Proses Peleburan Besi Tuang, Proses Peleburan Baja, Proses Peleburan Baja Dengan BOF
Proses Peleburan Baja Dengan EAF, Proses Peningkatan Kualitas Baja, proses de-oksidasi, proses vacuum-degassing
Disamping bahan baku diatas, seperti halnya pada proses BOF, bahan-bahan lainnya yang ditambahkan pada EAF adalah batu kapur, ferosilikon, feromangan, dan lain-lain dengan maksud yang sama pula.
Proses basa dan asam dapat diterapkan dalam EAF. Untuk pembuatan baja berupa produk cor maka biasanya digunakan proses asam, sedangkan untuk pembuatan baja spesial biasanya digunakan proses basa.
Peleburan baja dengan EAF ini dapat menghasilkan kualitas baja yang lebih baik karena tidak terjadi kontaminasi oleh bahan bakar atau gas yang digunakan untuk proses pemanasannya
- proses de-oksidasi, atau
- proses vacuum-degassing.
Proses deoksidasi dilakukan dengan menambahkan bahan- bahan deoksidator seperti ferosilikon dan aluminium ke dalam ladel sesaat sebelum logam cair dituang. Bahan deoksidator tersebut dapat mengurangi pembentukan gas yang disebabkan oleh reaksi karbon dengan oksigen serta mengurangi pembentukan oksida-oksida yang dapat menimbulkan inklusi ketika logam membeku. Berdasarkan tingkat proses deoksidasi yang dilakukan, baja dapat dibagi menjadi empat janis yaitu : rimmed steel, semikilled steel, killed steel dan capped steel.
Vacuum degassing dilakukan dengan tujuan untuk mengurangi kadar gas hidrogen dalam baja cair sehingga dapat menghindari terbentuknya rongga-rongga udara di dalam baja ketika proses pembekuan. Disamping mengurangi kadar hidrogen, proses vacuum degassing juga dimaksudkan untuk menurunkan kadar oksigen dan nitrogen di dalam baja sehingga baja menjadi lebih bersih, bebas dari inklusi-inklusi seperti oksida-oksida atau nitrida. Teknik vacuum degassing ini ditunjukkan dalam gambar 9.
Proses Peleburan Baja Dengan EAF, Proses Peningkatan Kualitas Baja, proses de-oksidasi, proses vacuum-degassing
- Proses Peleburan Besi Tuang dan Baja
Dilihat dari komposisi kimia yaitu dari unsur-unsur yang terkandung antara besi tuang dan baja karbon tidak menunjukkan perbedaan (lihat tabel 1). Tetapi perbedaannya terletak pada kadar karbon (C) dan kadar Silikon (Si) dimana kadar dari kedua elemen ini dalam besi tuang lebih timggi dari baja karbon. Karena itu dilihat dari sistem paduan, maka baja karbon termasuk sistem Fe - C, sedangkan besi tuang termasuk sistem Fe-C-Si.
Karena perbedaan kadar C dan Si tersebut maka struktur dan sifat-sifat besi tuang berbeda dengan struktur dan sifat-sifat baja karbon.
Karena perbedaan kadar C dan Si tersebut maka struktur dan sifat-sifat besi tuang berbeda dengan struktur dan sifat-sifat baja karbon.
Struktur besi tuang pada umumnya mengandung grafit sedangkan pada baja tidak terjadi grafit. Karena adanya grafit ini maka besi tuang mempunyai sifat kurang kuat dan rapuh sedangkan baja pada umumnya mempunyai sifat kuat dan lebih ulet.
Perbedaan kadar C dan Si menyebabkan titik lebur besi tuang lebih rendah dari baja, sehingga proses peleburannya berbeda. Berikut ini dijelaskan secara singkat cara peleburan besi tuang dan baja.
Perbedaan kadar C dan Si menyebabkan titik lebur besi tuang lebih rendah dari baja, sehingga proses peleburannya berbeda. Berikut ini dijelaskan secara singkat cara peleburan besi tuang dan baja.
- Proses Peleburan Besi Tuang
Peleburan besi tuang biasanya dilakukan dalam tungku yang sering disebut : Kupola.
Bentuk dan konstruksi Kupola tersebut hampir sama dengan konstruksi tanur tinggi (blast furnace) seperti yang telah ditunjukkan dalam gambar 4. Bahan baku yang dilebur terdiri dari ingot besi kasar yang dihasilkan dari proses tanur tinggi, ditambah dengan skrap baja ataupun skrap besi tuang (return scrap).
Bentuk dan konstruksi Kupola tersebut hampir sama dengan konstruksi tanur tinggi (blast furnace) seperti yang telah ditunjukkan dalam gambar 4. Bahan baku yang dilebur terdiri dari ingot besi kasar yang dihasilkan dari proses tanur tinggi, ditambah dengan skrap baja ataupun skrap besi tuang (return scrap).
Disamping itu penambahan bahan-bahan seperti ferosilikon (FeSi) dan feromangan (FeMn) sering pula dilakukan. Hal ini dimaksudkan untuk menaikkan kembali kadar Si dan Mn dalam besi tuang karena sebagian dari kedua unsur tersebut biasanya berkurang (hilang) akibat oksidasi pada saat peleburan.
Bahan bakar yang digunbakan adalah kokas dan dimasukkan ke dalam Kupola selang seling dengan muatan logam. Proses pembakaran terjadi dengan meniupkan udara ke dalam Kupola dengan menggunakan Blower. Untuk mendapatkan proses peleburan yang baik maka perbandingan antara muatan logam, bahan bakar dan kebutuhan udara harus dijaga sebaik mungkin.
Disamping membutuhkan bahan-bahan seperti yang disebutkan diatas, ke dalam Kupola juga ditambahkan sejumlah batu kapur.
Bahan ini dapat membantu pembentukan terak (slag) yang dapat mengikat kotoran-kotoran sehingga memisahkannya dari besi cair.
Proses peleburan besi tuang dengan Kupola biasanya terjadi secara kontinyu artinya begitu muatan logam mencair maka langsung mengalir keluar tungku. Logam cair yang keluar dari Kupola ditampung pada alat perapian depan (forehearth) yang kemudian diangkut dengan menggunakan ladel untuk dituang ke dalam cetakan.
Bahan bakar yang digunbakan adalah kokas dan dimasukkan ke dalam Kupola selang seling dengan muatan logam. Proses pembakaran terjadi dengan meniupkan udara ke dalam Kupola dengan menggunakan Blower. Untuk mendapatkan proses peleburan yang baik maka perbandingan antara muatan logam, bahan bakar dan kebutuhan udara harus dijaga sebaik mungkin.
Disamping membutuhkan bahan-bahan seperti yang disebutkan diatas, ke dalam Kupola juga ditambahkan sejumlah batu kapur.
Bahan ini dapat membantu pembentukan terak (slag) yang dapat mengikat kotoran-kotoran sehingga memisahkannya dari besi cair.
Proses peleburan besi tuang dengan Kupola biasanya terjadi secara kontinyu artinya begitu muatan logam mencair maka langsung mengalir keluar tungku. Logam cair yang keluar dari Kupola ditampung pada alat perapian depan (forehearth) yang kemudian diangkut dengan menggunakan ladel untuk dituang ke dalam cetakan.
Dengan proses peleburan seperti itu maka sering kali mempersulit untuk melakukan pengaturan komposisi kimia. Hal ini dapat mengakibatkan daerah komposisi kimia yang dihasilkan menjadi lebar sehingga memberikan variasi pula terhadap kualitas produk yang dibuat.
Disamping itu kekurangan lainnya pada proses peleburan dengan Kupola yaitu logam cair mudah mengalami kontaminasi oleh sulfur atau unsur-unsur lainnya yang disebabkan oleh bahan bakar kokas. Pengotoran karena sulfur ini dapat menurunkan sifat-sifat besi tuang.
Disamping itu kekurangan lainnya pada proses peleburan dengan Kupola yaitu logam cair mudah mengalami kontaminasi oleh sulfur atau unsur-unsur lainnya yang disebabkan oleh bahan bakar kokas. Pengotoran karena sulfur ini dapat menurunkan sifat-sifat besi tuang.
Karena kekurangan-kekurangan di atas, maka dewasa ini banyak pabrik pengecoran menggunakan tungku listrik untuk menggantikan Kupola. Tungku listrik yang banyak digunakan adalah dari jenis tungku induksi. Bahan baku yang dilebur pada umumnya tidak menggunakan besi kasar melainkan sebagian besar berupa skrap baja atau skrap besi tuang. Peleburan dengan tungku ini dapat menghasilkan logam cair dengan komposisi kimia yang lebih konsisten dengan kadar impuritas yang lebih rendah karena bahan baku yang
dilebur biasanya berupa skrap baja, maka untuk menaikkan kadar karbon agar mencapai kadar yang sesuai untuk besi tuang biasanya dilakukan dengan memasukkan sejumlah arang kayu ke dalam tungku.
Dalam pemakaian di industri, ada tiga jenis besi tuang yang banyak digunakan, yaitu : besi tuang kelabu (grey cast iron), besi tuang ulet atau besi tuang nodular (nodular cast iron) dan besi tuang putih (white cast iron). Ketiga jenis besi tuang ini mempunyai komposisi kimia yang hampir sama yaitu : 2,55 - 3,5 %C, 1-3 %Si, Mn
kurang dari 1% sedangkan S dan P dibatasi antara 0,05-0,10 % (maksimum).
Walaupun komposisi kimianya hampir sama, tetapi karena prosesnya berbeda maka struktur dan sifat-sifat dari ketiga besi tuang tersebut berbeda.
dilebur biasanya berupa skrap baja, maka untuk menaikkan kadar karbon agar mencapai kadar yang sesuai untuk besi tuang biasanya dilakukan dengan memasukkan sejumlah arang kayu ke dalam tungku.
Dalam pemakaian di industri, ada tiga jenis besi tuang yang banyak digunakan, yaitu : besi tuang kelabu (grey cast iron), besi tuang ulet atau besi tuang nodular (nodular cast iron) dan besi tuang putih (white cast iron). Ketiga jenis besi tuang ini mempunyai komposisi kimia yang hampir sama yaitu : 2,55 - 3,5 %C, 1-3 %Si, Mn
kurang dari 1% sedangkan S dan P dibatasi antara 0,05-0,10 % (maksimum).
Walaupun komposisi kimianya hampir sama, tetapi karena prosesnya berbeda maka struktur dan sifat-sifat dari ketiga besi tuang tersebut berbeda.
- Proses Peleburan Baja
Pada gambar 3 dan 4 ditunjukkan proses peleburan baja dengan menggunakan bahan baku berupa besi kasar (pig iron) atau berupa besi spons (sponge iron). Disampin itu bahan baku lainnya yang biasanya digunakan adalah skrap baja dan bahan-bahan penambah seperti ingot ferosilikon, feromangan dan batu kapur. Proses peleburan dapat dilakukan pada tungku BOF (Basic Oxygen Furnace) atau pada tungku busur listrik (Electric Arc Furnace atau disingkat EAF). Tanpa memperhatikan tungku atau proses yang diterapkan, proses peleburan baja pada umumnya mempunyai tiga tujuan utama, yaitu :
- mengurangi sebanyak mungkin bahan-bahan impuritas.
- mengurangi sebanyak mungkin bahan-bahan impuritas.
- mengatur kadar karbon agar sesuai dengan tingkat grade/spesifikasi baja yang diinginkan.
- menambah elemen-elemen pemadu yang diinginkan.
- menambah elemen-elemen pemadu yang diinginkan.
- Proses Peleburan Baja Dengan BOF
Proses ini termasuk proses yang paling baru dalm industri pembuatan baja. Gambar sketsa dari tungku ini ditunjukkan dalam gambar 7. Terlihat bahwa dalam gambar tersebut bahwa konstruksi BOF relatif sederhana, bagian luarnya dibuat dari pelat baja sedangkan dinding bagian dalamnya dibuat dari bata tahan api (firebrick). Kapasitas BOF ini biasanya bervariasi antara 35 ton sampai dengan 200 ton.
Bahan-bahan utama yang digunakan dalam proses peleburan dengan BOF adalah : besi kasar cair (65-85%), skrap baja (15-35%), batu kapur dan gas oksigen (kemurnian 99,5%). Keunggulan proses BOF dibandingkan proses pembuatan baja lainnya adalah dari segi waktu peleburannya yang relatif singkat yaitu hanya berkisar sekitar 60 menit untuk setiap proses peleburan.
Tingkat efisiensi yang demikian tinggi dari BOF ini disebabkan oleh pemakaian gas oksigen dengan kemurnian yang tinggi sebagai gas oksidator utama untuk memurnikan baja. Gas oksigen dialirkan ke dalam tungku melalui pipa pengalir (oxygen lance) dan bereaksi dengan cairan logam di dalam tungku. Gas oksigen akan mengikat karbon dari besi kasar berangsur-angsur turun sampai mencapa tingkat baja yang dibuat. Disamping itu, selama proses oksidasi berlangsung terjadi panas yang tinggi sehingga dapat menaikkan
temperatur logam cair sampai diatas 1650Derajat C.
Pada saat oksidasi berlangsung, ke dalam tungku ditambahkan batu kapur. Batu kapur tersebut kemudian mencair dan bercampur dengan bahan-bahan impuritas (termasuk bahan-bahan yang teroksidasi) membentuk terak yang terapung diatas baja cair.
Bahan-bahan utama yang digunakan dalam proses peleburan dengan BOF adalah : besi kasar cair (65-85%), skrap baja (15-35%), batu kapur dan gas oksigen (kemurnian 99,5%). Keunggulan proses BOF dibandingkan proses pembuatan baja lainnya adalah dari segi waktu peleburannya yang relatif singkat yaitu hanya berkisar sekitar 60 menit untuk setiap proses peleburan.
Tingkat efisiensi yang demikian tinggi dari BOF ini disebabkan oleh pemakaian gas oksigen dengan kemurnian yang tinggi sebagai gas oksidator utama untuk memurnikan baja. Gas oksigen dialirkan ke dalam tungku melalui pipa pengalir (oxygen lance) dan bereaksi dengan cairan logam di dalam tungku. Gas oksigen akan mengikat karbon dari besi kasar berangsur-angsur turun sampai mencapa tingkat baja yang dibuat. Disamping itu, selama proses oksidasi berlangsung terjadi panas yang tinggi sehingga dapat menaikkan
temperatur logam cair sampai diatas 1650Derajat C.
Pada saat oksidasi berlangsung, ke dalam tungku ditambahkan batu kapur. Batu kapur tersebut kemudian mencair dan bercampur dengan bahan-bahan impuritas (termasuk bahan-bahan yang teroksidasi) membentuk terak yang terapung diatas baja cair.
Bila proses oksidasi selesai maka aliran oksigen dihentikan dan pipa pengalir oksigen diangkat/dikeluarkan dari tungku. Tungku BOF kemudian dimiringkan dan benda uji dari baja cair diambil untuk
dilakukan analisa komposisi kimia.
Bila komposisi kimia telah tercapai maka dilakukan penuangan (tapping). Penuangan tersebut dilakukan ketika temperatur baja cair sekitar 1600Derajat C.
dilakukan analisa komposisi kimia.
Bila komposisi kimia telah tercapai maka dilakukan penuangan (tapping). Penuangan tersebut dilakukan ketika temperatur baja cair sekitar 1600Derajat C.
Penuangan dilakukan dengan memiringkan perlahanlahan sehingga cairan baja akan tertuang masuk kedalam ladel. Di dalam ladel biasanya dilakukan skimming untuk membersihkan terak
dari permukaan baja cair dan proses perlakuan logam cair (metal treatment).
Metal treatment tersebut terdiri dari proses pengurangan impuritas dan penambahan elemen-elemen pemadu atau lainnya dengan maksud untuk memperbaiki kualitas baja cair sebelum dituang ke dalam cetakan.
dari permukaan baja cair dan proses perlakuan logam cair (metal treatment).
Metal treatment tersebut terdiri dari proses pengurangan impuritas dan penambahan elemen-elemen pemadu atau lainnya dengan maksud untuk memperbaiki kualitas baja cair sebelum dituang ke dalam cetakan.
- Proses Peleburan Baja Dengan EAF
Proses peleburan dalam EAF ini menggunakan energi listrik. Konstruksi tungku ini ditunjukkan dalam gambar 8. Panas dihasilkan dari busur listrik yang terjadi pada ujung bawah dari elektroda. Energi panas yang terjadi sangat tergantung pada jarak antara elektroda dengan muatan logam di dalam tungku. Bahan elektroda biasanya dibuat dari karbon atau grafit. Kapasitas tungku EAF ini dapat berkisar antara 2 - 200 ton dengan waktu peleburannya berkisar antara 3 - 6 jam.
Bahan baku yang dilebur biasanya berupa besi spons (sponge iron) yang dicampur dengan skrap baja. Penggunaan besi spons dimaksudkan untuk menghasilkan kualitas baja yang lebih baik.
Tetapi dalam banyak hal (terutama untuk pertimbangan biaya) bahan baku yang dilebur seluruhnya berupa skrap baja, karena skrap baja lebih murah dibandingkan dengan besi spons.
Bahan baku yang dilebur biasanya berupa besi spons (sponge iron) yang dicampur dengan skrap baja. Penggunaan besi spons dimaksudkan untuk menghasilkan kualitas baja yang lebih baik.
Tetapi dalam banyak hal (terutama untuk pertimbangan biaya) bahan baku yang dilebur seluruhnya berupa skrap baja, karena skrap baja lebih murah dibandingkan dengan besi spons.
Gambar 8. Gambar sketsa sebuah tungku listrik dari jenis electric arc furnace (EAF).
Disamping bahan baku diatas, seperti halnya pada proses BOF, bahan-bahan lainnya yang ditambahkan pada EAF adalah batu kapur, ferosilikon, feromangan, dan lain-lain dengan maksud yang sama pula.
Proses basa dan asam dapat diterapkan dalam EAF. Untuk pembuatan baja berupa produk cor maka biasanya digunakan proses asam, sedangkan untuk pembuatan baja spesial biasanya digunakan proses basa.
Peleburan baja dengan EAF ini dapat menghasilkan kualitas baja yang lebih baik karena tidak terjadi kontaminasi oleh bahan bakar atau gas yang digunakan untuk proses pemanasannya
- Proses Peningkatan Kualitas Baja
- proses de-oksidasi, atau
- proses vacuum-degassing.
Proses deoksidasi dilakukan dengan menambahkan bahan- bahan deoksidator seperti ferosilikon dan aluminium ke dalam ladel sesaat sebelum logam cair dituang. Bahan deoksidator tersebut dapat mengurangi pembentukan gas yang disebabkan oleh reaksi karbon dengan oksigen serta mengurangi pembentukan oksida-oksida yang dapat menimbulkan inklusi ketika logam membeku. Berdasarkan tingkat proses deoksidasi yang dilakukan, baja dapat dibagi menjadi empat janis yaitu : rimmed steel, semikilled steel, killed steel dan capped steel.
Vacuum degassing dilakukan dengan tujuan untuk mengurangi kadar gas hidrogen dalam baja cair sehingga dapat menghindari terbentuknya rongga-rongga udara di dalam baja ketika proses pembekuan. Disamping mengurangi kadar hidrogen, proses vacuum degassing juga dimaksudkan untuk menurunkan kadar oksigen dan nitrogen di dalam baja sehingga baja menjadi lebih bersih, bebas dari inklusi-inklusi seperti oksida-oksida atau nitrida. Teknik vacuum degassing ini ditunjukkan dalam gambar 9.
