PAPER PROPERTI MATERIAL

METODE PEMBUATAN BAJA DENGAN

PROSES BESSEMER (1855)

Ditulis oleh :

Amri Munawar 1406607035

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK 2015

BAB I

Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Semakin berkembangnya peradaban manusia, semakin beragam pula

kebutuhanmanusia. Ini dapat dilihat dari aspek teknik sipil. Pada jaman dahulu orang

membuat jalanhanya dengan menyusun batu-batuan atau kerikil-kerikil, tapi kini semuanya

telah berubah,manusia berusaha membuat jalan sebagai sarana transportasi dengan kualitas

yang baik menggunakan teknologi rekayasa guna memenuhi kebutuhannya. Pembangunan

dalam setiap bidang yang berhubungan dalam teknik sipil dimulai dari bangunan gedung,

jembatan, jalan dan bangunan lainnya tidak akan terpisahkan dari bahan yang berasal dari

dalam perut bumi. Mulai dari batuan, batu bara, minyak bumi sampai berbagai macam

mineral yang langsung digunakan maupun yang diolah terlebih dahulu. Untuk itu dalam

kesempatan ini, akan dibahas tentang baja. Masalah ini diangkat karena ingin mengetahui

jenis-jenis baja, serta mengenal salah satu proses pembuatan baja dan syarat apa saja yang

harus dipenuhi oleh baja sebagai bahan pembuatan baja .

1.2   Tujuan

   Untuk mengetahui pengertian baja, sejarah baja, memahami proses bessemer dan jenis baja.

1.3    Batasan masalah

Batasan masalah paper ini adalah membahas salah satu proses pembuatan baja yaitu bessemer serta membahas karakteristik baja.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1       Sejarah dan Pengertian Baja

Baja adalah logam paduan, logam besi sebagai unsur dasar dengan karbon sebagai

unsur paduan utamanya. Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga

2.1% berat sesuai grade-nya. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengeras

dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal (crystal lattice) atom besi. Unsur paduan

lain yang biasa ditambahkan selain karbon adalah (titanium), krom

(chromium), nikel, vanadium, cobalt dan tungsten (wolfram). Penambahan kandungan karbon

pada baja dapat meningkatkan kekerasan (hardness) dan kekuatan tariknya (tensile strength),

namun di sisi lain membuatnya menjadi getas (brittle) serta menurunkan keuletannya

(ductility). Baja tahan karat atau lebih dikenal dengan  Stainless Steel adalah senyawa besi

yang mengandung setidaknya 10,5% Kromium untuk mencegah proses korosi (pengkaratan

logam). Kemampuan tahan karat diperoleh dari terbentuknya lapisan film oksidakromium,

dimana lapisan oksida ini menghalangi proses oksidasi besi (Ferum). Stainless Steel sering

digunakan dalam perlengkapan Stainless Steel untuk industri makanan.

           Teknik peleburan logam telah ada sejak zaman Mesir kuno pada tahun 3000 SM.

Bahkan pembuatan perhiasan dari besi telah ada pada zaman sebelumnya. Proses pengerasan

pada besi dengan heat treatment mulai diperkenalkan untuk pembuatan senjata pada zaman

Yunani 1000 SM.

            Proses pemaduan yang dibuat mulai ada sejak abad 14 yang diklasifikasikan sebagai

besi tempa. Proses ini dilakkan dengan pemanasan sejumlah besar bijih besi dan charchoal

dalam tungku atau furnance. Dengan proses ini bijih besi mengalami reduksi menjadi besi

sponge metalik yang terisi oleh slag yang merupakan campuran dari pengotor metalik dan

abu charcoal. Spone iron ini dipindahkan dari furnance pada saat masih bercahaya dan

diselimuti oleh slag yang tebal lalu slagnya dihilangkan untuk memperkuat besi. Pembuatan

besi meggunakan metode ini menghasilkan kandingan slag sekiar 3 persen dan 0,1 persen

pengotor lain. Kadang kala hasil produksi dengan metode ini menghasilkan baja bukannya

besi tempa. Para pembuat besi belajar untuk membuat baja dengan memanaskan besi tempa

dan charcoal pada boks yang terbuat dar tanah liat selama beberapa hari. Dengan proses ini

besi akan menyerap cukup karbon untuk menjadi baja sebenarnya.

 Setelah abad ke 14 tungku atau furnance yang digunakan mulai mengalami

peningkatan ukuran dan  draft yang digunakan untuk pembakaran gas melewati “charge,”

pada pencampuran material mentah. Pada tungku yang lebih besar ini, bijih besi pada bagian

bagian atas furnance akan direduksi pertama kali direduksi menjadi besi metalik dan

menghasilkan banyak karbon sebagai hasil dari serangan gas yang dilewatinya. Hasil dari

furnance ini adalah pig iron, yaitu paduan yang meleleh pada temperatur rendah. Pig iron

akan dproses lebih lanjut untuk membuat baja.

 Pembuatan baja modern menggunakan blast furnance yang juga digunakan untuk

memurniakan besi oleh pembuat besi yang lampau. Proses pemurnian besi cair dengan

peledakan udara diakui oleh penemu Inggris Sir Henry Bessemer yang mengembangkan 

Bessemer furnance, atau pengkonversi, pada tahun 1855. Sejak tahun 1960 telah diproduksi

baja dari besi bekas secara kecil-kecilan pada furnance elektrik, sehingga dinamakan mini

mills. Mini mills adalah komponen yang sangat sangat penting bagi produksi baja Amerika.

Mills yang lebih besar digunakan pada produksi baja dari bijih besi.

2.2  Sifat Baja

 Beberapa sifat - sifat baja secara umum adalah :

1. Keteguhan (solidity)

2. Mempunyai ketahanan terhadap tarikan, tekanan atau lentur

3. Elastisitas (elasticity)

Kemampuan / kesanggupan untuk dalam batas –batas pembebanan tertentu,

sesudahnya pembebanan ditiadakan kembali kepada bentuk semula.

4. Kekenyalan / keliatan (tenacity)

Kemampuan/kesanggupan untuk dapat menerima perubahan perubahan bentuk

yang besar tanpa menderita kerugian-kerugian berupa cacat atau kerusakan

yang terlihat dari luar dan dalam untuk jangka waktu pendek

5. Kemungkinan ditempa (maleability)

Sifat dalam keadaan merah pijar menjadi lembek dan plastis sehingga dapat

dirubah bentuknya.

6. Kemungkinan dilas (weklability)

Sifat dalam keadaan panas dapat digabungkan satu sama lain dengan memakai

atau tidak memakai bahan tambahan, tampa merugikan sifat-sifat

keteguhannya

7. Kekerasan (hardness)

2.3 Klasifikasi Baja

Pengklasifikasian baja secara umum beserta penjelasannya menurut “Handbook

of Comparative World Steel Standards” adalah sebagai berikut:

2.3.1 .Baja Karbon (Carbon Steel)

Baja karbon adalah baja yang mengandung karbon sampai 1,7 %.Penggunaan baja

karbon banyak dipakai dalam kehidupan sehari-hari untuk kepentingan yang umum.

Pembagian baja karbon adalah sebagai berikut:

a.       Low Carbon Steel ( < 0.2 % Carbon )

                        Baja low carbon biasanya digunakan untuk automobile body panels, tin

plate dan wire product yang membutuhkan keuletan yang tinggi.

b.      Medium Carbon Steel ( 0.2 - 0.5 % Carbon )

Baja medium carbon biasanya digunakan dalam kondisi hasil quench dan

tempered dan banyak digunakan sebagai shaft, axle, gear, crankshaft, coupling,dan

forging.

c.       High Carbon Steel ( > 0.5 % Carbon )

Baja high carbon banyak digunakan pada spring material dan high-strength

wire. Selain pembagian berdasarkan persen kadar karbon di atas, masih terdapat baja

karbon dengan kadar mangan yang tinggi (High Manganese Carbon Steel), yaitu

sekitar 1.1-1.4 % Mn. Baja jenis ini banyak digunakan dalam aplikasi rel kereta api.

2.3.2 Baja Paduan (Alloy Steel)

Baja paduan adalah campuran antara baja karbon dengan unsur-unsur

lain yang akan mempengaruhi sifat-sifat baja, misalnya sifat kekerasan, liat,

kecepatan membeku, titik cair, dan sebagainya yang bertujuan memperbaiki

kualitas dan kemampuannya. Penambahan unsur-unsur lain dalam baja karbon

dapat dilakukan dengan satu atau lebih unsur, tergantung dari karakteristik

atau sifat khusus yang dikehendaki.

a.       Low Alloy Steel ( < 8 % Alloying Element)

Salah satu contoh baja jenis ini yang terkenal adalah HSLA (High Strength

lowAlloy) yang menggunakan paduan Nb, V, Ti, dan Al.

b.      High Alloy Steel ( > 8 % Alloying Element)

Penggunaan baja paduan tinggi biasanya bertujuan untuk meningkatkan sifat-

sifat baja, yaitu:

1.      Corrosion Resistant (Austenitic dan Duplex)

2.      Heat Resistant (Austenitic)

3.      Wear Resistant (Manganese Steel)

2.3.3 Baja Tahan Karat (Stainless Steel)

Baja tahan karat adalah paduan besi dengan minimal 12% Chromium. Jadi

tanpa tambahan apapun perpaduan Besi dengan 12% Chromium bisa disebut Stainless

Steel. Komposisi ini membentuk thin protective layer Cr2O3. Proses pembuatan baja

tahan karat terdapat 2 tahap, yaitu pertama menggunakan

sistem Electric ArcFurnace (EAF)  untuk melelehkan scrap dan ferro alloy berkarbon

tinggi sebagai bahan murah sumber krom, lalu lelehannya disempurnakan dengan

proses yang menggunakan alat Argon Oxygen Decarburizer (AOD), dengan proses

kedua ini akan menghilangkan kandungan Karbon dan pegotor lainnya.

BAB III

PEMBAHASAN

3.1  Proses Bessemer

Proses Bessemer adalah proses untuk produksi massa baja dari cair pig iron.

Proses ini dinamai 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 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 adalah 0,1%). Besi kasar yang mengandung fosfor

rendah diambil karena unsur fosfor tidak dapat direduksi dari dalam besikasar 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 dalam 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 atau disebut juga kedudukan proses. 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.

            Baja dapat dihasilkan dengan mengembuskan udara melalui besi kasar cair di

dalam dapur yang disebut “konvertor”, sehingga unsur – unsur yang tidak murni akan

dikeluarkan dengan jalan oksidasi. Pada waktu itu cara pembuatan jalan kereta api

dan pembuatan peralatan hampir sama pentingnya. Karena sejak udara dimasukkan

atau diembuskan, kotoran – kotoran di dalam baja akan berkurang.

            Proses Bessemer mengolah baja dengan menggunakan besi kasar berkualitas

baik yang mengandung fosfor rendah. Bila fosfornya tinggi baja yang dihasilkan

berkualitas rendah, sebab dalam proses pengolahan tidak seluruh fosfor dapat

dikeluarkan. Masalah pengeluaran unsur fosfor telah dapat dipecahkan pada proses

dapur Thomas, dengan menggunakan batu kapur pada lapisan dasar dapur. Sehingga

sampai saat ini proses Thomas digunakan untuk memproses besi kasar dapat kaya

dengan fosfor.

3.2 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).

3.3 Kelemahan proses bessemer

Kelemahan proses ini adalah :

1. Kadar phosphor tak dapat dihilangkan karena phosphor tidak dapat

menjadi terak bila diikat dengan batu kapur (CaO).

2. Bila ditambahkan batu kapur, lapisan batu tahan api (SiO2) akan

bereaksi dengan batu kapur.

BAB IV

Kesimpulan dan Saran

4.1 Kesimpulan

 Baja pada dasarnya adalah besi (Fe) dengan tambahan unsur karbon (C) sampai

dengan 1,67 % (maksimal). Jenis-jenis baja dibagi menjadi beberapa macam, yaitu baja

karbon, baja paduan dan baja tahan karat (Stainless Steel). Proses pembuatan baja terbagi

menjadi tiga, yaitu : proses konvertor, proses terbuka (Open Hearth Furnace) dan proses

dapur listrik (Electric Arc Furnace).

Pada paper ini , penulis membahas salah satu proses konverter yaitu proses bessemer

dan membahas karakteristik baja.

4.2 Saran

Penulis mengaharapkan kritik dan saran yang membangun untuk perbaikan tulisan ini.