BAB I
BAHAN LOGAM DAN NON LOGAM
PENDAHULUAN
Logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat kuat, liat, keras, penghantar listrik dan panas, serta mempunyai titik cair tinggi. Bijih logam ditemukan dengan cara penambangan yang terdapat dalam keadaan murni atau bercampur dengan unsur-unsur seperti karbon, sulfur, fosfor, silikon, serta kotoran seperti tanah liat, pasir, dan tanah.
Bijih logam yang ditemukan dengan cara penambangan terlebih dahulu dilakukan proses pendahuluan sebelum diolah dalam dapur pengolahan logam dengna cara dipecah sebesar kepalan tangan, dipilih yang mengandung unsur logam, dicuci dengan air unruk mengeluarkan kotoran dan terakhir dikeringkan dengan cara dipanggang untuk mengeluarkan uap yang mengandung air.
Selain logam ada yang disebut dengan istilah bukan logam [nonmetal] dan unsur metaloid [yang menyerupai logam].
Logam dapat dibagi dalam beberapa golongan, yaitu :
1. Logam berat : besi, nikel, krom, tembaga, timah putih, timah hitam, dan
seng.
2. Logam ringan : alumunium, magnesium, titanium, kalsium, kalium, natrium,
dan barium.
3. Logam mulia : emas, perak, dan platina.
4. Logam tahan api : wolfram, molibden, titanium, dan zirkonium.
Dalam penggunaan serta pemakainnya, logam pada umumnya tidak merupakan senyawa logam, tetapi merupakan paduan. Logam dan paduannya merupakan bahan teknik yang penting, dipakai untuk konstruksi mesin, kendaraan, jembatan, bangunan, dan pesawat terbang.
Sehubungan dengan pemakainnya pada teknik mesin, sifat logam yang penting adalah mekanis, fisik, dan kimia yang sangat menentukan kualitasnya.
1. BAHAN LOGAM
Logam dapat dibagi dalam dua golongan yaitu logam ferro atau logam besi dan logam non ferro yaitu logam bukan besi.
1.1 Logam Ferro [Besi]
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. Masuknya karbon ke dalam besi dengan berbagai cara.
Jenis logam ferro adalah sebagai berikut.
1.1.2 Besi Tuang
Komposisinya yaitu campuran besi dan karbon. Kadar karbon sekitar 40%, sifatnya rapuh tidak dapat ditempa, baik untuk dituang, liat dalam pemadatan, lemah dalam tegangan. Digunakan untuk membuat alas mesin, meja perata, badan ragum, bagian-bagian mesin robot, blok slinder, dan cincin torak.
1.1.3 Besi Tempa
Komposisi besi terdiri dari 99% besi murni, sifat dapat ditempa, liat, dan tidak dapat dituang. Besi tempa antara lain dapat digunakan untuk membuat rantai jangkar, kait keran, dan landasan kerja plat.
1.1.4 Baja Lunak
Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,1% - 0,3%, membuat sifat dapat ditempa dengan tanah liat. Digunakan untuk membuat mur, sekrup, pipa, dan keperluan umum dalam pembangunan.
1.1.5 Baja Karbon Sedang
Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,4% - 0,6%. Sifat lebih kenyal dan keras. Digunakan untuk membuat benda kerja tempa berat, poros, da rel baja.
1.1.6 Baja Karbon Tinggi
Komposisi campuran besi dan karbon. Kadar karbon 0,7% - 1,5%. Sifat dapat ditempa, dapat disepuh keras, dan dimudakan. Digunakan untuk membuat kikir, pahat, gergaji, tap, stempel, dan alat bubut lainnya.
1.1.7 Baja Karbon Tinggi Dengan Campuran
Komposisi baja karbon tinggi ditambah nikel atau kobalt, krom atau tungsten, sifat rapuh, tahan suhu tinggi tanpa kehilangan kekerasan, dapat disepuh keras, dan dimudakan. Digunakan unutk membuat mesin bubut dan alat-alat mesin
1.2 Logam Nonferro
Logam nonferro yaitu logam yang tidak mengandung unsur besi [Fe]. Logam nonferro antara lain sebagai berikut.
1.2.1 Tembaga [Cu]
Warna cokelat kemerah-merahan, sifatnya dapat ditempa, liat, baik untuk penghantar panas, listrik, dan kukuh. Tembaga digunakan untuk membuat suku cadang bagian listrik, radio penerangan, dan alat-alat dekorasi.
1.2.2 Alumimium [Al]
Warna putih. Sifatnya ditempa, liat, bobot ringan, penghantar panas dan listrik yang baik, mampu dituang. Alumunium digunakan untuk membuat peralatan masak, elektronik, industri mobil, dan industri pesawat terbang.
1.2.3 Timbel [Pb]
Warna kelabu, sifatnya dapat ditempa, sangat liat, tahan korosi, air asam, dan bobot sangat berat. Timbel digunakan sebagai bahan pembuat kabel, baterai, bubungan atap, dan bahan pengisi.
1.3 Bahan Nonlogam
Bahan nonlogam adalah suatu bahan teknik yang tidak termasuk ke dalam kelompok logam yang didapat dari bahan galian, tumbuhan atau hasil dari proses pengolahan minyak bumi. Bahan-bahan nonlogam antara laiin asbes, karet, dan plastik.
1.3.1 Asbes
Asbes adalah suatu jenis mineral terdiri dari asam kerbik dan magnesium yang berbentuk serat. Untuk beberapa mineral sangat berbeda dalam komposisi, kekuatan, fleksibilitas, dan kualitas dari serat-seratnya.
Misalnya jenis krisotil yang bentuk seratnya bervariasi panjang dan pendek, sedangkan jenis antopilit bentuk seratnya bervariasi, tidak dapat dipintal tetapi lebih tahan terhadap asam.
Asbes dipakai untuk melapisi rem mobil. Serat asbes yang murni dipakai untuk keperluan kimia. Tali asbes dan kain asbes banyak digunakan untuk bermacam-macam keperluan. Misalnya untuk kaus tangan, baju tahan api, isolasi listrik dan panas, bahan packing, bius sumbat, dan peredam bunyi.
1.3.2 Karet
Karet diperoleh dari getah pohon havea brasiliensis yang tumbuh di daerah tropis. Pohon-pohon itu disayat kulitnya untuk mendapatkan getah putih yang disebut lateks. Lateks yang diperoleh terdiri dari bola karet dan air.
Karet tidak dapat menjadi cair, tetapi pada suhu 200oC menjadi suatu massa kental yang tidak akan memuai pada pemanasan yang lebih tinggi. Untuk membuat bahan elastis atau kenyal maka karet itu divulkanisir atau diberi campuran belerang. Karet dapat ditambahkan bahan pengisinya, misalnya arang, kapur, antimon, dan timbel.
Karet tahan terhadap keausan. Karet sintesis atau karet tiruan dibuat dari mineral minyak bumi. Karet sintesis lebih tahan terhadap minyak dan gemuk, tetapi kurang tahan terhadap temperature tinggi.
1.3.3 Plastik
Kita dapat membagi plastik dalam dua golongan yaitu golongan “termoplast” dan golongan “termohard”. Sifat dari kedua golongan plastik tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut.
a. Termoplast, dibentuk dari molekul-molekul panjang, jadi termoplast adalah bahan yang dapat menjadi plastik oleh pemanasan dan dalam keadaan ini bahan tersebut dapat dibentuk.
b. Termohard, terbentuk dari molekul-molekul bentuk jaringan besar, jadi termohard adalah bahan yang dengan pemanasan tidak menjadi lembek dan tidak dapat mencair.
BAB I I
PROSES PEMBUATAN BESI
PENDAHULUAN
Bijih besi merupakan bahan baku pembuatan besi yang dapat berupa senyawa oksida, karbonat, dan sulfida serta tercampur sengan unsur lain misalnya silikon. Bijih besi diolah dalam tanur atau dapur tinggi untuk menghasilkan besi kasar. Besi kasar adalah bahan baku untuk pembuatan besi cor [cast iron], besi tempa [wrought iron], dan [baja [steel]. Ketigaa macam bahan itu banyak dipakai dalam bidang teknik.
Baja adalah logam paduan antara besi dan karbon dengan kadar karbonnya secara teoritis maksimum 1,7%. Besi cor adalah logam paduan antara besi dan karbon yang kadarnya 1,7% sampai 3,5%. Besi tempa adalah baja yang mempunyai kadar karbon rendah.
Dilihat dari kegunaannya maka besi dan baja campuran merupakan tulang punggung peradaban modern saat ini untuk peralatan transportasi, bangunan, pertanian, dan peralatan mesin.
2. BAHAN ASAL BESI
Bahan dasar besi mentah ialah bijih besi yang jumlah persentase besinya haruslah sebesar mungkin. Besinya merupakan besi oksida [Fe2O4 dan Fe2O3] atau besi karbonat [FeCO2] yang dinamakan batu besi spat. Pengolahan besi mentah pada dapur tinggi dilakukan dengan cara mereduksi bijih besi menggunakan kokas, bahan tambahan, dan udara panas.
Bijih besi didatangkan dari tambang dalam berbagai mutu dan bongkahan yang tidak sama besar, serta bercampur dengan batu dan tanah liat.
Bongkahan bijih besi dipecah menjadi butiran yang sama besar, dengna ukuran paling besar 60 mm kemudian dimasukkan ke dalam pemecah bijih melalui kisi-kisi goyang supaya msauknya sama rata.
Dari mesin pemecah bijih, besi diantar ke tromol magnet dengan sebuah talang goyang yang lain. Dalam tromol tersebut bijih besi dipisahkan dari batu-batu yang tercampur. Bijih besi kemudian dimasukkan ke dalam instalasi penyaring untuk disortir menurut besarnya, sselanjutnya dimasukkan ke dalam sebuah instalasi pencuci. Untuk lebih jelasnya, perhatikan Gambar 1 !
Bijih halus dan butiran yang lebih kecil dari 18 mm yang datang dari pemecah bijih diaglomir di dalam dapur atau panci sinter.
Pada proses sinter selalu ditambahkan debu bijih yang berjatuhan dari dapur tinggi dan dari instalalsi pembersih gas supaya dapat diambil besinya.
Di dalam dapur sinter mula-mula diisikan selapis bijih halus dan diatasnya bijih besi yang akan diaglomir. Bubuk bijih tidak dapat jatuh melalui rangka bakar karena ditahan oleh bijih halus itu. Apabila isi panci tekah selesai dikerjakan panci berputar dan massa dijatuhkan ke dalam gerobak melalui pemecah bergigi yang berputar dan memecah menjadi potongan yang sama besar.
Gambar 1
2.1 MACAM-MACAM PENGOLAHAN BESI DAN LOGAM
Didalam perut bumi tempat kita tinggal ternyata banyak sekali mengandung zat-zat yang berguna untuk keperluan hidup kita sehari-hari, misalnya minyak tanah, bensin, solar dan lain-lainnya yang disebut minyak bumi. Disamping itu juga terdapat unsur-unsur kimia yang berguna bagi manusia seperti bijih besi, nikel, tembaga, uranium, titanium, timah dan masih banyak lagi, beserta mineral dan batu-batuan. Salah satu zat yang terdapat di dalam bumi yang sangat berguna bagi manusia ialah air dengan rumus kimianya H2O, sebab tanpa air manusia sukar sekali mempertahankan kehidupannya.
Mineral adalah suatu bahan yang banyak terdapat di dalam bumi, yang mempunyai bentuk dan ciri-ciri khusus serta mempunyai susunan kimia yang tetap. Sedangkan batu-batuan merupakan gabungan antara dua macam atau lebih mineral-mineral dan tidak mempunyai susunan kimia yang tetap. Bijih ialah mineral atau batu-batuan yang mengandung satu macam atau beberapa macam logam dalam prosentase yang cukup banyak untuk dijadikan bahan tambang. Banyaknya logam yang terkandung dalam bijih itu berbeda-beda. Logam dalam keadaan murni jarang sekali terdapat di dalam bumi, kebanyakan merupakan senyawa-senyawa oksida, sulfida, karbonat, dan sulfat yang merupakan bijih logam yang perlu diproses menjadi bahan logam yang bermanfaat bagi manusia.
2.2 PEMBUATAN BESI KASAR [INGOT]
Bahan utama untuk membuat besi kasar adalah bijih besi. Berbagai macam bijih besi yang terdapat di dalam kulit bumi berupa oksid besi dan karbonat besi, diantaranya yang terpenting adalah sebagai berikut.
1. Batu besi coklat [2Fe2O3 + 3H2O] dengan kandungan besi berkisar 40%.
2. Batu besi merah yang juga disebut hematit [Fe2O3] dengan kandungan besi berkisar 50%.
3. Batu besi magnet [Fe2O4] berwarna hijau tua kehitaman, bersifat magnetis dengan mengandung besi berkisar 60%.
4. Batu besi kalsit atau spat [FeCO3] yang juga disebut sferosiderit dengan mengandung besi berkisar 40%.
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, bijihbesi 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. 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 tinggi dibuat dari susunan batu tahan api yang diberi selubung baja pelat untuk memperkokoh konstruksinya. 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.
Besi cair di dalam dapur tinggi, kemudian 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 dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja di dalam konvertor atau dapur baja yang lain, misalnya dapur Siemen Martin. 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.
Gambar 2.1
2.3 PROSES DALAM DAPUR TINGGI
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 + 1800oC dengan udara panas, maka dihasilkan suhu yang dapat menyelenggarakan reduksi tersebut. Agar tidak terjadi pembuntuan karena proses berlangsung maka diberi batu kapur sebagai bahan tambahan. Bahan tambahan bersifat asam apabila bijih besinya mempunyai sifat basa dan sebaliknya bahan tambahan diberikan yang bersifat basa apabila bijih besi bersifat asam.
Gas yang terbentuk dalam dapur tinggi selanjutnya dialirkan keluar melalui bagian atas dan ke dalam pemanas udara. Terak yang menetes ke bawah melindungi besi kasar dari oksida oleh udara panas yang dimasukkan, terak ini kemudian dipisahkan. Proses reduksi di dalam dapur tinggi tersebut berlangsung sebagai berikut:
Zat arang dari kokas terbakar menurut reaksi : C + O2 CO2 sebagian dari CO2 bersama dengan zat arang membentuk zat yang berada ditempat yang lebih atas yaitu gas CO. CO2 + C → 2CO Di bagian atas dapur tinggi pada suhu 3000 sampai 8000 C oksid besi yang lebih tinggi diubah menjadi oksid yang lebih rendah oleh reduksi tidak langsung dengan CO tersebut menurut prinsip : Fe2O3 + CO → 2FeO + CO2
Pada waktu proses berlangsung muatan turun ke bawah dan terjadi reduksi tidak langsung menurut prinsip : FeO+CO FeO+CO2
Reduksi ini disebut tidak langsung karena bukan zat arang murni yang mereduksi melainkan persenyawaan zat arang dengan oksigen. Sedangkan reduksi langsung terjadi pada bagian yang terpanas dari dapur, yaitu langsung di atas pipa pengembus. Reduksi ini berlangsung sebagai berikut. FeO + C → Fe + CO.
CO yang terbentuk itulah yang naik ke atas untuk mengadakan reduksi tidak langsung tadi. 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.
Gambar 2.2
2.4 PEMBUATAN BAJA DARI BESI KASAR
Besi kasar sebagai hasil dari dapur tinggi masih banyak mengandung unsurunsur yang tidak cocok untuk bahan konstruksi, misalnya zat arang [karbon] yang terlalu tinggi, fosfor, belerang, silisium dan sebagainya. Unsur-unsur ini harus serendah mungkin dengan berbagai cara.
Untuk menurunkan kadar karbon dan unsur tambahan lainnya dari besi kasar digunakan dengan cara sebagai berikut.
1]. Proses Konvertor :
a. Proses Bessemer untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang rendah.
b. Proses Thomas untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang tinggi.
c. Proses Oksi, proses LD, Kaldo dan Oberhauser
2]. Proses Martin [dapur Siemen Martin]
a. Proses Martin asam untuk besi kasar dengan kadar fosfor rendah.
b. Proses Martin basa untuk besi kasar dengan kadar fosfor tinggi.
3]. Dapur Listrik untuk baja Campuran
a. Dapur listrik busur nyala api.
b. Dapur listrik induksi.
BAB III
PROSES PELEBURAN BAJA
PENDAHULUAN
Di dalam proses peleburan baja terdiri dari beberapa proses yaitu.
1. Proses konverter
2. Proses martin
3. Proses dapur listrik [untuk baja campuran]
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.
c. Proses Oksi, proses LD, Kaldo dan Oberhauser.
Batu Bata tahan Api [Fire Bricks]
3.1 PROSES KONVERTER
3.1.1 Proses Bessemer [1855]
Henry Bessemer
Konvertor Bessemer adalah sebuah bejana baja dengan lapisan 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 karbo sebesar 0,0 sampai 1,7 %, maka pada waktu proses terlalu banyak yang hilang terbakar, kekurangan itu harus ditambahy 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.
Gambar 3.1, skema reaktor bessemer
3.1.1.2 Proses Pembuatan Baja Dengan Metode 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 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.Gambar 3.1.2
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 atau basa tergantung dari sifat baja yang diinginkan. 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.Secara umum proses kerja konverter adalah:
a. Dipanaskan dengan kokas sampai suhu 1500oC. b. Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja [+1/8 dari volume konverter]. c. Konverter ditegakkan kembali. d. Dihembuskan udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dengan kompresor. e. Setelah 20 – 25 menit konverter dijungkirkan untuk mengeluarkan hasilnya3.1.2 Proses Thomas [1878]
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 - 1420oC.
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 1600oC. 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.
3.1.3 Proses 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]. Proses Bessemer diinginkan baja bersifat asam sehingga batu tahan apinya harus bersifat asam [Misal : kwarsa atau aksid asam SiO2]. Proses Bessemer juga disebut proses asam karena muatannya bersifat asam serta batu tahan apinya juga bersifat asam. Apabila digunakan muatan yang bersifat basa lapisan batu itu akan rusak akibat reaksi penggaraman. Besi mentah cair yang digunakan dalam proses Bessemer harus mempunyai kadar unsur Si