PROSES PEMBUATAN BAJA KARBON


TITA PRISTI D. C. (G1F009069)

TYAS PUTU S. (G1F009070)

AWAL ANGGI W. (G1F009071)

Fakultas Kedokeran dan Ilmu – Ilmu Kesehatan

Universitas Jenderal Soedirman

Jurusan Farmasi

Email : awal.anggiwibowo@ymail.com

 

Abstrak :

Baja karbon adalah material logam yang terbentuk dari unsur utama Fe dan unsur kedua yang berpengaruh pada sifatsifatnya adalah karbon, sedangkan unsur yang lain berpengaruh menurut prosesentasenya. Baja karbon dapat dibuat dengan beberapa proses yaitu proses konvertor, proses siemens martin, proses basic oxygen furnace, proses dapur listrik, proses dapur kopel, dan proses dapur cawan.

Proses pembuatan baja karbon dimulai dengan proses ekstraksi bijih besi. Proses reduksi umumnya terjadi di dalam tanur tiup (blast furnace) di mana di dalamnya bijih besi (iron ore) dan batu gamping (limestone) yang telah mengalami pemanggangan (sintering) diproses bersama-sama dengan kokas (cokes) yang berasal dari batubara. Luaran utama dari proses ini adalah lelehan besi mentah (molten pig iron) dengan kandungan karbon yang cukup tinggi (4% C) beserta pengotor-pengotor lain seperti silkon, mangan, sulfur, dan fosfor.

Selanjutnya di dalam tungku oksigen-basa (basic-oxygen furnace) besi mentah cair dicampur dengan 30% besi tua (scrap) yang terlebih dahulu dimasukkan ke dalam tanur. Selanjutnya, oksigen murni ditiupkan dari bagian atas ke dalam leburan, bereaksi dengan Fe membentuk oksida besi FeO. Oksida besi atau FeO selanjutnya akan bereaksi dengan karbon di dalam besi mentah sehingga diperoleh Fe dengan kadar karbon lebih rendah dan gas karbon monoksida.

Kata Kunci : Baja Karbon,  Pembuatan Baja Karbon, Basic-Oxygen Furnace

PENDAHULUAN

  1. A.    Pengertian Baja Karbon

Baja karbon adalah material logam yang terbentuk dari unsur utama Fe dan unsur kedua yang berpengaruh pada sifat‐sifatnya adalah karbon, sedangkan unsur yang lain berpengaruh menurut prosesentasenya. Baja karbon merupakan salah satu jenis logam paduan besi karbon terpenting dengan prosentase berat karbon hingga 2,11%. Baja karbon memiliki kadar C hingga 1.2% dengan Mn 0.30%-0.95%. Elemen-elemen prosentase maksimum selain bajanya sebagai berikut: 0.60% Silicon, 0.60% Copper.

Fasa-fasa yang terbentuk pada baja karbon :

a)      Ferit (alpha) : merupakan sel satuan (susunan atom-atom yang paling kecil dan teratur) berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan), Ferit ini mempunyai sifat : magnetis, agak ulet, agak kuat, dll.

b)      Austenit : merupakan sel satuan yang berupa Face Centered Cubic (FCC =kubus pusat muka), Austenit ini mempunyai sifat : Non magnetis, ulet, dll.

c)      Sementid (besi karbida) : merupakan sel satuan yang berupa orthorombik, Semented ini mempunyai sifat : keras dan getas.

d)     Perlit : merupakan campuran fasa ferit dan sementid sehingga mempunyai sifat Kuat.

e)      Delta : merupakan sel satuan yang berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan).

Gambar 1. Photomicrographs of (a) ferrite and (b) austenite

  1. B.     Klasifikasi Baja Karbon

Baja karbon (carbon steel), dibagi menjadi tiga golongan yaitu :

  1. 1.      Baja karbon rendah (low carbon steel) è machine, machinery dan mild steel. Kandungannya 0,05% – 0,30% C.

Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin. Penggunaannya:

-    0,05 % – 0,20 % C : automobile bodies, buildings, pipes, chains, rivets, screws, nails.

-    0,20 % – 0,30 % C : gears, shafts, bolts, forgings, bridges, buildings.

  1. 2.      Baja karbon menengah (medium carbon steel)

-    Kekuatan lebih tinggi daripada baja karbon rendah.

-    Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong. Penggunaan:

-    0,30 % – 0,40 % C : connecting rods, crank pins, axles.

-    0,40 % – 0,50 % C : car axles, crankshafts, rails, boilers, auger bits, screwdrivers.

-    0,50 % – 0,60 % C : hammers dan sledges.

  1. 3.      Baja karbon tinggi (high carbon steel)  è tool steel

-    Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60% – 1,50% C

Penggunaan

-     screw drivers, blacksmiths hummers, tables knives, screws, hammers, vise jaws, knives, drills. tools for turning brass and wood, reamers, tools for turning hard metals, saws for cutting steel, wire drawing dies, fine cutters.

PROSES pembuatan baja KARBON

Baja karbon diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair, besi bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan logam. Ada beberapa proses pembuatan baja karbon antara lain :

  1. 1.      Proses Konvertor

Terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap kesamping.

Sistem kerja

  • Dipanaskan dengan kokas sampai ± 1500 0C,
  • Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja. (± 1/8 dari volume konvertor)
  • Kembali ditegakkan.
  • Udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dihembuskan dari kompresor.
  • Setelah 20-25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengelaurkan hasilnya.

Proses konvertor terdiri dari:

  • Proses Bassemer (asam)

Lapisan bagian dalam terbuat dari batu tahan api yang mengandung kwarsa asam atau aksid asam (SiO2), Bahan yang diolah besi kasar kelabu cair, CaO tidak ditambahkan sebab dapat bereaksi dengan SiO2,  

SiO2 + CaO                  CaSiO3

  • Proses Thomas (basa)

Lapisan dinding bagian dalam terbuat dari batu tahan api bisa atau dolomit [kalsium karbonat dan magnesium (CaCO3 + MgCO3)], besi yang diolah besi kasar putih yang mengandung P antara 1,7 – 2 %, Mn 1 – 2 % dan Si 0,6-0,8 %. Setelah unsur Mn dan Si terbakar, P membentuk oksida phospor (P2O5), untuk mengeluarkan besi cair ditambahkan zat kapur (CaO),

3 CaO + P2O5              Ca3(PO4)2 (terak cair)

  1. 2.      Proses Siemens Martin

Menggunakan sistem regenerator (± 3000 0C.). Fungsi dari regenerator adalah:

  • Memanaskan gas dan udara atau menambah temperatur dapur
  • Sebagai Fundamen/ landasan dapur
  • Menghemat pemakaian tempat
  • Bisa digunakan baik besi kelabu maupun putih,
  • Besi kelabu dinding dalamnya dilapisi batu silika (SiO2),
  • Besi putih dilapisi dengan batu dolomit (40 % MgCO3 + 60 % CaCO3)
  1. 3.      Proses Basic Oxygen Furnace (BOF)
  • Logam cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan)
  • Oksigen (± 1000) ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang bakar dengan kecepatan tinggi. (55 m3 (99,5 %O2) tiap satu ton muatan) dengan tekanan 1400 kN/m2.
  • Ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.

Keuntungan dari BOF adalah:

  • BOF menggunakan O2 murni tanpa Nitrogen
  • Proses hanya lebih-kurang 50 menit.
  • Tidak perlu tuyer di bagian bawah
  • Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon
  • Biaya operasi murah
  1. 4.      Proses Dapur Listrik

Temperatur tinggi dengan menggunakan busur cahaya electrode dan induksi listrik.

Keuntungan :

  • Mudah mencapai temperatur tinggi dalam waktu singkat
  • Temperatur dapat diatur
  • Efisiensi termis dapur tinggi
  • Cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga kualitasnya baik
  • Kerugian akibat penguapan sangat kecil
  1. 5.      Proses Dapur Kopel

Mengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang.

Proses :

  • Pemanasan pendahuluan agar bebas dari uap cair.
  • Bahan bakar (arang kayu dan kokas) dinyalakan selama ± 15 jam.
  • Kokas dan udara dihembuskan dengan kecepatan rendah hingga kokas mencapai 700 – 800 mm dari dasar tungku.
  • Besi kasar dan baja bekas kira-kira 10 – 15 % ton/jam dimasukkan.
  • 15 menit baja cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran.

Untuk membentuk terak dan menurunkan kadar P dan S ditambahkan batu kapur (CaCO3) dan akan terurai menjadi:

akan bereaksi dengan karbon:

Gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk pembangkit mesin-mesin lain.

  1. 6.      Proses Dapur Cawan
  • Proses kerja dapur cawan dimulai dengan memasukkan baja bekas dan besi kasar dalam cawan,
  • Kemudian dapur ditutup rapat.
  • Kemudian dimasukkan gas-gas panas yang memanaskan sekeliling cawan dan muatan dalam cawan akan mencair.
  • Baja cair tersebut siap dituang untuk dijadikan baja-baja istimewa dengan menambahkan unsur-unsur paduan yang diperlukan.

 Gambar 2. Bagan Proses Pembuatan Baja

Proses pembuatan baja karbon dimulai dengan proses ekstraksi bijih besi. Proses reduksi umumnya terjadi di dalam tanur tiup (blast furnace) di mana di dalamnya bijih besi (iron ore) dan batu gamping (limestone) yang telah mengalami pemanggangan (sintering) diproses bersama-sama dengan kokas (cokes) yang berasal dari batubara. Serangkaian reaksi terjadi di dalam tanur pada waktu dan lokasi yang berbeda-beda, tetapi reaksi penting yang mereduksi bijih besi menjadi logam besi adalah sebagai berikut:

Fe2O3 + 3CO à 2Fe + 3CO2

 

Gambar 3. Proses Peleburan Besi

Luaran utama dari proses ini adalah lelehan besi mentah (molten pig iron) dengan kandungan karbon yang cukup tinggi (4% C) beserta pengotor-pengotor lain seperti silkon, mangan, sulfur, dan fosfor . Besi mentah ini belum dapat dimanfaatkan secara langsung untuk aplikasi rekayasa karena sifat-sifat (mekanis)-nya belum sesuai dengan yang dibutuhkan karena pengotor-pengotor tersebut. Besi mentah berupa lelehan atau coran selanjutnya dikirim menuju converter yang akan mengkonversinya menjadi baja.

Proses pembuatan baja karbon umumnya berlangsung di tungku oksigen-basa (basic-oxygen furnace). Di dalam tungku ini besi mentah cair dicampur dengan 30% besi tua (scrap) yang terlebih dahulu dimasukkan ke dalam tanur. Selanjutnya, oksigen murni ditiupkan dari bagian atas ke dalam leburan, bereaksi dengan Fe membentuk oksida besi FeO. Beberapa saat sebelum reaksi dengan oksigen mulai berlangsung, fluks pembentuk slag dimasukkan dalam jumlah tertentu.

Oksida besi atau FeO selanjutnya akan bereaksi dengan karbon di dalam besi mentah sehingga diperoleh Fe dengan kadar karbon lebih rendah dan gas karbon monoksida. Reaksi penting yang terjadi di dalam tungku adalah sebagai berikut:

FeO + C à Fe + CO

Selama proses berlangsung (sekitar 22 menit), terjadi penurunan kadar karbon dan unsur-unsur pengotor lain seperti P, S, Mn, dalam jumlah yang signifikan.

Gambar 4. Baja Karbon (Pipa)

KESIMPULAN

Baja karbon adalah material logam yang terbentuk dari unsur utama Fe dan unsur kedua yang berpengaruh pada sifat‐sifatnya adalah karbon, sedangkan unsur yang lain berpengaruh menurut prosesentasenya. Baja karbon dapat dibuat dengan beberapa proses yaitu proses konvertor, proses siemens martin, proses basic oxygen furnace, proses dapur listrik, proses dapur kopel, dan proses dapur cawan.

Secara umum, proses pembuatan baja karbon dimulai dengan proses ekstraksi bijih besi. Proses reduksi umumnya terjadi di dalam tanur tiup (blast furnace) di mana di dalamnya bijih besi (iron ore) dan batu gamping (limestone) yang telah mengalami pemanggangan (sintering) diproses bersama-sama dengan kokas (cokes) yang berasal dari batubara. Luaran utama dari proses ini adalah lelehan besi mentah (molten pig iron) dengan kandungan karbon yang cukup tinggi (4% C) beserta pengotor-pengotor lain seperti silkon, mangan, sulfur, dan fosfor. Selanjutnya di dalam tungku oksigen-basa (basic-oxygen furnace) besi mentah cair dicampur dengan 30% besi tua (scrap) yang terlebih dahulu dimasukkan ke dalam tanur. Selanjutnya, oksigen murni ditiupkan dari bagian atas ke dalam leburan, bereaksi dengan Fe membentuk oksida besi FeO. Oksida besi atau FeO selanjutnya akan bereaksi dengan karbon di dalam besi mentah sehingga diperoleh Fe dengan kadar karbon lebih rendah dan gas karbon monoksida. Dari proses inilah kemudian didapatkan baja karbon yang sesuai atau baik.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2010. Perlakuan Panas pada Baja Karbon. http://id.shvoong.com/exact-sciences/chemistry/. Diakses Tanggal 20 Mei 2012.

Darmawan, A. S. 2001. Bahan Kuliah Pemilihan Bahan dan Proses. Surakarta : UMS.

Masyrukan, 2006. Penelitian Sifat Fisis dan Mekanis Baja Karbon Rendah Akibat Pengaruh Proses Pengarbonan dari Arang Kayu Jati. MEDIA MESIN, Vol. 7, No. 1, Januari 2006, 40-46.

Silaban, Mawardi. 2007. Pengaruh Deposit pada Dinding Pipa Boiler Jenis Baja Karbon Rendah terhadap Strukturmikro dan Kekerasan. Jurnal Sains Materi Indonesia (Indonesian Journal of Materials Science). Edisi Khusus Desember 2008, hal : 99 – 103.

Sudihono. 1995. Teknologi Besi Tuang Kelabu. Bandung : Politeknik Manifakturing ITB.

Surdia T., Chijiwa, K. 1991. Teknik Pengecoran Logam ,cetakan keenam. Jakarta : Pradnya Paramita.

Vliet, G.L, J. Van. 1984. Teknologi untuk Bangunan Mesin Bahan-bahan I, Jakarta : Erlangga.

 

About these ads
This entry was posted in TSF Mahasiswa 2009. Bookmark the permalink.

60 Responses to PROSES PEMBUATAN BAJA KARBON

  1. ada gambar diagram pengolahan bijih besi menjadi baja ga?
    tolong di jawab !

  2. samsul bahri/pt sari prima niaga says:

    kami memproduksi carbon riser dari green coke/pet coke,apakahproduksi kami bisa dipasar,kan pada industri baja karbon ?

  3. Tyas Putu Sasih says:

    Tyas Putu Sasih (G1F009070)
    Untuk Septa, pertanyaan tersebut sudah ada yang menanyakan. tambahan saja yg baja karbon rendah.
    Baja karbon rendah memiliki ciri-ciri
    Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin
    Baja karbon menengah memilliki ciri- ciri
    a. Memiliki sifat mekanik yang lebih baik dari pada baja karbon rendah.
    b. Lebih kuat dan keras dari pada baja karbon rendah dan tidak mudah dibentuk oleh mesin.
    c. Dapat dikeraskan dengan mudah (quenching).
    Baja karbon tinggi memiliki ciri-ciri
    a) Sangat kuat dan keras serta tahan gesekan.
    b) Sulit dibentuk oleh mesin.
    c) Mengandung unsur sulfur dan fosofor mengakibatkan kurangnya sifat liat.
    d) Dapat dilakukan proses heat treatment yang baik

  4. saya mau nanya.
    apa sih ciri – ciri baja karbon rendah, menengah dan baja karbon tinggi?

  5. Tyas Putu Sasih says:

    maav jawaban di atas utk mba nurvita. thx

  6. Tyas Putu Sasih says:

    Tyas Putu Sasih (G1F009070)
    Proses penambahan karbon / karburising dapat dilakukan secara sederhana, yaitu dengan metode pack karburising. Proses ini terdiri dari dua metode perlakuan terhadap komponen, yaitu :
    (1) perlakuan termokimia karena komposisi kimia permukaan baja diubah dengan difusi karbon dan/atau nitrogen dan terkadang dengan elemen lainnya
    (2) transformasi fasa akibat pemanasan dan pendinginan cepat permukaan luar.
    *Difusi adalah gerak spontan dari atom atau molekul di dalam bahan yang cenderung membentuk komposisi yang seragam

  7. Nurvita says:

    mmm… mau tanya.. Dengan metode apa proses penambahan karbon dilakukan? Bisa dijelaskan?

  8. Tita Pristi says:

    Tita Pristi D.C G1F009069
    Mau menjawab pertanyaan mba rosdiana
    Besi Tua disini itu adalah besi yang sudah berkarat mba,

  9. rosdiana sari / G1F008069 says:

    mau tanya kan dalam Proses pembuatan baja karbon yg berlangsung di tungku oksigen-basa (basic-oxygen furnace) itu trjadi proses pncampuran antara besi mentah cair dengan 30% besi tua,, nah yg dimaksud dgn besi tua itu besi yg seperti ap?

  10. Tita Pristi says:

    Tita Pristi D.C G1F009069
    1) Mau menjawab pertanyaan saudara Candra Gunawan
    Secara umum, proses pembuatan baja karbon dimulai dengan proses ekstraksi bijih besi. Proses reduksi umumnya terjadi di dalam tanur tiup (blast furnace) di mana di dalamnya bijih besi (iron ore) dan batu gamping (limestone) yang telah mengalami pemanggangan (sintering) diproses bersama-sama dengan kokas (cokes) yang berasal dari batubara. Luaran utama dari proses ini adalah lelehan besi mentah (molten pig iron) dengan kandungan karbon yang cukup tinggi (4% C) beserta pengotor-pengotor lain seperti silkon, mangan, sulfur, dan fosfor. Selanjutnya di dalam tungku oksigen-basa (basic-oxygen furnace) besi mentah cair dicampur dengan 30% besi tua (scrap) yang terlebih dahulu dimasukkan ke dalam tanur. Selanjutnya, oksigen murni ditiupkan dari bagian atas ke dalam leburan, bereaksi dengan Fe membentuk oksida besi FeO. Oksida besi atau FeO selanjutnya akan bereaksi dengan karbon di dalam besi mentah sehingga diperoleh Fe dengan kadar karbon lebih rendah dan gas karbon monoksida. Dari proses inilah kemudian didapatkan baja karbon yang sesuai atau baik.
    2) alumunium atau besi dapat dilapisi dilapisi stainless steel,
    3) untuk kekuatan nya tergantung dari jenis baja apa yang dipakai, dibawah ini adalh jenis-jenis baja dengan berbagai sifat dan macam penggunaan nya, silahkan dibaca :

    a. Baja karbon rendah (low carbon steel) Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin. Penggunaannya:

    - 0,05 % – 0,20 % C : automobile bodies, buildings, pipes, chains, rivets, screws, nails.

    - 0,20 % – 0,30 % C : gears, shafts, bolts, forgings, bridges, buildings.

    b. Baja karbon menengah (medium carbon steel)

    - Kekuatan lebih tinggi daripada baja karbon rendah.

    - Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong. Penggunaan:

    - 0,30 % – 0,40 % C : connecting rods, crank pins, axles.

    - 0,40 % – 0,50 % C : car axles, crankshafts, rails, boilers, auger bits, screwdrivers.

    - 0,50 % – 0,60 % C : hammers dan sledges.

    c. Baja karbon tinggi (high carbon steel)

    - Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60% – 1,50% C
    Penggunaan

    - screw drivers, blacksmiths hummers, tables knives, screws, hammers, vise jaws, knives, drills. tools for turning brass and wood, reamers, tools for turning hard metals, saws for cutting steel, wire drawing dies, fine cutters.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s