BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di dalam perut bumi 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. Di samping 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 untuk dijadikan 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.

Besi dan baja merupakan logam yang banyak sumbangannya bagi perkembangan

kebudayaan manusia. Hal ini disebabkan karena :

- Jumlahnya yang cukup melimpah

- Memiliki sifat mekanik yang menarik

- Mudah dikerjakan dengan forming maupun dengan machining

- Harganya relative murah

- Dan lain-lain.

Pemanfaatanya besi dipergunakan dalam keadaan paduan bukan dalam keadaan

murni. Paduan besi umumnya dengan karbon, yang dikenal sebagai baja dan besi tuang.

Besi dan baja tuang bukan hanya berbeda kadar karbonnya tetapi juga berbeda struktur

mikronya dan berbeda sifatnya.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian tersebut permasalahan dalam makalah ini adalah:

1. Apa yang dimaksud dengan besi dan baja?

2. Apa saja jenis-jenis besi dan baja?

3. Bahan-bahan apa saja yang diperlukan dalam pengolahan besi dan baja?

4. Bagaimana teknik pengolahan besi dan baja dalam industri?

5. Bagaimana dampak dari industri pengolahan besi dan baja?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah:

1. Menjelaskan definisi besi dan baja.

2. Menjelaskan jenis-jenis besi dan baja.

3. Mengidentifikasikan bahan-bahan yang diperlukan dalam pengolahan besi dan

baja.

4. Menjelaskan teknik pengolahan besi dan baja dalam industri.

5. Menjelaskan dampak dari industri pengolahan besi dan baja.

1.4 Metode Penulisan

      Untuk mendapatkan data dan informasi yang diperlukan, penulis menggunakan

metode kepustakaan atau studi pustaka. Tidak hanya itu, kami juga mencari bahan-bahan

yang berkaitan dari media massa elektronik yaitu internet.

BAB II

ISI

2.1 Definisi Besi dan Baja

Besi adalah unsur dalam tabel periodik yang mempunyai simbol Fe dan nomor

atom 26. Besi adalah logam transisi yang paling banyak dipakai karena relatif melimpah di

alam dan mudah diolah. Besi (Fe) merupakan salah satu logam yang mempunyai peranan

yang sangat besar dalam kehidupan manusia, terlebih-lebih di zaman modern seperti

sekarang. Kelimpahan besi sangat besar, 50.000 ppm atau 5% dan merupakan jenis logam

terbanyak kedua di kulit bumi. Karena kelimpahannya yang sangat besar itulah maka besi

banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan industri konstruksi. Besi berada dalam

bentuk senyawanya, terutama sebagai bijih besi, yang mengandung Fe2O3 (hematite) yang

dikotori oleh pasir (SiO2) sekitar 10 %, serta sedikit senyawa sulfur, posfor, aluminium dan

mangan, 2 Fe2O3.3 H2O (limonit), Fe3O4 (magnetik), FeCO3(siderit), dan FeS2 (pirit).

Bijih besi merupakan bahan baku dalam pembuatan besi. Bijih besi dapat diolah

menjadi besi kasar. Besi kasar adalah bahan baku untuk pembuatan besi cor (cast iron),

besi tempa (wrought iron), dan baja (steel). 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.

Baja dapat didefinisikan suatu campuran dari besi dan karbon dimana unsur

karbon (C) menjadi dasar campurannya. Di samping itu, mengandung unsur campuran

lainnya seperti sulfur (S), posfor (P), silikon (Si), dan mangan (Mn) yang jumlahnya

dibatasi. Kandungan karbon di dalam baja sekitar 0,1 - 1,7% sedangkan unsur lainnya

dibatasi persentasenya.

2.2 Jenis-jenis Besi dan Baja

Berdasarkan kadar karbon dan unsur-unsur lain yang terdapat di dalamnya, besi

dapat dibedakan menjadi:

1. Besi Tuang, yaitu besi yang dihasilkan dari tanur tinggi. Sifat besi tuang antara lain:

a. Mengandung 3-6% karbon serta sejumlah kecil silikon, mangan , fosfor, dan

belerang.

b. Sangat keras tetapi rapuh.

c. Tidak dapat ditempa

d. Titik leleh rendah.

Berdasarkan sifat ini, besi tuang mudah digunakan pada alat-alat yang

dibuat dengan cetakan, seperti kaki mesin jahit, setrika, lumpang besi , dan

sebagainya. Karena titik lelehnya rendah maka mudah dicairkan dan dituangkan ke

dalam cetakan.

2. Baja

Sifat baja antara lain:

a. mengandung 0,1 - 1,7% karbon.

b. keras tetapi dapat ditempa

c. tahan korosi

3. Besi Tempa

Sifat besi tempa, antara lain:

a. mengandung kurang dari 0,5% karbon.

b. kurang keras dan mudah ditempa.

Jenis besi ini banyak digunakan sebagai bahan baku untuk produk paku, kawat.

Baja adalah besi yang mengandung 0,1%- 1,7% karbon. Sifat baja tergantung

pada jumlah karbon yang dikandungnya. Berdasarkan kandungan karbon, jenis baja dibagi

menjadi :

1. Baja Karbon Rendah

Baja ini disebut baja ringan (mild steel) atau baja perkakas. Baja karbon

rendah bukan baja yang keras karena kandungan karbonnya rendah yaitu kurang

dari 0,3%. Baja ini dapat dijadikan mur, baut, ulir sekrup, peralatan senjata,

batang tarik, dan sebagainya.

2. Baja Karbon Sedang

Baja ini mengandung 0,3 - 0,6% karbon dan kandungan karbonnya

memungkinkan baja untuk dikeraskan sebagian dengan pengerjaan panas (heat

treatment) yang sesuai. Proses pengerjaan panas menaikkan kekuatan baja dengan

cara digiling. Baja ini digunakan untuk membuat peralatan mesin, seperti roda

gigi otomotif, poros bubungan, rel, alat angkat presisi, dan sebagainya.

3. Baja karbon Tinggi

Baja karbon tinggi mengandung 0,6 - 1,5% karbon dan memiliki sifat keras

dan kaku. Baja ini dibuat dengan cara digiling panas. Pembentukan baja ini

dilakukan dengan cara menggerinda permukaannya, misalnya batang bor dan

batang datar. Apabila baja ini digunakan untuk bahan produksi maka harus

dikerjakan dalam keadaan panas dan digunakan untuk peralatan mesin-mesin

berat, batang-batang pengontrol, alat-alat tangan seperti palu, obeng, tang, kunci

mur, pegas kumparan, dan sejumlah peralatan pertanian.

Di samping itu, untuk memperoleh efek khusus pada baja, maka baja dicampur

dengan logam-logam transisi yang sesuai dengan sifat, kualitas dan kegunaan tertentu.

Pencampuran dilakukan dengan hati-hati dan teliti untuk mendapatkan komposisi

campuran yang memenuhi sifat yang diinginkan. Jenis baja ini disebut baja alloy atau baja

paduan.

Berdasarkan komposisi dan jenis logam transisi yang dicampurkan, baja dibagi

menjadi:

1. Stainless steel

Stainless steel merupakan baja tahan karat mengandung Cr 19%, Ni 9%, dan Fe

72%.

2. Baja krom

Baja ini merupakan baja yang tahan karat, tahan panas, dan mengandung 12%-

18% Cr.

3. Baja nikel

Baja ini mengandung 0,3% C, 3% Ni, dan 0,6% Mn serta mempunyai kekuatan

dan kekerasan yang baik.

4. Baja dengan mangan rendah

Baja ini mengandung 0,35% C dan 1,5% Mn dan baja ini termasuk baja murah

tetapi kekuatannya baik.

2.3 Bahan- bahan yang diperlukan dalam Pengolahan Besi dan Baja

a. Besi

Besi itu sendiri biasanya ditemukan dalam bentuk magnetit (Fe3O4), hematit

(Fe2O3), goethite (FeO (OH), limonit (FeO (OH) dan (H2O). Atau siderite (FeCO3).

Bijih membawa jumlah yang sangat tinggi dari hematite atau magnetit (lebih besar dari

besi ~ 60%) yang dikenal sebagai "bijih alami".

1. Biji besi

Biji besi yang digunakan terutama dalam bentuk hematite, geotit, dan magnetic.

yang umum digunakan, yaitu:

Bijih Besi Primer

Umumnya berupa bijih hematite (Fe2O3) atau magnetite (Fe3O4) atau campuran

diantara keduanya. Kandungan Fe nya bervariasi (tinggi dan rendah). Jenis bijih

besi primer ini merupakan bahan baku utama untuk memproduksi besi dunia. Di

Indonesia, bijih besi primer ada di Aceh, Sumbar, Bengkulu, Lampung, Kalbar,

Kalsel.

Bijih Besi Laterit

Jenis batuan ini berupa goethite dan limonite. Kadar Fe sekitar 40-58% karena

mengandung air kristal. Di Indonesia, terdapat di Pulau Sebuku, Gunung Kukusan

(Kalsel), Pomala, Halmahera, dll.

Pasir Besi

Jenis batuannya adalah Titanomagnetite dan bersifat magnet kuat. Kandungan Fe

sekitar 59%. Pengolahan bijih sampai menjadi besi baja secara komersial sudah

dilakukan di New Zealand dan China.

2. Kokas

Kokas sebagai zat pereduksi. Kokas sebagai sumber karbon berkadar tinggi, dibuat

dari pemanasan batu bara didalam oven kedap udara. Hasil sampingan pembuatan

kokas ini adalah gas bakar yang dapat digunakan kembali sebagai bahan bakar untuk

pemanasan oven dan pemanasan awal tanur tinggi. Hasil samping lainnya adalah

benzen, tar, toluen, naftalen, dan ammonium sulfat.

3. Batu kapur (Lime stone)

Reaksi kimia: CaCO3 ↔ CaO + CO

CaO berfungsi sebagai fluks pembentuk slag (pengotor) danmengikat unsur-unsur

pengotor seperti SiO, MnO, S, dan P. Lapisan fluks (slag) ini juga melindungi baja cair

dari oksidasilangsung dengan udara. Penambahan lime stone dapat di lakukan

bersamaan dengan bahan baku logam. Batu kapur yang ideal memiliki kandungan

CaCO3 sebesar 95% dengan kandungan S<0,10%, porositas 1 ~ 5 dan ukuran 12,5 cm3.

Batu kapur (CaCO3 ), digunakan sebagai bahan untuk mengikat silika pada reaksi

dalam tanur tinggi. Hasilnya adalah kalsium silikat (CaSiO3 ), yang menjadi ampas

buangan kerak tanur tinggi.

4. Grafit

Grafit digunakan sebagai pengatur kadar karbon dan sebagai agen foamy slag agent

proses untuk meningkatkan perolehan baja cair.Pada pengaturan komposisi Karbon

dalam baja, di gunakan Coke Breze dan pada potongan elektroda yang larut. Cara lain

adalah dengan injeksi grafit melalui mesin Blomat injector.

5. Udara

Udara dipanaskan, ditiupkan dari bagian bawah tanur tinggi untuk membakar

karbon menjadi gas CO2 yang selanjutnya bereaksi lagi dengan karbon membentuk gas

CO, yang nantinya akan mereduksi oksida besi. Rata-rata untuk menghasilkan 1 ton

besi, diperlukan bahan baku 2 ton biji besi, 1 ton kokas, 0.3 ton kapur, dan 4 ton udara.

b. Baja

Baja dicampur dengan logam-logam transisi yang sesuai dengan sifat, kualitas dan

kegunaan tertentu. Pencampuran dilakukan dengan hati-hati dan teliti untuk

mendapatkan komposisi campuran yang memenuhi sifat yang diinginkan. Jenis baja ini

disebut baja alloy atau campuran.

Efek khusus logam transisi yang dicampurkan pada baja , antara lain:

a. Ferro Alloy

Ferro Alloy adalah unsur-unsur campuran yang mempengaruhi sifat dimana

penggunaan harus dibatasi. Unsur-unsur tambahan logam tersebut antara lain :

1) Silikon (Si) : fungsi logam ini adalah agenutama dalam proses peleburan dimana

silikon

yang bersifat sebagai deoksidizer untuk baja killed atau semi killed digunakan

untuk menambah kekuatan dan kekerasan juga sifat listriknya, penggunaan khusus

untuk baja transformator.

2) Mangan (Mg): fungsi logam ini adalahsebagai deoksidizer, lebih lemah

dibandingkan Si, manganditambahkan untuk kekuatan dan kekerasan, biasanya

baja yangdigunakan untuk konstruksi.

3) Vanadium (Va): fungsi logam ini sebagaideoksidizer kuat. Kegunaan vanadium ini

menambah kekutan plastis dan tahan terhadap gaya tekan untuk pembuatan

bajastruktur tool dan spring.

4) Alumunium (Al): deoksidizer yang sangat efektif digunakan untuk baja killed.

5) Nikel (Ni) : sebagai tambahan pembuatan bajastainless.

6) Molibdenum (Mo) : digunakan untuk memperbaikisifat mekanis, digunakan untuk

gear dan rool.

7) Tembaga (Cu) : ditambahkan untuk menahankorosi.

8) Karbon (Ca) : untuk mereduksi slag dan sebagaideoksidizer dibawah kondisis

vakum.

9) Titanium (Ti) : diambahkan pada komposisi baja biasa akan menghasilkan baja

dengan kekerasan yang lebihtinggi.

b. Fluks

Digunakan untuk mendapatkan baja yang lebih bersih. Senyawa fluks antara lain:

1) Cacl CaCO :Membentuk slag yang mengikat segala kotoran, abu sisa pembakaran

serta menahan busur listrik yang berada didapur agar tidak merusak batu tahan api

(refractory).

2) CaF2 : digunakan sebagaimengencerkan slag.c)

3) CaSi : digunakan sebagaideoksidizer.3.

c. Non Ferro Alloy

Bahan campuran yang tidak mengandung besi dan karbon, sebagai unsur dasarnya

adalah grafit.

2.4 Teknik Pengolahan Besi dan Baja dalam Industri

a. Teknik Pengolahan Besi

Tempat Pengolahan Besi ( Tanur Sembur ). Proses pengolahan bijih besi untuk

menghasilkan logam besi dilakukan dalam tanur sembur (blast furnace). Tanur

sembur berbentuk menara silinder dari besi atau baja dengan tinggi sekitar 30 meter

dan diameter bagian perut sekitar delapan meter. Karena tingginya alat tersebut, alat

ini sering juga disebut sebagai tanur tinggi. Bagian – bagian dari tanur tinggi adalah

sebagai berikut:

1) Bagian puncak yang disebut dengan Hopper, dirancang sedemikian rupa, sehingga

bahan – bahan yang akan diolah dapat dimasukkan dan ditambahkan setiap saat.

2) Bagian bawah puncak, mempunyai lubang untuk mengeluarkan hasil – hasil yang

berupa gas.

3) Bagian atas dari dasar (kurang lebih 3 meter dari dasar), terdapat pipa – pipa yang

dihubungkan dengan empat buah tungku dimana udara dipanaskan (sampai suhunya

kurang lebih 1.100° C). udara panas ini disemburkan ke dalam tanur melalui pipa – pipa

tersebut.

4) Bagian dasar tanur, mempunyai dua lubang yang masing – masing digunakan untuk

mengeluarkan besi cair sebagai hasil utama dan terak (slag) sebagai hasil samping.

Gambar Tanur Tinggi:

Proses Pengolahan Besi

Secara umum proses pengolahan besi dari bijihnya dapat berlangsung dengan urutan

sebagai berikut:

1. Bahan – bahan dimasukkan ke dalam tanur melalui bagian puncak tanur.

Bahan – bahan ini berupa:

a) Bahan utama yaitu bijih besi yang berupa hematit (Fe2O3 ) yang bercampur

dengan pasir (SiO2) dan oksida – oksida asam yang lain (P2O5 dan Al2O3).

Batuan – batuan ini yang akan direduksi.

b) Bahan – bahan pereduksi yang berupa kokas (karbon).

c) Bahan tambahan yang berupa batu kapur (CaCO3) yang berfungsi untuk

mengikat zat – zat pengotor.

2. Udara panas dimasukkan di bagian bawah tanur sehingga menyebabkan kokas

terbakar.

C(s) + O2(g) CO2(g) H = - 394 kJ

Reaksi ini sangat eksoterm (menghasilkan panas), akibatnya panas yang dibebaskan

akan menaikkan suhu bagian bawah tanur sampai mencapai 1.900° C.

3. Gas CO2 yang terbentu kemudian naik melalui lapisan kokas yang panas dan bereaksi

dengannya lagi membentuk gas CO.

CO2(g) + C(s) 2CO(g) H = +173 kJ

Reaksi kali ini berjalan endoterm (memerlukan panas) sehingga suhu tanur pada bagian

itu menjadi sekitar 1.300° C.

4. Gas CO yang terbentuk dan kokas yang ada siap mereduksi bijih besi (Fe2O3). Reaksi

ini dapat berlangsung dalam beberapa tahap, yaitu:

a) Pada bagian atas tanur, Fe2O3 direduksi menjadi Fe3O4 pada suhu 500° C.

3Fe2O3(s) + CO(g) 2 Fe3O4(s) + CO2(g)

b) Pada bagian yang lebih rendah, Fe3O4 yang terbentuk akan direduksi menjadi FeO

pada suhu 850° C.

Fe3O4(s) + CO(g) 3 FeO(s) + CO2(g)

c) Pada bagian yang lebih bawah lagi, FeO yang terbentuk akan direduksi menjadi

logam besi pada suhu 1.000° C.

FeO(s) + CO(g) Fe(l) + CO2(g)

5. Besi cair yang terbentuk akan mengalir ke bawah dan mengalir di dasar tanur.

6. Sementara itu, di bagian tengah tanur yang bersuhu tinggi menyebabkan batu kapur

terurai menurut reaksi:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

7. Kemudian di dasar tanur CaO akan bereaksi dengan pengotor dan membentuk terak

(slag) yang berupa cairan kental. Reaksinya sebagai berikut:

CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3(l)

3 CaO(s) + P2O5(g) Ca3(PO4)2(l)

CaO(s) + Al2O3(g) Ca(AlO2)2(l)

8. Selanjutnya, besi cair turun ke dasar tanur sedangkan terak (slag) yang memiliki massa

jenis lebih rendah daripaba besi cair akan mengapung di permukaan dan keluar pada

saluran tersendiri.

Hasil Pengolahan Besi:

1.Besi Kasar (pig iron) atau Besi Gubal

Besi cair yang keluar dari dasar tanur disebut dengan besi kasar (pig iron). Besi kasar

mengandung 95% besi, 34% karbon, sisanya berupa fosfor, silikon dan mangan.

2.Besi Tuang (cast iron) atau Besi Cor

Jika pig iron dibuat menjadi bentuk cetakan maka disebut besi tuang atau besi cor.

3.Besi Tempa (wrought iron)

Besi tempam mengandung kadar karbon yang cukup rendah (0,05 – 0,2%). Besi tempa

ini cukup lunak untuk dijadikan berbagai perlatan seperti sepatu kuda, roda besi, baut,

mur, golok, cangkul dan lain sebagainya.

Reaksi-reaksi yang terjadi saat pengolahan besi:

http://4.bp.blogspot.com/-KrBzjoXHwuA/T8AlzPM8TII/AAAAAAAAASI/Q-W05by-kSQ/s1600/gambar.png

b. Teknik Pengolahan Baja

Proses pembuatan baja dapat dilakukan berdasarkan proses asam dan basa yang

berhubungan dengan sifat kimia yang menghasilkan terak dari lapisan dapur.

Proses asam digunakan untuk memurnikan besi kasar yang persentasenya rendah

dalam fosfor dan sulfur. Besi kasar ini dihasilkan dari bijih besi yang kaya silikon yang

akan menghasilkan terak asam. Lapisan dapur dibangun dari batu silika (SiO3) dan

mempunyai sifat yang sama dengan terak, sehingga mencegah reaksi antara unsur fosfor

dengan lapisan dapur.

Proses basa digunakan untuk memurnikan besi kasar yang kaya fosfor. Untsur itu

hanya dapat dikeluarkan apabila digunakan sejumlah besar dari batu kapur selama

berlangsung pross pemurnian, sehingga akan menghasilkan terak. Lapisan dapur harus

dapat terbuat dari batu kapur untuk mencegah reaksi antara lapisan dapur dengan unsur

silikon.

Untuk membuat baja, maka “pig iron” atau besi tuang yang dihasilkan dari tanur

tinggi, harus dimurnikan terlebih dahulu untuk menurunkan kadar karbonnya (dari 5%

diturunkan sampai di bawah 1.5 %), dan untuk menghilangkan bahan/unsur lain yang

mengotori besi (belerang, fosfor, silikon dan sebagainya) dilakukan pemurnian melalui

berbagai metode, yaitu:

a. Proses Menggunakan Konvertor

1) Proses Bassemer

2) Proses Thomas

3) Proses Siemens Martin

b. Proses Dapur Listrik

1) Dapur busur cahaya

2) Dapur induksi

Gambar Diagram Pembuatan Baja (Sumber : Hari Amanto & Daryanto, 1999).

a. Proses Menggunakan Konvertor

Konvertor terbuat dari pelat baja dengan mulut terbuka (untuk memasukkan bahan

baku dan mengeluarkan cairan logam) serta dilapisi batu tahan api. Konverter diikatkan

pada suatu tap yang dapat berputar sehingga konvertor dapat digerakkan pada posisi

horizontal untuk memasukkan dan mengeluarkan bahan yang diproses dan pada posisi

vertikal untuk pengembusan selama proses berlangsung. Konvertor ini dilengkapi dengan

pipa yang berlubang kecil (diameternya sekitar 15-17 mm) dalam jumlah yang banyak

(sekitar 120-150 buah pipa) yang terletak pada bagian bawah konvertor.

Sewaktu proses berlangsung udara dihembuskan ke dalam konvertor melalui pipa

saluran dengan tekanan sekitar 1,4 kg/cm2 dan langsung dihembuskan ke cairan untuk

mengoksidasikan unsur yang tidak murni dan karbon. Kandungan karbon terakhir

dioksidasi dengan penambahan besi kasar yang kaya akan mangan, seterusnya baja cair

dituangkan ke dalam panci-panci dan dipadatkan menjadi batang-batang cetakan.

Kapasitas konvertor sekitar 25-60 ton dan setiap proses memerlukan waktu 25

menit. Proses pembuatan baja yang menggunakan konvertor adalah sebagai berikut.

1) Proses Bassemer

Proses Bessemer adalah suatu proses pembuatan baja yang dilakukan di dalam

konvertor yang mempunyai lapisan batu tahan api dari kuarsa asam atau oksida asam

(SiO2), sehingga proses ini disebut “Proses Asam”. Besi kasar yang diolah dalam

konvertor ini adalah besi kasar kelabu yang kaya akan unsur silikon dan rendah fosfor

(kandungan fosfor maksimal 0,1%). Besi kasar yang mengandung fosfor rendah diambil

karena unsur fosfor tidak dapat direduksi dari dalam besi kasar apabila tidak diikat dengan

batu kapur. Di samping itu, fosfor dapat bereaksi dengan lapisan dapur yang terbuat dari

kuarsa asam, reaksi ini membahayakan atau menghabiskan lapisan konvertor. Oleh karena

itu, sangat menguntungkan apabila besi kasar yang diolah dari proses ini adalah besi kasar

kelabu yang mengandung silikon sekitar 1,5% - 2%.

Dalam proses ini bahan baku dimasukkan dan dikeluarkan sewaktu konvertor

dalam posisi horizontal (kemiringannya sekitar 30°). Sementara itu, udara diembuskan

dalam posisi vertikal disebut juga kedudukan proses.

Dalam metode ini, ke dalam Conventer Bassemer ditambahkan senyawa lain

seperti dolomite (MgCO3 dan CaCO3), untuk mengikat zat pengotor di dalam besi. Sambil

diputar terus dibawah tanur, melalui lubang-lubang dibawah tanur dimasukan gas oksigen

agar bereaksi dengan karbon, silikon, fosfor dan belerang menjadi oksida-oksidanya.

Oksida-oksida ini akan diikat oleh oksida-oksida magnesium dan kalsium (MgO dan CaO)

sebagai hasil penguraian MgCO3 dan CaCO3 yang sebelumnya dimasukan, menjadi kerak

yang mengapung diatas cairan besi. Selanjutnya besi cair yang sudah mendekati murni

dikeluarkan melalui lubang pada converter. Dan kerak yang tertinggal dalam converter

dapat dibuang.

Dalam konvertor, yang pertama terjadi adalah proses oksidasi unsur silikon yang

menghasilkan oksida silikon. Kemudian diikuti oleh proses oksidasi unsur fosfor dan

mangan yang menghasilkan oksida fosfor dan oksida mangan, ditandai dengan adanya

bunga api yang berwarna kehijau-hijauan.

Proses oksidasi yang terakhir adalah mengoksidasi karbon. Proses ini berlangsung

disertai dengan suara gemuruh dan nyala api berwarna putih dengan panjang sekitar 2

meter, kemudian nyala api mengecil. Sebelum nyala api padam, ditambahkan besi kasar

yang banyak mengandung mangan, kemudian baja cair dituangkan ke dalam panci-panci

tuangan dan dipadatkan dalam bentuk batang-batang baja.

Secara umum proses kerja Bassemer adalah:

a) Dipanaskan dengan kokas sampai suhu 1500oC.

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

c) Konverter ditegakkan kembali.

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

e) Setelah 20 – 25 menit konverter dijungkirkan untuk mengeluarkan hasilnya

Jenis baja yang dihasilkan Converter Bassemer ditentukan dengan mengontrol

karbon yang dikandungnya, serta jenis logam lain yang dicampurkan untuk membuat

logam aliasi.

Gambar Konverter Bassemer

Gambar Konverter Bassemer

2) Proses Thomas

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 (MgCO3 + 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 teroksidasu 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 karbon (C) akan terbakar, berarti kadar C menurun.

Jika kadar C tinggal 0,1 - 0,2%, maka temperatur akan turun menjadi 1400 - 1420oC.

Setelah temperatur turun menjadi 1400oC, mulailah periode ke III (Reddish Smoke

Periode) yaitu terjadinya oksidasi dari Fe secara intensif dan terbentuklah terak. Peristiwa

ini berlangsung 3-5 menit, dan selanjutnya terbentuklah terak Phospor [CaO)4.P2O5] yang

diikuti kenaikan temperatur yang mendadak menjadi 1600oC. 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 Mangan, Ferro Silikon

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.

3) Proses 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 9000 C. dengan demikian nyala apinya mempunyai suhu yang tinggi, kira-kira

18000 C. 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 :

1) Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih baik dengan

jalan percobaan-percobaan.

2) Unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat dihindarkan atau

dibersihkan.

3) 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.

b. Proses Dapur Listrik

Baja yang berkualitas tinggi dihasilkan apabila dilakukan pengontrolan temperatur

peleburan dan memperkecil unsur-unsur campuran di dalam baja yang dilakukan selama

proses pemurnian. Proses pengolahan seperti ini dilakukan dengan menggunakan dapur

listrik. Pada awal pemurnian baja menggunakan dapur tungku terbuka atau konvertor,

selanjutnya dilakukan di dalam dapur listrik sehingga diperoleh baja yang berkualitas

tinggi.

Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan terhadap suhu tinggi.

Dapur ini mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut.

1) Jumlah panas yang diperlukan dapat dapat diatur sebaik-baiknya.

2) Pengaruh zat asam praktis tidak ada.

3) 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.

1) 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 bolak-balik 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.

2) 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 sendirii sedangkan dinding

dapurnya hanya menerima pengaruh listrik yang kecil saja.

a) 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 tambahan dioksidasikan.

b) 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.

2.5 Dampak dari Industri Pengolahan Besi dan Baja

Bahan buangan yang dihasilkan dari industri besi baja dapat menimbulkan pencemaran

lingkungan. Sebagian besar bahan pencemarannya berupa debu, asap dan gas yang

mengotori udara sekitarnya. Selain pencemaran udara oleh bahan buangan, kebisingan

yang ditimbulkan mesin dalam industri baja (logam) mengganggu ketenangan sekitarnya.

Kadar bahan pencemar yang tinggi dan tingkat kebisingan yang berlebihan dapat

mengganggu kesehatan manusia baik yang bekerja dalam pabrik maupun masyarakat

sekitar. Walaupun industri baja/logam tidak menggunakan larutan kimia, tetapi industri ini

mencemari air karena buangannya dapat mengandung minyak pelumas dan asam-asam

yang berasal dari proses pickling untuk membersihkan bahan plat, sedangkan bahan

buangan padat dapat dimanfaatkan kembali. Bahaya dari bahan-bahan pencemar yang

mungkin dihasilkan dari proses-proses dalam industri besi-baja/logam terhadap lingkungan

dan kesehatan yaitu :

Debu,

Biasanya industri besi dan baja menhasilkan debu-debu yang mengandung logam Fe

yang dapat mencemari udara. Pencemaran Fe sangat berpeotensi menimbulkan fibrosis

paru, iritasi mukosa,dan sesak nafas.

Kebisingan, mengganggu pendengaran, menyempitkan pembuluh darah, ketegangan

otot, menurunnya kewaspadaan, kosentrasi pemikiran dan efisiensi kerja.

Karbon Monoksida (CO), dapat menyebabkan gangguan serius, yang diawali dengan

napas pendek dan sakit kepala, berat, pusing-pusing pikiran kacau dan melemahkan

penglihatan dan pendengaran. Bila keracunan berat, dapat mengakibatkan pingsan yang

bisa diikuti dengan kematian.

Karbon Dioksida (CO2), dapat mengakibatkan sesak nafas, kemudian sakit kepala,

pusing-pusing, nafas pendek, otot lemah, mengantuk dan telinganya berdenging.

Belerang Dioksida (SO2),

Dalam industri besi dan baja,banyak memberikan dampak bagi lingkungan. Besi

dan baja (tanur logam) banyak dihasilkan SOx karena mineral-mineral logam

banyak terikat dalam bentuk sulfida. Pada proses peleburan sulfida logam diubah

menjadi oksida logam. Proses ini juga sekaligus menghilangkan belerang dari

kandungan logam karena belerang merupakan pengotor logam. Pada suhu tinggi

sulfida logam mudah dioksida menjadi oksida logam melalui reaksi berikut :

2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2

2PbS + 3O2 2PbO + 2SO2

Selain tergantung dari pemecahan batu bara yang dipakai sebagai bahan bakar,

penyebaran gas SOx, ke lingkungan juga tergantung dari keadaan meteorology dan

geografi setempat. Kelembaban udara mempengaruhi kecepatan perubahan SOx

menjadi asam sulfat maupun asam sulfit yang akan berkumpul bersama awan yang

akhirnya akan jatuh sebagai hujan asam. SO2 pada konsentrasi 6-12 ppm dapat

menyebabkan iritasi pada hidung dan tenggorokan, peradangan lensa mata (pada

konsentrasi 20 ppm), pembengkakan paru-paru/celah suara.

Minyak pelumas, buangan dapat menghambat proses oksidasi biologi dari sistem

lingkungan, bila bahan pencemar dialirkan kesungai, kolam atau sawah dan sebagainya.

Asap, dapat mengganggu pernafasan, menghalangi pandangan, dan bila tercampur

dengan gas CO2, SO2, maka akan memberikan pengaruh yang membahayakan seperti

yang telah diuraikan diatas.

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

1. Besi adalah logam transisi yang paling banyak dipakai karena relatif melimpah di alam

dan mudah diolah.

2. Baja dapat didefinisikan suatu campuran dari besi dan karbon dimana unsur karbon (C)

menjadi dasar campurannya.

3. Jenis- jenis besi berdasarkan kadar karbon dan unsur- unsur lain yang terdapat di

dalamnya, besi tuang, baja, besi tempa.

4. Jenis- jenis baja berdasarkan kandungan karbon, yaitu baja karbon rendah, baja karbon

sedang, baja karbon tinggi. Berdasarkan komposisi dan jenis logam transisi yang

dicampurkan, yaitu stainless steel, baja krom, baja nikel, baja dengan mangan rendah.

5. Bahan- bahan yang diperlukan dalam pengolahan besi adalah biji besi, kokas, batu

kapur, grafit, dan udara panas.

6. Bahan- bahan yang diperlukan dalam pengolahan baja adalah ferro alloy, fluks, dan

non ferro alloy.

7. Teknik pengolahan besi dilakukan dalam tanur sembur (blast furnace).

8. Teknik pengolahan baja dilakukan dengan 2 metode, yaitu proses menggunakan

konvertor, diantaranya proses Bassemer, proses Thomas, proses Siemens Listrik.

Kemudian proses dapur listrik, diantaranya dapur busur cahaya dan dapur induksi.

9. Dampak dari industri pengolahan besi dan baja akan menimbulkan pencemaran

lingkungan.

10. Proses- proses dalam industri besi-baja terhadap lingkungan dan kesehatan, yaitu debu,

kebisingan, gas CO, gas CO2, gas SO2, minyak pelumas, dan asap.

Daftar Pustaka

Amanto, Hari dan Daryanto. 2003. Ilmu Bahan. Jakarta: Bumi Aksara.

Ananta, W. 2013. Proses Pembuatan Baja PT. KRAKATAU STEEL (Online)

http://www.scribd.com/doc/47107355/Bab-III-Proses-Pembuatan-Baja-PT-

KRAKATAU-STEEL, diakses pada 27-9-2013 ; 12:40)

Anonim. 2012. Pengolahan Besi dan Baja (Online)

http://cheamistry.blogspot.com/2012/10/pengolahan-besi-dan-baja.html (diakses

tanggal 28 September 2013).

Anonim. 2012. Industri Besi dan Baja (Online) http://givuin.blogspot.com/2012/05/share-lagi-

sob.html (diakses tanggal 28 September 2013).

Anonim. Parameter Pencemaran Udara dan Dampaknya Terhadap Kesehatan. (Online)

http://depkes.go.id/downloads/Udara.PDF, (diakses pada 28 September 2013)

Fajarini, N. 2012. “Dampak Limbah Industri Terhadap Lingkungan”. (Online)

http://lovelyblue14.wordpress.com/2012/06/05/dampak-limbah-industri-terhadap-

lingkungan/, (diakses pada 28 September 2013)

Prayudi, T. 2005. “Dampak Industri Pengecoran Logam Fe Terhadap Pencemaran Debu di

Udara”. P3TL-BPPT. 6. (2): 385-390

Daftar Isi

Kata Pengantar……………………………………………………………………………i

Daftar Isi………………………………………………………………………………….ii

BAB I

PENDAHULUAN……………………………………………………………………….1

1.1 Latar Belakang……………………………………………………………………1

1.2 Rumusan Masalah………………………………………………………………...2

1.3 Tujuan…………………………………………………………………………….2

1.4 Metode Penulisan………………………………………………………………....2

BAB II

ISI…………………………………………………………………………………………3

2.1 Definisi Besi dan Baja…………………………………………………………….3

2.2 Jenis- jenis Besi dan Baja…………………………………………………………3

2.3 Bahan- bahan yang diperlukan dalam Pengolahan Besi dan Baja………………..6

2.4 Teknik Pengolahan Besi dan Baja………………………………………………..9

2.5 Dampak dari Industri Pengolahan besi dan Baja………………………………...23

BAB III

PENUTUP……………………………………………………………………………….26

Kesimpulan………………………………………………………………………………27

Daftar Pustaka……………………………………………………………………………iii