Pengolahan Besi

Besi terdapat di alam dalam bentuk senyawa, antara lain sebagai hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3¬O4), pirit (FeS2) dan siderit ( FeCO3). Salah satu kelemahan besi adalah mudah mengalami korosi. Korosi menimbulkan banyak kerugian karena mengurangi umur pakai berbagai barang atau bangunan yang menggunakan besi atau baja. Sebenarnya korosi dapat dicegah dengan mengubah besi menjadi baja tahan karat (stainless steel), akan tetapi proses ini terlalu mahal untuk kebanyakan penggunaan besi.

Besi pada dasarnya dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu:

a.      Besi murni, yang memiliki berat jenis = 7,876 dan titik lelehnya sekitar 1525^○C.

b.      Besi teknik, berat jenisnya rata-rata = 7,85

Besi teknik selalu bercampur dengan unsur-unsur lain seperti: karbon (C), silikon (Si), mangan (Mn), belerang (S), dan tembaga (Cu). Besi teknik terbagi atas:

a.      Besi mentah, tidak dapat di tempa kadar arangnya lebih dari 3,5%

b.      Besi tuang, tidak dapat ditempa, kadar aranganya 1,7-3,5%

c.       Baja, dapat ditempah, kadar arangnya 1,7%.

Sifat dari besi teknik terutama ditentukan oleh kadar zat arangnya. Orang masih menemukan besi bersenyawa dengan bahan lain seperti kapur, asam arang, belerang, posfor. Persenyawaan ini disebut bijih besi, dan jika bijih besi ini mengandung cukup besi (30-40%), maka bijih besi ini dapat diolah menjadi besi.

1.     Proses Pengolahan Bijih Besi

a.      Proses penambangan bijih besi

Proses penambangan bijih besi dapat dilakukan dengan beberapa cara diantaranya yaitu:

1.      Tambang terbuka  (surface mining) : adalah metode penambangan yang segala kegiatan dan aktivitasnya dilakukan di atas atau relif dekat permukaan bumi dan tempat kerjanya berhubungan dengan udara luar.

2.      Tambang dalam/tambang bawah tanah (underground mining) : adalah metode penambangan yang segala kegiatan dan aktivitasnya dilakukan di bawah permukaan bumi, dan tempat kerjanya tidak  berhubungan dengan udara luar.

3.      Tambang di bawah air (underwater mining) : adalah metode penambangan yang segala kegiatan dan aktivitasnya dilakukan dibawah permukaan air.

b.      Pengerjaan bijih besi

Bahan yang diperoleh dari penambangan, masih berbentuk bongkahan-bongkahan terlebih dahulu dikerjakaan dengan cara pemecahan bijih-bijih besi. Pada proses ini bijih besi dihancurkan dan sebagian besar berupa kotoran yang terdapat pada bijihnya, dibuang dengan menggunakan metode pemisahan media berat.

c.       Pemerosesan bijih-bijih

pemerosesan bijih-bijih yaitu proses pemisahan logam murni dan senyawanya dari bijih-bijihnya. Proses ini secara umum dibagi atas:

1.        Pyrometallurgi

Yaitu pemisahan logam dilakukan dengan cara menaikkan tempratur bijih-bijih hingga mendidih, sehingga terjadi pemisahan diakibatkan adanya perbedaan berat jenis dari bahan-bahan yang terdapat pada bijih-bijih tersebut.

2.        Hidrometallurgi

Yaitu pemisahan bijih-bijih besi dengan cara menambahkan cairan asam atau basa yang sesuai denagn jenis logam yang terdapat pada bijih-bijih yang dikerjakan.

2. Proses Pada Dapur Tinggi

Dapur tinggi terbuat dari susunan batu tahan api yang diperkuat dengan tiang-tiang baja. Dalam dapur tinggi akan terjadi proses reduksi bijih besi menjadi besi kasar (besi mentah). Selain itu, juga terjadi reaksi-reaksi kimia yang menyertai proses reduksi tersebut. Berikut adalah gambar dapur tinggi beserta bagian-bagiannya.

Gambar 1. Dapur tinggi

Dapur tinggi didirikan  diatas fondasi yang diperkuat oleh tiang-tiang baja. Bagian dalam dapur tinggi dilapisi batu tahan api yang mempunyai sifat tahan terhadap suhu tinggi dan dan merupakan penyekat panas. Pada bagian atas dapur terdapat corot pengisi yang bekerja secara bergantian sehingga kehilangan gas dapur tinggi dapat dicegah sekecil mungkin. Dapur tinggi ini dilengkapi dengan alat pemanas udara (pesawat Cowper), alat pemisah debu dan sebagainya.

a.         Pengisian Bahan

Bahan-bahan yang akan diisikan ke dalam dapur tinggi ialah : bijih besi, kokas, dan batu kapur. Bahan ini disimpan di dekat dapur tinggi supaya pengisiannya mudah. Bahan-bahan diangkut ke puncak dapur tinggi dengan alat pengangkut selapis demi selapis. Mula-mula diisikan bijih besi  3 m³ , dan seterusnya secara bergantian sehingga pengisian bahan akan berlangsung secara terus menerus.  

b.        Proses Dapur Tinggi

Bahan-bahan pengisi dapur tinggi ialah bijih besi, kokas dan batu kapur yang akan mengalami proses fisika ataupun kimia. Mula-mula bahan tersebut akan mengalami pemanasan pendahuluan, kemudian disusul oleh reaksi reduksi dan terjadi peleburan besi.

1.      Pemanasan pendahuluan

Di dalam dapur tinggi gas-gas hasil pembakaran yang suhunya masih panas akan naik ke atas sambil memanaskan bahan-bahan yang diisikan. Akibatnya air dan zat-zat yang mudah menguap yang terdapat dalam bahan-bahan pengisi akan menguap sehingga akhirnya bahan-bahan akan menjadi cukup kering.

2.      Proses reduksi

Dalam daerah reduksi yaitu daerah dapur tinggi dan suhu berkisar 800^oC – 1400^oC, akan terjadi serangkaian reaksi-reaksi kimia antara lain reaksi reduksi bijih besi, reaksi pembakaran kokas, dan peruraian batu kapur.

Karena pengaruh udara maka kokas akan terbakar menurut reaksi sebagai berikut:

                                                      C + O_{2 ---------------} CO₂

Dalam pembakaran ini akan dihasilkan panas sehingga mampu untuk meleburkan bijih besi dan juga dapat mempercepat reaksi-reaksi yang lain. Selanjutnya gas CO₂ yang terjadi akan naik ke atas bersinggungan dengan lapisan kokas diatasnya dan bereaksi menurut reaksi sebagai berikut :

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

Gas CO yang terjadi akan mereduksi bijih besi menurut reaksi berikut :

Fe₃O₄ + CO ----------- 3FeO + CO₂

Fe₂O₃  + CO ----------  2FeO + CO₂ 

Kedua reaksi di atas disebut reaksi reduksi tidak langsung.

Pada daerah reduksi juga terjadi peruraian batu kapur dan mungkin juga peruraian MgCO₃ ataupun FeCO₃ yang mungkin terdapat dalam batu kapur tersenut menurut reaksi berikut :

CaCO₃  ---------- CaO + CO₂

MgCO₃  ---------- MgO + CO₂

FeCO_{3    ----------------} FeO + CO₂  

Gas CO₂ hasil dari peruraian ini akan bersinggungan dan bereaksi dengan lapisan kokas menurut reaksi berikut :

CO₂  + C --------- 2CO

3.      Proses Peleburan

Pada daerah hentian suhu mencapai 1400^oC – 1600^oC. Disini akan terjadi peleburan hasil reduksi tak langsung dan juga terjadi pembentukan terak . Disamping itu juga akan terjadi reduksi langsung FeO oleh kokas. Reaksi-reaksi kimia yang terjadi pada daerah ini adalah sebagai berikut :

Reduksi langsung        FeO        +          C  ----  Fe            +       CO
Pembentukan terak     CaO + SiO₂ ----    CaSiO₃

Kalau bijih besi mengandung Mangan  MnO + SiO₂  ----   MnSiO₃

Karena berat jenis terak lebih ringan daripada berat jenis besi, maka terak akan mengapung pada bagian atas.

Besi mentah yang dihasilkan bukan merupakan besi murni tetapi masih mengandung unsure yang lain seperti karbon (C) yang berasal dari kokas, silisium (Si), mangan (Mn) dan Phospor (P) yang berasal dari bijih besi.

Input  dapur tinggi  :

1. biji besi.

2. kokas.

3. batu kapur.

Out put dapur tinggi  :

1. Gas Buang (CO2 dan Gas Lainnya).

2. besi kasar.

3. kerak.

Hasil dari proses dapur tinggi yang paling penting adalah besi kasar/besi murni.

3.   Besi Kasar

Ada dua macam besi kasar yang dihasilkan oleh dapur tinggi yaitu besi kasar putih dan besi kasar kelabu.

1.      Besi kasar kelabu (Kishy pig iron)

Nama besi kasar ini didapat berdasarkan warna bidang patahnya, yang berwarna kelabu muda sampai tua hampir hitam. Besi kasar kelabu lebih halus lebih liat dibandingkan dengan besi kasar putih, Titik Cairnya = 1300O^○C dan berat jenisnya 7-7,2.
Besi     kasar   kelabu ada      2          macam                        yaitu:

a.        Besi kasar kelabu muda

Besi kasar ini mengandung silisium ½ % – 1 % dan butirbutirnya halus baik untuk silinder mesin.

b.        Besi kasar   kelabu tua
Sifat-sifatnya mudah dituang butir-butirnya kasar juga tahan terhadap tekanan tinggi.

2.      Besi kasar putih (Forge pig iron)

Nama besi kasar ini juga didapat dari warna bidang patahnya. Pada besi kasar ini zat arangnya sebagian besar berbentuk karbid besi (Fe3C), sehingga sifatnya keras dan getas. Titik cairnya + 1100 °C. Kadar karbonnya 2,3 % – 3,5 %, dan kadar mangannya agak besar. Besi kasar ini paling baik untuk digunakan untuk baja, berat jenisnya 7,58 – 7,73.

4. Dapur Baja

Dewasa ini telah digunakan beberapa cara moderen dalam pembuatan baja. Ada tiga proses dalam pembuatan baja secara moderen, yaitu:

1.        Proses dengan menggunakan konverter.

2.        Proses siemenes martin.

3.        Proses dapur tinggi.

1.      Proses dengan menggunakan konverter

 Dimana proses konverter adalah salah satu proses dari dapur baja yang menggunakan

batu bata tahan api yang bersifat asam dan juga batu bata yang bersifat basa. Fungsi dari pada batu bata tahan api tersebut adalah menahan panas dan mampu sampai lebih dari 1000 derajat Celcius. Biasa digunakan pada incinerator, cerobong, kiln, dryer, rotary, dll. Batu bata tahan api seniri diperlukan oleh setiap industri yang dalam pengolahan produksinya mengunakan Tungku Pembakaran (Furnace), Ketel Uap (boiler), dan Tungku Peleburan.

Proses konverter terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap ke samping.

Sistem kerja :

1.            Dipanaskan dengan kokas sampai + 1500°C)

2.            Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja (+ 1/8 dari volume konveror)

3.            Kembali ditegakkan

4.            Udara dengan tekanan 1,5-2 atm dihembuskan dari kompresor.

5.                  Setelah 20 – 25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengeluarkan isinya.

Proses konvertor :

a.      Proses Bessemer untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang rendah.

b.      Proses Thomas untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang tinggi.

a.      Proses Bassemer

            Gambar 2. Henry Bessemer

Proses Bessemer adalah proses untuk produksi massa baja dari cair pig iron. Proses ini dinamai sesuai dengan nama penemunya, Henry Bessemer, yang mengeluarkan paten pada tahun 1855. 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 ini dilakukan dalam kontainer baja bulat telur besar yang disebut Converter Bessemer.Konvertor dibuat dari plat baja dengan sambungan las atau paku keling. Bagian dalamnya dibuat dari batu tahan api. Batu tahan api yang digunakan untuk lapisan bagian dalam Konvertor dapat bersifat asam. Konvertor disangga dengan alat penyangga yang dilengkapi dengan trunnion untuk mengatur posisi horizontal atau vertikal Konvertor. Kapasitas sebuah konverter 8-30 ton besi cair dengan muatan yang biasa berada di sekitar 15 ton. Dibagian atas konverter merupakan pembukaan, biasanya miring ke sisi relatif terhadap tubuh kapal, dimana besi diperkenalkan dan produk jadi dihapus. Bagian bawah ini berlubang dengan sejumlah saluran yang disebut tuyères melalui udara dipaksa menjadi konverter. Konverter ini diputar pada trunnions sehingga dapat diputar untuk menerima tuduhan, berbalik tegak selama konversi dan kemudian diputar lagi untuk menuangkan baja cair di akhir.

Konvertor Bessemer dilapisi dengan batu tahan api yang bersifat asam. Dibagian atasnya terbuka sedangkan pada bagian bawahnya terdapat sejumlah lubang-lubang untuk saluran udara. Bejana ini dapat diguling-gulingkan.

Korvertor Bessemer diisi dengan besi kasar kelabu yang banyak mengandung silisium. Silisium dan mangan terbakar pertama kali, setelah itu baru zat arang yang terbakar. Pada saat udara mengalir melalui besi kasar udara membakar zat arang dan campuran tambahan sehingga isi dapur masih tetap dalam keadaan encer.

Setelah lebih kurang 20 menit, semua zat arang telah terbakar dan terak yang terjadi dikeluarkan. Mengingat baja membutuhkan karbon sebesar 0,0 sampai 1,7 %, maka pada waktu proses terlalu banyak yang hilang terbakar, kekurangan itu harus ditambah dalam bentuk besi yang banyak mengandung karbon. Dengan jalan ini kadar karbon ditingkatkan lagi. dari oksidasi besi yang terbentuk dan mengandung zat asam dapat dikurangi dengan besi yang mengandung mangan. Udara masih dihembuskan ke dalam bejana tadi dengan maksud untuk mendapatkan campuran yang baik. Kemudian terak dibuang lagi dan selanjutnya muatan dituangkan ke dalam panci penuang.

Pada proses Bessemer menggunakan besi kasar dengan kandungan fosfor dan belerang yang rendah tetapi kandungan fosfor dan belerang masih tetap agak tinggi karena dalam prosesnya kedua unsur tersebut tidak terbakar sama sekali. Hasil dari konvertor Bessemer disebut baja Bessemer yang banyak digunakan untuk bahan konstruksi. Proses Bessemer juga disebut proses asam karena muatannya bersifat asam dan batu tahan apinya juga bersifat asam. Apabila digunakan muatan yang bersifat basa lapisan batu itu akan rusak akibat reaksi penggaraman.

b.      Konverter 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 (Mg CO₃ 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 teroksider 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 Carbon (C) akan terbakar, berarti kadar C menurun. Jika kadar C tinggal 0,1 - 0,2%, maka temperatur akan turun menjadi 1400 - 1420^oC.

Setelah temperatur turun menjadi 1400oC, mulailah periode ke III (Reddish Smoke Periode) yaitu terjadinya oksidasi dari Fe secara intensif dan terbentuklah terak dengan  reaksi :

Peristiwa ini berlangsung + 3 - 5 menit, dan selanjutnya terbentuklah terak Phospor [CaO)4.P2O5] yang diikuti kenaikan temperatur yang mendadak menjadi 1600^oC. 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 Monggan, Ferro Silicon 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, baja profil I, C.

2 . Proses Siemenes 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 900 derajat celcius. dengan demikian nyala apinya mempunyai suhu yang tinggi, kira-kira 1800 derajat celcius. 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 dibanding proses Bessemer dan Thomas adalah sebagai berikut :

a.    Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih baik dengan    jalan percobaan-percobaan.

b.    Unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat dihindarkan atau dibersihkan.

c.    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.

Pada proses Open-Hearth digunakan campuran besi mentah (pig iron) padat atau cair dengan baja bekas (steel scrap) sebagai bahan isian (charge). Pada proses ini temperatur yang dihasilkan oleh nyala api dapat mencapai 1800^oC. Bahan bakar (fuel) dan udara sebelum dimasukkan ke dalam dapur terlebih dahulu dipanaskan dalam “Cheekerwork” dari renegarator.

Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth ini meliputi 3 periode yaitu :
a.       Periode memasukkan dan mencairkan bahan isian.
b.       Periode mendidihkan cairan logam isian.
c.       Periode membersihkan/memurnikan (refining) dan deoksidasi
d.       Bahan bakar yang dipakai adalah: campuran blast furnace gas dan cokes oven gas.

Bahan isian : besi mentah dan baja bekas beserta bahan tambah ditaruh dalam heart lewat puntu pengisian.

Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth furnace ini dapat dalam keadaan basa atau asam (basic or acid open-hearth). Pada basic open-hearth furnace, dinding bagaian dalam dapur dilapisi dengan magnesite brick. Bagian bawah untuk tempat logam cair dan terak dari bahan magnesite brick atau dolomite harus diganti setiap kali peleburan selesai. Terak basa yang dihasilkan + 40 - 50 % CaO.

Pada acid open-hearth furnace, dinding bagian dalam dapur dilapisi dengan dinas-brick. Bagian bawah dinding dapur harus diganti setiap kali peleburan selesai. Terak yang dihasilkan mengandung silica yang cukup tinggi yaitu 50 - 55 % SiO2. Pada proses basic ataupun acid dapat menggunakan bahan isian padat ataupun cair.

Proses yang menggunakan isian padat biasa disebut “Scarp and pig process” yaitu proses yang isian padatnya terdiri dari besi mentah (pig iron), baja bekas (Scrap steel) dan sedikit bijih besi (iron ore). Proses yang mengggunakan besi mentah cair terdiri dari besi mentah cari + 60 % dan baja bekas kira-kira 40 % dan sedikit bijih besi dan bahan tambah. Cara ini biasa dikerjakan pada perusahaan dapur tinggi (blast furnace) dimana besi mentah cair dari dapur tinggi tersebut langsung diproses pada open-hearth furnace.

3.      Proses Dapur Listrik

Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan terhadap suhu tinggi. Dapur ini mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut,

a.       Jumlah panas yang diperlukan dapat dapat diatur sebaik-baiknya.

b.      Pengaruh zat asam praktis tidak ada.

c.       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.

a.       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 bolakbalik 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.

b. 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 sendiri 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.

Selain ketiga proses di atas terdapat pula beberapa proses lainnya dalam pengolahan besi kasar diantaranya yaitu:

1.       Proses Hoecsch

Proses Hoecsch merupakan penyempurnaan dari proses Martin. Caranya adalah setelah muatan di dalam dapur Siemens Martin mencair kemudian langsung dikeluarkan dan dimasukkan dalam kuali yang terbuka untuk membakar fosfor dan belerang. Sementara pembakaran dilakukan dapur Siemens Martin dibersihkan dan kemudian lantai dapur ditaburi dengan serbuk bijih besi (Fe2O3 atau Fe3O4). Setelah selesai mengadakan pembakaran fosfor, belerang dan besi cair yang berada di dalam kuali tadi dimasukkan kembali ke dalam dapur Siemens Martin untuk menyelesaikan pembakaran unsur-unsur lain yang belum hilang, terutama zat arang. Setelah proses pembakaran zat arang dianggap selesai, terak yang terjadi dikeluarkan selanjutnya baja cair ditampung dalam panci penuangan untuk dituang atau dicetak menjadi balok tuangan.

2.      Proses Bertrand Thield

Proses ini menggunakan dua buah dapur Siemens Martin. Pada dapur yang pertama dilakukan pemijaran dan pembakaran untuk memisahkan fosfor sedangkan dalam dapur kedua diisi dengan besi cair hasil dari dapur yang pertama setelah teraknya dikeluarkan. Proses di dalam dapur yang kedua tersebut juga diberi tambahan bijih besi yang baru.

3.      Proses Dupleks

Proses ini dilakukan dengan cara mengeluarkan zat arang terlebih dahulu yang berada konvertor-konvertor dan memurnikannya di dalam dapur Siemens Martin. Proses Dupleks terutama dilakukan oleh pabrik-pabrik baja yang berada di dekat perusahaan dapur tinggi. Setelah proses di dalam dapur tinggi (setelah teraknya dihilangkan) cairan besi kasar itu dimasukkan kedalam konvertor (Bessemer atau Thomas) dan dicampur dengan batu kapur serta baja bekas dalam jumlah yang dikehendaki. Pengembusan udara di dalam konvertor dilakukan sampai kandungan fosfor menjadi rendah kira-kira 1 sampai 1,5 %, ditambah dengan kokas yang telah digiling selanjutnya memindahkan isinya ke dalam dapur Siemens Martin.

4.                       Proses Thalbot

Proses Thalbot dilakukan dengan menggunakan dapur Siemens Martin yang dapat diputar-putar dan dijungkitkan. Setelah pemijaran didalam dapur Martin, sebagian cairan dituangkan ke dalam panci tuang dan ke dalam dapur tadi sambil ditambahkan besi kasar, bijih besi dan batu kapur.

Proses selanjutnya adalah menjaga agar cairan besi di dalam panic tuang tadi tidak terjadi oksidasi, artinya mengusahakan pendinginan yang cepat. Akibat dari cara ini adalah hasil yang diperoleh dalam setiap proses dari satu dapur tidak sama kualitasnya. Baja yang dihasilkan dari proses Thalbot adalah baja biasa seperti hasil dari proses konvertor Bessemer maupun Thomas.

5.      Proses Dapur Aduk

Dapur aduk merupakan cara pembuatan baja yang konvensional dengan cara melebur besi kasar di dalam dapur nyala api bersama-sama dengan terak (FeO) untuk mendapatkan zat asam. Dengan cara mengaduk-aduk dengan batang besi dan ke bawah permukaan dimasukkan udara maka terjadilah suatu masa lunak dari baja yang banyak mengandung terak. Apabila gumpalan-gumpalan yang dibuat dalam dapur telah mencapai kirakira 60 kg dikeluarkan, maka langkah selajutnya adalah mengeluarkan terak dengan jalan menempanya atau dipres. Dalam proses aduk ini lebih banyak melibatkan pekerjaan tangan serta kapasitas produksi yang kecil maka cara ini dipandang tidak efisien dan jarang digunakan pada pabrik-pabrik baja.

5. Batang Baja dan Canai

Dari macam-macam proses diatas, proses selanjutnya setelah keluar dari tungku pembakaran ialah penuangan kedalam cetakan. Cetakan kemudian didinginkan. Setelah dingin baja dikeluarkan dan batangan dipanaskan ulang pada suhu seragam yang cukup tinggi untuk penggilingan / canai / pengerolan.

Bentuk batangan tersebut dibagi:

1.      Billet

Yaitu baja rol atau baja tempa setengah jadi yang akan di rol atau ditempa lagi, biasanya berbentuk penampang segi empat dengan luas penampang lebih kecil dari 25 inc².

2.      Blooms

Yaitu baja rol atau baja tempa setengah jadi yang akan di rol atau ditempa lagi, biasanya berbentuk penampang segi empat dengan luas penampang lebih dari 25 inc².

Billet dan Blooms digunakan pada pabrik kawat yaitu menghasilkan kawat, batang kawat, dan besi beton.

3.      Slaab

Yaitu baja rol atau baja tempa setengah jadi yang akan di rol atau ditempa lagi, biasanya berbentuk penampang persegi panjang dengan lebar tidak lebih dari 2x tebalnya. Slap biasanya digunakan dalam pembuatan plat-plat baja dan pipa-pipa baja yang besar.

Selanjutnya billet, blooms, dan slab dibawa ketempat penggilingan atau istilahnya di canai.

Contoh-contoh canai:

a.      Canai untuk membuat baja picak (plat)

Plat ini nantinya akan digunakan untuk plat lantai.

b.      Canai profil

Kegunaan canai ini adalah untuk membuat penampang bulat, segi enam, bujur sangkar dan lain-lain, begitu juga untuk pembuatan profil di gunakan canai profil.

c.       Canai universal

Terdiri dari empat rol canai, tebal flasa dan badan profil pada canai ini dapat distel dengan merubah jarak antara rol-rol canai.

Selanjutnya dari proses pencanian ini dihasilkanlah baja untuk konstruksi.