Proses Pembuatan Baja

a.       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. Bejana ini dapat diguling-gulingkan. Korvertor Bessemer diisi dengan besi kasar kelabu yang banyak mengandung silisium. Silisium dan mangan terbakar pertama kali, setelah itu baru zat arang yang terbakar. Pada saat udara mengalir melalui besi kasar udara membakar zat arang dan campuran tambahan sehingga isi dapur masih tetap dalam keadaan encer.

Setelah lebih kurang 20 menit, semua zat arang telah terbakar dan terak yang terjadi dikeluarkan. Mengingat baja membutuhkan karbo sebesar 0,0 sampai 1,7 %, maka pada waktu proses terlalu banyak yang hilang terbakar, kekurangan itu harus ditambahy dalam bentuk besi yang banyak mengandung karbon.

Dengan jalan ini kadar karbon ditingkatkan lagi. dari oksidasi besi yang terbentuk dan mengandung zat asam dapat dikurangi dengan besi yang mengandung mangan. Udara masih dihembuskan ke dalam bejana tadi dengan maksud untuk mendapatkan campuran yang baik. Kemudian terak dibuang lagi dan selanjutnya muatan dituangkan ke dalam panci penuang.  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.

b.      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 pembakaran sama dengan proses pada konvertor Bessemer, hanya saja pada proses Thomas fosfor terbakar setelah zat arangnya terbakar. Pengaliran udara tidak terus-menerus dilakukan karena besinya sendiri akan terbakar. Pencegahan pembakaran itu dilakukan dengan menganggap selesai prosesnya walaupun kandungan fosfor masih tetap tinggi.

Guna mengikat fosfor yang terbentuk pada proses ini maka diberi bahan tambahan batu kapur agar menjadi terak. Terak yang bersifat basa ini dapat dimanfaatkan menjadi pupuk buatan yang dikenal dengan nama pupuk fosfat. Hasil proses yang keluar dari konvertor Thomas disebut baja Thomas yang biasa digunakan sebagai bahan konstruksi dan pelat ketel.

c.       Proses Martin

Proses lain untuk membuat baja dari bahan besi kasar adalah menggunakan 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. Pada proses ini digunakan muatan besi bekas yang dicampur dengan besi kasar sehingga dapat menghasilkan baja dengan kualitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan baja Bessemer maupun Thomas.

Gas yang akan dibakar dengan udara untuk pembakaran dialirkan ke dalam ruangan-ruangan melalui batu tahan api yang sudah dipanaskan dengan temperatur 600 sampai 9000 C. dengan demikian nyala apinya mempunyai suhu yang tinggi, kira-kira 18000 C. gas pembakaran yang bergerak ke luar masih memberikan panas kedalam ruang yang kedua, dengan menggunakan keran pengatur maka gas panas dan udara pembakaran masuk ke dalam ruangan tersebut secara bergantian dipanaskan dan didinginkan.

Bahan bakar yang digunakan adalah gas dapur tinggi, minyak yang digaskan (stookolie) dan juga gas generator. Pada pembakaran zat arang terjadi gas CO dan CO2 yang naik ke atas dan mengakibatkan cairannya bergolak, dengan demikian akan terjadi hubungann yang erat antara api dengan bahan muatan yang dimasukkan ke dapur tinggi. Bahan tambahan akan bersenyawa dengan zat asam membentuk terak yang menutup cairan tersebut sehingga melindungi cairan itu dari oksida lebih lanjut.

Setelah proses berjalan selama 6 jam, terak dikeluarkan dengan memiringkan dapur tersebut dan kemudian baja cair dapat dicerat. Hasil akhir dari proses Martin disebut baja Martin. Baja ini bermutu baik karena komposisinya dapat diatur dan ditentukan dengan teliti pada proses yang berlangsung agak lama.

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 disbanding proses Bessemer dan Thomas adalah sebagai berikut :

·         Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih baik dengan jalan percobaan-percobaan.

·         Unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat dihindarkan atau dibersihkan.

·         Penambahan besi bekas dan bahan tambahan lainnya pada akhir proses menyebabkan susunannya dapat diatur sebaik-baiknya.

Selain keuntungan di atas dan karena udara pembakaran mengalir di atas cairan maka hasil akhir akan sedikit mengandung zat asam dan zat lemas. Proses Martin basa biasanya masih mengandung beberapa kotoran seperti zat asam, belerang, fosfor dan sebagainya. Sedangkan pada proses Martin asam kadar kotoran-kotoran tersebut lebih kecil.

d.      Proses Oksi

Proses konvertor yang lebih modern adalah proses oksi, pada proses ini menggunakan bahan besi kasar yang mempunyai komposisi kurang baik apabila dikerjakan dengan konvertor Bessemer maupun Thomas. Disini zat  asam murni dihembuskan di atas cairan dan kadang-kadang juga kedalam cairan besi, sehingga karbon, silisium, mangan dan sebagainya terbakar.

Hasil pembakaran unsur-unsur tersebut ditampung oleh bahan tambahan batu kapur dan terikat menjadi terak yang mengapung di atas cairan besi. Proses pembakaran zat asam dengan zat arang terjadi pada panas yang tinggi sekali, maka diperlukan pendinginan dengan jalan memberikan tambahan baja bekas. Hasil akhir dari proses ini adalah baja oksi yang bermutu sangat baik karena pengaruh buruk dari unsur udara tidak ada. Oleh karena itu baja oksi baik sekali digunakan sebagai bahan pembuatan konstruksi dan komponen-komponen mesin, seperti : poros, baut, pasak, batang penggerak dan lain-lainnya.

Keuntungan dari proses oksi adalah sebagai berikut :

·         Waktu proses relatif pendek.

·         Hasilnya mengandung fosfor (P)dan belerang (S) yang rendah.

·         Hasil yang diproduksi relatif lebih banyak dalam tempo yang sama dibanding proses lainnya.

·         Biaya produksi baja tiap ton lebih murah.

e.       Proses Hoecsch

Proses Hoecsch merupakan penyempurnaan dari proses Martin. Caranya adalah setelah muatan di dalam dapur Siemens Martin mencair kemudian langsung dikeluarkan dan dimasukkan dalam kuali yang terbuka untuk membakar fosfor dan belerang. Sementara pembakaran dilakukan dapur Siemens Martin dibersihkan dan kemudian lantai dapur ditaburi dengan serbuk bijih besi (Fe2O3 atau Fe3O4). Setelah selesai mengadakan pembakaran fosfor, belerang dan besi cair yang berada di dalam kuali tadi dimasukkan kembali ke dalam dapur Siemens Martin untuk menyelesaikan pembakaran unsur-unsur lain yang belum hilang, terutama zat arang. Setelah proses pembakaran zat arang dianggap selesai, terak yang terjadi dikeluarkan selanjutnya baja cair ditampung dalam panci penuangan untuk dituang atau dicetak menjadi balok tuangan.

f.       Proses Bertrand Thield

Proses ini menggunakan dua buah dapur Siemens Martin. Pada dapur yang pertama dilakukan pemijaran dan pembakaran untuk memisahkan fosfor sedangkan dalam dapur kedua diisi dengan besi cair hasil dari dapur yang pertama setelah teraknya dikeluarkan. Proses di dalam dapur yang kedua tersebut juga diberi tambahan bijih besi yang baru.

g.      Proses Dupleks

Proses ini dilakukan dengan cara mengeluarkan zat arang terlebih dahulu yang berada konvertor-konvertor dan memurnikannya di dalam dapur Siemens Martin. Proses Dupleks terutama dilakukan oleh pabrik-pabrik baja yang berada di dekat perusahaan dapur tinggi. Setelah proses di dalam dapur tinggi (setelah teraknya dihilangkan) cairan besi kasar itu dimasukkan kedalam konvertor (Bessemer atau Thomas) dan dicampur dengan batu kapur serta baja bekas dalam jumlah yang dikehendaki. Pengembusan udara di dalam konvertor dilakukan sampai kandungan fosfor menjadi rendah  kira-kira 1 sampai 1,5 %, ditambah dengan kokas yang telah digiling selanjutnya memindahkan isinya ke dalam dapur Siemens Martin.

h.       Proses Thalbot

Proses Thalbot dilakukan dengan menggunakan dapur Siemens Martin yang dapat diputar-putar dan dijungkitkan. Setelah pemijaran didalam dapur Martinnnnnn, sebagian cairan dituangkan ke dalam panci tuang dan ke dalam dapur tadi sambil ditambahkan besi kasar, bijih besi dan batu kapur. Proses selanjutnya adalah menjaga agar cairan besi di dalam panci tuang tadi tidak terjadi oksidasi, artinya mengusahakan pendinginan yang cepat. Akibat dari cara ini adalah hasil yang diperoleh dalam setiap proses dari satu dapur tidak sama kualitasnya. Baja yang dihasilkan dari proses Thalbot adalah baja biasa seperti hasil dari proses konvertor Bessemer maupu Thomas.

i.         Proses Dapur Listrik

Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan terhadap suhu tinggi. Dapur ini mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut,

a. Jumlah panas yang diperlukan dapat dapat diatur sebaik-baiknya.

b. Pengaruh zat asam praktis tidak ada.

c. Susunan besi tidak dipengaruhi oleh aliran listrik.

j.        Proses Dapur Aduk

Dapur aduk merupakan cara pembuatan baja yang konvensional dengan cara melebur besi kasar di dalam dapur nyala api bersama-sama dengan terak (FeO) untuk mendapatkan zat asam. Dengan cara mengaduk-aduk dengan batang besi dan ke bawah permukaan dimasukkan udara maka terjadilah suatu masa lunak dari baja yang banyak mengandung terak.

Apabila gumpalan-gumpalan yang dibuat dalam dapur telah mencapai kirakira 60 kg dikeluarkan, maka langkah selajutnya adalah mengeluarkan terak dengan jalan menempanya atau dipres. Dalam proses aduk ini lebih banyak melibatkan pekerjaan tangan serta kapasitas produksi yang kecil maka cara ini dipandang tidak efisien dan jarang digunakan pada pabrik-pabrik baja.