Makalah Proses Industri Kimia

Industri Besi dan Baja

Disusun oleh :

Citra Metya O 114 12 2033

Deden Windu A.H. 114 12 2011

Nur Wulan Fiany 114 12 2022

Progam studi : Teknik Kimia

Teknik Kimia Institut Teknologi Indonesia

Serpong, Tangerang Selatan

2013

BAB I

PENDAHULUAN

Unsur besi (Fe) tidak selalu terdapat sebagai logam murni, sebagian kecil terdapat

dalam tanam-tanaman, tubuh manusia dan hewan,  serta sebagian besar terdapat di

berbagai batuan, tanah, dan pasir. Unsur besi yang terdapat dalam berbagai senyawa di

batuan, tanah, dan pasir tersebut jumlahnya kurang lebih 5% (berat) dari kerak bumi.  

Unsur besi (Fe) dalam  tubuh manusia dan hewan berbentuk hemoglobin protein

darah yang membawa oksigen dari paru-paru atau insang ke sel-sel tubuh. Besi merupakan

salah satu mineral penting yang dibutuhkan oleh tubuh manusia. Besi yang dikonsumsi

manusia tentunya bukan besi dalam bentuk padatan logam, akan tetapi dalam bentuk ion,

yaitu Fe(II) dan Fe(III). Pada umumnya kadar besi dalam makanan sekitar 0,1-3,3 mg per

100 gram-nya (Iswanto dan Amri Mansuri, 2003). Kekurangan besi menyebabkan

anemia/kurang darah. Sementara itu unsur besi (Fe) di bumi terdapat sebagai senyawa

dengan unsur lain di batuan, tanah dan pasir ; batuan,  tanah, dan pasir yang mengandung

besi dengan kadar tinggi (30% – 70%) disebut bijih besi (iron ore).

Besi merupakan logam yang keberadaannya memiliki jumlah besar dan beragam

penggunaannya. Hal ini disebabkan beberapa hal yaitu kelimpahan besi dikulit bumi cukup

besar, pengolahanya relatif mudah dan murah, serta besi mempunyai sifat-sifat yang

menguntungkan dan mudah dimodifikasi.

Karena kelimpahannnya di dalam masyarakat, besi sangat banyak dimanfaatkan

antara lain kemudahannya dalam perolehan atau proses penambangan bijihnya dan

ditemukan di banyak tempat (Canham dan overtone, 2003). Selain itu dari segi

penggunaannya, dalam bidang industri besi dapat digunakan pada pembuatan baja (alloy)

yang biasanya digunakan sebagai rangka dalam pembuatan jembatan dan gedung-gedung.

Di bidang kesehatan, besi diperlukan oleh tubuh (dalam darah) serta digunakan sebagai zat

tambahan pada berbagai jenis obat-obatan.

Dapat dipastikan bahwa produk besi dan baja tersebut mempunyai pengaruh  bagi

kehidupan manusia lebih besar daripada produk-produk logam lainnya. Oleh karena itu

dibutuhkan pembuatan besi dan baja dalam jumlah besar atau skala industri. Sumber utama

besi berada di alam, senyawa yang digunakan dalam pembuatan besi murni juga diambil

2

dari alam. Walaupun berlimpah, namun proses pengolahan senyawa besi ini menjadi

sebuah logam murni tidak mudah. Karena dibutuhkan energi yang cukup besar dan

peralatan yang cukup rumit. Dengan memproduksinya dalam skala industri, besi yang

didapatkan akan lebih murni dan biaya untuk memproduksinya juga akan lebih hemat

karena hasil yang didapatkan lebih banyak.

3

BAB II

INDUSTRI BESI DAN BAJA

A. Besi

1. Sifat Fisika dan Kimia

a. Sifat fisika

1) Mudah terkorosi

2) Keras, rapuh, dan mudah dicampur

3) Dalam bentuk ion mudah teroksidasi menjadi Fe3+

4) Konduktor yang baik

5) Mengkilat.

6) Bersifat meabilitas

7) Bersifat duktilitas

8) Bersifat diamagnetik

b. Sifat kimia

1) Titik didih : 3134 K

2) Titik lebur : 1811 K

3) Massa atom : 55,845(2) g/mol

4) Konfigurasi electron : [Ar] 3d6 4s2

5) Massa jenis fase padat : 7,86 g/cm³

6) Massa jenis fase cair pada titik lebur : 6,98 g/cm³

7) Kalor peleburan :13,81 kJ/mol

8) Kalor penguapan : 340 kJ/mol

9) Elektronegativitas : 1,83 (skala Pauling)

10) Jari-jari atom : 140 pm

4

Senyawa Besi atau Fe memiliki dua tingkat oksidasi, yaitu Fe2+ (ferro) dan Fe3+

(ferri). Senyawa-senyawa yang dapat digunakan untuk mereduksi besi(III) menjadi besi(II)

diantaranya seng, ion timah(II), sulfit, senyawa NH2OH.HCl, hidrazin, hidrogen sulfida,

natrium tiosulfat, vitamin C, dan hidrokuinon. Pemilihan reduktor ini tergantung suasana

asam yang digunakan dan keberadaan senyawa lain dalam cuplikan yang akan dianalisis.

Umumnya besi cenderung untuk membentuk senyawa dalam bentuk ferri daripada dalam

bentuk ferro, dan membentuk kompleks yang stabil dengan senyawa-senyawa tertentu.

Di udara besi mudah mengalami korosi, yaitu proses perusakan (keropos) pada

permukaan besi yang disebkan reaksi dengan oksigen membentuk oksida besi, yang dalam

kehidupan sehari-hari dikenal sebagai karat besi. Korosi besi berlangsung sangat cepat

pada kondisi lembab dan adanya garam.

Logam-logam besi terdiri dari:

- Besi tuang (cast iron)

- Baja karbon (karbon steel)

- Baja paduan (alloy steel)

- Baja spesial (spesiality steel)

Proses pengolahan logam secara garis besar diperlihatkan pada gambar 2. Dari

gambar tersebut proses pengolahan logam dibagi atas 3 bagian pokok yaitu :

1. Industri hulu, yaitu industri yang mengolah bahan tambang berupa biji logam menjadi

logam dasar melalui proses pemurnian dan proses reduksi/peleburan.

2. Industri antara, yaitu industri yang mengolah logam dasar baik yang berbentuk ingot

primer atau masih berupa logam cair menjadi produk antara seperti billet, slab, bloom,

rod atau ingot paduan untuk industri pengecoran.

3. Industri hilir, yaitu industri yang mengolah lebih lanjut produk industri antara menjadi

produk setengah jadi dan selanjutnya melalui proses pabrikasi dan pengerjaan akhir

menjadi produk jadi.

Proses pengolahan logam pada ke tiga industri tersebut diatas akan dijelaskan

berikut ini, dengan penekanan pada pembuatan besi dan baja serta pembuatan aluminium.

5

6

2. Proses Pembuatan Besi

Bahan baku awal dalam pembuatan besi dan baja adalah biji besi (iron ore). Biji besi

yang didapatkan dari alam umumnya merupakan senyawa besi dengan oksigen seperti

hematite (Fe2O3), magnetite (Fe3O4), limonite (Fe2O3), atau siderite (Fe2CO3).

a. Biji besi

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

Hematit (Fe2O3) adalah bijih besi yang paling banyak dimanfaatkan karena kadar

besinya tinggi, sedangkan kadar kotorannya relatif rendah. Meskipun pirit (FeS2)

banyak ditemukan, jenis bijih ini tidak digunakan karena kadar sulfur yang tinggi

sehingga diperlukan tahap pemurnian tambahan.

b. 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.

c. Batu kapur.

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.

d. 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.

Karena di alam ini besi berbentuk oksida dan karbonat atau sulfida sehingga hampir

semua proses produksinya diawali dengan reduksi dengan gas reduktor H2 atau CO, untuk

memisahkan bijih besi dari oksigen dan pengotor yang mengikatnya. Proses penghilangan

7

oksigen dan pengotor bijih besi disebut proses reduksi bijih besi. Proses reduksi bijih besi

secara umum terbagi atas dua metode yaitu reduksi langsung (direct reduction) dan

reduksi tidak langsung (indirect reduction).

Prisip pengolahan bijih besi menjadi besi secara umum adalah besi dihasilkan dari

oksida besi (Fe2O3), melalui reaksi reduksi dengan karbon monoksida pada suhu relatif

tinggi (>15000 oC). Reduksi berlangsung beberapa tahap, dan reaksi yang terlibat bersifat

reversible, di mana kesetimbangan bergantung pada tekanan relatif dari CO dan CO2

dalam tanur tinggi.

1. Proses Reduksi Tidak Langsung (Indirect Reduction)

Proses reduksi bijih besi secara tidak langsung dilakukan dalam blast furnace dengan

reduktor berupa kokas, batu bara atau char dengan temperatur di atas titik lebur besi

dengan produk berupa lelehan logam Fe yang selanjutnya diumpankan kedalam BOF

(Basic Oxygen Furnace) dan sebagian kecil akan dicetak menjadi pig iron.2 Proses reduksi

ini kurang efektif karena belum mampu mengolah bijih besi dengan kandungan besi (Fe)

di bawah 60 %, di samping itu membutuhkan konstruksi alat yang cukup rumit dan

keterbatasan arang kayu sebagai reduktor serta efesiensi bahan bakar/reduktor yang masih

rendah ± 1,1 ton arang kayu/ton pig iron (Amin,2003).3

Proses reduksi tidak lansung menggunakan tungku tanur tinggi (blast furnace)

dengan porsi 80% diproduksi dunia. Besi kasar dihasilkan dalam tanur tinggi. Diameter

tanur tinggi sekitar 8 m dan tingginya mencapai 60 m. Kapasitas perhari dari tanur tinggi

berkisar antara 700 – 1600 Megagram besi kasar.

Bahan baku yang terdiri dari campuran bijih, kokas, dan batu kapur, dinaikkan ke

puncak tanur dengan pemuat otomatis, kemudian dimasukkan ke dalam hopper. Untuk

8

menghasilkan 100 Megagram besi kasar diperlukan sekitar 2000 Megagram bijih besi, 800

Megagram kokas, 500 Megagram batu kapur dan 4000 Megagram udara panas. Bahan

baku tersebut disusun secara berlapis-lapis.

Ketika udara panas yang telah bebas dari uap air dan sebelumnya dipanaskan pada

suhu 5000-7000 C, ditiupkan kedalam tuyer sehingga memungkinkan kokas terbakar

secara efektif, gas tersebut akan bereaksi dengan karbon membentuk gas karbondioksida.

C + O2 CO2 ΔH = -96.96 kkal

Dengan menggunakan udara panas, kokas yang digunakan dalam proses dapat

dihemat sebesar 30% lebih. Udara dipanaskan dalam pemanas mula yang berbentuk

menara silindris, sampai sekitar 500oC. Kalor yang diperlukan berasal dari reaksi

pembakaran gas karbon monoksida yang keluar dari tanur. Udara panas tersebut memasuki

tanur melalui tuyer yang terletak tepat di atas pusat pengumpulan besi cair.

Reaksi berlangsung eksoterm, panas yang dibebaskan menyebabkan temperatur yang

sangat tinggi (>15000 oC), dibagian bawah tanur. Gas ini terdiri dari gas CO2 yang akan

bereaksi dengan karbon dan direduksi menjadi gas karbon monoksida (CO).

CO2 + C 2CO ΔH = -38.96 kkal

Ketika reaksi berlangsung endoterm atau menyerap panas, temperatur gas menurun

sehingga pada bagian ini temperatur mencapai 12000-13000oC. Bagian tanur ini disebut

penyerap panas karena pada saat gas naik, reaksi gas CO2 dengan karbon pada setiap tahap

selalu menyerap panas, maka temperatur bagian dalam tanur makin ke atas makin

berkurang, sehingga saat mendekati saluran pembuangan temperature mencapai 3000C.

Jika ada uap air dalam udara yang ditiupkan, temperatur menjadi sangat rendah. Dengan

persamaan reaksi :

H2O + C CO + H2 ΔH = + x kkal

Reaksi ini berlangsung endoterm sehingga menyebabkan pemborosan bahan bakar.

Untuk menghindari hal ini udara yang dipanaskan dilewatkan pada silika gel.

Batu kapur digunakan sebagai fluks yang mengikat kotoran-kotoran yang terdapat

dalam bijih-bijih, dan membentuk terak cair. Terak cair ini lebih ringan dari besi cair dna

9

terapung diatasnya dan secara berkala disadap. Besi cair yang telah bebas dari kotoran-

kotoran dialirkan kedalam cetakan setiap 5 – 6 jam.

Disamping setiap Megagram besi dihasilkan pula 0,5 Megagram terak dan 6

Megagram gas panas. Terak dapat dimanfaatkan sebagai bahan bangunan (campuran

beton) atau sebagai bahan isolasi panas. Gas panas dibersihkan dan digunakan untuk

pemanas mula udara, untuk membangkitkan energi atau sebagai media pembakar dapur-

dapur lainnya.

Komposisi besi kasar dapat dikendalikan melalui pengaturan kondisi operasi dan

pemilihan susunan campuran bahan baku.

Secara proses kimiawi,pada Blast Furnace terjadi proses berikut :

Udara panas (1200°C) ditiupkan melalui tuyere di dasar furnace, bereaksi dengan

kokas

2C + O2 2CO

10

Gas CO pada temperatur tinggi selanjutnya mereduksi oksida besi :

3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO 3FeO + CO2

FeO + CO Fe + CO2

Hasilnya Pig iron dengan kadar 3-4% C, 2-4% Si, 1-2% Mn dan 1-1.2% P.

2. Proses Reduksi Langsung (Direct Reduction)

Proses reduksi langsung merupakan proses pemisahan Fe dari oksigen dengan

reduktor berupa padatan seperti batu bara atau gas alam (CH4). Proses reduksi langsung

dilakukan di bawah titik lebur dalam tungku reduksi sehingga produk yang dihasilkan

dalam bentuk padatan (besi spons) (Sun,1997).4 Proses reduksi ini lebih efisien karena

sudah mampu mengolah langsung bijih besi dengan kandungan besi (Fe) di bawah 60%.

Campuran yang terdiri dari hematite, batu kapur, dan karbon dijatuhkan ke dalam

tanur tinggi, reaksi pertama yang terjadi adalah ferro oksida direduksi menjadi oksida

magnetic (feroso feri oksida) oleh karbon monoksida pada temperatur 3000-5000 oC.

3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 (300-5000 oC) ; ΔH = 8.80 kkal

11

Kemudian feroso feri oksida direduksi menjadi ferioksida dan kemudian menjadi

besi.

Fe3O4 + CO 3FeO + CO2 (5000-7000 oC) ; ΔH = 8.80 kkal

FeO + CO Fe + CO2 (7000-9000 oC) ; ΔH = -3.84 kkal

Sehingga reaksi ferioksida menjadi besi oleh karbon monoksida berlangsung

sempurna sebelum pada daerah penyerapan panas. Jika titik leleh besi lebih besar dari

10000 oC reaksi besi diperoleh dibagian spon. Hanya pada bagian atas penyerapan panas,

pada temperature 10000-12000 oC batu kapur terurai menjadi kapur (CaO) dan CO2.

CaCO3 CaO + CO2

Kapur CaO bereaksi dengan silika membentuk cairan kalsium silikat yang disebut

kerak.

CaO + SiO2 CaSiO3

Pada saat CaSiO3 memasuki dasar tanur, cairan tersebut menutupi cairan besi dan

senyawa silika menjadi kerak. Cairan logam berkumpul di bagian atas tanur dengan kerak

di bagian atasnya.

Ketika cairan terdapat didalam tanur pada temperatur 1300-15000 oC, bijih besi yang

kotor (mengandung pengotor seperti fosfat, silikat, sulfid dan sebaginya), juga direduksi

menjadi cairan besi yang biasanya mengandung sedikit sulfur, silikon, fosfor, mangan dan

±3-4% karbon dalam bentuk karbida seperti simentatit (Fe3C), sehingga besi yang

diperoleh dapat mencapai tingkat kemurnian 92-94 % , dan biasanya disebut “cas iron”

atau besi tuang atau kadang-kadang juga disebut “pig iron”. Besi cair yang dihasilkan

tersebut dikeluarkan melalui bagin bawah tanur tinggi. Kerak yang kemudian dapat

dipergunakan sebagai bahan campuran seman, pembuatan batu bata, dan sebagai bahan

kontruksi jalan.

Reduksi didalam tanur tinggi bersifat reversible gas yang terdapat dalam tanur terdiri

dari sejumlah besar karbon monoksida yang tidak terbakar dan sejumlah kecil hydrogen,

metana dan sebagainya. Dengan komposisi rata-rata 60% N2, 24% CO, 12% CO2 .

12

Gas panas keluar melalui bagian atas tanur. Gas buangan ini bersama debu dialirkan

ke penangkap debu, sehingga debu akan mengendap sedangkan gas buangan yang panas

akan mengalir ke pendingin yang berfungsi menurunkan suhu sehingga gas dapat

dilepaskan ke udara melalui cerobong asap.

Salah satu proses reduksi langsung yaitu dengan menggunakan rotary kiln. Rotary

kiln merupakan tungku putar yang digunakan untuk kalsinasi, di mana suhu operasinya

berkis arantara 7000C – 10000oC. Rotary kiln dipilih karena dapat digunakan untuk proses

kontinyu.

Karakteristik bahan baku merupakan hal yang sangat sensitif dalam pembuatan

sponge iron. Karakteristik kimia dan fisik merupakan faktor yang penting pada rotarykiln.

Bahan baku bijih besi pada pabrik kotary kiln cukup fleksibel bisa berupa iron ore pellet,

lump ore, atau pasir besi.5 Kandungan Fe minimum 53% dan kandungan gangue

maksimum 5%.

13

Batu kapur digunakan sebagai bahan aditif pada proses reduksi bijih besi di rotary

kiln yang berfungsi sebagai penyerap belerang dari campuran bahan baku selama proses

reduksi.6 Bahan ini dicampur terlebih dahulu sebelum dimasukkan kedalam rotary kiln.

Reduktor yang digunakan pada proses rotary kiln adalah batu bara, mulai dari jenis

antrasit sampai lignite. Tiap jenis batu bara memerlukan adaptasi operasi rotary kiln

terutama dalam hal rasio antara bijih besi dan jumlah reduktor yang dibutuhkan. Untuk

penggunaan batu bara dengan kandungan kalori rendah, diperlukan tambahan bahan bakar

seperti gas alam atau bahan bakar cair, untuk menjaga profil temperatur yang dibutuhkan

dalam proses. Berdasarkan data tersebut maka banyak batubara Indonesia memenuhi

persyaratan sebagai bahan pereduksi.

Reaksi yang terjadi di rotary kiln:

Boudard reaction:

C + CO2 2 CO (regenerasi)...........................................(1)

Proses reduksi:

Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 (reduksi )7 .....................(2)

Proses reduksi langsung ini digunakan oleh PT Krakatau Steel. Pada proses reduksi

langsung bijih besi bereaksi dengan gas atau bahan padat reduksi membentuk sponge iron.

Disini bijih besi / pellet direaksikan dengan gas alam dalam dua unit pembuat sponge iron,

yang masing-masing berkapasitas 1juta ton pertahun.

14

*Sponge iron yang dihasilkan PT Krakatau Steel memiliki komposisi kimia :

Fe : 88 – 91 %; C : 1,5 – 2,5%; SiO2 : 1,25 – 3,43%; Al2O3 : 0,61 – 1,63%; CaO :

0,2 – 2,1%; MgO : 0,31 – 1,62%; P : 0,014 – 0,027%; Cu : 0,001 – 0,004 %; Kotoran

(oksida lainnya) : 0,1 – 0,5 %

Tingkat metalisasi : 86 – 90 %

Fungsi-fungsi bahan asupan dalam proses reduksi tidak langsung antara lain :

a. Kokas

- Menghasilkan energi panas

- Memasok unsur C sebagai sumber gas reduktor ( CO )

- Menahan beban

- Membentuk kisi-kisi atau rongga-rongga untuk lalunya gas reduktor dan udara

panas

b. Flux

- Mengikat abu dari Kokas dan Batubara

- Mengikat kotoran dari bijih besi

- Membuat terak (slag) lebih encer

15

c. Batu bara

Sebagai bahan bakar yang diinjeksikan melalui tuyyer

d. Udara Panas (Hot Blast Air)

Mengoksidasi dari kokas menjadi CO

e. Uap air atau gas alam

- Menambah gas reduktor CO dan H2

- Menurunkan densitas gas reduktor

- Menambah energi panas

Perbedaan proses reduksi langsung dan reduksi tidak langsung

1) Reaksinya berbeda, pada reduksi tidak langsung Fe diperoleh dari beberapa tahap

reaksi, pada reduksi langsung dengan1 tahap reaksi sudah dapat diperoleh Fe murni.

2) Hasil akhirnya berbeda, Output dari reduksi tidak langsung adalah berupa Fe dalam

keadaan cair (pig iron) , sedangkan output dari reduksi langsung adalah Fe dalam

keadaan padat (sponge iron)

3) Sumber gas reduktornya berbeda, indirect reduction menggunakan kokas untuk

menghasilkan gas reduktor CO, sedangkan direct reduction menggunakan CH4

4) Kualitasnya berbeda, reduksi langsung menghasilkan besi dengan kualitas yang lebih

baik daripada reduksi tidak langsung. Karena reduksi tidak langsung menggunakan

kokas untuk menghasilkan gas reduktor. Kokas berasal dari batubara yang mengadung

sulfur, dimana S tersebut dapat ikut masuk kedalam besi hasil reduksi, yang

mengakibatkan besi mengalami retak panas (hot shortness). 

16

B. Baja

1. Baja dan KlasifikasinyaPemanfaatan besi dipergunakan dalam keadaan paduan bukan dalam keadaan murni.

Paduan besi umumnya dengan carbon, yang dikenal sebagai baja dan besi tuang. Besi dan

baja tuang bukan hanya berbeda kadar karbonnya tetapi juga berbeda struktur mikronya

dan berbeda sifatnya.

Baja adalah besi yang mengandunbg 0.02%-1.5% karbon. Sifat baja tergantung pada

jumlah karbon yang dikandungya.

Klasifikasi baja dipasaran dilakukan berdasarkan,

a. Kekuatannya, st37, st42, st50, st60 dan lain sebagainya.

b. Komposisi kimianya, baja karbon rendah, baja karbon menengah, baja karbon tinggi

c. Strukturnya, baja hypoeutectoid, baja eutectoid, baja hypereutectoid

d. Penggunaannya

e. Bentuknya

f. Pembuatannya, dan lain sebagainya

Berdasarkan kandungan karbon, jenis baja dibagi menjadi :

a. Baja lunak, yaitu baja yang mengandung kurang dari 0.2 % karbon. Disebut baja lunak

karena mudah dibentuk dan diregangkan. Baja ini bisa digunakan untuk membuat kabel

dan rantai.

b. Baja medium, yaitu baja yang mengandung 0.2%-0.6% karbon. Baja ini digunakan

untuk membuat rel, balok dan rangka.

c. Baja karbon tinggi, yaitu baja yang mengandung 0.6%-1.5% karbon. Sifatnya keras,

kaku, biasa digunakan untuk alat-alat logam, per, alat pemotong dan alat rumah tangga.

Berdasarkan komposisi dan jenis logam transisi yang dicampurkan, baja dibagi menjadi:

a. Stainless steel : baja tahan karat mengandung Cr 19%, Ni 9%, dan Fe 72%.

b. Baja krom : baja yang tahan karat tahan panas mengandung 12%-18% Cr.

c. Baja nikel : baja tahan karat dan keras, mengandung 25% Ni.

d. Baja mangan : baja sangat keras mengandung 11%-14% Mn.

e. Dan lain-lain.

17

2. Proses Pembuatan Baja

Pada umumnya keseluruhan proses pembuatan baja dapat dibagi menjadi beberapa

tahapan pengerjaan, yaitu:

1. Merubah bijih besi menjadi besi kasar (pig iron) atau besi spons(sponge iron)

2. Pengolahan besi kasar/besi spongs menjadi baja antara lain ingot atau bilet/slab/bloom

3. Pengolahan bentuk menjadi benda setengah jadi /baku berbentuk plat, strip, sklep,

batang kawat, batang profil, dll.

4. Pengolahan lanjut bentuk setengah jadi menjadi menjadi bentuk yang lain misalnya,

kawat, pipa, sheet, tin plated sheet, dll.

Keseluruhan proses itu dapat dilakukan pada satu lokasi pabrik baja yang besar dan

dapat pula dilakukan pada sejumlah pabrik yang terpisah. Misalnya ada pabrik yang hanya

mengerjakan dri billet sampai suatu barang setengah jadi.

Baja pada dasarnya adalah paduan besi karbon dengan kadar karbon tidak lebih dari

2.0% disamping juga mungkin mengandung sejumlah unsur lainnya(unsur paduan dan

pengotoran). Baja di buat dari besi kasar/spongs dengan mengurangi kadar karbo dan

unsur lain yang kurang disukai.

Klasifikasi proses pembuatan baja dilakukan berdasarkan pada derajat keasaman

terak yang dihasilkan, diantaranya:

1. Proses asam (acid)

2. Proses basa (basic)

3. Proses duplex (gabungan asam dan basa)

Beberapa proses pembuatan Baja

a. Pembuatan Baja dengan cara konventor

Proses Bassemer dikembangkan di Inggris tahun 1856. Proses ini digunakan

untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang rendah. Sejumlah leburan besi tuang

yang diperoleh dari proses tanur tinggi dimasukan ke dalam Converter Bassemer

(yaitu tanur untuk Proses Bassemer) yang kemudian dihembuskan udara/oksigen.

Pengisian leburan besi tuang dilakukan saat posisi horizontal dan dilanjutkan dengan

18

mengembalikannya ke posisi vertical sambil dihembuskan udara dari bawah. Sambil

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

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

oksidanya. Hal ini menyebabkan terjadinya reaksi.

2Fe + O2 2 FeO

Sebagian oksida besi ini menjadi terak dan yang lainnya bereaksi dengan Si

dan Mn , dengan reaksi :

Si + 2FeO SiO2 + 2Fe

Mn + FeO MnO + Fe

Reaksi-reaksi itu akan menyebabkan panas (exothermic) dan akan menaikkan

temperature cairan. Oksida mangan dan oksida silicon ini akan menjadi terak pada

saat Si dan Mn hampir habis temperature menjadi sangat tinggi dan karbon mulai

terbakar, Dalam proses ini ditambahkan senyawa lain seperti dolomite ( MgCO3 dan

CaCO3) ke dalam konverter, untuk mengikat zat pengotor di dalam besi. 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.

C + FeO Fe + CO

CO berupa gas dan keluar melalui mulut konventor, disini CO akan terbakar

dan menjadi CO2. Hal ini di tandai dengan nyala api yang panjang dan terang. Bila

nyala api mulai meredup dan yang ada adalah asap kemerahan hal ini berarti C sudah

habis terbakar, dan hembusan angin harus segera dihentikan, agar besi tidak habis

terbakar. Kemudian konvertor dimiringkan dan besi cair yang sudah mendekati

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

converter dapat dibuang. Karena dalam cairan baja ini masih banyak oxygen maka

perlu diberikan oksidan (ferromangan, ferrosilikat, atau alumunium) untuk

menghilangkannya. Sedangkan pengaturan kadar karbon dapat dilakukan dengan

menambahkan sejumlah besi kasar ke dalam baja cair. Jenis baja yang dihasilkan

Converter Bassemer ditentukan dengan mengontrol karbon yang dikandungnya, serta

jenis logam lain yang dicampurkan untuk membuat logam aliasi.

19

b. Pembuatan baja dengan dapur siemens (Open Hearth Furnace)

Tanur berupa piringan datar yang besar. Pada furnace ini udara dan bahan

bakar gas akan bercampur dan terbakar menghasilkan panas yg tinggi , pembakaran

menghasilkan panas yang tinggi karena bahan bakar maupun udara sudah dipanaskan

didalam suatu regenerator, udara ini dilewatkan diatas piringan yang berisi besi cair.

Muatan pengisian dimasukkan melalui pintu pengisian (charging door) muatan ini

dapat berupa bahan padat ataupun besi cairan. Pada dasar kolom telah ditempatkan

oksida basa seperti CaO atau MgO yang nantinya akan berguna sebagai pembentuk

kerak atau zat pengikat fosfor. Sementara diaduk maka akan berlangsung reaksi

antara oksida-oksida pengotor dengan CaO dan MgO menjadi kerak seperti (Fe, Mn,

Si dan pengotor lainnya). Terak ini akan mengapung dipermukaan cairan sehingga

menghalangi kontak antara cairan dan udara, untuk menjamin kelangsungan reaksi

maka kedalam cairan ditambahkan bijih besi.

Karena temperature yang tinggi pada ruang bakar maka muatan dapur yang

diletakkan diruang bakar akan mencair dan cairan ini akan mendidih sehingga reaksi

oksidasi dari unsur pengotoran/pembentuk terak akan dapat berlangsung.

20

Proses dalam dapur ini berlangsung sangat lambat 6-14 jam sedangkan pada

konventor hanya 15 menit atau kurang). Karena proses dalam dapur sangat lambat

maka dapat dilakukan analisa kimia dari cairan pada sitiap saat dan komposisinya

dapat dikontrol dengan mudah. Dan karena cairan besi tidak bersentuhan dengan

udara luar maka baja yang dihasilakan tidak mengandung nitrogen.

c. Pembuatan baja dengan Basic Oxygen Furnace (BOF)

Proses ini termasuk proses yang paling baru dalam industri pembuatan baja.

Prinsip dasar proses ini ialah proses pembuatan baja dengan cara konventer Gambar

sketsa dari tungku ini ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.

21

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

mencapai tingkat baja yang dibuat. Disamping itu, selama proses oksidasi

berlangsung terjadi panas yang tinggi sehingga dapat menaikkan temperatur logam

cair sampai diatas 1650 oC.

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.

22

d. Pembuatan Baja dengan elektric furnace (Dapur Listrik)

Pembuatan baja dengan cara ini lebih luas digunakan karena, metoda ini akan

menghasilkan panas yang sangat tinggi sehingga pemaduan dengan unsur-unsur

yang memiliki titik leleh yang sangat tinggi dapat dilakukan. Disammping itu

atmosfir di permukaan cairan dapat dikontrol dengan mudah sehingga dapat

menghasilkan baja yang lebih bersih. Kelemahannya pada kapasitasnya yang tidak

terlalu tinggi, sehingga biasanya dipergunakan pada pabrik baja yang tidak terlalu

besar.atau hanya untuk membuat special steel dalam jumlah yang terbatas, atau

hanya dipergunakan untuk pengolahan besi tua ( remelling) dan pabrik pengecoran

(foundry).

23

Electric furnace ini pada dasarnya ada dua yaitu:

Electrical Arc Furnace

Induction Furnace

Dari penjelasan berbagai jenis proses di atas dapat dilihat bahwa, 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 campuran.

24

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

1) Kobalt : membuat baja tetap kuat pada suhu tinggi.

2) Krom : membuat baja menjadi lebih keras, tahan gesekan, tahan korosi,

dan tahan temperature tinggi.

3) Mangan : membuat baja menjadi keras, tahan aus dan tahan gesekan.

4) Molibden : memperbaiki kekerasan baja, tahan goncangan dan tahan

temperature tinggi.

5) Nikel : membuat baja tahan korosi

6) Silikon : pada konsentrasi tinggi membuat baja tahan kondisi asam, pada

konsentrasi rendah memperbaiki sifat megnetik dan sifat listrik

baja.

7) Vanadium : memperkuat baja dan meningkatkan ketahanan baja terhadap

panas.

25

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Besi merupakan unsur yang sangat dibutuhkan oleh manusia dalam kehidupan

sehari-hari, baik untuk tubuh maupun dalam pembuatan perlengkapan peralatan

penunjang kehidupan.

Kebutuhan terhadap besi yang melimpah, menjadi alasan industri pemurnian besi

dan pembuatan dilakukan.

Dengan memproduksinya dalam skala industri, besi yang didapatkan akan lebih

murni dan biaya untuk memproduksinya juga akan lebih hemat karena hasil yang

didapatkan lebih banyak.

Sumber besi yang paling banyak terdapat di alam dalam bentuk senyawanya.

Besi dimurnikan dengan proses Reduksi tidak Langsung (Indirect Reduction) atau

proses Reduksi Langsung (Direct Reduction).

Proses pembuatan besi umumnya dilakukan secara Direct Reduction.

Baja merupakan salah satu aplikasi pemanfaatan besi.

Terdapat beberapa proses pembuatan baja, yaitu: dengan menggunakan Konvertor,

Dapur Siemens Martin (Open Hearth Furnance), Metode Basic Oxygen Furnace

dan dengan Metode Dapur Listrik.

Proses yang paling umum digunakan dalam industri baja adalah proses metode

Basic Oxygen Furnace karena proses ini merupakan penyempurnaan dari proses-

proses pembuatan baja yang lainnya.

B. Daftar Pustaka

A.K. Chakrabarti, “Steel Making”, 2nd edition, PHI Learning Private Limited New Delhi, May 2010Amin, M. dan AdilJ amali. 2003. Pengolahan Pellet Bijih Besi Halus menjadi Hot Metal di dalam Kupola. Jurnal Kimia Indonesia Vol. 1 (2), 2006, h. 87-92Biswas, A.K. 1981. Principles of Blast Furnace Iron Making, Cootha Publishing House, Brisbane AustraliaDaryus, Asyari. Proses Produksi. Jakarta. Universitas Darma Persada

26

Direktorat Jendral Pendidikan.2003.Proses Pembuatan Besi dan Baja.Jakarta.Departemen Pendidikan Nasionalhttp://www.majalahtambang.com, diakses tanggal 19 Oktober 2013Indarto Katim dkk. 1994. Pemanfaatan Pasir Besi Titan untuk Pembuatan Besi Cor, Titan Oksida dan Logam Titan. Puslit Metalurgi LIPIPusat Teknologi Sumberdaya Mineral - BPPT.2010. Pemanfaatan Laterit untuk SRPKopfle, T. 1999. Depelopment of Direct Reduction in the iron and Steel Industry. Direct Reduced Iron Teknology and Economics of Productions and Use.The Iron and Steel Society. Warrendale. (Hal 3-8)Sun, S. 1997. A Study of Kinetics and Mechanism of Iron Ore Reduction in Ore/Coal

27