MODUL ILMU BAHAN

POKOK BAHASAN II

LOGAM BESI

Besi dan paduannya banyak digunkan dalam berbagai industri. Banyaknya penggunaan logam besi dan paduannya ini dikarenakan jumlah besi yang melimpah, mudah pengolahannya, serta kekuatannya dalam menahan beban. Logam ferro adalah suatu logam paduan yang terdiri dari campuran unsur karbon dengan besi. Untuk menghasilkan suatu logam paduan yang mempunyai sifat yang berbeda dengan besi dan karbon maka dicampur dengan bermacam logam lainnya. Logam ferro terdiri dari komposisi kimia yang sederhana antara besi dan karbon.

KLASIFIKASI LOGAM BESI

LOGAM BESI ----------------- BESI TUANG1. BESI COR KELABU2. BESI COR PUTIH3. BESI COR MALLEABEL4. BESI COR NODULER |

|------------------ BESI TEMPA

|------------------ BAJA

APLIKASI LOGAM FERRO

Peralatan-peralatan permesinan banyak yang berbahan dasar logam ferro. Baik dari jenis

besi tuang, besi tempa, ataupun dai baja dan paduannya. Pemilihan jenis logam ferro sebagai bahan

permesinan tentu tidak bisa lepas dari sifat sifat logam ferro dan paduannya. Logam ferro memiliki

sifat mekanik yang bagus, logam ferro memiliki ketahanan yang bagus terhadap beban statis,

dinamis, atau berubah ubah pada berbagai keadaan dengan rentang suhu yang cukup tinggi atau di

bawah nol derajat. Selain sifat mekanik yang baik, logam ferro juga memilikisifat teknologi yang

bagus pula, dengan sifat teknologi yang baik ini maka, semakin memudahkan pengolahan logam

ferro menjadi peralatan-perlatan permesinan.

Aplikasi logam ferro dan paduannya di kapal juga sangat beragam, mulai dari bahan sebagai

plat lambung kapal, konstruksi kapal sampai pada perlatan permesinan. Pada peralatan permesinan

diantarannya pada komponen-komponen mesin penggerak utama. Komponen-komponen mesin

penggerak utama yang menggunakan bahan dasar logam ferro antara lain:

1. Peralatan dengan bahan dasar baja: crankshaft, connecting rod, piston rod, crosshead,

piston, piston crowns, cylinder cover, bolt and studs, bearings

2. Peralatan dengan bahan dasar besi tuang : engine block, bedplates, cylinder block,

cylinder covers, piston.

Selain komponen-komponen mesin penggerak utama tersebut, peralatan-peralatan lain yang

menggunakan bahan dasar logam ferro antara lain: pipa-pipa bilga, ballast, dan pipa-pipa dasar

MODUL ILMU BAHAN

berganda, dan katup-katup yang banyak menggunakan bahan dasar baja atau baja stainless.

Pemilihan bahan tersebut tentu mengacu pada persyaratan klasifikasi kapal.

2.2 PROSES PEMBUATAN LOGAM FERRO

Bahan besi di alam terdapat dalam batu-batuan mineral. Mineral merupakan bahan yang memiliki

susnan kimia yang tetap, dan batu-batuan tersebut tersusun atas dua macam atau lebih mineral.

Pada umumnya bahan bijih besi terdapat pada batuan-batuan, dan dalam batu-batuan tersebut tidak

hanya mengandung satu jenis logam besi, namun juga mengandung unsur-unsur lainnya. Sehingga

dlam pengolahan awal, bijih besi harus dipisahkan dari unsur-unsur lainnya, sebelum dijadikan besi

kasar, yang nantinya kemudian bisa diolah menjadi baja, besi tuang atau besi tempa. Bijih besi yang

ada di alam, berbentuk oksida besi. Bahan bahan tersebut antara lain

1. Batu besi coklat (2Fe2O3.3H2O) dengan kandungan besi berkisar 40%

2. Batu besi merah atau hematit (Fe2O3) dengan kandungan besi berkisar 50%

3. Batu besi magnet (Fe2O4) berwarna hijau kehitaman bersifat magnetis dengan kandungan

besi berkisar 60%

4. Batu besi kalsit (FeCO3) yang disebut sterosiderit dengan kandungan besi berkisar 40%

Bijih besi tersebut pada alam biasanya bercampur dengan pasir, tanah liat, dan batu-batuan.

Untuk mendapatkan bijih besi, maka dilakukan pemisahan bijih besi atau dikenal dengan proses

reduksi. Proses ini dilakukan didalam dapur tinggi (tanur tinggi). Dalam proses reduksi ini, bijih

besi dipisahkan

PROSES PEMBENTUKAN BESI MENTAH(PIG IRON)

PROSES pembetukan pig iron

1. Persiapan sebelum bijih besi dimasukkan kedalam tanur tinggi.

Bijih besi dari tambang biasanya masih bercampur dengan pasir, tanah liat, dan batu-batuan

dalam bongkah-bongkahan yang tidak sama besar. Untuk kelancaran proses pengolahan

bijih besi, bongkah-bongkah tersebut dipecahkan dengan mesin pemecah, kemudian disortir

antara bijih besih dan batu-batuan ikutan dengan tromol magnet. Pekerjaan selanjutnya

adalah mencuci bijih besi tersebut dan mengelompokkan menurut besarnya, bijih-bijih besi

halus dan butir-butir yang kecil diaglomir di dalam dapur sinter atau rol hingga berupa bola-

bola yang dapat dipakai kembali sebagai isi dapur. Setelah bijih besi itu dipanggang di

dalam dapur panggang agar kering dan unsur-unsur yang mudah menjadi gas keluar dari

bijih kemudian dibawa ke dapur tinggi diolah menjadi besi kasar.

2. Proses didalam dapur tinggi

MODUL ILMU BAHAN

Dapur tinggi terbuat dari susunan batu tahan api yang diperkuat dengan tiang-tiang baja dan

selubung baja untuk memperkokoh konstruksinya. Dapur tinggi mempunyai bentuk dua

buah kerucut yang berdiri satu di atas yang lain pada alasnya. Pada bagian atas adalah

tungkunya yang melebar ke bawah, sehingga muatannya dengan mudah meluncur kebawah

dan tidak terjadi kemacetan. Bagian bawah melebar ke atas dengan maksud agar muatannya

tetap berada di bagian ini.

Dapur diisi dari atas dengan alat pengisi. Berturut-turut dimasukkan kokas, bahan tambahan

(batu kapur) dan bijih besi.

Kokas adalah arang batu bara yaitu batu bara yang sudah didestilasikan secara kering dan

mengandung belerang yang sangat rendah sekali. Kokas berfungsi sebagai bahan bakarnya

dan membutuhkan zat asam yang banyak sebagai pengembus. Agar proses dapat berjalan

dengan cepat udara pengembus itu perlu dipanaskan terlebih dahulu di dalam dapur

pemanas udara.

Batu kapur sebagai bahan tambahan gunanya untuk mengikat abu kokas dan batu-batu

ikutan hingga menjadi terak yang dengan mudah dapat dipisahkan dari besi kasar. Terak itu

sendiri di dalam proses berfungsi sebagai pelindung cairan besi kasar dari oksida yang

mungkin mengurangi hasil yang diperoleh karena terbakarnya besi kasar cair itu. Batu kapur

(CaCO3) terurai mengikat batu-batu ikutan dan unsur-unsur lain.

MODUL ILMU BAHAN

Prinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini zat karbon

monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat asam pada suhu tinggi. Pada

pembakaran suhu tinggi + 18000 C dengan udara panas, maka dihasilkan suhu yang dapat

menyelenggarakan reduksi tersebut.

Bahan-bahan pengisi dapur tinggi akan mengalami proses fisika dan kimia sebagai berikut:

1. Mula mula dilakuakan pemanasan pendahuluan, didalam dapur tinggi gas-gas hasil

pembakaran yang suhunya masih panas akan naik ke atas sambil memanaskan bahan-

bahan yang diisikan, sehingga air dan zat-zat yang mudah menguap dalam zat-zat

pengisi akan segera menguap hingga bahan-bahan menjadi cukup kering.

2. Langkah berikutnya adalah proses reduksi, dalam dapur tinggi yang bertemperratur

8000C sampai 14000C, akan terjadi serangkaian-serangkaian reaksi kimia antara lain

reaksi reduksi biji besi, reaksi pembakaran kokas, dan penguraian batu kapur

C + CO ------------ CO2

CO2 + C ----------- 2CO

Gas CO yang terjadi akan mereduksi biji besi, dengan reaksi sebagai berikut:

Fe3O4 + CO -------- 3FeO + CO2

Fe2O3 + CO ------- 2FeO + CO2

Kedua reaksi tersebut dinamakan reaksi tidak langsung. Pada daerah reduksi juga terjasi

penguraian batu kapur dan mungkin juga penguraian MgCO3 ataupun FeCO3 yang

mungkin terdapat dlam batu kapur tersebut menurut reaksi berikut:

CaCO3 ------------ CaO + CO2

MgCO3 ----------- MgO + CO2

FeCO3 ------------ FeO + CO2

Gas CO2 hasil dari penguraian ini akan bersinggungan langsung dengan kokas menurut

reaksi ini:

CO2 + C --------- 2CO

3. Langkah berikutnya adalah proses peleburan. Pada temperatur 1400 sampai 16000C

akan terjadi peleburan hasil tak langsung dan juga terjadi pembetukan terak. Disamping

itu juga terjadi reduksi langsung FeO oleh kokas. Reaksi kimia yang terjadi pada daerah

ini adalah sebagai berikut:

a. Reaksi langsung : FeO + C ------ Fe + CO

b. Pembentukkan terak : CaO + SiO2 ---------- CaSiO3

Apabila bijih besi mengandung mangan maka : MnO + SiO2 ------- MnSiO3

MODUL ILMU BAHAN

Karena berat jenis besi lebih berat daripada berat jenis terak, maka terak akan

mengapung dibagian atas. Sehingga hal ini memudahkan dalam memisahkan cairan

bijih besi dengan terak.

Setiap 4 sampai 6 jam dapur tinggi dicerat, pertama dikeluarkan teraknya dan baru

kemudian besi. Besi yang keluar dari dapur tinggi disebut besi kasar atau besi mentah

yang digunakan untuk membuat baja pada dapur pengolahan baja atau dituang menjadi

balok-balok tuangan yang dikirimkan pada pabrik-pabrik pembuatan baja sebagai bahan

baku.

Besi cair dicerat dan dituang menjadi besi kasar dalam bentuk balok-balok besi kasar

yang digunakan sebagai bahan ancuran untuk pembuatan besi tuang (di dalam dapur

kubah) atau masih dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja (dapur

Siemen Martin).

Terak yang keluar dari dapur tinggi dapat pula dimanfaatkan menjadi bahan pembuatan

pasir terak atau wol terak sebagai bahan isolasi atau sebagai bahan campuran semen.

Besi cair yang dihasilkan dari proses dapur tinggi sebelum dituang menjadi balok besin

kasar sebagai bahan ancuran di pabrik penuangan, perlu dicampur dahulu di dalam bak

pencampur agar kualitas dan susunannya seragam. Dalam bak pencampur dikumpulkan

besi kasar cair dari bermacam-macam dapur tinggi yang ada untuk mendapatkan besi

kasar cair yang sama dan merata. Untuk menghasilkan besi kasar yang sedikit

mengandung belerang di dalam bak pencampur tersebut dipanaskan lagi menggunakan

gas dapur tinggi.