BAB I
PENDAHULUAN
A. Deskripsi
Bijih
besi dari tambang biasanya masih bercampur dengan pasir, tanah liat,
dan batu-batuan lainnya. Untuk kelancaran pengolahan bongkahan bijih
tersebut dipecahkan dengan mesin pemecah, kemudian disortir antara bijih
besi dan bebatuan ikutan dengan tromol magnit. Pekerjaan selanjutnya
adalah mencuci bijih besi tersebut dan mengelompokkan menurut besarnya,
bijih-bijih halus dan butir-butir yang kecil diaglomir di dalam dapur
sinter atau di rol hingga bola-bola yang dapat dipakai kembali sebagai
isi dapur.
Setelah bijih besi dipanggang di dalam dapur panggang
agar kering dan unsur-unsur yang mudah menjadi gas keluar dari bijih
besi kemudian dibawah ke dapur tinggi untuk diolah menjadi besi kasar.
Pengetahuan
pembuatan besi kasar mut lak harus dimiliki oleh awak kapal dalam
bekerja di atas kapal. disamping itu awak kapal juga diharuskan
mengetahui dan memahami tentang bahan teknik yang sering digunakan dalam
bidang permesinan di kapal untuk menghindari kesalahan dalam pemilihan
bahan teknik yang digunakan di kapal.
BAB II
PEMBAHASAN
Didalam
perut bumi tempat kita tinggal ternyata banyak sekali mengandung
zat-zat yang berguna untuk keperluan hidup kita sehari-hari, misalnya
minyak tanah, bensin, solar dan lain-lainnya yang disebut minyak bumi.
Disamping itu juga terdapat unsur-unsur kimia yang berguna bagi manusia
seperti bijih besi, nikel, tembaga, uranium, titanium, timah dan masih
banyak lagi, beserta mineral dan batu-batuan. Salah satu zat yang
terdapat di dalam bumi yang sangat berguna bagi manusia ialah air
dengan rumus kimianya H2O, sebab tanpa air manusia sukar sekali
mempertahankan kehidupannya.
Mineral adalah suatu bahan yang banyak
terdapat di dalam bumi, yang mempunyai bentuk dan ciri-ciri khusus serta
mempunyai susunan kimia yang tetap. Sedangkan batu-batuan merupakan
gabungan antara dua macam atau lebih mineral-mineral dan tidak mempunyai
susunan kimia yang tetap. Bijih ialah mineral atau batu-batuan yang
mengandung satu macam atau beberapa macam logam dalam prosentase yang
cukup banyak untukdijadikan bahan tambang. Banyaknya logam yang
terkandung dalam bijih itu berbeda-beda. Logam dalam keadaan murni
jarang sekali terdapat di dalam bumi,kebanyakan merupakan
senyawa-senyawa oksida, sulfida, karbonat, dan sulfat yang merupakan
bijih logam yang perlu diproses menjadi bahan logam yang bermanfaat bagi
manusia.
A. 1. Pembuatan Besi KasarBahan
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.
Batu besi
coklat (2Fe2O3 + 3H2O) dengan kandungan besi berkisar 40%.Batu besi
merah yang juga disebut hematit (Fe2O3) dengan k andungan besi berkisar
50%.Batu besi magnet (Fe2O4) berwarna hijau tua kehitaman, bersifat
magnetis dengan mengandung besi berkisar 60%.Batu besi kalsit atau spat
(FeCO3) yang juga disebut sferosiderit dengan
mengandung besi
berkisar 40%. Bijih besi dari tambang biasanya masih bercampur dengan
pasir, tanah liat, dan batu-batuan dalam bongkah-bongkahan yang tidak
sama besar. Untuk kelancaran proses pengolahan bijih besi,
bongkah-bongkah tersebut dipecahkan dengan mesin pemecah, kemudian
disortir antara bijih besih dan batu-batuan ikutan dengan tromol magnet.
Pekerjaan selanjutnya adalah mencuci bijih besi tersebut dan
mengelompokkan menurut besarnya, bijih-bijih besi halus dan butir-butir
yang kecil diaglomir di dalam dapur sinter atau rol hingga berupa
bola-bola yang dapat dipakai kembali sebagai isi dapur.
Setelah
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 b ahan 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.
2. 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 + 18000 C 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 d an 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.
3. 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.
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.
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.
Dapur Listrik untuk baja Campuran
Dapur listrik busur nyala api.Dapur listrik induksi.
Proses BessemerKonvertor
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 ThomasKonvertor
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 MartinProses
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 9000 C.
dengan demikian nyala apinya mempunyai suhu yang tinggi, kira-kira 18000
ü Gas pembakaran yang bergerak keluar
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.
Proses OksiProses
konvertor yang lebih modern adalah proses oksi, pada proses ini
menggunakan bahan besi kasar yang mempunyai komposisi kurang baik
apabila dikerjakan dengan konvertor Bessemer maupun Thomas. Disini
zatasam murni dihembuskan di atas cairan dan kadang-kadang juga kedalam
cairan besi, sehingga karbon, silisium, mangan dan sebagainya terbakar.
Hasil pembakaran unsur-unsur tersebut ditampung oleh bahan tambahan
batu kapur dan terikat menjadi terak yang mengapung di atas cairan besi.
Proses pembakaran zat asam dengan zat arang terjadi pada panas yang
tinggi sekali, maka diperlukan pendinginan dengan jalan memberikan
tambahan baja bekas. Hasil akhir dari proses ini adalah baja oksi yang
bermutu sangat baik karena pengaruh buruk dari unsur udara tidak ada.
Oleh
karena itu baja oksi baik sekali digunakan sebagai bahan pembuatan
konstruksi dan komponen-komponen mesin, seperti : poros, baut, pasak,
batang penggerak dan lain-lainnya.
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.
Proses HoecschProses
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 denganserbuk 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.
Proses Bertrand ThieldProses
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. Proses di dalam dapur yang kedua tersebut
juga diberi tambahan bijih besi yang baru.g. 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
rendahkira-kira 1 sampai 1,5 %, ditambah dengan kokas yang telah
digiling selanjutnya memindahkan isinya ke dalam dapur Siemens Martin.
Proses ThalbotProses
Thalbot dilakukan dengan menggunakan dapur Siemens Martin yang dapat
diputar-putar dan dijungkitkan. Setelah pemijaran didalam dapur
Martinnnnnn, sebagian cairan dituangkan ke dalam panic 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.
Proses Dapur ListrikDapur
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.
10
BAB III
PENUTUP
Rangkuman
i. Bahan utama untuk membuat besi kasar adalah bijih besi.
ii. Dapur tinggi dibuat dari susunan batu tahan api yang
diberi selubung baja pelat untuk memperkokoh konstruksinya.
iii. Batu kapur adalah sebagai bahan tambahan gunanya untuk
mengikat abu kokas dan batu-batu ikutan hingga menjadi terak yang
dengan mudah dapat dipisahkan dari besi kasar.
iv. 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 + 18000 C dengan udara panas, maka dihasilkan suhu yang dapat
menyelenggarakan reduksi tersebut.
v. 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.
vi.
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.
vii. Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan
terhadap suhu tinggi.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar