Sejarah dan Perbedaan Besi dan Baja

Secara tepat kapan seseorang menemukan Teknik peleburan besi atau untuk menghasilkan logam yang dapat dimanfaat secara Teknik adalah tidak diketahui.Pertama – tama besi dapat dimanfaatkan, ditemukan oleh archeologist dari Mesir sekitar  3.000 tahun sebelum Masehi, dan pertama kali digunakan pada ornament besi ;Tekniik pengerasan besi untuk senjata dilakukan dengan hardening diketahui pada abad 1.000 tahun sebelum masehi.

Gambar Proses pembuatan besi pertama kali

Paduan , pertama kali dihasilkan oleh pekerja besi, dan sesungguhnya seluruh paduan besi dibuat sampai sekitar 14 tahun sesudah Masehi, dan sekarang diklasifikasikan sebagai besi tempa. Mereka memanaskan bijih besi dan batu bara dalam furnace tempa yang memiliki gaya angkat. Dalam perlakuan ini , bijih besi direduksi dan menjadi besi sponge dengan slag kotoran metallic dan abu batu bara.

Proses reduksi pada pembuatan besi

Besi Spons ini dipindah dari furnace saat besi tersebut masih berpijar dan ditempa dengan hammer berat untuk mengeluarkan slag dan memadatkan besi. Besi yang dihasilkan pada kondisi ini biasanya mengandung 3 % partikel slag dan 0,1 % unsur ikutan yang lain. Adakalanya ,teknik menghasilkan besi ini kebetulan lebih banyak baja dari pada besi tempa. Operator pembuatan besi belajar bagaimana membuat baja dengan memanaskan besi tempa dan batu bara dalam kotak tanah liat dalam periode beberapa hari. Dengan proses ini , besi menyerap karbon yang cukup untuk menjadi baja.

Setelah abad ke 14, furnace ( dapur pelebur ) yang digunakan dalam proses peleburan , ukurannya di buat lebih besar, serta menaikkan aliran udara untuk gaya gas pembakaran yang dilewatkan ruang campuran bahan baku.

Dalam furnace ( dapur) yang lebih besar ini, bijih besi pada bagian atas furnace  yang pertama kali mengalami reduksi logam besi dan kemudian carbon yang lebih sebagai hasil gaya gas yang dilewatkan melalui hembusan.

Produk dapur ini adalah pig iron  , paduan dengan titik lebur yang lebih rendah dari pada baja atau besi tempa. Pig iron ( dinamakan seperti ini karena biasanya dituang dalam cetakan pendek dan gemuk, seperti babi ) ini kemudian dimurnikan untuk dibuat baja.

Proses pembuatan besi

Pembuatan baja modern menggunakan blast furnace yaitu proses pemurnian saja. Proses pemurnian besi cair dengan hembusan udara telah disempurnakan oleh penemu dai Inggris yaitu Sir Henry Bessemer yaitu yang mengembangkan dapur Bessemer atau dapur Converter pada tahun 1855. Sjak tahun 1960-an , beberapa menamakan minimills  ( pabrik kecil ) yang telah menghasilkan baja dari sekrap logam dalam dapur Seperti halnya minimills ini merupakan komponen penting dari total produksi baja di US. Pabrik baja yang besar yang lain menghasilkan baja dari bijih besi.

PEMBUATAN PIG IRON

Bahan dasar yang digunakan untuk pembuatan pig iron adalah : Bijih besi, Cokes ( batu arang ) dan batu kapur. Batu arang dibakar sebagai bahan bakar untuk memanaskan furnace ( dapur ). Setelah terbakar, batu arang menghasilkan karbon mono Oksida ( CO ) dan bereaksi dengan Oksida  besi dalam bijih besi dan mereduksinya menjadi logam besi ( lihat persamaan reaksi di bawah ini ) :

Fe₂O₃  +  3CO  =  3CO₂  +  2Fe

Batu kapur dalam ruang dapur digunakan sebagai unsur tambahan pada carbon mono Oksida serta sebagai flux ( unsure  penambah ) dan bereaksi dengan unsur ikutan silica yang ada dalam bijih besi, untuk membentuk Calsium silikat .

Tanpa batu kapur, silikat besi akan dibentuk dengan hasil sebagian logam besi yang hilang. Calcium silikat ditambah unsur ikutan yang lain membentuk slag  dan mengapung pada bagian atas logam cair pada bagian dasar dapur..

Pig iron biasa, seperti yang dihasilkan oleh blast furnace, mengandung besi sekitar 92 %, Carbon , 3-4 %, Silikon 0,5 – 3 %, Mangan  0,25 – 2,5 %, Phospor 0,04 – 2 %, dan tidak ada kandungan Sulfur.

Ciri fisik blast furnace terdiri dari baja silindris berdinding lurus dengan refractori yang merupakan bahan non metallic seperti halnya batu tahan api. Dinding berbentuk tirus pada bagian atas dan bawah ( lihat gambar 2.3 ), serta melebar pada pada sekitar  seperempat dari bagian bawah.

Bagian kecil dari furnace disebut bosh , yaitu perangkat dengan beberapa pipa terbuka ( tuyeres ) yang mana udara dihembuskan dengan kuat. Dekat dengan bagian bawah bosh, adalah lubang laluan untuk mengalirkan besi cair ketika dapur ditap ( dikuras ). Diatas lubang tetapi di bawah tuyeres, adalah lubang yang lain untuk mengalirkan slag.

Bagian atas furnace, yaitu ketinggian sekitar 27 m ( sekitar 90 ft ), terdiri dari ventilasi untuk membuang gas, dan sepasang hopper berbentuk bulat , dekat  dengan katup bentuk bell yang mana pengisi dimasukkan ke dalam furnace. Material dibawa menuju hopper dengan dump truck kecil atau skip, yaitu dinaikkan dengan kerekan .

Blast furnaces dioperasikan secara kontinyu. Bahan baku dimasukkan ke dalam furnace dan dibagi kedalam beberapa bagian setiap interval 10 – 15 min. Slag turun dari bagian atas cairan setiap 2 jam sekali, dan besi cair dengan sendirinya turun atau dikuras 5 kali dalam sehari.

Udara digunakan untuk mensuplai hembusan dalam blast furnace, yaitu dopanaskan sampai temperature antara 540 ⁰ dan 870 ⁰ C ( sekitar 1.000 – 1,600 ⁰ F ). Pemanasan dilakukan dalam stove, yaitu silinder yang tersusun atas jaringan batu tahan api. Batu tahan api dalam stove dipanaskan selama beberapa jam dengan pembakaran gas blast furnace, sisa gas dari bagian atas furnace. Berat udara yang digunakan dalam pengoperasian ini melebihim total berat bahan baku yang lain yang digunakan.

Perkembangan penting dalam teknologi blast furnace, adalah memberi  tekanan pada furnace , yang dikenalkan setelah perang dunia II . Dengan katup penutup aliran gas dari ventilasi dapur, tekanan dalam dapur mencapai 1,7 atm atau lebih. Teknik Pemberian tekanan ini memungkinkan proses pembakaran kokas lebih baik dan produk pig iron lebih banyak. Output beberapa blast furnace dapat dinaikkan 25 % dengan pemberian tekanan. Pengujian instalasi juga menunjukkan  output blast furnace dapat dinaikkan melalui penambahan udara dengan oksigen.

Proses pengurasan terdiri dari perangkat lepas plug tanah liat dari lubang aliran besi dekat bagian bawah bosh dan memungkinkan logam cair mengalir kedalam saluran kemudian kedalam penampung yang terbuat dari batu berlapis logam, yang mana rail ladle mampu membawa sebanyak 100 ton logam.

Adapun slag mengalir dari furnace dengan logam yang telah diskim sebelum mencapai container ( penampung ). Kontainer besi cair kemudian dipindahkan ke bagian steelmaking.

Pada era modern, blast furnace dioperasikan dimana ada penghubung dengan Dapur Oxygen ( Oxygen Furnace ) dan kadang – kadang dapur open hearth yang lebih tua sebagai bagian  pada pabrik  produksi baja. Pada pabrik seperti ini peleburan pig iron, digunakan untuk mengisi dapur pembuatan baja. Logama cair dari beberapa blast furnace, dicampur dalam ladle besar sebelum dirubah menjadi baja, dengan tujuan unytuk meminimalkan keberagaman komposisi dari masing – masing logam cair.