BAB
I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Metalurgi adalah
ilmu pengetahuan dan teknologi logam, pengolahan dari bijihnya, pemurnian,
serta studi sifat maupun penggunaannya. Berdasarkan tahapan rangkaian kegiatannya,
metalurgi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu metalurgi ekstraksi dan metalurgi
fisika. Metalurgi ekstraksi yang banyak melibatkan proses-proseskimia,
baik yang temperatur rendah dengan cara pelindian maupun pada temperatur tinggi
dengan cara proses peleburan utuk menghasilkan logam dengan kemurnian tertentu,
dinamakan juga metalurgi kimia. Adapun
proses-proses dari ekstraksi metalurgi atau ekstraksi logam itu sendiri antara
lain adalah Pirometalurgi (proses ekstraksi yang dilakukan pada
temperatur tinggi), Hidrometalurgi (proses ekstraksi yang dilakukan
pada temperatur yang relatif rendah dengan cara pelindian dengan media cairan),
dan elektrometalurgi
(proses ekstraksi yang melibatkan penerapan prinsip elektrokimia, baik pada
temperatur rendah maupun pada temperatur tinggi). Meskipun sesungguhnya metalurgi kimia itu sendiri mempunyai pengertian
yang luas, antara lain mencakup juga pemaduan logam dengan logam lain
atau logam dengan bahan bukan logam . Paduan logam (aloi) dapat merupakan
larutan zat padat (solid solution) dengan komposisi yang bervariasi tertentu.
Aloi yang merupakan zat padat ada dua macam, yaitu aloi selitan (interstitial
alloy) dan aloi subtitusi (subtitution alloy). Oleh karena itu untuk lebih memahami
mengenai metalurgi serata paduan logam
(aloi) maka
ditulislah makalah ini.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan
masalah pada makalah ini adalah sebagai berikut:
- Bagaimanakah
prosedur dan proses metalurgi?
- Apa
saja jenis-jenis metalurgi dan bagaimana contohnya?
- Bagaimanakah
logam paduan (aloi) itu ?
- Apa
sajakah jenis-jenis aloi?
- Bagaimanakah
cara pembuatan aloi tersebut (Baja) ?
1.3 Tujuan
Adapun
tujuan dari makalah yang dibuat adalah
sebagai berikut:
1.
Mengetahui prosedur dan proses dari
metalurgi.
2.
Mengetahui jenis-jenis metalurgi beserta
contohnya.
3.
Mengetahui logam paduan (aloi) .
4.
Mengetahui jenis-jenis aloi .
5.
Mengetahui cara pembuatan aloi (Baja) .
BAB II
PEMBAHASAN
PEMBAHASAN
2.1
Prosedur
Metalurgi
Metalurgi adalah
ilmu pengetahuan dan teknologi logam, pengolahan dari bijihnya, pemurnian,
serta studi sifat maupun penggunaannya.Namun demikian, dalam kesempatan ini
hanya dipelajari pemurnian logam hasil pengolahan dari bijihnya.
Prosedur
pengolahan logam dari bijihnya melewati tiga tahap yang umum yaitu pemekatan
bijih, ekstraksi logam dari bijihnya termasuk reduksi logam, dan pemurnian (refining) logam. Berikut penjelasannya :
1. Pemekatan
bijih
Pada tahap ini
mineral yang berharga dipisahkan semaksimal mungkin dari batu-batuan yang tidak
diinginkan.Biasanya hari ini dilakukan dengan penggerusan bijih menjadi
pecahan-pecahan yang lebih kecil, kemudian pemisahan dapat dilakukan dengan
metode flotasi (flotation). Menurut
metode ini, bijih gerusan halus dimasukkan kedalam sebuah tangki yang berisi
air, agen pelengket, seperti minyak tusam (pineoil),
yang akan membasahi mineral pembawa logam tetapi tidak membasahi
partikel-partikel batu silikat yang tak diinginkan, agen aktif permukaan, dan
mungkin juga agen pembuih. Agen aktif permukaan berfungsi seperti molekul sabun
atau detergen yang memiliki satu ujung polar yang dapat diadsorbsi pada permukaan
mineral dan satu ujung hydrofobik (hidrokarbon) yang dapat ditarik kedalam
gelembung membawa mineral ke dalam buih (busa).Campuran kemudian diaduk dengan
kuat, dan arus udara disemprotkan dengan kuat ke dalam tanki sehingga partikel
mineral terbawa ke permukaan oleh gelembung udara sebagai buih dan selanjutnya
dapat dipisahkan.Sebagian besar batu-batuan yang tak diinginkan tenggelam
kedasar tanki.
Gambar
2.1.
Proses pemekatan dengan flotasi.
2. Ektraksi
Ektraksi logam
dari bijih pekat melibatkan proses reduksi logam dari tingkat oksidasi positif
menjadi logam bebas. Sebelum reduksi, biasanya diperlukan beberapa perlakuan
lain seperti proses sintering
(pelengketan), yaitu suatu pemanasan bijih lembut tanpa pelelehan untuk
memperoleh bijih yang lebih besar ukurannya, atau calcining (kalsinasi), yaitu suatu pemanasan bijih karbonat atau
oksida ntuk membebaskan gas karbon dioksida, misalnya :
4 FeCO3(s)
+ O2(g)
2
Fe2O3(s) + 4 CO2(g)
Selain itu dapat juga
dilakukan roasting (pemanggangan),
yaitu suatu proses pemanasan dalam oksigen atau udara dibawah titik leleh bijih
yang bersangkutan yang biasanya dilakuakn pada bijih sulfide untuk memperoleh
oksidanya, misalnya :
2 PbS (s)
+ 3 O2(g)
2
PbO (s) + 4 SO2(g)
Kedua proses
tersebut pada dasarnya dilakukan
untuk memperoleh bijih oksidanya. Proses untuk ekstraksi, reduksi dan pemurnian
logam secara umum, dibagi dalam tiga macam metalurgi yaitu pirometalurgi,
elektrometalurgi, dan hidrometalurgi.
3. Pemurnian
Logam
Pemurnian
logam kasar sangat penting ditinjau dari dua aspek. Pertama, adanya pengotor
mungkin mengakibatkan logam yang bersangkutan tidak dapat dimanfaatkan sesuai
dengan yang diinginkan, misalnya adanya arsenic dalam persentase yang sangat
kecil saja sebagai pengotor umumnya dalam tembaga, mengakibatkan penurunan
sifat konduktivitas listrik 10-20% kedua, adanya pengotor dalam logam itu
sendiri mungkin sangat berharga, misalnya timbel dan tembaga.
Gambar 2.2 Bagan metode
zone refining atau pemurnian metal
Pemurnian zona
merupakan teknik pemurnian
logam dengan hasil kemurnian yang sangat tinggi. Teknik ini berdasarkan pada
kenyataan bahwa pengotor lebih mudah larut dalam fase cairan daripada fase
padatan. Dalam proses ini batangan logam yang akan dimurnikan dilewatkan secara
perlahan kedalam kumparan pemanas listrik yang mengakibatkan logam meleleh dan
pengotor larut didalam fase lelehan logam. Batangan logam bergerak terus maju
dan ketika keluar dari kumparan pemanas maka bagian ujung luar menjadi dingin
dan segera memadat kembali, sedangkan pengotor akan tetap tertinggal larut
dalam zona pelelehan didalam kumparan pemanas. Karena batangan logam bergerak
maju terus maka batangan yang keluar dari kumparan menjadi beku-murni dan
semakin panjang, sehingga pada akhirnya sebagian besar pengotornya terkumpul
pada bagian ujung belakang, dan ini dapat dipisahkan dengan pemotongan.
2.2
Jenis-Jenis
metalurgi
1.
Pirometalurgi
Pirometalurgi melibatkan reksi
kimia yang dilaksanakan pada temperature tinggi. Misalnya dalam smelting
(peleburan atau pelelehan), redusi mineral menghasilkan lelehan logam yang
dapat dipisahkan dari batuan yang tak diinginkan. Dalam proses reduksi ini
biasanya dipakai karbon atau logam lain. Oksida-oksida hasil pemanggangan bijih
sulfide atau hasil kalsinasi bijih karbonat tersebut umumnya direduksi dengan
peleburan oleh karbon, menurut persamaan reaksi :
ZnO
(s) + C (s)
Zn
(s) + CO (g)
Biasanya,
pemekatan bijih tidak sampai memisahkan secara sempurna batu-batuan pengotor
yang tak diinginkan dari mineralnya. Batu-batuan pengotor dipisahkan dalam
proses peleburan dengan penambahan pereaksi fluks untuk menghasilkan slag
(terak atau ampas bijih) yang berupa cairan pada temperature proses dalam
tungku. Sebagian besar slag adalah silikat, misalnya :
SiO2
(s) + CaCO3 (s)
CaSiO3 (l) + CO2 (g)
Batuan
pengotor fluks slag
Lelehan
logam dan slag membentuk lapisan yang terpisah dalam tungku sehinggadapat
dipisahkan. Slag dapat dipadatkan sebagai massa mirip gelas untuk dibuang atau
dipakai pada pembuatan semen Portland. Metode pirometalurgi diterapkan untuk
produksi tembaga, zink, dan besi.
Adapun
contoh dari pirometalurgi adalah sebagi berikut :
a. Besi
Bahan mentah untuk
preparasi besi adalah (1) bijih besi yang telah dipekatkan, (2) kokas, dan (3)
batu kapur, CaCO3 yang berperan sebagai fluks. Besi kasar (besi
gubal – pig iron) diproduksi didalam tanur tinggi, suatu tanur dengan
ketinggian ~100 kaki dan diameter 25 kaki yang dilapisi dengan batu bata yang
tahan panas.
Campuran bijih besi,
kokas, dan batu kapur dimasukkan dari bagian atas tanur (Gambar 2.5). Hembusan
kuat (kecepatan ~350 mph) udara panas atau oksigen ditiupkan melalui bagian
bawah tanur tempat kokas diubah menjadi gas CO yang kemudian berperan sebagai
agen pereduksi.
Gambar 2.3
Bagan tanur tinggi pengolahan besi
Proses reduksi bersifat
dapat dibalik/reversible, dan reduksi sempurna hanya terjadi jika karbon
dioksida yang terbentuk dihilangkan. Hal ini dapat dilakukan dengan penambahan
kokas berlebihan yang akan mereduksi karbon dioksida menjadi karbon monoksida.
b. Zink
Bijih Zink yang paling
umum adalah sfalerit atau zinkblende, ZnS dan smitsonit, ZnCO3.
Lainnya adalah zinkit, ZnO dan franklinite, (Zn,Mn)O. nFe2O3,
dengan rasio Zn, Mn, dan Fe2O3 bervariasi. Titik didih
zink yang rendah (907oC) memungkinkan dapat dilakukan distilasi
terhadap lelehan bijih zink yang sering diikuti distilasi lanjut untuk
pemurnian logam zink. Metalurgi bijih franklinite sangat menarik, karena pada
reduksi pada temperature tinggi menghasilkan zink, mangan dan besi. Zink dapat
dipisahkan dengan distilasi sedangkan campuran mangan-besi dapat langsung
dijadikan logam paduan atau baja.
Sebagaian besar, bijih
zink dipanggang untuk mengubah sulfida menjadi oksidanya, kemudian dilanjutkan
dengan reduksi pada temperature tinggi dengan karbon untuk menghasilkan logam
zink yang kemudian dikondensasi dan dimurnikan. Persamaan reaksinya adalah :
ZnO (s) + C (s)
Zn
(s) + CO (g)
Logam zink juga dapat
diekstrak menurut proses hidrometalurgi. Sebagai contoh, larutan zink sulfat
dapat diperoleh secara peluluhan dengan asam sulfat dan oksigen pada bijih
sulfide yang telah dipanggang sebelumnya. Persamaan reaksinya adalah :
2 ZnS (s) +
O2 (g) + 2 H2SO4(aq)
ZnSO4 (aq) + 2 S (s) + 2
H2O (l)
Debu zink kemudian
diaduk bersama dalam larutan zink sulfat untuk mereduksi dan mengendapkan
logam-logam yang lebih mudah tereduksi daripada zink. Larutan kemudian disaring
dan dielektolisis untuk menghasilkan logam zink murni.
c.
Tembaga
Pada
umumnya, biji tembaga dipekatkan dengan penggerusan, kemudian dipanggang dan
dilebur dalam proses multitahap yang memisahkan besi dan tembaga sulfida yang sebagian
besar ada dalam bijih tembaga (kalkosit-Cu2S, kalkopirit-CuFeS2).
Bijih pertama-tama dipanggang untuk membebaskan sebagian belerang sebagai
belerang dioksida dan belerang trioksida. Kemudian pemanasan dalam tungku
dengan fluks silikat akan mengubah
oksida-oksida besi dan beberapa besi belerang menjadi ampas (slag), dan memnghasilkan campuran
lelehan tembaga sulfida dan besi sulfida dengan ampas besi silikat
terapung di atas. Beberapa persamaan
reaksi yang penting dalam proses ini adalah:
FeS2
(l) + O2 (g)
FeS(l)
+ SO2(g)
3FeS(l) + 5O2(g)
Fe3O4(l) + 3SO2(g)
2CuFeS2(l)
+ O2(g)
Cu2S(l)+ 2FeS(l) + SO2(g)
Fe3O4(l)
FeS(l) + 4SiO2 + O2(g)
4FeSiO3(l) + SO2(g)
Campuran
lelehan sulfida dibawa ke tangki pengubah( konventer)
untuk dilebur dengan silikat bersama oksigen yang ditiupkan melalui campuran.
Dibagian ini sisa besi dipisahkan sebagai ampas besi silikat dan langkah
terakhir adalah reduksi menjadi logam tembaga. Persamaan reaksinya adalah:
2Cu2S(l)
+ 3O2(g)
2Cu2O(l) + 2SO2(g)
2Cu2O(l)
+ Cu2S (l)
6Cu(l) + SO2(g)
Gas
belerang dioksida merupakan produk pencemar (polutan) , oleh karena itu diusahakan untuk dihilangkan dengan
oksidasi katalitik menjadi asam sulfat via
belerang trioksida, atau dengan mengalirkan gas ini melalui bara karbon hingga
terjadi reduksi menjadi belerang:
SO2
(g) + 2C(s)
S(l) + 2CO(g)
Tembaga
yang diperoleh dari peleburan bijih sulfida belum murni dengan pengotor utama
adalah perak, emas, besi, zink, timbel, arsenik , belerang, tembaga(I) oksida ,
dan sedikit ampas. Dengan pemanasan lelehan logam tak murni ini dengan arus
udara, sebagian besar arsenik dan belerang diubah menjadi oksidanya yang mudah
menguap. Pengotor yang lain dihilangkan melalui proses pemurnian secara
elektrolisis (elektrorefining) seperti pada gambar dibawah ini .
Gambar 2.4 Bagan sel pemurnian tembaga
Batang-batang
tembaga kasar dipasang sbagai anode dalam sel elektrolisis dan lempengan
tembaga murni sebagai katode,dan elektrolitnya adalah campuran asam sulfat
encer, natrium klorida dan tembaga (II) sulfat. Dengan mengontrol secara
hati-hati foltase arus listrik yang digunakan, hanya tembaga dan pengotor logam
yang lebih elektro positf ( besi, zink, timbel) dalam anode yang teroksidasi
dan terlarut. Logam pengotor yang kurang elektropositif (perak dan emas) tidak
terpengaruh dan jatuh dari anode yang mengalami desintegrasi. Jika terjadi
oksidasi terhadap perak, maka Ag akan diendapkan sebagai AgCl. Proses seperti
ini mampu menghasillkan tembaga dengan kemurnian > 99.9%.
2.
Elektrometalurgi
Merupakan suatu proses
reduksi mineral atau pemurnian logam menggunakan energy listrik. Natrium dan
aluminium diproduksi menurut elektrometalurgi.
a. Natrium
Merupakan
logam alkali yang paling dibutuhkan untuk keperluan industry. Sperti
logam-logam alkali yang lain, natrium tidak ditemukan dalam keadaan murni di
alam karena reaktivitasnya yang sangat tinggi. Logam putih keperakan ini dalam
pabrik biasanya diproduksi secara elektrometalurgi menurut proses Downs (gambar
2.2) yaitu denagn mengelektrolisis lelehan natrium klorida (titik leleh 801oC)
Gambar
2.5 Bagan sel downs untuk produksi
natrium
Elektrolisis ini
dikerjakan dalam sebuah sel silindrik dengan anode grafit dipasang ditengah
(sentral) dan katode baja dibuat mengelilingi anode.Untuk menurunkan suhu
elektrolisis, ditambahkan kalsium klorida (titik leleh 600oC)
sebagai campuran.Campuran 33% CaCL2 – 67% NaCl ternyata mempu
menurunkan titik leleh menjadi 580 oC.Kedua elektroda dipisahkan
dengan diafragma ayakan baja silindrik sehingga lelehan natrium yang terbentuk
mengapung pada bagian atas katode dan tidak bersentuhan dengan gas klorin yang
terbentuk pada ruang anode. Natrium cair yang mengandung ~0,2%logam kalsium
didinginkan hingga 110oC agar logam kalsium memadat dan terkumpul
didasar wadah sehingga natrium cair dapat dipompa kedalam wadah pencetak dingin
tempat logam natrium memadat. Persamaan reaksi elektrolisisnya adalah :
Katode : 2 Na+(NaCl) + 2e
2
Na (l)
Anode : 2 Cl- (NaCl)
Cl2
(g) + 2e
b. Aluminium
Logam aluminium juga
diproduksi secara elektrometalurgi.Sumber utama aluminium berasal dari mineral
bauksit yaitu suatu hidrat aluminium oksida, Al2O3.nH2O.Bauksit
berisi sebagian besar silica, SiO2, dan besi (III) oksida, Fe2O3
dan keduanya ini harus dipisahkan. Pemurnian bauksit dolakukan dengan proses
Bayer yang berdasarkan pada perbedaan sifat asam-basa dari oksida-oksida yang
bersangkutan. Oksida aluminium bersifat amfoterik, besi (III) oksida bersifat
basa, dan silica realtif inert atau sedikit asam. Bijih bauksit digerus dengan
larutan panas natrium hidroksida dengan tekanan tinggi untuk melarutkan
aluminium oksida menjadi garam kompleks tetrahidroksoaluminat (III), Na[Al(OH)4]
menurut persamaan reaksi :
Al2O3(s)
+ 2 NaOH (aq) + 3 H2O (l)
2
Na[Al(OH)4] (aq)
Besi(III) oksida dan
material lain sebagai pengotor yang tak larut dapat dipisahkan dengan
penyaringan. Filtratnya kemudian diencerkan dengan air dan didinginkan sehingga
diperoleh endapan aluminium hidroksida, endapan ini kemudian dipisahkan dengan
penyaringan dan diubah menjadi aluminium oksida anhidrat dengan pemanasan,
menurut persamaan reaksi :
2 Na[Al(OH)4]
(aq)
2
Al(OH)3 (s) + 2 NaOH (aq)
2 Al(OH)3 (s)
Al2O3(s)
+ 3 H2O (g)
Larutan natrium
hidoksida yang diperoleh dapat dipekatkan dan digunakan lagi.
Logam aluminium,
selanjutnya diperoleh dari oksidanya secara elektolisis menurut metode yang
dikenal sebagai proses Hall. Dalam proses ini, sel elektrolisis (Gambar 2.3)
berupa bak-kotak yang dibuat dari baja yang pada bagian dalamnya dilapisi
dengan karbon sebagai katode, dan batang-batang karbon sebagai anode dipasang
berjajar didalam bak, tercelup didalam elektrolit lelehan kriolit, Na3AlF6
yang mempunyai titik leleh ~1000oC, dan Al2O3
terlarut didalamnya. Proses elektolisis ini berlangsung pada temperatur tinggi,
~1000oC. Selama elektrolisis, ion Al3+ dari oksidanya
bermigrasi kekatode kemudian direduksi menjadi logam cair yang akan mengumpul
pada bagian dasar sel. Ion O2- bermigrasi keanode dan selanjutnya
dioksidasi menjadi gas oksigen. Gas oksigen yang terbentuk bereaksi dengan
anode karbon sehingga anode karbon akan semakin berkurang dan harus diganti
secara periodik. Elektrolit [AlF6]3- tidak tereduksi
karena mempunyai stabilitas yang sangat tinggi. Dengan proses ini dapat
diperoleh aluminium dengan kemurnian 99,0-99,9%.
Gambar
2.5 Bagan sel Heroult-Hall
untuk produksi aluminium
3.
Hidrometalurgi
Merupakan istilah umum
untuk suatu proses yang melibatkan air dalam ekstraksi dan reduksi logam. Dalam
proses peluluhan atau pelumeran, logam atau senyawanya terlarut dan lepas dari
bijihnya atau langsung keluar dari endapan bijihnya oleh air, sehingga
terbentuk larutan logam tersebut dalam air. Larutan ini dapat dimurnikan dan setelah
itu, senyawa logam murni dapat direduksi langsung menjadi logamnya, sedangkan
jika yang terbentuk berupa endapan dapat dipisahkan dengan penyaringan. Larutan
hasil peluluhan sering dapat diregerasi dan dipakai kembali untuk proses
peluluhan. Tembaga dapat diluluhkan oleh asam sulfat bersama oksigen, dan emas
oleh larutan sianida bersama oksigen menurut persamaan reaksi berikut :
2 CuFeS2
(s) + H2SO4(aq) +4 O2 (g)
2CuSO4 (aq) +
Fe2O3 (s) + 3 S (s) + H2O (l)
bijih tembaga larutan peluluh
4
Au (s) + 8 CN-(aq) + O2 (g) + H2O
(l)
4
[Au(CN)2]- (aq) + 4 OH-(aq)
bijih emas larutan peluluh
Setelah larutan
ion logamnya terbentuk, lalu ion logam tersebut direduksi dengan logam lain
yang lebih reaktif atau dengan pereduksi lain. Untuk kedua ion logam diatas,
dipakai masing-masing logam besi dan zink sebagai reduktor menurut persamaan
reaksi :
CuSO4 (aq)
+ Fe (s)
FeSO4 (aq) + Cu (s)
2 [Au(CN)2]-(aq)
+ Zn (s)
2
Au (s) + [Zn(CN)4]-(aq)
Hidrometalurgi
memberikan beberapa keuntungan :
1. bijih
tidak harus dipekatkan, melainkan hanya dihancurkan menjadi bagian-bagian yang
lebih kecil
2. pemakaian
batubara dan cokas pada pemanggangan bijih dan sekaligus sebagai reduktor dalam
jumlah besar dapat dihilangkan
3. polusi
atmosfer oleh hasil samping pirometalurgi sebagai belerang dioksida, arsenic
(III) oksida, dan debu tungku dapat dihindarkan
4. untuk
bijih-bijih peringkat rendah , metode ini lebih efektif.
2.3
Logam
Paduan (Aloi)
Apabila leburan dari dua macam atau
lebih logam dicampur atau leburan suatu logam dicampur dengan unsur-unsur
nonlogam kemudian campuran yang terjadi didinginkan maka akan diperoleh suatu
padatan. Padatan tersebut mungkin merupakan senyawa ionik, campuran sederhana,
atau aloi (alloy). Kemungkinan mana
yang akan terjadi tergantung pada sifat kimia serta ukuran relatif dari
atom-atom unsur-unsur yang dileburkan. Aloi dapat terbentuk apabila dalam
padatan yang diperoleh atom-atom
yang ada tidak saling bereaksi serta tidak sekedar bercampur sau dengan yang
lain dan masih menunjukkan sifat-sifat logam. Aloi disebut dengan lakur atau
paduan.Aloi dapat merupakan larutan zat padat (solid solution) dengan komposisi yang bervariasi atau senyawa
antarlogam (intermetalic compound)
dengan komposisi dan struktur internal tertentu.
Atom-atom dalam aloi diikat
bersama oleh ikatan metalik seperti halnya dalam logam umumnya. Ikatan ini
paralel dengan ikatan kovalen dalam nonlogam; ikatan kovalen mengikat pasangan
atom-atom nonlogam yang sama maupun pasangan atom-atom nonlogam berbeda dalam
membentuk molekulnya. Demikian juga ikatan metalik dalam aloi mengikat bersama
atom-atom logam yang berbeda.
Ada dua tipe aloi, yaitu larutan padat
dan senyawa aloi.Dalam larutan padat, logam lelehan bercampur membentuk suatu
campuran homogen. Untuk membentuk larutan padat, atom-atom kedua jenis logam
itu harus mempunyai ukuran yang hampir sama dan struktur kristal metalik
keduanya juga harus sama. Selain itu, sifat-sifat kimiawi keduanya juga harus
mirip.Emas dan tembaga misalnya, membentuk satu fase tunggal dari campuran 100%
emas ke 100% tembaga. Keduanya mempunyai jari-jari yang tidak terlalu besar
bedanya yaitu 114 pm untuk emas dan 128 pm untuk tembaga, dan mempunyai
struktur kemas yang sama yaitu ccp.Timbel
dan timah mempuyai jari-jari yang tidak terllau jauh bedanya, masing-masing 175
pm dan 162 pm, tetapi timbel mengadopsi fcc
sedangkan timah mengadopsi kemasan yang
lebih rumit. Oleh karena itu, hanya sebagian kecil saja aloi yang dapat
terbentuk dari timbel dan timah, danlarutan padat tidak lebih dari 20% timah. Akibatnya,
kristal aloi ini diperkaya oleh titik leleh yang tinggi dari timbel tetapi
larutannya membeku pada temperatur rendah, sehingga dapat digunakan pada
pekerjaan patri dengan solder (campuran timbel dengan timah).
Dalam beberapa kasus dengan struktur
kristal yang berbeda dari dua komponen logam, campuran logam lelehan akan
menghasilkan persis fase-fase stoikiometrik yaitu dengan komposisi atom-atom
bilangan bulat. Sebagai contoh, tembaga
dan zink membentuk tiga macam senyawa aloi, CuZn (
-kuningan), Cu5Zn8
(
-kuningan), dan CuZn3 (
-kuningan). Formula ini berdasarkan
kaidah Hume-Rothery yaitu rasio jumlah elektron valensi terhadap jumlah atom
dalam senyawa menunjukkan nilai yang teratur (kecuali bagi logam golongan 8, 9
dan 10 yang dianggap tidak menyediakan elektron valensi untuk ikatan metalik).
Dengan perhitungan satu elektron valensi bagi tiap atom tembaga dan dua bagi
tiap atom zink, akan diperoleh rasio jumlah elektron valensi total per jumlah
atom total sebagaimana yang ditunjukkan tabel berikut ini.
|
Rasio jumlah elektron valensi per
jumlah atom
|
||
|
|
|
|
|
CuZn
|
Cu5Zn8
|
CuZn3
|
|
AgZn
|
Ag5Zn8
|
AgZn3
|
|
AuZn
|
Cu9Al4
|
Ag5Al3
|
|
AgCd
|
Cu31Sn8
|
Cu3Sn
|
|
Cu3Al
|
Na31Pb8
|
Cu3Si
|
|
Cu5Sn
|
Rh5Zn21
|
|
|
CoAl
|
Pt5Zn21
|
|
|
FeAl
|
|
|
|
NiAl
|
|
|
Tabel diatas mengindikasikan bahwa,
senyawa aloi ini ada hubungannya dengan jumlah elektron valensi 21 untuk setiap
paduan. Naiknya rasio jumlah elektron valensi terhadap jumlah atom dalam
senyawa aloi mengakibatkan atom-atom logam terikat bersama lebih kuat, sehingga
menaikkan sifat kekerasan, tetapi menurunkan sifat tempa dan keuletan.
Jadi,
-kuninganbersifat rapuh, dan bila dipukul
dengan palu akan hancur seperti gelas
Beberapa aloi digunakan berdasarkan
sifat-sifatnya misalnya kuningan yang merupakan campuran dari Cu: 70-85% dan
Zn: 15-30%, lebih keras daripada tembaga murni dan sering digunakan sebagai
pipa. Emas 18 karat yang terdiri atas campuran Au: 75%, Ag: 10-20%, Cu: 5-15%,
lebih keras dibandingkan dengan emas murni. Stainless steel terdiri atas
campuran Fe: 65-85%, Cr: 12-20%, Nii: 2-15%, Mn: 1-2%, C: 0,1-1%, Si: 0,5-1%,
dan bersifat tahan karat.
2.4
Jenis-jenis
Aloi
1. Aloi Selitan
Sebagaimana
telah diketahui bahwa dalam kristal logam yang atom-atomnya membentuk susunan
rapat heksagonal atau susunan oktahedral. Dalam kristal logam yang atom-atomnya
membentuk susunan kubus berpusat badan atau susunan yang lain juga terdapat
tempat-tempat selitan. Jumlah tempat selitan tersebut banyak sekali. Atom logam
yang lain atau atom nonlogam yang ukurannya sama atau lebih kecil dari ukuran tempat selitan
yang ada dapat menempati tempat selitan
tersebut sehingga terbentuk aloi selitan. Ditempatinya tempat-tempat selitan
oleh atom-atom logam atau oleh atom-atom nonlogam yang ukurannya sama atau
lebih kecil dianggap tidak merubah struktur dari atom-atom kristal logam
murninya.
Apabila
perbandingan jari-jari atom unsur yang dipadukan dengan jari-jari atom logam
murni berkisar antara0,225-0,414
maka atom-atom dari unsur yang dipadukan akan menempati tempat selitan tetrahedral. Apabila
perbandingan jari-jari atom unsur yang dipadukan dengan jari-jari atom unsur
yang dipadukan dengan jari-jari atom logam murni berkisar antara 0,414-0,732
maka atom-atom dari unsur yang dipadukan akan menempati tempat selitan oktahedral.
Atom hidrogen karena ukurannya relatif kecil dapat menempati tempat selitan
tetahedral, akan tetapi atom-atom kecil yang lain seperti boron, karbon, dan
nitrogen cenderung menempati tempat selitan oktahedral.
Aloi
selitan acak diperoleh apabila leburan aloi didinginkan secara cepat.Untuk
memperoleh aloi selitan teratur perlu pendinginan leburan aloi secara lambat.
Hubungan antara keteraturan susunan atom-atom daalam aloi dengan waktu
pendinginan leburan aloidapat dianalogikan dengan pembentukan susunan mahasiswa
yang akan mengikuti tes. Biasanya pada waktu tes mahasiswa tidak boleh duduk
berdampingan.Sering kali pengisisan tempat duduk dengan pola
kosong-isi-kosong-isi.Seandainya ada 50 mahasiswa yang mmengikuti tes dan
mereka hanya diberi waktu satu menit untuk membentuk susunan kosong-isi-kosong-isi,
maka susunan tersebut cenderung sulit untuk dibetuk.Berbeda halnya bila mereka
diberi waktu 5 menit untuk mengatur diri, maka susunan yang diharapkancenderung
lebih mudah terbentuk.
Komposisi
dari aloi selitan yang diperoleh tergantung pada banyaknya tempat selitan yang
ditempati oleh atom-atom dari unsur yang dipadukan, sehingga sifat fisik dari
aloi selitan yang diperoleh adalah bervariasi. Secara umum sifat fisik dari
aloi selitan adalah sebagai berikut:
1.
Struktur kristal dari
logam induk pada aloi sama seperti struktur logam dalam kristal murninya
ditunjukkan pada gambar diatas.
2.
Dapat menghantarkan
panas dan listrik.
3.
Lebih keras tetapi
lebih rapuh dibandingkan logam murninya.
4.
Lebih sulit ditempa
atau diregangkan dibandingkan logam murninya.
5.
Massa jenisnya lebih
tinggi dibandingkan massa jenis logam murninya.
6.
Titik leburnya relatif
lebih tinggi dibandingkan titik lebur logam murninya.
Kereaktifan logam dalam aloi selitan
cenderung lebih rendah dibandingkan kereaktifan logam murninya. Hal ini
disebabkan karena tertutupnya sebagian permukaan dari logam murni oleh
atom-atomunsur yang dipadukan. Aloi borida, karbida, dan nitrida cenderung
bersifat lembam (inert), mempunyai
titik lebur yang sangat tinggi dan keras sekali.
Aloi besi dan karbon adalah penting untuk
membuat baja karbon. Pada aloi ini atom-atom besi membentuk susunan kubus
berpusat badan (bcc). Atom-atom karbon yang dipadukan menempati sebagian tempat
selitan oktahedral yang terdapat pada susunan tersebut. Baja karbon mengandung 0,2-1,6%
atom C. Baja karbon ada tiga kategori yaitu baja karbon rendah, sedang dan
tinggi. Baja karbon rendah mengandung atom karbon sampai 0,25%, baja karbon
sedang mengandung 0,25-0,45% atom karbon, baja karbon tinggi mengandung
0,45-1,6% atom karbon. Baja karbon semakin keras dan semakin kuat dengan
bertambahnya persentase atom C, akan tetapi semakin sulit ditempa atau
diregangkan.
Massa jenis aloi selitan selalu lebih
besardibandingkan massa jenis logam murninya karena beberapa tempat selitan
yang semula kosong terisi oleh atom dari unsur yang dipadukan. Massa jenis aloi
selitan semakin besar dengan bertambahnya persentase tempat selitan yang terisi
oleh atom dari unsur yang dipadukan.
2. Aloi substitusi
Pada
aloi substitusi atom-atom dari unsur yang dipadukan menggantikan sebagian
atom-atom dari logam murni. Aloi substitusi terjadi apabila ukuran dari
atom-atom unsur yang dipadukan lebih besar dari ukuran tempat selitan
tetrahedral dan tempat selitan oktahedral yang ada di dalam kristal logam
murninya. Ada dua macam aloi substitusi yaitu aloi substitusi acak (random substitutional alloy) dan aloi
substitusi teratur (ordered substitusi
alloy) atau kisi super (superlattice).
Pada aloi substitusi acak atom-atom dari unsur yang dipadukan menggantikan
posisi dari sebagian atom-atom logam murninyayang secara tidak teratur,
sedangkan pada aloi substitusi teratur atom-atom dari unsur yang dipadukan
menggantikan posisi dari
sebagian atom-atom logam murninya secara teratur dan periodik. Salah satu model
susunan atom-atom pada aloi substitusi acak dan aloi substitusi teratur adalah
sebagai berikut:
Seperti
halnya pada pembuatan aloi selitan, aloi substitusi acak diperoleh apabila
leburan aloi didinginkan secara cepat.Untuk memperoleh aloi substitusi teratur perlu
pendinginan leburan aloi secara lambat.
Aloi
substitusi dari dua macam logam atau lebih dapat terbentuk dengan rentangan
komposisi tertentu atau dengan segala komposisi.Aloi dengan segala komposisi
terbentuk apabila logam-logam yang dipadukan dapat membentuk larutan zat padat
(solid solution) dengan sembarang komposisi.
Menurut Hume dan Rothery aloi substitusi dengan segala komposisi dapat terjadi
antara dua macam logam apabila tiga syarat di bawah ini terpenuhi, yaitu:
1.
Perbedaan jari-jari
atom logam yang dipadukan tidak lebih dari 15%.
2.
Dua logam yang
dipadukan memiliki struktur kristal yang sama.
3.
Dua logam yang
dipadukan memiliki sifat kimia, khususnya elektrovalensi yang sama.
Aloi substitusi dengan segala komposisi
dapat terbentuk antara logam emas dan tembagakarena dua logam tersebut memiliki
struktur kristal yang sama (ccp),
elektron valensi yang sama (keduanya golongan II dan IB) dan perbedaan jari-jari
atomnya adalah kurang dari 12,5%. Tembaga dan nikel juga dapat membentuk aloi
substitusi dengan segala komposisi karena dua logam tersebut memiliki struktur
kristal yang sama (ccp),
keelektropositifan yang hampir sama (perbedaan keelektropositifannya kecil,
=
2,00,
=
1,91)dan perbedaan jari-jari atomnya hanya 2,4%.
Apabila satu, dua, atau tiga persyaratan
di atas tidak terpenuhi maka dua logam yang dipadukan hanya dapat membentuk
aloi substitusi dengan rentangan komposisi tertentu. Dalam hal ini ada
kecenderungan bahwa rentangan komposisi yang diperoleh semakin kecil dengan
semakin banyaknya persyaratan yang tidak terpenuhi.
Zink (Zn) dan tembaga (Cu) hanya dapat
membentuk aloi yang disebut
-kuningan (
-brass) dengan komposisi maksimal atom
Zink 38%. Hal ini terjadi karena keduanya memiliki struktur kristal yang
berbeda (Zn mengadopsi susunan hcp,
Cu mengadopsi susunan ccp) meskipun
perbedaan jari-jari atomnya hanya 7,03%. Rumus dari
-kuningan adalah
(0
< x < 38%) dan struktur kristalnya sama dengan struktur kristal tembaga.
Timah (Sn) dan timbel (Pb) membentuk aloi
substitusi dengan rumus
(2
< x < 63%). Sn dan Pb hanya membentuk aloisubstitusi dengan rentangan
komposisi tertentu karena struktur kristal keduanya berbeda (Sn mengadopsi
struktur intan, Pb mengadopsi susunan ccp)
meskipun keduanya memiliki elektron valensi yang sama dan perbedaan jari-jari
atom hanya 8,02%. Aloi dari Sn dan Pb dengan komposisi atom Sn sekitar 30%
disebut solder.
Nikel (Ni) dan titanium (Ti) membentuk
aloi yang disebut nitinol. Nitinol
memiliki sifat yang istimewa karena dapat mengingat bentuknya semula sehingga
seringkali disebut aloi yang memiliki ingatan. Bentuk asli yang dapat diingat
oleh nitinol diperoleh dengan memanaskan aloi nikel dan titanium pada
temperatur 500-550
selama sekitar satu jam dan setelah itu aloi
tersebut dibiarkan mengalami pendinginan. Pada temperatur rendah aloi tersebut
adalah cukup lunak sehingga mudah dibengkokkan atau ditekuk sehingga bentuknya
berubah dari bentuk aslinya. Pada waktu dihangatkan aloi tersebut kembali ke
bentuk aslinya. Nitinol ditemukan pada tahun 1960 oleh William J. Buchler,
seorang insinyur metalurgi pada Naval
Ordnance Laboratory di White Oak, Maryland USA. Nama nitinol diambil dari nikel, titanium dan Naval Ordnance Laboratory. Nitinol memiliki banyak kegunaan, seperti untuk bingkai
(frame) kacamata. Dalam bidang kedokteran nitinol dapat digunakan untuk membuat
kawat parapi gigi (brace), dan untuk
mengganti persendian tulang paha yang rusak.
Aloi substitusi yang mengandung lebih
dari dua macam logam juga dapat terbentuk. Alnico misalnya, merupakan aloi yang
digunakan untuk membuat magnet pada pengeras suara karena memiliki sifat
magnetik yang permanen. Alnico merupakan aloi dari lima macam logam yaitu Al
(8%), Ni (14%), Co (24%), Cu (3%), dan Fe (51%).
Di samping aloi selitan dan aloi
substitusi, ada juga aloi yang merupakan gabungan dari aloi selitan dan aloi
substitusi. Salah satu contohnya adalah baja tahan karat (stainless steel). Aloi ini terdiri atas besi, karbon, kromium (18-20%)
dan nikel (8-12%). Pada baja tahan karat atom karbon menempati sebagian tempat
selitan oktahedralyang ada, sedangkan atom kromium dan nikel menggantikan
sebagian posisi dari atom-atom besi. Salah satu model susunan atom-atom pada
baja tahan karat adalah sebagai berikut:
Baja tahan karat mungkin mengandung unsur
lain selain kromium dan nikel. Beberapa unsur yang terdapat pada baja tahan
karat beserta fungsinya dapat dilihat pada tabel berikut ini:
|
Logam
|
Persentase
yang ditambahkan
|
Pengaruh
pada sifat baja yang diperoleh
|
|
Tembaga
|
0,2-1,5
|
Meningkatkan
ketahanan terhadap korosi
|
|
Nikel
|
0,1-1
|
Memberikan
permukaan yang bagus
|
|
Niobium
|
0,02-0,12
|
Meningkatkan
kekuatan regang
|
|
Nitrogen
|
0,03
|
Meningkatkan
kekuatan kekuatan
|
|
Mangan
|
0,2-1,6
|
Meningkatkan
kekuatan kekuatan
|
|
Vanadium
|
Sampai
0,2
|
Meningkatkan
kekuatan kekuatan
|
Beberapa
aloi yang penting secara komersial adalah sebagai berikut:
|
Nama
umum
|
Logam
induk
|
Komposisi
(persen massa)
|
Sifat
|
Contoh
kegunaan
|
|
Alconi
|
Fe
|
Al
(8), Ni (14), Co (24), Cu (3), dan Fe (51)
|
Magnetik
|
Magnet
|
|
Amalgam
gigi
|
Hg
|
Hg
(50), Ag (35), dan Sn (15)
|
Mudah
dibentuk
|
Pengisi
gigi berlubang
|
|
Baja
invar
|
Fe
|
Fe
(64), Ni (36), dan C (0,5)
|
Memiliki
koefisien muai yang kecil
|
Meteran,
pita pengukur
|
|
Baja
karbon
|
Fe
|
Fe
(98,4-99,8) dan C (0,2-1,6)
|
Keras
|
Kerangka
bangunan
|
|
Baja
kecepatan tinggi (high speed steel)
|
Fe
|
Fe
(80-86), W (14-20) dan C (0,5)
|
Sifatnya
berubah pada kecepatan tinggi
|
Alat
pemotong dengan kecepatan tinggi
|
|
Baja
mangan
|
Fe
|
Fe
(82-90), Mn (10-18) dan C (0,5)
|
Keras
dan tahan beban
|
Rel
kereta api, kendaraan tempur
|
|
Baja
nikel
|
Fe
|
Fe
(96-98), Ni (2-4) dan C (0,5)
|
Keras,
elastis, tahan korosi
|
Kabel,
roda gigi
|
|
Baja
silikon
|
Fe
|
Fe
(95-99), Si (1-5) dan C (0,5)
|
Keras,
kuat dan bersifat magnetik
|
Magnet
|
|
Duriron
|
Fe
|
Fe
(84(, Si (14), C (1) dan Mn (1)
|
Tahan
korosi dan tahan asam
|
Pipa,
ceret, dan kondensor
|
|
Emas
10 karat
|
Au
|
Au
(42), Ag (12-20) dan Cu (5-15)
|
Tahan
lama
|
Perhiasan
|
|
Emas
18 karat
|
Au
|
Au
(75), Ag (10-20) dan Cu (5-15)
|
Tahan
lama
|
Perhiasan
|
|
Gunmetal
|
Cu
|
Cu
(88), Sn (10) dan Zn (2)
|
Tahan
benturan dan tekanan
|
Laras
senapan, bagian dari mesin
|
|
Kuningan
|
Cu
|
Cu
(67-90), dan Zn (10-33)
|
Mudah
diregangkan
|
Pipa
|
|
Lead
shot
|
Pb
|
Pb
(99,8) dan As (0,2)
|
Keras
dan tahan korosi
|
Selongsong
peluru
|
|
Magnalium
|
Al
|
Al
(70-90), dan Mg (10-30)
|
Massa
jenisnya rendah
|
Badan
pesawat terbang
|
|
Monel
|
Ni
|
Ni
(60-70), Cu (25-35), Fe dan Mn dengan persentase yang bervariasi
|
Tahan
korosi
|
Peralatan
bagian dari mesin
|
|
Nikrom
|
Ni
|
Ni
(60), Fe (25) dan Cr (15)
|
Memiliki
daya tahan yang tinggi
|
Kabel
listrik
|
|
Pelat
baterei timbel
|
Pb
|
Pb
(94) dan Sb (6)
|
Cukup
tahan korosi
|
Baterei
|
|
Perak
jerman (albata)
|
Cu
|
Cu
(60), Zn (25) dan Ni (15)
|
Tahan
korosi
|
Teko,
keran
|
|
Perak
solder
|
Ag
|
Ag
(63), Cu (30) dan Zn (7)
|
Titik
lebur yang tinggi
|
Solder
dengan titik lebur tinggi
|
|
Perak
sterling
|
Ag
|
Ag
(92,5) dan Cu (7,5)
|
Berkilauan
|
Perhiasan
|
|
Perunggu
|
Cu
|
Cu
(70-95), Zn (1-25) dan Sn (1-18)
|
Mudah
dibentuk
|
Medali,
bel
|
|
Perunggu
alumunium
|
Cu
|
Cu
(90) dan Al (10)
|
Keras
dan kuat
|
Bak
atau rumah mesin dan batang penghubung
|
|
Pewter
|
Sn
|
Sn
(70-95), Sb (5-15) dan Pb (0-15)
|
Tahan
korosi
|
Peralatan
makan dan minum
|
|
Solder
|
Pb
|
Pb
(67) dan Sn (33)
|
Titik
lebur rendah
|
Sambungan
solder
|
|
3
AL-2,5V
|
Ti
|
Ti
(94,5), Al (3) dan V (2,5)
|
Kuat
dan ringan
|
Frame
sepeda
|
|
Wood’s
metal
|
Bi
|
Bi
(50), Pb (25), Sn (13) dan Cd (12)
|
Titik
lebur rendah
|
Sistem
penyiraman air otomatis
|
3. Aloi Senyawa
Senyawa
antar logam disebut juga dengan aloi senyawa (compound alloy). Senyawa antarlogam memiliki rumus formula dan
struktur kristal yang cenderung berbeda dengan struktur kristal logam penyusunnya.
Beberapa contoh senyawa antarlogam dan kegunaannya adalah sebagai berikut:
|
Rumus kimia
|
Kegunaan
|
|
Co3Sm
|
Magnet
yang ringan dan kuat untuk audio headset
|
|
Cr3Pt
|
Pisau
cukur yang ketajamannya tahan lama
|
|
CuAl2(duralumin)
|
Peralatan
yang tahan korosi oleh asam dan air laut
|
|
Cu3Al
|
-
|
|
Cu9A14
|
-
|
|
Cu3Au
|
-
|
|
CuZn(
|
Pipa
|
|
MgZn2
|
-
|
|
NaTl
|
-
|
|
Na5Zn21
|
-
|
|
Nb3Sn
|
Superkonduktor
|
|
Ni3Al
|
Komponen
utama mesin jet
|
Berdasarkan contoh-contoh pada tabel
diatas, diketahui bahwa:
1.
Rumus kimia senyawa
antarlogam tidak tergantung pada valensi logam.
2.
Senyawa antarlogam
dapat terbentuk dari dua macam logam yang perbedaan keelektronegatifannya
kecil.
3.
Dua macam logam dapat
membentuk lebih dari satu macam senyawa antarlogam.
2.5 Pembuatan Aloi
Aloi
dibuat secara komersial dengan melelehkan logam aktif, kemudian lelehan yang
dihasilkan didinginkan (quenching) dan selanjutnya ditumbuk menjadi bubuk
halus.Bubuk ini kemudian dapat dicadar untuk ukuran partikel tertentu
tergantung pada aplikasi yang digunakan.
Komposisi
aloi awal sangatlah penting karena proses pendinginan menghasilkan berbagai
fase yang berbeda-beda yang memiliki sifat-sifat pelindian (leaching)
yang berbeda pula. Selama proses pendinginan, sejumlah kecil logam dapat
ditambahkan. Hal ini dilakukan untuk meningkatkan aktivitas katalitik.
Adapun
proses paduan logam (alloy)
besi, misalnya baja. Baja diproduksi
dalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair, besi bekas
(skrap)
dan beberapa paduan logam. Ada beberapa proses pembuatan baja, diantaranya
adalah:
1. Proses Konventor
Konvertor
adalah bejana yang berbentuk bulat lonjong terbuat dari pelat baja. Bagian
dalam dilapisi dengan batu tahan api yang berfungsi untuk
menyimpan panas yang hilang sekaligus menjaga supaya pelat baja tidak lekas
aus. Bejana tersebut dapat diputar pada kedua porosnya.pada bagian bawah
konvertor terdapat saluran-saluran yang berdiameter antara 15 - 20 mmsebanyak
120 - 150 buah. Melewati poros yang satu dialirkan udara yang bertekanan 1.5 -
2 atmosfer. Sedangkan pada poros yang lain dihubungkan dengan roda gigi untuk
mengatur kedudukan konvertor.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+CàCO2
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.
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.
Secara umum proses kerja konverter adalah:
a.
Dipanaskan dengan kokas sampai suhu
15000C.
b.
Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku
baja (+1/8 dari volume konverter).
c.
Konverter ditegakkan kembali.
d.
Dihembuskan udara dengan tekanan 1,5 – 2
atm dengan kompresor.
e.
Setelah 20 – 25 menit konverter
dijungkirkan untuk mengeluarkan hasilnya.
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 ke 1650 . 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.Pada periode ke dua ini unsur C akan terbakar oleh panas FeO
dengan reaksi yang diikuti dengan penurunan temperatur + 50 - 80% dan
berlangsung + 8 - 12 menit. CO akan keluar dari mulut konvertor dimana CO ini
akan teroksidasi 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 C.
Untuk baja Bessemer, kadar unsur C dapat dinaikkan dengan cara :
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 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%.
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
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 converter.
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.
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
kapu 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.
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 (MgCO3.CaCO3).
Pertama-tama
konverter 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 1400ºC - 1420ºC.
Setelah
temperatur turun menjadi 1400ºC, mulailah periode ke III (Reddish Smoke Periode) yaitu terjadinya oksidasi dari Fe secara
intensif dan terbentuklah terak.
Peristiwa
ini berlangsung ±3 - 5 menit, dan selanjutnya terbentuklah terak Phospor [CaO)4.P4O5]
yang diikuti kenaikan temperatur yang mendadak menjadi 1600ºC. Setelah periode
ke III ini berakhir, hembusan udara panas dihentikan dan konverter 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.
2. Proses Tanur Oksigen Basah
a) Proses
Peleburan Baja Dengan BOF
Proses
ini menempati 70% proses produksi baja di Amerika Serikat. Merupakan modifikasi
dari proses Bessemer. Proses Bessemer menggunakan uap air panas ditiupkan pada
besi kasar cair untuk membakar zat kotoran yang tersisa.Proses BOF memakai
oksigen murni sebagai ganti uap air.Bejana BOF biasanya berdiameter dalam 5m
mampu memproses 35 – 200 ton dalam satu pemanasan.
Peleburan
Baja Dengan BOF ini juga termasuk proses yang paling baru dalam industri
pembuatan baja. Konstruksi tungku BOF relatif sederhana, bagian luarnya dibuat
dari pelat baja sedangkan dinding bagian dalamnya dibuat dari bata tahan api (firebrick).
Proses
tanur oksigen basa ( Basix Oxygen
Furnace, BOF) menggunakan besi kasar cair (65 – 85%) yang dihasilkan oleh
tanur tinggi sebagai bahan dasar utama dicampur dengan besi bekas (skrap baja) sebanyak (15 – 35%), batu
kapur dan gas oksigen (kemurnian 99,5%). Panas ditimbulkan oleh reaksi dengan oksigen.Gagasan ini dicetuskan
oleh Bessemer sekitar tahun 1800.
Besi
bekas sebanyak ± 30% dimasukkan kedalam bejana yang dilapisi batu tahan api
basa. Logam panas dituangkan kedalam bejana tersebut. Suatu pipa aliran oksigen
yang didinginkan dengan air dimasukkan kedalam bejana 1 sampai 3 m diatas
permukaan logam cair. Gas oksigen akan mengikat karbon dari besi kasar
berangsur – angsur turun sampai mencapai tingkat baja yang dibuat. Proses
oksidasi berlangsung terjadi panas yang tinggi sehingga dapat menaikkan temperatur
logam cair sampai diatas 1650ºC. Pada saat oksidasi berlangsung ke dalam tungku
ditambahkan batu kapur. Batu kapur tersebut kemudian mencair dan bercampur
dengan bahan – bahan impuritas (termasuk bahan – bahan yang teroksidasi)
membentuk terak yang terapung diatas baja cair. Bila proses oksidasi selesai
maka aliran oksigen dihentikan dan pipa pengalir oksigen diangkat / dikeluarkan
dari tungku. Tungku BOF kemudian dimiringkan dan benda uji dari baja cair
diambil untuk dilakukan analisa komposisi kimia.Bila komposisi kimia telah
tercapai maka dilakukan penuangan (tapping). Penuangan tersebut dilakukan
ketika temperature baja cair sekitar 1650ºC. Penuangan dilakukan dengan
memiringkan perlahan – lahan sehingga cairan baja akan tertuang masuk kedalam
ladel. Di dalam ladel biasanya dilakukan skimming
untuk membersihkan terak dari permukaan baja cair dan proses perlakuan logam
cair (metal treatment). Metal
treatment tersebut terdiri dari proses pengurangan impuritas dan penambahan
elemen – elemen pemadu atau lainnya dengan maksud untuk memperbaiki kualitas
baja cair sebelum dituang ke dalam cetakan. Jenis baja yang dihasilkan oleh
proses ini adalah Baja karbon dan
Baja paduan 0,1 % < c < 2,0 %
b) Kelebihan
proses BOF dibandingkan proses pembuatan baja lainnya :
- Dari
segi waktu peleburannya yang relatif singkat yaitu hanya berkisar sekitar 60
menit untuk setiap proses peleburan.
- Tidak
perlu tuyer dibagian bawah..
- Phosphor
dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon.
-
Biaya operasi murah.
3. Proses Open Heath Furnace
Pada proses
Open-Hearth digunakan campuran besi mentah (pig iron) padat atau cair dengan baja bekas (steel scrap) sebagai bahan isian (charge). Pada proses ini temperatur yang dihasilkan oleh nyala api
dapat mencapai 1800ºC. Bahan bakar (fuel)
dan udara sebelum dimasukkan ke dalam dapur terlebih dahulu dipanaskan dalam “Cheekerwork” dari renegarator.
Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth ini meliputi 3 periode yaitu :
Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth ini meliputi 3 periode yaitu :
a.
Periode memasukkan dan mencairkan bahan
isian.
b.
Periode mendidihkan cairan logam isian.
c.
Periode membersihkan/memurnikan (refining) dan deoksidasi
d.
Bahan bakar yang dipakai adalah:
campuran blast furnace gas dan cokes oven gas.
Bahan
isian : besi mentah dan baja bekas beserta bahan tambah ditaruh dalam heart
lewat puntu pengisian.Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth furnace ini
dapat dalam keadaan basa atau asam (basic
or acid open-hearth). Pada basic open-hearth furnace, dinding bagaian dalam
dapur dilapisi dengan magnesite brick.Bagian bawah untuk tempat logam cair dan
terak dari bahan magnesite brick atau dolomite harus diganti setiap kali
peleburan selesai.Terak basa yang dihasilkan ±40 - 50 % CaO.
Pada acid open-hearth furnace, dinding bagian dalam dapur dilapisi dengan dinas-brick.Bagian bawah dinding dapur harus diganti setiap kali peleburan selesai.Terak yang dihasilkan mengandung silica yang cukup tinggi yaitu 50 - 55 % SiO2. Pada proses basic ataupun acid dapat menggunakan bahan isian padat ataupun cair.
Pada acid open-hearth furnace, dinding bagian dalam dapur dilapisi dengan dinas-brick.Bagian bawah dinding dapur harus diganti setiap kali peleburan selesai.Terak yang dihasilkan mengandung silica yang cukup tinggi yaitu 50 - 55 % SiO2. Pada proses basic ataupun acid dapat menggunakan bahan isian padat ataupun cair.
Proses
yang menggunakan isian padat biasa disebut “Scarp
and pig process” yaitu proses yang isian padatnya terdiri dari besi mentah
(pig iron), baja bekas (Scrap steel) dan sedikit bijih besi (iron ore). Proses yang mengggunakan besi
mentah cair terdiri dari besi mentah cari ± 60 % dan baja bekas kira-kira 40 %
dan sedikit bijih besi dan bahan tambah. Cara ini biasa dikerjakan pada
perusahaan dapur tinggi (blast furnace)
dimana besi mentah cair dari dapur tinggi tersebut langsung diproses pada
open-hearth furnace.
a.
Proses Basic Open-Hearth
Pada
proses basic open-hearth ini, mula-mula ke dalam dapur dimasukkan baja bekas (scarp steel) yang ringan kemudian baja
bekas yang berat. Setelah itu ditambahkan bahan tambah (batu kapur) dan bijih
besi yang diperlukan untuk membentuk terak pertama.
Pada
akhir proses peleburan, sebagian Phospor (P) yang terdapat dalam besi mentah
akan berubah menjadi terak . Untuk menjaga agar terak tidak masuk/berekasi
kembali dengan logam cair, maka kira-kira 40% - 50% terak tersebut lekas
dikeluarkan dan juga perlu ditambahkan batu kapur untuk membentuk terak yang
baru. Sebagian Sulfur (S) dapat dikeluarkan dari logam dengan reaksi :
Reaksi
ini diikuti dengan kenaikan temperatur yang tinggi dan terak CaS yang terjadi
berupa terak basa.Macam-macam baja paduan dapat dihasilkan dalam open-hearth
furncae, yaitu dengan menambahkan bahan paduan yang dikehendaki seperti :
tembaga, chrome, nikel dan sebagainya. Untuk deoxidasi terakhir, biasanya
dengan menambahkan Alumunium ke dalam kowi tempat menampung/mengetap baja cair
yang dihasilkan agar kadar silicon dapat dibatasi. Pertama-tama baja bekas dan
batu kapur dimasukkan ke dalam dapur.Kemudian dipanaskan sampai temperatur yang
cukup, lalu bahan isian cair dimasukkan lewat pintu pemasukan.Reaksi kimia
terjadi serupa dengan di atas.
b.
Proses Acid Open-Hearth
Proses
acid open-hearth membutuhkan bahan isian berkualitas lebih baik dengan kadar
Phospor P < 0,03% dan kadar Sulphur S < 0,03%. Proses ini biasanya
memakai bahan isian padat dengan 30 - 50 % berat baja bekas. Kandungan Silicon
dipertahankan < 0,6%, kandungan Silicon ini perlu dipertahankan dalam kadar
yang rendah sebab pada akhir periode pemanasan, kandungan Silicon akan naik.
Pada
proses ini, biji besi tidak boleh ditambahkan pada bahan isian, dimana hal itu
dapat menimbulkan reaksi dengan Silica pada bagian tungku berupa 2FeO.SiO2.
Setelah pengisian dan pemanasan, besi, Silicon dan Mn dioksidasi dan bersatu
dengan bahan tambah dan membentuk terak pertama (±40% SiO2).
c.
Efisiensi Ekonomis Operasi Open-Hearth
Furnace
Faktor-faktor
ekonomis yang utama pada operasi Open-hearth furnace adalah :
Pemakaian
bahan bakar setiap ton berat baja yang dihasilkan. Produksi baja dalam ton
berat, setiap m2 luas tungku dalam tiap 24 jam. Pemakaian bahan bakar setiap
berat baja cair tergantung pada banyak faktor, antara lain :
a.
Komposisi bahan isian (charge)
b.
Thermal capacity dari dapur.
Pada
prakteknya diperlukan panas 700 - 1400 Kcal untuk setiap kg baja.Untuk
keperluan ini biasa digunakan bahan bakar ±10 -25 % dari berat baja yang
dihasilkan. Untuk bahan isian cair akan memerlukan bahan bakar yang sedikit
dibandingkan dengan bila bahan isian padat. Produksi baja dalam ton tiap m2
luasan tungku dihitung berdasarkan produksi out put dapur dalam ton berat
dibagi luasan tungku Q/m2.
Cara
untuk menaikkan efisiensi ekonomis adalah dengan cara menggunakan udara yang
banyak mengandung Oksigen untuk membakar bahan bakar. Dengan cara ini,
temperatur nyala api (flame) dapat
naik sehingga radiasi dari nyala api dapat bertambah dan pembakaran dapat lebih sempurna.
Dengan penambah Oksigen ini akan dapat pula mengurangi kadar Carbon ( C ) dalam baja. Dengan cara ini produksi dapat naik ±25 - 30 %. Dengan memakai “Auotmatic control”, akan menaikan efisiensi bb (5%); output (8%); umur lapisan dalam (9%).
Dengan penambah Oksigen ini akan dapat pula mengurangi kadar Carbon ( C ) dalam baja. Dengan cara ini produksi dapat naik ±25 - 30 %. Dengan memakai “Auotmatic control”, akan menaikan efisiensi bb (5%); output (8%); umur lapisan dalam (9%).
4. Peleburan Baja dengan dapur Listrik
(EAF)
Pengertian Electric
Arc furnance (EAF)
Tanur
Busur Listrik (EAF) adalah peralatan / alat yang digunakan untuk proses
pembuatan logam / peleburan logam, dimana besi bekas dipanaskan dan dicairkan
dengan busur listrik yang berasal dari elektroda ke besi bekas di dalam tanur.
Ada
dua macam arus listrik yang bisa digunakan dalam proses peleburan dengan EAF,
yaitu arus searah (direct current ) dan arus bolak – balik ( alternating
current). Dan yang biasa digunakan dalam proses peleburan adalah arus
bolak-balik dengan 3 fase menggunakan electroda graphite.
Salah
satu kelebihan EAF dari basic oxygen furnance adalah kemampuan
EAF untuk mengolah scrap menjadi 100 % baja cair. Menurut survei sebanyak 33%
dari produksi baja kasar (crude steel) diproduksi menggunakan
Tanur busur listrik (EAF).Sedangkan kapasitas porduksi dari EAF bisa mencapai
400 ton. Kelebihan lain dari EAF ini adalah energi yang dikeluarkan busur
listrik terhadap logam bahan baku sangant besar, menyebabkan terjadinya okisdasi
besar pada logam cair. Hal ini menyebabkan karbon yang terkandung di dalam
logam bahan baku teroksidasi sehingga kadar karbon dalam logam tersebut menjadi
berkurang. Bentuk fisik dari dapur (EAF) ini cukup rendah sehingga dalam hal
pengisian bahan bakunya pun sangat mudah. Dalam hal pengoperasiannya pun EAF
juga tidak terlalu sulit karena hanya memerlukan beberapa orang operator yang
memantau proses peleburan dan penggunaan listrik pada dapur tersebut.
Struktur
dari Tanur busur listrik adalah Tungku oval (bagian bawah), dinding tanur yang
berbentuk selinder, dan tutup tanur yang bisa bergerak menutup dan membuka
untuk proses pengisian. Pada tutup tanur terdapat 3 buah lubang yang merupakan
dudukan elektroda grafit, yang terdiri dari mekanisme penjepit
elektroda.Sedangkan elektroda tidak bertopang pada tutup tanur melainkan
bertopang pada rangka tersendiri dan rangka tersebut memiliki mekanisme
pengangkat dan untuk menurunkan elektroda pada posisi – posisi yang dapat
diatur pada waktu pengoperasian. Untuk mengurangi rugi kalor (heat loses)
pada tutup tanur, maka tutup tanur dilapis dengan isolator panas.
Pada
dinding pelindung tanur terdapat batu tahan api sebagai isolator panas bagian
dalam yang dihasilkan tanur tersbut. Pada dinding tanur ini tidak diperlukan
lagi lining karena pada bagian ini tidak lagi bersentuhan
dengan cairan.Sedangkan kontruksi luar dari dinding di tutupi oleh pelat baja
dengan ketebalan tertentu.Pada dinding bagian luar ini juga terdapat sistem
pendingin yang menggunakan fluida air sebagai media pendinginan.
Pada
bagian tungku oval (spherical hearth) terdapat 3 lapisan yaitu
lapisan lining kemudian lapisan batu tahan api dan sebagai
kontruksi bagian luar digunakan pelat baja dengan ketebalan tertentu. Pada
bagian ini juga terdapattapping spout atau yang lebih dikenal
dengan istilah saluran penuangan, yang digunakan untuk proses penungan cairan
yang akan di cetak atau diatur komposisinya di ladle furnance. Pada
bagian yang berhadapan dengan tapping spout adalah slaging
door atau yang lebih dikenal dengan pintu slag, yang
digunakan untuk mengeluarkan slag.Untuk mengatur posisi penuangan
dan pengeluaran slag, terdapat mekanisme pada dasar bagian
luar tanur yang berbentuk roda gigi berpasangan yang digerakkan oleh screw
bar.
Banyak
tipe dapur listrik yang digunakan, tetapi secara praktek hanya tipe berikut
yang digunakan dalam industry pembuatan baja :
AC
direct-arc electric furnace (dapur busur listrik – arus
bolak balik)
DC
direct-arc electric furnace (dapur busur listrik – arus
searah )
Induction
electric furnace (dapur induksi)
Pada
dapur busur listrik – arus bolak balik, arus melewati suatu elektroda turun ke
bahan logam melalui suatu busur listrik, kemudian arus tersebut dari bahan
logam mengalir keatas melalui busur listrik melalui busur listrik menuju
elektroda lainnya.Untuk peleburan baja dapat dilakukan arus satu, dua atau tiga
fasa.Umumnya digunakan arus 3 fasa.
Dalam
dapur listrik – arus searah, arus listrik melewati satu elektroda turun kebahan
yang akan dilebur melelui busur listrik, yang kemudian mengalir menuju
elektroda pasangannya yang berada dibawah dapur.
Dapur
listrik ini dikembangkan oleh Dr. Paul Heroult ( USA ). Dapur
busur listrik Heroult yang pertama dibuat untuk memproduksi baja, dibangun
oleh Halcomb steel company di Syracuse,
New York pada tahun 1906.
Pada
dapur induksi, arus listrik diinduksikan kedalam baja dengan osilasi medan
magnet. Berdasarkan frekuensinya, dapur induksi dikelompokkan sebagai berikut:
a.
Dapur induksi frekuensi rendah.
Menggunakan prinsip trafo, dimana bahan logam yang akan dilebur bertindak
sebagai kumparan sekunder, sedang gulungan dengan inti besi bertindak sebagai
kumparan primer.
b.
Dapur induksi frekuensi medium atau
tinggi. Arus dengan frekuensi mediumatau tinggi dilewatkan kumparan yang meliliti
bejana ( crucible ) yang berisi bahan logam yang akan dilebur.
Dapur
listrik dapat digunakan untuk pembuatan baja, baik dengan proses asam maupun
basa. Hampir semua dapur listrik yang digunakan untuk melayani produksi ingot baja,
baja cetak kontinya dan industry pengecoran saat ini menggunakan pelapis bata
tahan api basa.
Dapur
listrik dapat digunakan untuk memproduksi hampir semua jenis baja. Untuk
kapasitas dibawah 1.500.000 ton/tahun, dapur listrik lebih ekonomis digunakan
daripada kombinasi blast furnace dan proses oxygen
steel makingbasa. Hal tersebut khususnya berlaku pada daerah dimana
tersedia banyak scrap dan harga tenaga listrik yang murah.
Dapur listrik lebuh fleksibel untuk melayani operasi produksi yang intermittent
( misal, akibat permintaan pasar yang fluktuatif ).
Dapur
listrik mempunyai keterbatasan antara lain sebagai berikut :
1.
Tidak mampu memproduksi baja dengan
kandungan unsure residual rendah dari scrap yang mempunyai
unsure residual yang tinggi.
2.
Satu dapur listrik tidak dapat melayani
secara kontinyu dan berurutan satu mesin cetak kontinyu ( minimum diperlukan 2
dapur listrik )
3.
Dapur listrik tidak ekonomis digunakan
untuk produksi melebihi 1.500.000 ton baja/tahun, pada satu daerah.
4.
Kandungan nitrogen dalam baja biasanya
dua kali lebih tinggi daripada baja yang dihasilkan oleh proses oxygen
steel making, baik basa maupun asam.
BAB III
KESIMPULAN
Adapun kesimpulan
dari makalah ini adalah sebagai berikut:
1. Metalurgi
adalah ilmu pengetahuan dan teknologi logam, pengolahan dari bijihnya,
pemurnian, serta studi sifat maupun penggunaannya.
2. Prosedur
pengolahan logam dari bijihnya melewati tiga tahap yang umum yaitu pemekatan
bijih, ekstraksi logam dari bijihnya termasuk reduksi logam, dan pemurnian
(refining) logam.
3. Jenis-jenis
metalurgi ada tiga yaitu pirometalurgi, elektrometalurgi, dan hidrometalurgi
4. Leburan
dari campuran dua macam atau lebih logam atau leburan suatu logam dengan
unsur-unsur nonlogam bila didinginkan dapat membentuk suatu padatan yang
disebut aloi.
5. Macam-macam
aloi, yaitu aloi selitan (interstitial alloy) dan aloi substitusi (substitution
alloy).
6. Aloi
dibuat secara komersial dengan melelehkan logam aktif, kemudian lelehan yang
dihasilkan didinginkan (quenching) dan selanjutnya ditumbuk menjadi bubuk halus.
DAFTAR PUSTAKA
Effendy. 2010. Logam Semikonduktor dan superkonduktor.
Malang : Byumedia Publishing.
Sugiarto, K.
2008. Kimia Anorganik Logam.
Yogyakarta : Graha Ilmu.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar