Pembuatan Stainless Steel

PROSES PEMBUATAN

3.1  Proses Pembuatan Baja Tahan Karat (Stainless Steel )

Baja pada dasarnya adalah paduan besi-karbon dengan kadar karbon tidak lebih dari 2,0 %, selain itu juga mengandung sejumlah unsur paduan dan unsur pengotoran. Baja dibuat dari besi kasar atau besi spons dengan mengurangi kadar karbon dan unsur lain yang kurang disukai. Ada beberapa macam cara pembuatan baja, antara lain :

1.Konvertor

2.Open hearth furnance

3.Dapur listrik

Gambar 2. Diagram Proses Pembuatan Baja

Bahan baku pembuatan stainless steel diantaranya sebagai berikut:

·         Besi kasar cair (pig iron) atau berupa Besi spons (sponge iron) (65-85%).

·         Skrap baja (15-35%),

Bahan baku paduan dalam pembuatan stainless steel diantaranya sebaai berikut :

·         Carbon (C)

            Unsur ini dapat membuat baja tetap kuat pada suhu tinggi.

·         Chromium (Cr)

            Unsur ini dapat membuat baja menjadi lebih keras, tahan gesekan, tahan korosi, dan tahan temperature tinggi. Dengan sifat-sifat itu membuat baja paduan ini baik untuk bahan poros, dan roda gigi. Penambahan unsur chromium biasanya diikuti dengan penambahan nikel.

·         Silikon (Si)

            Pada konsentrasi tinggi membuat baja tahan kondisi asam, pada konsentrasi rendah memperbaiki sifat megnetik dan sifat listrik baja.

·         Nikel (Ni)

                        Unsur campuran yang digunakan sebagai bahan dasar untuk beberapa kelompok dari stainless steel. Nikel memberikan derajat kelenturan yang tinggi (mampu berubah bentuk tanpa pecah) dan tahan terhadap karat (korosi). Hampir 65% dari semua nikel digunakan pada pembuatan stainless steel.

·         Molibedenum (Mo)

            Molibdenum akan memperbaiki baja menjadi tahan terhadap suhu yang tinggi, liat, ,kuat dan memperbaiki kekerasan baja,. Baja paduan ini biasa digunakan sebagai bahan untuk membuat alat-alat potong, misalnya pahat.

·         Wolfram (W)

                        Unsur ini memberikan pengaruh yang sama seperti pada penambahan molibdenum dan biasanya juga dicampur dengan unsur nikel (Ni) dan chromium (Cr). Baja paduan ini memiliki sifat tahan terhadap suhu yang tinggi, karenanya banyak digunakan untuk bahan membuat pahat potong yang lebih dikenal dengan nama baja potong cepat (HSS /Hight Speed Steel).

·         Vanadium (V)

                        Penambahan unsur ini akan memperbaiki struktur kristal baja menjadi halus, memperkuat baja dan meningkatkan ketahanan baja terhadap panas. Terlebih bila dicampur dengan chromium. Baja paduan ini digunakan untuk membuat roda gigi, batang penggerak, dan sebagainya.

·         Kobalt (Co)

                        Kobalt (Co) dengan penambahan unsur ini akan memperbaiki sifat kekerasan baja meningkatkan kualitas baja, serta tetap keras pada suhu yang tinggi. Baja paduan ini banyak digunakan untuk konstruksi pesawat terbang atau konstruksi yang harus tahan panas dan tahan aus.

3.1.1  Proses Menggunakan Konvertor

   Konvertor terbuat dari baja dengan mulut terbuka (untuk memasukkan bahan baku dan mengeluarkan cairan logam) serta dilapisi batu tahan api. Konvertor diikatkan pada suatu tap yang dapat berputar sehingga konvertor dapat digerakkan pada posisi horizontal untuk memasukkan dan mengeluarkan bahan yang diproses dan pada posisi vertical untuk pengembusan selama proses berlangsung. Konvertor ini dilengkapi dengan pipa yang berlubang kecil (diameternya sekitar 15 – 17 mm) dalam jumlah yang banyak (sekitar 120- 150 buah pipa) yang terletak pada bagian bawah konvertor.

     Sewaktu proses berlangsung udara diembuskan ke dalam konvertor melalui pipa saluran dengan tekanan sekitar 1,4 kg/cm3 dan langsung diembuskan ke cairan untuk mengoksidasikan unsur yang tidak murni dan karbon. Kandongan karbon terakhir dioksidasi dengan penambahan besi kasar yang kaya akan mangan, seterusnya baja cair dituangkan ked ala panci – panci dan dipadatkan menjadi batang – batang cetakan. Kapasitas konvertor sekitar 25 – 60 ton dan setiap proses memerlukan waktu 25 menit. Proses pembuatan baja yang menggunakan konvertor adalah sebagai berikut :

1.      Proses Bessemer

       Proses Bessemer adalah suatu proses pembuatan baja yang dilakukan di dalam konvertor yang mempunyai lapisan batu tahan api dari kuarsa asam atau oksida asam (SiO₂), sehingga proses ini disebut "Proses Asam". Besi kasar yang diolah dalam konvertor ini adalah besi kasar kelabu yang kaya akan unsur silikon dan rendah fosfor (kandungan fosfor maksimal adalah 0,1%). Besi kasar yang mengandung fosfor rendah diambil karena unsur fosfor tidak dapat direduksi dari dalam besikasar apabila tidak diikat dengan batu kapur. Di samping itu. fosfor dapat bereaksi dengan lapisan dapur yang terbuat dari kuarsa asam, reaksi ini membahayakan atau menghabiskan lapisan konvertor. Oleh karena itu, sangat menguntungkan apabila besi kasar yang diolah dalam proses ini adalah besi kasar kelabu yang mengandung silikon sekitar 1,5% - 2%.

       Dalam proses ini bahan baku dimasukkan dan dikeluarkan sewaktu konvertor dalam posisi horizontal (kemiringannya sekitar 30°). Sementara itu, udara diembuskan dalam posisi vertikal atau disebut juga kedudukan proses. Dalam konvertor, yang pertama terjadi adalah proses oksidasi unsur silikon yang menghasilkan oksida silikon. Kemudian diikuti oleh proses oksidasi unsur fosfor dan mangan yang menghasilkan oksida fosfor dan oksida mangan, ditandai dengan adanya bunga api yang berwarna kehijau-hijauan.

            Baja dapat dihasilkan dengan mengembuskan udara melalui besi kasar cair di dalam dapur yang disebut “konvertor”, sehingga unsur – unsur yang tidak murni akan dikeluarkan dengan jalan oksidasi. Pada waktu itu cara pembuatan jalan kereta api dan pembuatan peralatan hampir sama pentingnya. Karena sejak udara dimasukkan atau diembuskan, kotoran – kotoran di dalam baja akan berkurang.

            Proses Bessemer mengolah baja dengan menggunakan besi kasar berkualitas baik yang mengandung fosfor rendah. Bila fosfornya tinggi baja yang dihasilkan berkualitas rendah, sebab dalam proses pengolahan tidak seluruh fosfor dapat dikeluarkan. Masalah pengeluaran unsur fosfor telah dapat dipecahkan pada proses dapur Thomas, dengan menggunakan batu kapur pada lapisan dasar dapur. Sehingga sampai saat ini proses Thomas digunakan untuk memproses besi kasar dapat kaya dengan fosfor.

            Proses oksidasi yang terakhir adalah mengoksidasi karbon. Proses ini berlangsung disertai dengan suara gemuruh dan nyala api berwarna putih dengan panjang sekitar 2 meter, kemudian nyala api mengecil. Sebelum nyala api padam, ditambahkan besi kasar yang banyak mengandung mangan, kemudian baja cair dituangkan ke dalam panci-panci tuangan dan dipadatkan dalam bentuk batang-batang baja.

2.      Proses Thomas

            Proses Thomas adalah suatu proses pembuatan baja yang dilakukan di dalam konvertor yang bagian dalamnya dilapisi dengan batu tahan api dari bahan karbonat kalsium dan magnesium karbonat (CaCO₃ + MgCO₃ ) yang disebut "dolomit". Proses ini disebut juga proses basa karena lapisan konvertor terbuat dari dolomit dan hanya mengolah besi kasar putih yang kaya dengan fosfor (sekitar 1,7 - 2%) dan rnengandung unsur silikon rendah (sekitar 0,6 - 0,8%). Proses ini makin baik hasilnya apabila besi kasar yang diolah mengandung unsur silikon yang sangat rendah.

            Dalam proses ini udara diembuskan ke cairan besi kasar di dalam konvertor melalui pipa saluran udara, sehingga terjadi proses oksidasi di dalam cairan terhadap unsur-unsur campuran. Pertama kali unsur yang dioksidasi adalah silikon (Si), kemudian mangan (Mn), dan fosfor (P). Oksidasi unsur fosfor terjadi cepat sekali, sekitar 3 - 5 menit dan proses oksidasi yang terakhir adalah unsur karbon disertai suara gemuruh dan nyala api yang tinggi. Apabila nyala api sudah mengecil dan kemudian padam berarti proses oksidasi telah selesai.

            Proses oksidasi yang terjadi pada unsur-unsur di dalam besi kasar menghasilkan oksida yang akan dijadikan terak dengan jalan menambahkan batu kapur ke dalam konvertor. Selanjutnya terak cair dikeluarkan dari dalam konvertor, diikuti dengan penuangan baja cair ke dalam panci-panci tuangan kemudian dipadatkan menjadi batangan baja.

3.         Proses Siemens Martin

            Proses tungku terbuka disebut juga proses Siemens Martin, yang disesuaikan dengan nama ahli penemu proses tersebut. Proses ini digunakan untuk menahasilkan baja yang mengandung karbon sedang dan rendah dengan cara proses asam atau basa, sesuai dengan sifat lapisan dapurnya. Proses ini berlangsung di dalam dapur tungku terbuka atau dapur Siemens Martin yang mempunyai kapasitas 150 - 300 ton, bahan bakarnya gas yang dihasilkan dengan pembakaran kokas di atas tungku atau bahan bakar minnyak. Dapur ini menggunakan prinsip regenerator (hubungan balik) dan tungku pemanas dapat mencapai temperatur sekitar 900 -1.200 ⁰C, tungku pemanas ini bisa mencapai temperatur tinggi apabila diperlukan, dan pada waktu yang sama menghemat bahan bakar. Dalam proses ini dapur diisi dengan besi kasar dan baja bekas, kemudian dicairkan sehingga beberapa unsur campuran terbentuk menjadi terak di atas permukaan cairan besi, tambahkan bijih besi atau serbuk besi yang berguna untuk mereduksi karbon, maka lubang pengeluaran dapur dibuka dan cairan dituangkan ke dalam panci-panci tuangan. Baja cair meninggalkan dapur sebelum terak cair dan beberapa terak dapat dicegah meninggalkan dapur sampai seluruh baja cair dikeluarkan, kemungkinan terak ikut tertuang ke dalam panci yang akan mengapung di atas baja cair sehingga perlu dikeluarkan dan dituangkan ke dalarn panci yang berukuran kecil. Baja cair yang telah penuh di dalam panci dituangkan ke dalam cetakan melalui bagian bawah cetakan, sehingga terak tetap di dalam panci dan terakhir dikeluarkan. Selain itu, dapat pula dipisahkan dengan cara menuangnya ke dalam cetakan yang lebih kecil. Setiap melakukan proses pemurnian besi kasar dan bahan tambahan lainnya berlangsung selama 12 jam, kemudian diambil sejumlah baja cair sebagai contoh untuk dianalisis komposisinya. Sementara itu, terak yang dihasilkan dari proses basa digunakan sebagai pupuk buatan.

3.2 Proses Open Hearth Furnace ( Proses terbuka)

Tanur berupa piringan datar yang besar. Pada dasar kolom telah ditempatkan oksida basa seperti CaO atau MgO yang nantinya akan berguna sebagai zat pengikat. Ke dalam tanur tinggi dimasukan besi tuang, besi bekas dan batu kapur. Campuran gas pembakar dan udara panas dilewatkan di atas piringan yang berisi besi cair ini. Sementara diaduk maka akan berlangsung reaksi antara oksida-oksida pengotor dengan CaO dan MgO menjadi kerak. Kelebihan proses ini adalah kualitas baja yang dihasilkan mudah dikontrol kualitasnya secara terus menerus selama proses ini berlangsung lama (8-10 jam ) sedangkan Proses Bassemer berlangsung cepat (15 menit).

3.3 Proses Dapur Listrik

       Baja yang berkualitas tinggi dihasilkan apabila, dilakukanpengontrolan temperatur peleburan.dan memperkecil unsur-unsur campuran di dalam baja yang dilakukan selama proses pemurnian. Proses pengolahan seperti ini, dilakukan dengan menggunakan dapur listrik. Pada awal pemurnian baja menggunakan dapur tungku terbuka atau konvertor, selanjutnya dilakukan di dalam dapur listrik sehingga diperoleh baja yang berkualitas tinggi. Dapur listrik terdiri dari dua jenis, yaitu dapur listrik busur nyala dan dapur induksi frekuensi tinggi.

1.    Dapur listrik busur nyala

Dapur ini mempunyai kapasitas 25 - 100 ton dan dilengkapi dengan tiga buah elektroda karbon yang dipasang pada bagian atas atau atap dapur, disetel secara otomatis untuk menghasilkan busur nyala yang secara langsung memanaskan dan mencairkan logam. Dapur ini dapat mengolah logam dengan proses asam atau basa sesuai dengan lapisan batu tahan apinya dan bahan yang dimasukkan ke dalam dapur (besi kasar), termasuk logam bekas (baja atau besi) yang terlebih dahulu diketahui komposisinya. Apabila dilakukan.proses basa maka terjadi oksidasi terak dari batu kapur atau bubuk kapur untuk mereduksi unsur-unsur-campuran. Selanjutnya diperoleh pemisahan terak (mengandung batu kapur) dari baja cair. Juga dapat ditambahkan dengan logam campur sebelum cairan dikeluarkan dari dalam dapur untuk mencegah oksidasi.

2.    Dapur induksi frekuensi tinggi

Dapur ini terdiri dari kumparan yang dililiti kawat mengelilingi cawan batu tahan api, ketika tenaga yang dialirkan dari listrik, akan menahasilkan arus listrik yang bersirkulasi di dalam logam yang menyebabkan terjadinya pencairan. Apabila bahan logam telah cair - maka arus listrik membuat gerak mengaduk (berputar). Kapasitas dari dapur jenis ini adalah 350 kg - 6 ton pada umumnya dapur ini digunakan untuk memproduksi baja paduan yang khusus.

Sumber : http://fitrahchem.blogspot.co.id/2013/01/makalah-proses-industri-kimia-1.html