Dasar Teknologi Baja

RANGKAIAN PROSES PEMBUATAN BAJA

Bijih besi.

Bijih besi pada umumnya adalah besi oksida : Hemati, Fe2O3, Magnetit Fe3O4, Limonit Fe2O3.XH2O

Hematit adalah bijih besi yang paling banyak dimanfaatkan karena kadar besinya tinggi, mencapai 66%, dan kadar kotorannya relatif rendah. Pada tahap selanjutnya hematit ini akan dimasukkan ke dalam blast furnace, yaitu tungku besar yang berfungsi melebur biji besi pada tahap awal.

Proses pembuatan Baja

Pada proses pembuatan baja menggunakan prinsip proses reduksi untuk mengubah besi oksida menjadi besi

2C + O2==> 2CO

Fe2O4, Fe3O4+ CO ==> Fe + CO2

Secara tradisional, Bahan baku untuk menghasilkan gas reduktor karbon monoksida adalah arang atau batubara

Ada dua cara untuk mendapatkan baja, yaitu dengan proses Reduksi Langsung (Direct Reduction) dan Tanur Tinggi (blast Furnace)

ILUSTRASI RUTE PEMBUATAN BAJA

1. Jalur Reduksi Langsung

• Proses reduksi langsung dapat menggunakan reduktor yang berasal dari gas alam.
• Proses direct reduction ini digunakan di P.T. Krakatau Steel. 
• Bahan baku:  pelet bijih besi dan gas alam 
• Gas alam (CH4 – Metana) yang dipanaskan sampai suhu sekitar 900°C direaksikan dengan air (H2O) dengan katalis ni akan berubah menjadi gas H2 dan CO. 
• Keduanya merupakan gas reduktor yang akan yang akan mengikat dan mengambil oksigen dari bijih besi: • Fe2O4, Fe3O4 (s) + CO(g) + H2(g) => Fe (s) + CO2 (g) + H2O (g)

Dengan demikian pelet bijih besi berubah menjadi besi spons, tetap dalam keadaan padat berbentuk butiran (pellet). Besi spons memiliki kadar karbon yang terlalu tinggi (untuk baja) dan unsur pengotor. Selanjutnya besi spons (ditambah bahan baku lainny: oksigen, batu kapur dan unsur-unsur paduan) dilebur di tungku busur listrik atau E.A.F (electric arc furnace) menjadi baja cair. baja cair dituang dengan proses pengecoran kontinu menjadi billet dan slab. 

      2. JALUR BLAST FURNACE

Teknologi blast furnace atau hoogoven atau tanur tinggi saat ini adalah hasil perkembangan sejak abad 14. Teknologinya sudah matang, produktivitasnya sangat tinggi.

urutan pengerjaannya : 

• Hematit akan dimasukkan ke dalam blast furnace, disertai dengan beberapa bahan lainnya seperti kokas (coke), batu kapur(limestone), dan udara panas. Bahan baku yang terdiri dari campuran biji besi, kokas, dan batu kapur, dinaikkan ke puncak blast furnace yang tingginya bisa mencapai 60 meter.
• Setelah bahan-bahan dimasukkan ke dalam blast furnace, lalu udara panas dialirkan dari dasar tungku dan menyebabkan kokas terbakar sehingga nantinya akan membentuk karbon monoksida (CO). Reaksi reduksi pun terjadi, yaitu sebagai berikut :
• Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
• Maka didapatlah besi (Fe) yang kita inginkan. Namun besi tersebut masih mengandung karbon yang cukup banyak yaitu 3% – 4,5%, padahal besi yang paling banyak digunakan saat ini adalah yang berkadar karbon kurang dari 1% saja. Besi yang mengandung karbon dengan kadar >4% biasa disebut pig iron.
• Batu kapur digunakan sebagai fluks yang mengikat kotoran-kotoran yang terdapat dalam bijih besi.
• Perlu diperhatikan bahwa bijih besi yang akan dimasukkan ke dalam blast furnace haruslah digumpalkan terlebih dahulu. 
• Hal tersebut berguna agar aliran udara panas bisa dengan mudah bergerak melewati celan-celah biji besi dan tentunya akan mempercepat proses reduksi.

Pada pembuatan Baja dengan jalur Blast Furnace menggunakan bahan baku :bijih besi, kokas, batu kapur, udara. Pembakaran kokas mempunyai dua fungsi: menghasilkan panas. pembakaran tidak sempurna menghasilkan gas karbon monoksida sebagai reduktor.

Batu kapur berfungsi untuk mengikat kotoran pada besi cair menjadi terak (slag) yang terapung diatas besi kasar cair. hasil dari blast furnace adalah besi kasar cair (molten iron) yang akan segera dikirim dan dimasukkan ke conveter di b.o.f. (basic oxygen furnance) atau bos (basic oxygen steelmaking).

 konversi besi ke baja

• kedalam bof dimasukkan:besi kasar cair
• baja bekas (steel scrap)
• oksigen
• batu kapur
• unsur-unsur paduan: fe-mn, fe-si, fe-cr, fe-ni, dst.

 penambahan oksigen (dengan oxygen lance) adalah untuk mengurangi kadar karbon hingga mencapai yang dikehendaki. batu kapur mengikat kotoran menjadi terak. sesudah komposisi kimia tepat seperti yang diminta (sample diperiksa dengan spektrometer), baja cair dipindahkan ke ladle.

Secondary steel making

• Ekstra Treatment sesuai mutu baja yang diinginkan
• Bisa ditambah argon, injeksi powder atau wire, vacuum atau pemanasan tambahan
• Mengurangi kadar hidrogen dan sulfur

Ppenuangan baja cair dapat dilakukan dengan dua cara:

1. Dalam bentuk balok baja (ingot)
2.  Menjadi slab atau billetdengan proses cor kontinu (continuous casting)

PROSES PEMBUATAN PRODUK SETENGAH JADI

            HOT ROLLING,

ingot, billet dan slab dirol panas (hot rolling) menjadi 

1. flat product : pelat. 
2. long product : baja profil, besi beton, dan batang kawat. 

pada proses hot rolling ingot, slab atau billet dipanaskan di tungku pemanas, hot rolling dilakukan bertahap, pengerolan baja profil:

           

COLD ROLLING,

            HOT FORGING,

untuk membuat komponen yang berukuran besar, misalnya poros turbin, digunakan proses tempa panas.

            HOT TUBE FIERCING,

Tahap awal pembuatan pipa seamless dilakukan dengan hot tube piercing terhadap billet yang dipanaskan, salah satu varian-nya adalah proses mannesmann. pengecilan diameter pipa berdinding tebal tersebut dilakukan dengan proses hot tube rolling. tebal dindingnya juga akan berkurang. untuk membuat pipa yang lebih kecil lagi diameternya dipakai proses cold tube drawing.

          

            PEMBUATAN WELDED PIPE (LONGITUDINAL & SPIRAL)

welded pipe dapat dibuat dengan dua cara:

• Longitudinal Welded Pipe (erw pipe)

pada pembuatan welded pipe menggunakan bahan baku yaitu pelat baja hasil hot rolling, proses pembentukan dengan roll forming bertahap dengan pengelasan dilakukan dengan las tahanan listrik atau erw (electric resistance welding).

• Spiral Welded Pipe

pada pembuatan Spiral Welded Pipe bahan baku pelat baja hasil hot rolling dapat dibentuk menjadi pipa dengan alur spiral. dengan satu lebar pelat dapat diperoleh pipa dengan berbagai diameter, tergantung pada cetakan dan sudut pemasukan pelat. pengelasan dilakukan dengan saw(submerged arc welding) atau las busur terendam.

KLASIFIKASI DAN STANDARD

jenis baja dikelompokkan sbb:

baja karbon (plain carbon steel)

• low carbon steel : C < 0,25%
• medium carbon steel: C = 0,25 = 0,5%
• high carbon steel: C > 0,5%

baja paduan (alloy steel)

• low alloy steel : e unsur-unsur paduan < 8%
• high alloy steel: e unsur-unsur paduan > 8%

STANDARD yang banyak dipakai dalam perdagangan / industri baja adalah:

AISI = American Iron & Steel Institute

SAE = Society Of Automotive Engineers

ASME = American Society Of Mechanical Engineers

ASTM = American Society For Testing And Materials

DIN = Deutsche Industrie Normen

JIS = Japanese Industrial Standard.

KLASIFIKASI / STANDARD BAJA DIBUAT MENURUT HAL BERIKUT:

1.       Proses pembuatan / bentuk produk

contoh: plate, sheet, forgings, wire, pipe, dst.

2.       Kekuatan:

contoh:

DIN ST.50 : Tensile Strength > 50 kgfnini2

JIS SS 41  : tensile strength > 41 kgf/mm2

api 5l -65 x : yield strength > 65 ksi

3.       komposisi kimia:

contoh:

DIN 25CrMo4

JIS S45C

AISI/SAE 4130

AISI 304

4.       nomor standard tanpa pola tertentu:

contoh:

ASTM A 106: SEAMLESS PIPE

ASTM A 210: SEAMLESS TUBE FOR BOILER AND SUPERHEATER

standard aisi / sae membuat klasifikasi baja secara komprehensif berdasarkan komposisi kimia:

pada dasarnya baja karbon dan baja. paduan rendah diberi kode klasifikasi 4 digit.

digit ke 1 & 2 menyatakan kelompok / jenis paduan

digit ke 3 & 4 menyatakan kadar karbon nominal.