MATA KULIAH : METALURGI FISIK

DOSEN : EDI SEPTE S

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS BUNG HATTA

PROSES PENGOLAHAN BESI DAN BAJA

Besidanbajasampaisaatinimendudukiperingkatpertamalogam

yangpalingbanyakpenggunaanya,besidanbajamempunyaikandunganunsur utama yang sama yaitu Fe, hanya kadar karbon lah yangmembedakanbesidanbaja.Penggunaanbesidanbajasangat luasmulaidariperlatanyangsepelesepertijarum,penitisampaidenganalatberat. Besi dan baja diperoleh dari hasil pengolahan bijih besi menjadibesikasaruntukselanjutnyadiolahmenjadibesiataubaja. PengolahanBesiKasar

Besi kasar diperoleh dari peleburan oksida besi atau bijih besi

Hematite (70%Fe),Magnetite (72%Fe)danLimonite (60%Fe)didalamtanur tinggi. Bijih besi tersebut mulamula dibersihkan dengan caramencucinya pada saluran goyang, kemudian dihaluskan dengan prosespemecahan secara bertingkat. Pemecahan diawali dengan prosesbreaking menggunakan hammer mill yang mampu mereduksi dimensibijihbesidari3001500mmmenjadi100200mm.Kemudiandilanjutkandengan proses crushing menggunakan gyratori mill yang mampumereduksidimensibijihbesihingga10mm.Danterakhirdenganprosesgrinding menggunakan ballmill yang menghasilkan butiran bijih besiberukuran0,0050,15mm.

Butiranbijihbesihalus tersebutkemudiandilewatkanpadarodamegnetik untuk memisahkan bijih yang mengandung kadar Fe yangtinggi dan yang rendah. Bijih yang mengandung kadar Fe yang tinggikemudian di sinter untuk mengurangi kadar air, karbon dan zatasamnya. Selanjutnya bijih besi tersebut dilebur didalam tanur tinggi.Tanurtinggiinimemilikitinggi911mdanlebar3040m.

Kedalam tanur tinggi secara bergantian dimasukkan kokas, bijihbesi dan batu kapur dengan perbandingan 2 : 1 : 0,5.Kokas berfungsisebagai bahan bakar, sedangkan batu kapur berfungsi sebagi pengikatterak(kotoran)hasilprosespeleburan.Setelahtanurterisikirakiradaritingginya, kemudian kedalamnya dihembuskan udara panasmenggunakan blower. Udara yang mengandung CO2, CO dan O2 inibertemperatur1650oC.Didalamtungkuudaraituakanmembakarkokasdanmeleburbijihbesi.

MATA KULIAH : METALURGI FISIK

DOSEN : EDI SEPTE S

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS BUNG HATTA

Pada saat kokas terbakar, temperaturdidalam tungkumeningkathingga1000oC.GasCOdaripembakaranituakanbergerakkebagianatastungkubersamadengangasCOdariudarapanas.DalamperjalanannyagasCOtersebutbereaksidenganbijihbesiyangmemberikanefekreduksi,denganreaksi:

Fe2O3+CO=2FeO+CO2.3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2.Fe3O4+CO=3FeO+CO2.

Karbon dioksida yang terdapat didalam tungku bereaksi dengan kokasdanmeghasilkangasCO,reaksinya:

CO2+C[KOKAS]=2CO.Padasaatsebagiankokassudahterbakar,oksidabesiakanbergerakturunkebagianbawahtungku.Padasaatmencapaidaerahbertemperatur14001800oC,terjadireaksireduksiFeOmenjadibesi,reaksinya: FeO+CO=Fe+CO2.Besimenjadicair, turunkebagianbawah tungkudan terkumpuldidasartungku.SedangkangasCO2akanbergeraknaikkebagianatastungku.Padasaatyangbersamaan,sebahagianunsur ikutanMnOdanSiO2akanbereaksidenganCdantereduksimenjadiMndanSi,reaksinya: MnO+C=Mn+COdanSiO2+2C=Si+2COSementara itu batu pada saat pembakaran berlangsung, batu kapurtereduksimenjadiCaO,reaksinya: CaCO3=CaO+COCaOiniselanjutnyabereaksidengansulfurdankarbonmembentukterak,reaksinya: CaO+S+C=CaS+CO.SebagianCaOinijugabereaksidenganSiO2danmembentukterak. CaO+SiO2=CaSiO3.

Akibat ketidak sempurnaan pembakaran, sebagian karbon yangtidak terbakarakan ikut turunkebagiandasar tungkubersamabesi cairdan terak cairdanmembentukdua lapisan.Lapisanbawah adalahbesicairbercampurkarbon, sedangkanbagian atasnya terak cair.Terak cairdikeluarkandari tungkumelalui cerat terak, sedangkanbesikarbon cairdikeluarkandaritungkumelaluiceratlainnya.

Besikarbon hasil proses reduksi tanur tinggi ini disebut besikasarataupigiron.Besikasarinimengandung24,5%C;0,31,3%Si;0,52%Mn;0,11,0%Pdan0,020,08%S.Besikasarinikemudianmengalamiproses lanjutan :dituang (dicetak)menjadibesikasarpadat,ataudalamkeadaancairdiolahmenjadibaja.

MATA KULIAH : METALURGI FISIK

DOSEN : EDI SEPTE S

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS BUNG HATTA

PengolahanBesiTuang

Besi tuang merupakan paduan besi dan karbon dengan elemenelemenlainsepertiSi,S,MndanP.Logaminimengandungkarbonyangbanyakdalambentuklarutanpadatdalamfasaaustenitpadatemperatureutektik. Besi tuang diperoleh dari peleburan besi kasar dalam tanurkopula.Besituanginimengandung24,5%C.Karbondalambesituangini ditemukan dalam bentuk karbon bebas (free carbon) yang berupagrafit,karbidabesiataukombinasikeduanya.

Karakteristik besi tuang ditentukan oleh perbandingan keduabentuk karbon yang dikandungnya itu.Dalam bentuk grafit : serpihankarbonhalustersebardidalamlogam.Sedangkandalambentukkarbida:karbonmembentukikatankimiadenganbesi(Fe3C)atausementit.

Besi tuang dalam keadaan cair mengandung karbon dan unsurikutanlain.Karbonbebasdalambentukgrafitterjadiselamapendinginan.Padapendinginan lambat,butirangrafityang terbentukbesarbesar. Inimenyebabkanbesituangmemilikisifatlunakdanlebihmudahdimesin.Strukturbesituangsecaraumumterdiriatas:ferrit,sementit,pearlitdangrafit.Kekuatanbesituangdipengaruhiolehstrukturpearlit(yangterdiridariselangselinglamellarferritdansementit).

Besituangsecaraumumbersifatkerasdanrapuhsertatidakdapatdimagnetisasi dan ditemper. Besi tuang memiliki kekuatan tekan 7,8ton/cm2, tapikekuatan tariknyahanya3,1 ton/cm2.Titik lelehnya sekitar1200oC.

Besituangdapatdiklasifikasikanmenjadi :besituangkelabu,besituangputih,besituangmamputempadanbesituangnodular.Besituangbiasanya diaplikasikan untuk : rangka mesin, tiang, pipa, silinder uap,mesin kendaraan bermotor, rel, roda gila, serta komponen mesin yangmenerimabebankejutbesar.

Silikon yang terdapat dalam besi tuang biasanya

MATA KULIAH : METALURGI FISIK

DOSEN : EDI SEPTE S

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS BUNG HATTA

coran yang rumit. Sulfurdalam besi tuang biasanya

MATA KULIAH : METALURGI FISIK

DOSEN : EDI SEPTE S

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS BUNG HATTA

dansebagai landasan(fundamen)dapur.ProsesSiemenMartin inidapatdigunakan besi kelabu maupun putih. Besi kelabu dinding dalamnyadilapisi batu silika (SiO2), sedangkan besi putih dilapisi dengan batudolomit(40%MgCO3+60%CaCO3). ProsesBasicOxygenFurnace

Padaprosespengolahanbajadenganbasicoxygen furnace, logamcair dimasukkan ke ruang bakar (dimiringkan lalu ditegakkan).Kemudianoksigen(1000)ditiupkanlewatOxygenLancekeruangbakardengan kecepatan tinggi. Sebanyak 55 m3 (99,5 % O2) tiap satu tonmuatan) dengan tekanan 1400 kN/m2. Kedalam furnace ditambahkanbubukkapur(CaO)untukmenurunkankadarPdanS.

Keuntungan dari BOF, antara laina adalah prosesnya yangberlangsung cepat, hanya lebihkurang 50 menit, tidak perlu tuyer dibagianbawah,PhosphordanSulfurdapatdihilangkan lebihdahuludarikarbon, biaya operasi murah dan BOF menggunakan O2 murni tanpaNitrogen.

ProsesTanurListrikProses tanur listrik inimenggunakanbusur cahaya electrodedan

induksi listrik. Keuntungannya adalah mudah mencapai temperaturtinggi dalam waktu singkat, temperatur dapat diatur, efisiensi termistanur tinggi, cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruhlingkungan sehingga kualitasnya baik dan kerugian akibat penguapansangatkecil

ProsesTanurCawan

Proseskerjatanurcawandimulaidenganmemasukkanbajabekasdanbesikasardalamcawan,kemudian tanurditutup rapat.Selanjutnyadimasukkangasgaspanasyangmemanaskansekelilingcawansehinggamuatandalamcawanakanmencair.Bajacairtersebutsiapdituanguntukdijadikanbajabaja istimewadenganmenambahkanunsurunsurpaduanyangdiperlukan.