruksi dan pelat ketel.

Proses Thomas disebut juga “Basic Bessemer Process” yaitu proses Bessemer dalam keadaan basa. Proses ini memakai Converter yang di bagian dalamnya dilapisi bahan tahan api (refractory) bersifat basa seperti dolomite (Mg CO3 CaCO3).

Pertama-tama converter diisi dengan batu kapur, kemudian besi mentah (pig iron) cair yang mengandung unsur phosfor (P) : 1,6 - 2% ; dan sedikit Si dan S (0,6% Si, 0,07 % S).

Pada periode I (Slag forming period = Silicon blow) yaitu pada saat penghembusan, unsur Fe, Si, Mn akan teroksider dan terbentuklah terak basa (basic slag). Dengan adanya batu kapur, akan terjadi kenaikan temperatur, tetapi unsur phosfor (P) yang terkandung dalam besi mentah belum dapat dipisahkan dari Fe.

Pada periode ke II (The brilliant flame blow = Carbon blow) yang ditandai dengan adanya penurunan temperatur, dimana Carbon (C) akan terbakar, berarti kadar C menurun. Jika kadar C tinggal 0,1 - 0,2%, maka temperatur akan turun menjadi 1400 - 1420°C.Setelah temperatur turun menjadi 1400°C, mulailah periode ke III (Reddish Smoke Periode) yaitu terjadinya oksidasi dari Fe secara intensif dan terbentuklah terak.

Peristiwa ini berlangsung lebih kurang selama 3 - 5 menit, dan selanjutnya terbentuklah terak Phospor [CaO)4.P2O5] yang diikuti kenaikan temperatur yang mendadak menjadi 1600°C. Setelah periode ke III ini berakhir, hembusan udara panas dihentikan dan converter dimiringkan untuk mengeluarkan terak yang mengapung di atas besi cair.

Kemudian diberi doxiders/deoxidising agents misalnya Ferro Monggan, Ferro Silicon atau Aluminium untuk menghilangkan Oksigen (O2) serta memberikan kadar Mn dan Si supaya diperoleh sifat-sifat tertentu dari baja yang dihasilkan. Terak yang dihasilkan mengandung + 22 % P2O5 merupakan hasil ikatan yang diperoleh dan dapat digunakan sebagai pupuk tanaman. Baja yang dihasilkan digunakan sebagai bahan dalam proses pengecoran seperti pembuatan baja tuang atau baja profil (steel section) seperti baja siku, baja profil I, C.

c.       Proses Oksidasi

Proses oksidasi menghilangkan pengotor seperti silikon, mangan dan karbon sebagai oksida yang akan membentuk gas ataupun terak padat. Lapisan tahan panas konverter juga memainkan peran dalam lapisan tanah liat yang konversinya menggunakan dalam asam Bessemer, dimana ada rendah fosfor dalam bahan baku. Dolomit digunakan ketika kandungan fosfor tinggi di dasar Bessemer (kapur atau magnesit pelapis juga kadang-kadang digunakan sebagai pengganti dolomit).Dalam rangka memberikan baja sifat yang diinginkan, zat lainnya dapat ditambahkan ke baja cair saat konversi selesai adalah spiegeleisen (karbon-mangan paduan besi).

Proses Bessemer diinginkan baja bersifat asam sehingga batu tahan apinya harus bersifat asam (Misal : kwarsa atau aksid asam SiO2). Proses Bessemer juga disebut proses asam karena muatannya bersifat asam serta batu tahan apinya juga bersifat asam. Apabila digunakan muatan yang bersifat basa lapisan batu itu akan rusak akibat reaksi penggaraman.

Besi mentah cair yang digunakan dalam proses Bessemer harus mempunyai kadar unsur Si <= 2%; Mn <= 1,5%; kadar unsur P dan S sekecil mungkin. Ketika udara panas dihembuskan lewat besi mentah cair, unsur-unsur Fe, Si dan Mn terbakar menjadi oksidasinya.Sebagian oksida besi yang terbentuk pada reaksi di atas akan berubah menjadi terak dan sebagian lagi akan bereaksi dengan Si dan Mn.

Reaksi-reaksi di atas diikuti dengan kenaikan temperatur dari 1250°C ke 1650°C. Dari reaksi di atas akan terbentuk terak asam kira-kira 40 – 50% SiO2. Periode ini disebut periode pembentukan terak (“The slag forming period”).Periode ini disebut juga periode “Silicon blow”.Periode ini berlangsung sekitar 4 – 5 menit yang ditandai adanya bunga api dan ledakan keluar dari mulut Konvertor.

Pada periode ke dua yang disebut “The brilliant flame blow” atau “Carbon blow” dimulai setelah Si dan Mn hampir semuanya terbakar dan keluar dari besi mentah cair. Reaksi itu diikuti dengan penurunan temperatur + 50 – 80% dan berlangsung sekitar 8 – 12 menit. CO akan keluar dari mulut Konvertor dimana CO ini akan teroksider oleh udara luar dengan ditandai dengan timbulnya nyala api bersinar panjang di atas Konvertor.

Periode ketiga disebut “Reddisk Smoke period” yang merupakan periode brilliant flame terakhir. Periode ini ditandai adanya Reddish smoke (nyala api ke merah-merahan) keluar mulut Konvertor .Hal ini menunjukkan bahwa unsur campuran yang terdapat dalam besi mentah telah keluar dan tinggal oksida besi FeO.Periode ini berlangsung sekitar 1 – 2 menit.Kemudian Konvertor diputar sehingga posisinya menuju posisi horizontal, lalu ditambahkan oksider (ferromanganesh, ferrosilicon atau Al) untuk mengikat O2 dan memadunya dengan baja yang dihasilkan. Baja Bessemer yang dihasilkan dengan proses di atas mengandung sangat sedikit unsur C.

Untuk baja Bessemer, kadar unsur C dapat dinaikkan dengan cara :

§  mengurangi udara penghembus terutama pada periode ke dua.

§  menambah C pada periode ke tiga hampir berakhir yaitu dengan menambahkan besi mentah.

§  Berat logam pada proses Bessemer ini akan berkurang + 8 – 12%

Keuntungan dari proses oksi adalah sebagai berikut :

§  Waktu proses relatif pendek.

§  Hasilnya mengandung fosfor (P)dan belerang (S) yang rendah.

§  Hasil yang diproduksi relatif lebih banyak dalam tempo yang sama

§  dibanding proses lainnya.

§  Biaya produksi baja tiap ton lebih murah

2.      Proses Martin (Dapur Siemens Martin)

Proses lain untuk membuat baja dari bahan besi kasar adalah menggunakan dapur Siemens Martin yang sering disebut proses Martin. Dapur ini terdiri atas satu tungku untuk bahan yang dicairkan dan biasanya menggunakan empat ruangan sebagai pemanas gas dan udara. Pada proses ini digunakan muatan besi bekas yang dicampur dengan besi kasar sehingga dapat menghasilkan baja dengan kualitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan baja Bessemer maupun Thomas.

Gas yang akan dibakar dengan udara untuk pembakaran dialirkan ke dalam ruangan-ruangan melalui batu tahan api yang sudah dipanaskan dengan temperatur 600 sampai 900 derajat celcius. dengan demikian nyala apinya mempunyai suhu yang tinggi, kira-kira 1800 derajat celcius. gas pembakaran yang bergerak ke luar masih memberikan panas kedalam ruang yang kedua, dengan menggunakan keran pengatur maka gas panas dan udara pembakaran masuk ke dalam ruangan tersebut secara bergantian dipanaskan dan didinginkan. Bahan bakar yang digunakan adalah gas dapur tinggi, minyak yang digaskan (stookolie) dan juga gas generator.

Pada pembakaran zat arang terjadi gas CO dan CO2 yang naik ke atas dan mengakibatkan cairannya bergolak, dengan demikian akan terjadi hubungann yang erat antara api dengan bahan muatan yang dimasukkan ke dapur tinggi. Bahan tambahan akan bersenyawa dengan zat asam membentuk terak yang menutup cairan tersebut sehingga melindungi cairan itu dari oksida lebih lanjut. Setelah proses berjalan selama 6 jam, terak dikeluarkan dengan memiringkan dapur tersebut dan kemudian baja cair dapat dicerat.

Hasil akhir dari proses Martin disebut baja Martin. Baja ini bermutu baik karena komposisinya dapat diatur dan ditentukan dengan teliti pada proses yang berlangsung agak lama. Lapisan dapur pada proses Martin dapat bersifat asam atau basa tergantung dari besi kasarnya mengandung fosfor sedikit atau banyak.

Proses Martin asam teradi apabila mengolah besi kasar yang bersifat asam atau mengandung fosfor rendah dan sebaliknya dikatakan proses Martin basa apabila muatannya bersifat basa dan mengandung fosfor yang tinggi.

Keuntungan dari proses Martin disbanding proses Bessemer dan Thomas adalah sebagai berikut :

§  Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih baik dengan     jalan percobaan-percobaan.

§  Unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat dihindarkan atau dibersihkan.

§  Penambahan besi bekas dan bahan tambahan lainnya pada akhir proses menyebabkan susunannya dapat diatur sebaik-baiknya. Selain keuntungan di atas dan karena udara pembakaran mengalir di atas cairan maka hasil akhir akan sedikit mengandung zat asam dan zat lemas.

Proses Martin basa biasanya masih mengandung beberapa kotoran seperti zat asam, belerang, fosfor dan sebagainya. Sedangkan pada proses Martin asam kadar kotoran-kotoran tersebut lebih kecil.

Pada proses Open-Hearth digunakan campuran besi mentah (pig iron) padat atau cair dengan baja bekas (steel scrap) sebagai bahan isian (charge). Pada proses ini temperatur yang dihasilkan oleh nyala api dapat mencapai 1800°C. Bahan bakar (fuel) dan udara sebelum dimasukkan ke dalam dapur terlebih dahulu dipanaskan dalam “Cheekerwork” dari renegarator.

Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth ini meliputi 3 periode yaitu :

§  Periode memasukkan dan mencairkan bahan isian.

§  Periode mendidihkan cairan logam isian.

§  Periode membersihkan/memurnikan (refining) dan deoksidasi.

§  Bahan bakar yang dipakai adalah campuran blast furnace gas dan cokes oven gas.

Bahan isian seperti besi mentah dan baja bekas beserta bahan tambah ditaruh dalam heart lewat puntu pengisian.Proses pembuatan baja dengan caraOpen-Hearth furnace ini dapat dalam keadaan basa atau asam (basic or acid open-hearth).Pada basic open-hearth furnace, dinding bagaian dalam dapur dilapisi dengan magnesite brick.Bagian bawah untuk tempat logam cair dan terak dari bahan magnesite brick atau dolomite harus diganti setiap kali peleburan selesai.Terak basa yang dihasilkan sekitar 40 - 50 % CaO.

Pada acid open-hearth furnace, dinding bagian dalam dapur dilapisi dengan dinas-brick.Bagian bawah dinding dapur harus diganti setiap kali peleburan selesai.Terak yang dihasilkan mengandung silica yang cukup tinggi yaitu 50 - 55 % SiO2. Pada proses basic ataupun acid dapat menggunakan bahan isian padat ataupun cair.

Proses yang menggunakan isian padat biasa disebut “Scarp and pig process” yaitu proses yang isian padatnya terdiri dari besi mentah (pig iron), baja bekas (Scrap steel) dan sedikit bijih besi (iron ore). Proses yang mengggunakan besi mentah cair terdiri dari besi mentah cari + 60 % dan baja bekas kira-kira 40 % dan sedikit bijih besi dan bahan tambah. Cara ini biasa dikerjakan pada perusahaan dapur tinggi (blast furnace) dimana besi mentah cair dari dapur tinggi tersebut langsung diproses pada open-hearth furnace.

a.      Proses Hoecsch

Proses Hoecsch merupakan penyempurnaan dari proses Martin. Caranya adalah setelah muatan di dalam dapur Siemens Martin mencair kemudian langsung dikeluarkan dan dimasukkan dalam kuali yang terbuka untuk membakar fosfor dan belerang.Sementara pembakaran dilakukan dapur Siemens Martin dibersihkan dan kemudian lantai dapur ditaburi dengan serbuk bijih besi (Fe2O3 atau Fe3O4).Setelah selesai mengadakan pembakaran fosfor, belerang dan besi cair yang berada di dalam kuali tadi dimasukkan kembali ke dalam dapur Siemens Martin untuk menyelesaikan pembakaran unsur-unsur lain yang belum hilang, terutama zat arang. Setelah proses pembakaran zat arang dianggap selesai, terak yang terjadi dikeluarkan selanjutnya baja cair ditampung dalam panci penuangan untuk dituang atau dicetak menjadi balok tuangan.

b.      Proses Bertrand Thield

Proses ini menggunakan dua buah dapur Siemens Martin. Pada dapur yang pertama dilakukan pemijaran dan pembakaran untuk memisahkan fosfor sedangkan dalam dapur kedua diisi dengan besi cair hasil dari dapur yang pertama setelah teraknya dikeluarkan, didalam dapur yangkeduatersebutjugadiberitambahanbijihbesiyangbaru.

c.       Proses Dupleks

Proses ini dilakukan dengan cara mengeluarkan zat arang terlebih dahulu yang berada konvertor-konvertor dan memurnikannya di dalam dapur Siemens Martin. Proses Dupleks terutama dilakukan oleh pabrik-pabrik baja yang berada di dekat perusahaan dapur tinggi.

Setelah proses di dalam dapur tinggi (setelah teraknya dihilangkan) cairan besi kasar itu dimasukkan kedalam konvertor (Bessemer atau Thomas) dan dicampur dengan batu kapur serta baja bekas dalam jumlah yang dikehendaki. Pengembusan udara di dalam konvertor dilakukan sampai kandungan fosfor menjadi rendah kira-kira 1 sampai 1,5 %, ditambah dengan kokas yang telah digiling selanjutnya memindahkan isinya ke dalam dapur Siemens Martin.

d.      Proses Thalbot

Proses Thalbot dilakukan dengan menggunakan dapur Siemens Martin yang dapat diputar-putar dan dijungkitkan.Setelah pemijaran didalam dapur Martin, sebagian cairan dituangkan ke dalam panci tuang dan ke dalam dapur tadi sambil ditambahkan besi kasar, bijih besi dan batu kapur.

Proses selanjutnya adalah menjaga agar cairan besi di dalam panic tuang tadi tidak terjadi oksidasi, artinya mengusahakan pendinginan yang cepat. Akibat dari cara ini adalah hasil yang diperoleh dalam setiap proses dari satu dapur tidak sama kualitasnya. Baja yang dihasilkan dari proses Thalbot adalah baja biasa seperti hasil dari proses konvertor Bessemer maupun Thomas.

3.      Proses Dapur Listrik

Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan terhadap suhu tinggi. Dapur ini mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut :

§  Jumlah panas yang diperlukan dapat dapat diatur sebaik-baiknya.

§  Pengaruh zat asam praktis tidak ada.

§  Susunan besi tidak dipengaruhi oleh aliran listrik.

Sedangkan kekurangannya adalah harga listrik yang mahal.Dapur listrik dibagi menjadi dua kelompok yaitu dapur listrik busur cahaya dan dapur listrik induksi.

a.      Dapur Busur Cahaya

Dapur ini berdasarkan prinsip panas yang memancar dari busur api, dapur ini juga dikenal dengan sebutan dapur busur nyala api. Dapur ini merupakan suatu tungku yang bagian atasnya digantungkan dua batang arang sebagai elektroda pada arus bolak-balik atau dengan tiga buah elektroda arang yang dialirkan arus putar.

Misalnya pada dapur Stassano busur api terjadi antara tiga ujung elektroda arang yang berada di atas baja yang dilebur melalui ujung elektroda itu dengan arus putar. Pada dapur Girod, arus bolak balik mengalir melalui satu elektroda yang membentuk busur api di antara kutub dan baja cair selanjutnya dikeluarkan melalui enam buah elektroda baja yang didinginkan dengan air ke dasar tungku. Pada dapur Heroult menggunakan dua elektroda arang dengan arus bolakbalik dan dapat juga menggunakan tiga buah elektroda pada arus putar.Arus listrik membentuk busur nyala dari elektroda kepada cairan dan kembali dari cairan ke elektroda lainnya.

b.      Dapur Induksi

Dapur induksi dapat dibedakan atas dapur induksi frekuensi rendah dan dapur induksi frekuensi tinggi.Pada dapur induksi dibangkitkan suatu arus induksi dalam cairan baja sehingga menimbulkan panas dalam cairan baja itu sendiri sedangkan dinding dapurnya hanya menerima pengaruh listrik yang kecil saja.

§  Dapur induksi frekuensi rendah, bekerja menurut prinsip transformator. Dapur ini berupa saluran keliling teras dari baja yang beserta isinya dipandang sebagai gulungan sekunder transformator yang dihubungkan singkat, akibat hubungan singkat tersebut di dalam dapur mengalir suatu aliran listrik yang besar dan membangkitkan panas yang tinggi.Akibatnya isi dapur mencair dan campuran-campuran tambahandioksidasikan.

§  Dapur induksi frekuensi tinggi, dapur ini terdiri atas suatu kuali yang diberi kumparan besar di sekelilingnya. Apabila dalam kumparan dialirkan arus bolak-balik maka terjadilah arus putar didalam isi dapur. Arus ini merupakan aliran listrik hubungan singkat dan panas yang dibangkitkan sangat tinggi sehingga mencairkan isi dapur dan campuran tambahan yang lain serta mengkoksidasikannya. Hasil akhir dari dapur listrik disebut baja elektro yang bermutu sangat baik untuk digunakan sebagai alat perkakas misalnya pahat, alat tumbuk dan lain-lainnya.

c.       Proses Dapur Aduk

Dapur aduk merupakan cara pembuatan baja yang konvensional dengan cara melebur besi kasar di dalam dapur nyala api bersama-sama dengan terak (FeO) untuk mendapatkan zat asam. Dengan cara mengaduk-aduk dengan batang besi dan ke bawah permukaan dimasukkan udara maka terjadilah suatu masa lunak dari baja yang banyak mengandung terak.

Apabila gumpalan-gumpalan yang dibuat dalam dapur telah mencapai kirakira 60 kg dikeluarkan, maka langkah selajutnya adalah mengeluarkan terak dengan jalan menempanya atau dipres. Dalam proses aduk ini lebih banyak melibatkan pekerjaan tangan serta kapasitas produksi yang kecil maka cara ini dipandang tidak efisien dan jarang digunakan pada pabrik-pabrik baja.