Proses Oksidasi dalam pembuatan baja

 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 <= 2%; Mn <= 1,5%; kadar unsur P dan S sekecil mungkin. Ketika udara panas dihembuskan lewat besi mentah cair, unsur-unsur Fe, Si dan Mn terbakar menjadi oksidasinya. 

Gambar Reaktor oksigen, pada proses Bessemer (Sumber : www.google.com)

Sebagian oksida besi yang terbentuk pada reaksi di atas akan berubah menjadi terak dan sebagian lagi akan bereaksi dengan Si dan Mn.

Reaksi-reaksi di atas diikuti dengan kenaikan temperatur dari 1250˚C ke 1650˚C. Dari reaksi di atas akan terbentuk terak asam kira-kira 40 – 50% SiO2. Periode ini disebut periode pembentukan terak (The slag forming period). Periode ini disebut juga periode “Silicon blow”. Periode ini berlangsung sekitar 4 – 5 menit yang ditandai adanya bunga api dan ledakan keluar dari mulut Konvertor.

Pada periode ke dua yang disebut “The brilliant flame blow” atau “Carbon blow” dimulai setelah Si dan Mn hampir semuanya terbakar dan keluar dari besi mentah cair. Reaksi itu diikuti dengan penurunan temperatur + 50 – 80% dan berlangsung +8 – 12 menit. CO akan keluar dari mulut Konvertor dimana CO ini akan teroksider oleh udara luar dengan ditandai dengan timbulnya nyala api bersinar panjang di atas Konvertor.

Periode ketiga disebut “Reddisk Smoke period” yang merupakan periode brilliant flame terakhir. Periode ini ditandai adanya Reddish smoke (nyala api ke merah-merahan) keluar mulut Konvertor. Hal ini menunjukkan bahwa unsur campuran yang terdapat dalam besi mentah telah keluar dan tinggal oksida besi FeO. Periode ini berlangsung + 1 – 2 menit. Kemudian Konvertor diputar sehingga posisinya menuju posisi horizontal, lalu ditambahkan oksider (ferromanganesh, ferrosilicon atau Al) untuk mengikat O2 dan memadunya dengan baja yang dihasilkan. Baja Bessemer yang dihasilkan dengan proses di atas mengandung sangat sedikit unsur karbon.

Untuk baja Bessemer, kadar unsur C dapat dinaikkan dengan cara :

1. Mengurangi udara penghembus terutama pada periode ke dua.
2. Menambah C pada periode ke tiga hampir berakhir yaitu dengan menambahkan besi mentah.
3. Berat logam pada proses Bessemer ini akan berkurang + 8 – 12% 

Ketika baja yang diperlukan sudah terbentuk, itu dicurahkan ke dalam ladle dan kemudian ditransfer ke dalam cetakan dan terak ringan yang tertinggal. Proses konversi yang disebut “pukulan” dilakukan dalam waktu sekitar dua puluh menit. Selama periode ini kemajuan oksidasi kotoran dapat dilihat atau dinilai oleh penampilan dari api yang keluar dari mulut konverter.

Gambar Foundry ladle (Sumber : www.google.com)

Penggunaan metode modern fotolistrik pencatatan karakteristik nyala api telah sangat membantu blower dalam pengendalian kualitas akhir produk. Setelah pukulan, logam cair recarburizer ke titik yang dikehendaki dan bahan paduan lainnya ditambahkan, tergantung pada produk yang diinginkan.

Proses pembuatan baja dapat diartikan sebagai proses yang bertujuan mengurangi kadar unsur C, Si, Mn, P dan S dari besi mentah dengan proses oksidasi peleburan. Konventer untuk proses “oksidasi berkapasitas antara 50-400 ton”. Besi kasar dari tanur yang dituangkan ke dalam konventer disemburkan oksigen dari atas melalui pipa sembur yang bertekanan kira-kira 12 atm. Reaksi yang terjadi: O2 + C → CO2

Penyemburan Oksigen berlangsung antara 10-20 menit. Penambahan waktu penyemburan akan mengakibatkan terbakarnya C, P, Mn dan Si.

Konvertor dibuat dari plat baja dengan sambungan las atau paku keling. Bagian dalamnya dibuat dari batu tahan api. Konvertor disangga dengan alat penyangga yang dilengkapi dengan trunnion untuk mengatur posisi horizontal atau vertikal Konvertor.

Pada bagian bawah konvertor terdapat lubang-lubang angin (tuyer) sebagai saluran udara penghembus (air blast). Batu tahan api yang digunakan untuk lapisan bagian dalam Konvertor dapat bersifat asam atau basa tergantung dari sifat baja yang diinginkan.

Gambar Konvertor (Sumber : www.google.com)

Keuntungan dari proses oksidasi adalah sebagai berikut :

1. Waktu proses relatif pendek.
2. Hasilnya mengandung fosfor (P) dan belerang (S) yang rendah.
3. Hasil yang diproduksi relatif lebih banyak dalam tempo yang sama dibanding proses lainnya.
4. Biaya produksi baja tiap ton lebih murah.

Daftar Pustaka

Ferdiansyah, Ervan. (2013). Ilmu Bahan Teknik. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan