PENGOLAHAN DENGAN KONVERTER

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.

 

Gambar 1.  Skema proses oksidasi

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.

Gambar 2. Convertor

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.

Secara umum proses kerja konverter adalah:                 

1. Dipanaskan dengan kokas sampai suhu 1500⁰C.
2. Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja (+1/8 dari volume konverter).
3. Konverter ditegakkan kembali.
4. Dihembuskan udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dengan kompresor.
5. Setelah 20 – 25 menit konverter dijungkirkan untuk mengeluarkan hasilnya.

1.       Proses Bessemer (1855)

Proses Bessemer diinginkan baja bersifat asam sehingga batu tahan apinya harus bersifat asam (Misal : kwarsa atau aksid asam SiO₂). 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.

               

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 ⁰C ke 1650 ^oC. Dari reaksi di atas akan terbentuk terak asam kira-kira 40 - 50% Si O₂. 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 danledakan 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.

Pada periode ke dua ini unsur C akan terbakar oleh panas FeO dengan reaksi :

               

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 mengikatO₂ dan memadunya dengan baja yang dihasilkan. Baja Bessemer yang dihasilkan dengan proses di atas mengandung sangat sedikit unsur C.

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

a.       mengurangi udara penghembus terutama pada periode ke dua.

b.      menambah C pada periode ke tiga hampir berakhir yaitu dengan menambahkan besi mentah.

Berat logam pada proses Bessemer ini akan berkurang + 8 – 12%.

2.       Proses Thomas (1878)

                Proses Thomas disebut juga “Basic Bessemer Process” yaitu proses Bessemer dalam keadaan basa. Proses ini memakai Converter yang di bagian dalamnya dilapisi bahan tahan api (refractory) bersifat basa seperti dolomite (Mg CO₃ CaCO₃). Pertama-tama converter diisi dengan batu kapur, kemudian besi mentah (pig iron) cair yang mengandung unsur phosfor (P) : 1,6 - 2% ; dan sedikit Si dan S (0,6% Si, 0,07 % S).

                Pada periode I (Slag forming period = Silicon blow) yaitu pada saat penghembusan, unsur Fe, Si, Mn akan teroksider dan terbentuklah terak basa (basic slag). Dengan adanya batu kapur, akan terjadi kenaikan temperatur, tetapi unsur phosfor (P) yang terkandung dalam besi mentah belum dapat dipisahkan dari Fe.

                Pada periode ke II (The brilliant flame blow = Carbon blow) yang ditandai dengan adanya penurunan temperatur, dimana Carbon (C) akan terbakar, berarti kadar C menurun. Jika kadar C tinggal 0,1 - 0,2%, maka temperatur akan turun menjadi 1400 - 1420^oC.

Setelah temperatur turun menjadi 1400^oC, mulailah periode ke III (Reddish Smoke Periode) yaitu terjadinya oksidasi dari Fe secara intensif dan terbentuklah terak dengan reaksi :

               

Peristiwa ini berlangsung + 3 - 5 menit, dan selanjutnya terbentuklah terak Phospor [CaO)4.P₂O₅] yang diikuti kenaikan temperatur yang mendadak menjadi 1600^oC. Setelah periode ke III ini berakhir, hembusan udara panas dihentikan dan converter dimiringkan untuk mengeluarkan terak yang mengapung di atas besi cair. Kemudian diberi doxiders/deoxidising agents misalnya Ferro Monggan, Ferro Silicon atau Aluminium untuk menghilangkan Oksigen (O₂) serta memberikan kadar Mn dan Si supaya diperoleh sifat-sifat tertentu dari baja yang dihasilkan. Terak yang dihasilkan mengandung  + 22 % P₂O5 merupakan hasil ikatan yang diperoleh dan dapat digunakan sebagai pupuk tanaman. Baja yang dihasilkan digunakan sebagai bahan dalam proses pengecoran seperti pembuatan baja tuang atau baja profil (steel section) seperti baja siku, baja profil I, C.

3.       Proses Linz Donawitz (LD)

Mula-mula konventer dimiringkan, kemudian besi-besi bekas disusul dengan besi kasar cair dimasukkan ke dalam konventer.

Tahap berikutnya, oksigen disemburkan dari atas selama 10-20 menit.

Karena di atas permukaan yang kontak dengan pipa sembur oksigen terjadi temperatur pembakaran yang tinggi, maka Phosphor akan  terbakar terlebih dahulu baru kemudian Karbon. Dengan demikian Kadar P yang dicapai bisa lebih baik, yaitu 0.05%.

Besi bekas yang bisa diikutsertakan untuk pembuatan baja hanya 40%.

Gambar 3.  Skema Proses Linz Donawitz

4.       Proses Dengan Oksigen Berlebihan

                Ada juga proses pembuatan baja dalam converter dengan cara penghembusan yang memakai Oksigen (O₂) berlebihan. Cara ini dapat mempercepat proses dan menambah out put converter + 15 - 20%. Dan yang paling menguntungkan dengan cara pemakaian O₂ berlebihan yaitu dapat mengurangi kadar Nitrogen (N₂) dalam baja yang dihasilkan. Penghembusan dengan menggunakan campuran O₂ dan uap air (steam) atau carbondioksida (CO₂) dapat juga dilakukan untuk menghasilkan baja berkualitas baik. Dengan cara di atas, akan diperoleh baja yang kualitasnya melebihi kualitas baja yang diperoleh lewat proses Open-hearth ataupun dapur listrik (electric furnace).