Pembuatan dan Peleburan Baja Dari Besi Kasar Menggunakan Proses Converter

October 08, 2020 Post a Comment

Selamat datang di Insinyur Blogger… Pada artikel kali ini saya ingin membahas tentang proses peleburan baja menggunakan Proses Converter, apabalia kalian ingin mengetahui proses peleburan menggunakan proses Martin maka silahkan ikuti link Peleburan baja dengan proses Martin.

Di dalam proses peleburan baja menggunakan Proses Converter terdapat beberapa proses yang lebih spesifik lagi namun pada dasarnya mereka masih tetap menggunakan metode converter.

Proses Converter terdiri dari:

Proses Bessemer (1855)
Proses Thomas (1878)
Proses Oksidasi

Untuk lebih jelas mengenai Proses converter dan metodenya silahkan baca keterangan dibawah ini.

Proses Converter

Proses converter adalah salah satu proses dari dapur baja yang menggunakan batu bata tahan api atau refaktori 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 akan 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.

Nah dalam proses converter ini masih dapat di klasifikasikan lagi berdasarkan prosesnya, berikut ini proses-proses yang dapat kita ketahui:

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.

Korverter 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)

Konverter 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

Penutup

Demikianlah artikel tentang proses peleburan dan pembuatan baja dengan proses converter, semoga ilmunya bermanfaat. Jika ada yang kurang tepat dan perlu di tambahkan silahkan tinggal kan komentar..

Salam..