besi baja

INDUSTRI BESI BAJA

MAKALAH

Disusun guna memenuhi tugas mata kulilah : Proses Industri Kimia II

Di susun oleh:

Nama       : Risa Wati

NIM          : 11 302 0057

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS WAHID HASYIM

SEMARANG

2013

PRAKATA

Assallamuallaikum Warrahmatullahi Wabarrakatuh

Alhamdulillah, puji syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta hidayahnya sehingga penyusun bisa menyelesaikan tugas Proses Teknik Industri Kimia II ini dengan baik, benar dan tepat waktu.

Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas beserta kebutuhan akan materi perkuliahan Proses Teknik Industri Kimia II, namun makalah ini juga dapat dijadikan sebagai buku pegangan/ petunjuk yang sekiranya sama dengan materi yang disampaikan.

Penyusun menyadari bahwa makalah ini jauh dari kata sempurna, dari segi isi, cara penyajian maupun dari segi bahasa yang digunakan namun penyusun telah berusaha untuk menyelesaikan makalah ini dengan baik. “Tak ada gading yang tak retak”. Sekiranya tegur sapa para pembaca dapat dijadikan motivasi untuk menyempurnakan makalah ini.

Demikian, kiranya makalah ini dapat bermanfaat bagi semuanya.

Wassalamuallaikum Warrahmatullahi Wabarrakatuh

Semarang, 20 April 2013

                                                                                                 PENYUSUN

BAB I

PENDAHULUAN

I.LATAR BELAKANG

Besi (Fe) merupakan salah satu logam yang mempunyai peranan yang sangat besar dalam kehidupan manusia, terlebih-lebih di zaman modern seperti sekarang. Kelimpahannya juga sangat besar, dan merupakan jenis logam terbanyak kedua di kulit bumi. Karena kelimpahannya yang sangat besar itulah maka besi banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan industri konstruksi. Besi berada dalam bentuk senyawanya, terutama sebagai bijih besi, yang mengandung Fe2O3 (hematite), Fe2O3.H2O (limonit), Fe3O4 (magnetic), FeCO3(siderite), dan FeS2 (pirit).

Indonesia, merupakan negara penghasil besi baja terkemuka di dunia. Industri besi sekarang ini sering disebut basic industry yang merupakan penopang pembangunan suatu bangsa. Mengingat Indonesia kaya akan hasil bumi terutama mineral,  yang termasuk besi oksida (bijih besi). Beragam kandungan hasil bijih besi di Indonesia memerlukan teknologi yang tepat pula dalam proses pengolahannya agar dapat dijadikan suatau karya yang bermanfaat bagi masyarakat.

II.TUJUAN

Tujuan dari kita mempelajari materi ini, antara lain;

1        Mengetahui definisi dari Besi

2        Mengetahui secara luas industry besi baja yang berkembang terutama di negara Indonesia

3        Mempelajari jenis besi, kegunaanya serta proses pengolahannya sehingga menjadi barang baku

III.MANFAAT

Besi  merupakan aspek penting bagi kita. Pada industri kecil maupun besar tidak lepas pada unsur ini. Apalagi bila kita membahas tentang teknologi, mungkin ribuan bahkan jutaan teknologi dimana hampir semua teknologi sekarang yang sedang berkembang terus menggunakan logam berat ini sebagai paduan untuk menunjang suatu teknologi terutama pada mesin.

BAB II

PEMBAHASAN

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. Besi merupakan suatu unsur kimia (Fe) dimana unsurnya termasuk pada golongan logam berat. Besi biasanya digunakan sebagai bahan kontruksi suatu bangunan terlepas karena kelebihan yang dimiliki seperti kekuatan tarik yang tinggi, dapat dirubah bentuknya, mudah disambung dan memiliki konduktivitas listrik dan panas  yang tinggi Seringkali untuk memperbaiki atau meningkatkan sifat-sifat bahan konstruksi seperti sifat fisik, sifat mekanik, sifat listrik maupun sifat visual, maka logam dipadukan dengan logam-logam lain.

Berdasarkan kadar Macam-macam besi baja karbon dan unsur-unsur lain yang terdapat didalamnya, besi dapat dibedakan menjadi;

1.      Besi Tuang, yaitu besi yang dihasilkan dari tanur tinggi. Sifat besi tuang antara lain;.

a)      Mengandung 3%-6% karbon serta sejumlah kecil silicon, mangan , fosfor, dan belerang.

b)      Sangat keras tetapi rapuh.

c)       Tidak dapat ditempa

d)      Titik leleh rendah.

 besi tuang mudah digunakan pada alat-alat yang dibuat dengan cetakan, seperti kaki mesin jahit, setrika, lumpang besi , dan sebagainya. Karena titik lelehnya rendah maka mudah dicairkan dan dituangkan ke dalam cetakan.

2. Besi Baja

Sifat-sifatnya antara lain;

a)      mengandung 0.02%-1.5% karbon.

b)      keras tetapi dapat ditempa

c)      tahan korosi

3. Besi tempa

Sifat besi tempa, antara lain:

a)      mengandung kurang dari 0.5% karbon.

b)      kurang keras dan mudah ditempa.

Jenis besi ini banyak digunakan sebagai  bahan baku untuk produk  paku, kawat, besi, beton, dan sebagainya. Pengolahan besi dari bijinya

prinsip pengolahannya besi dihasilkan dari oksida besi (Fe2O3), melalui reaksi reduksi dengan karbon monoksida pada suhu relatif tinggi (>1500°C).

C). Reduksi berlangsung beberapa tahap, dan reaksi yang terlibat

bersifat reversible, di mana kesetimbangan  bergantung pada tekanan relatif dari CO dan CO2dalam tanur tinggi.

Bahan baku yang digunakan dalam proses pengolahan besi pada tanur tinggi adalah;

a. Biji besi

1.      Biji besi yang digunakan terutama dalam bentuk hematite, geotit, dan magnetic.

2.       Kokas sebagai zat pereduksi.

Kokas sebagai sumber karbon berkadar tinggi, dibuat dari pemanasan batu bara didalam oven kedap udara. Hasil sampingan pembuatan kokas ini adalah gas bakar yang dapat digunakan  kembali sebagai bahan bakar untuk pemanasan oven dan pemanasan awal tanur tinggi. Hasil samping lainnya  adalah benzen, tar, toluen, naftalen, dan ammonium sulfat.

3.      Batu kapur.

Batu kapur (CaCO3 ), digunakan sebagai bahan untuk mengikat silika pada reaksi dalam tanur tinggi. Hasilnya adalah kalsium silikat (CaSiO3 ), yang menjadi ampas buangan kerak tanur tinggi.

4.      Udara

Udara dipanaskan, ditiupkan dari bagian bawah tanur tinggi untuk membakar karbon menjadi gas CO2 yang selanjutnya bereaksi lagi dengan karbon membentuk gas CO, yang nantinya akan mereduksi oksida besi. Rata-rata untuk menghasilkan 1 ton besi,

diperlukan bahan baku 2 ton biji besi, 1 ton kokas, 0.3 ton kapur, dan 4 ton.

Macam-macam baja

Baja adalah besi yang mengandunbg 0.02%-1.5% karbon. Sifat baja tergantung pada jumlah karbon yang dikandungya.Berdasarkan kandungan karbon, jenis baja dibagi menjadi;

1)      Baja lunak, yaitu baja yang mengandung kurang dari 0.2 % karbon. Disebut baja lunak karena mudah dibentuk dan diregangkan. Baja ini bisa digunakan untuk membuat kabel dan rantai.

2)      . Baja medium, yaitu baja yang mengandung 0.2%-0.6% karbon. Baja ini digunakan  untuk membuat rel, balok dan rangka.

3)      . Baja karbon tinggi, yaitu baja yang mengandung 0.6%-1.5% karbon. Sifatnya keras, kaku, biasa digunakan untuk alat-alat logam, per alat pemotong dan alat rumah tangga.

Efek khusus logam transisi yang dicampurkan pada baja , antara lain;

a)      Kobalt : membuat baja tetap kuat pada suhu tinggi.39

b)      Krom  : membuat baja menjadi lebih keras, tahan gesekan, tahan korosi, dan tahan temperature tinggi.

c)       Mangan  : membuat baja menjadi keras, tahan aus dan tahan gesekan.

d)      Molibden  : memperbaiki kekerasan baja, tahan goncangan dan tahan temperature tinggi.

e)      Nikel  : membuat baja tahan korosi

f)       Silikon  : pada konsentrasi tinggi membuat baja tahan kondisi asam, pada konsentrasi rendah memperbaiki sifat megnetik dan sifat listrik baja.

g)       Vanadium  : memperkuat baja dan meningkatkan ketahanan baja terhadap panas.

1). Pembuatan Besi

Bahan utama untuk membuat besi adalah bijih besi. Berbagai macam

bijih besi yang terdapat di dalam kulit bumi berupa oksida 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. Bongkahan tersebut dipecahkan dengan mesin pemecah, kemudian disortir antara bijih besih dan batuan ikutan dengan tromol magnet. Selanjutnya mencuci bijih besi dan mengelompokkan menurut besarnya, bijih besi 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.

Mulut dapur suhunya 3000 C

Reduksi tidak langsung mengubah oksida tinggi menjadi FeO oleh CO

Fe2O3+CO  —2FeO+CO2

8000 C          11000 C

Reduksi tidak langsung CO

FeO+CO Fe+CO2— CO2+C 2CO

18000 C

Reduksi langsung

FeO+C Fe+CO—C+O2 CO2

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.

 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 + 18000 C 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

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.

Proses 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.

Korvertor Bessemer diisi dengan besi kasar kelabu yang banyak mengandung silisium. Silisium dan mangan dibakar, kemudian zat mangan dibakar. 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.

 Proses 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 Martin

Proses lain untuk membuat baja dari bahan besi kasar adalah menggunaka  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.

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.

BAB III

PENUTUP

Besi merupakan unsur kimia yang banyak digunakan, dan dapat dikasifikasikan berbagai macam bentuk dan model dengan teknologi yang tepat. Proses pembuatan nya juga rumit, teknologi yang canggih berikut pula disertakan teori dari beberapa ahli dalam bidangnya

DAFTAR PUSTAKA

Cubberly William H, 1983, Metals Handbook Ninth Edition Vol. 1

Properties and Selection Iron and Steels. American Society For

Metals, New York.

Hari Amanto dan Daryanto, 1999, Ilmu Bahan, Bumi Aksara, Jakarta.

Yanmar Diesel. 1980. Buku Petunjuk Mesin Diesel Yanmar. PT. Yanmar

Indonesia. Jakarta.

Suyanto, 2001. Bahan Bakar dan Minyak Lumas, Sekolah Tinggi Perikanan,

Jakarta.

Tata Surdia dan Saito Shinroku, 1999, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya

Paramita, Jakarta.

Warsowiwoho dan Gandhi Harahap, 1984. Bahan Bakar, Pelumas,

Pelumasan dan Servis, Pradnya Paramita, Jakarta.