1

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ....................................................................................................... 1

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 2

1.1 Latar Belakang ..................................................................................... 2

1.2 Rumusan Masalah ............................................................................... 3

1.3 Tujuan .................................................................................................. 3

BAB II PEMBAHASAN .................................................................................... 4

2.1 Pengertian Logam Besi (ferro) ............................................................. 4

2.2 Sifat-Sifat Logam Besi .......................................................................... 5

2.3 Klasifikasi Logam Besi .......................................................................... 6

2.4 Jenis Baja Paduan ................................................................................ 14

2.5 Proses Pembuatan Logam Besi ........................................................... 18

1. Pembuatan Besi Kasar (ingot) ...................................................... 19

2. Proses dalam Dapur Tinggi ........................................................... 21

Proses Pembuatan Besi dan Baja ........................................................ 23

Process Indirect Reduction ........................................................... 23

Process Direct Reduction ............................................................. 25

a) HYL process ........................................................................... 26

b) MIDREX process .................................................................... 26

2.6 Manfaat Logam Besi ............................................................................ 28

BAB III PENUTUP ........................................................................................... 29

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 30

2

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat kuat, liat, keras,

penghantar listrik dan panas, serta mempunyai titik cair tinggi. Bijih logam

ditemukan dengan cara penambangan yang terdapat dalam keadaan murni

atau bercampur dengan unsur-unsur seperti karbon, sulfur, fosfor, silikon,

serta kotoran seperti tanah liat, pasir, dan tanah.

Bijih logam yang ditemukan dengan cara penambangan terlebih dahulu

dilakukan proses pendahuluan sebelum diolah dalam dapur pengolahan

logam dengan cara dipecah sebesar kepalan tangan, dipilih yang

mengandung unsur logam, dicuci dengan air unruk mengeluarkan kotoran

dan terakhir dikeringkan dengan cara dipanggang untuk mengeluarkan uap

yang mengandung air.

Selain logam ada yang disebut dengan istilah bukan logam (nonmetal)

dan unsur metaloid (yang menyerupai logam).

Logam dapat dibagi dalam beberapa golongan, yaitu :

Logam berat : besi, nikel, krom, tembaga, timah putih, timah hitam, dan

seng.

Logam ringan : alumunium, magnesium, titanium, kalsium, kalium,

natrium, dan barium.

Logam mulia : emas, perak, dan platina.

Logam tahan api : wolfram, molibden, titanium, dan zirkonium.

Dalam penggunaan serta pemakaiannya, logam pada umumnya tidak

merupakan senyawa logam, tetapi merupakan paduan. Logam dan

paduannya merupakan bahan teknik yang penting, dipakai untuk konstruksi

mesin, kendaraan, jembatan, bangunan, dan pesawat terbang.

3

Sehubungan dengan pemakaiannya pada teknik mesin, sifat logam yang

penting adalah mekanis, fisik, dan kimia yang sangat menentukan

kualitasnya.

1.2 Rumusan Masalah

1. Mendefinisikan pengertian logam besi

2. Menjelaskan sifat fisik dan sifat kimia dari logam besi

3. Mengklasifikasikan logam besi

4. Membuat logam besi dengan beberapa proses

5. Menjelaskan manfaat dari logam besi

1.3 Tujuan

1. Mengetahui pengertian logam besi

2. Mengetahui sifat fisik dan sifat kimia logam besi

3. Mengklasifikasi logam besi

4. Mengetahui proses pembuatan logam besi

5. Mengetahui manfaat dari logam besi

4

BAB II

PEMBAHASAN

Logam dapat dibagi dalam dua golongan yaitu logam ferro atau logam besi

dan logam non ferro yaitu logam bukan besi.

2.1 Pengertian Logam (Ferro)

Logam ferro adalah suatu logam paduan yang terdiri dari campuran

unsur karbon dengan besi. Untuk menghasilkan suatu logam paduan yang

mempunyai sifat yang berbeda dengan besi dan karbon maka dicampur

dengan bermacam logam lainnya.

Logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat, seperti dapat

ditempa dan diubah bentuk, penghantar panas dan listrik,keras (tahan

terhadap goresan, potongan atau keausan), kenyal (tahan patah bila

dibentang), kuat (tahan terhadap benturan, pukulan martil), dan liat (dapat

ditarik).

Besi dalam bidang keteknisan adalah besi teknis, bukan besi murni,

karena besi murni (Fe) tidak memenuhi pernyataan teknik, persyaratan

teknik adalah kekuatan bahan, keuletan, dan ketertahanan terhadap

pengaruh luar (korosi, aus, bahan kimia, suhu tinggi dan sebagainya).

Besi teknis selalu tercampur dengan unsure-unsur lain misalnya karbon

(C), silicon (Si), mangan (Mn), Fosfor (P), dan belerang (S). Unsur-unsur

tersebut harus dalam kadar tertentu, sesuai dengan sifat-sifat yang

dikehendaki, secara garis besar besi teknik terbagi menjadi :

a. Besi kasar : kadar karbon lebih besar dari 3,5%, tidak dapat ditempa.

b. Besi : kadar karbon lebih besar dari 2,5%, tidak dapat ditempa.

c. Baja : kadar karbon kurang dari 1,7%, dapat ditempa.

5

2.2 Sifat-Sifat Logam Besi

Sifat Fisika

Fase Padat

Massa jenis (suhu kamar) 7,68 g/cm3

Titik lebur 1811 0

K

(1538 0

C , 2800 0

F)

Titik didih 3134 0

K

(2861 0

C , 5182 0

F)

Kalor peleburan 13,81 kJ/mol

Kalor penguapan 340 kJ/mol

Sifat Kimia

Tidak termakan oleh udara kering yang tidak mengandung CO2.

Jika terkena udara basah akan terbentuk karat (Fe2O3. nH2O).

Reaksi pembentukan karat, yaitu 322 O2Fe 3O 4Fe

Bereaksi dengan uap air panas.

Fe + uap air panas (stoom) akan menghasilkan H2 (pembuatan H2 secara

teknik).

Reaksi : 2432 H 4 OFe OH 4 Fe 3

Bereaksi dengan semua asam.

Reaksi : H FeCl HCl 2 Fe 22

Jika timbul H2 maka selalu terbentuk senyawaan fero.

Reaksi : H Fe 2H Fe 22

Tidak termakan oleh basa.

Bereaksi dengan halida.

Reaksi : 32 FeCl2Cl32Fe

Bereaksi dengan Sulfur terbentuk FeS.

6

2.3 Klasifikasi Logam Besi

Logam-logam besi merupakan logam dan paduan yang mengandung

besi (Fe) sebagai unsur utamanya dan carbon, sedangkan logam bukan besi

merupakan logam yang tidak mengandung unsur besi.

Logam besi dapat digolongkan dalam beberapa kelompok berdasarkan

komposisi kimia, khususnya kadar karbon, sifat-sifat mekanis atau fisis dan

tujuanpenggunaannya.Proses pembuatan baja dapat dilakukan berdasarkan

proses asam dan basa yang berhubungan dengan sifat kimia yang

meghasilkan terak dari lapisan dapur.

Proses asam digunakan untuk memurnikan besi kasar yang

persetasenya rendah dalam fosfor dan sulfur. Besi kadar ini dihasilkan dari

bijih besi yang kaya silikon yang menghasilkan terak asam. Lapisan dapur

dibangun dari batu silika (SiO2) dan mempunyai sifat yang sama dengan

terak sehingga mencegah reaksi antara unsur fosfor dengan lapisan dapur.

Proses basa digunakan Untuk memurnikan besi kasar yang kaya fosfor.

Unsur itu hanya dapat dikeluarkan apabila digunakan sejumlah besar dari

batu kapur selama berlangsung proses pemurnian, sehingga akan

menghasilkan terak. Lapisan dapur harus terbuat dari batu kapur untuk

mencegah reaksi antara lapisan dapur dengan unsur silikon.

Jenis logam ferro adalah sebagai berikut :

Besi Tuang

Komposisinya yaitu campuran besi dan karbon. Kadar karbon sekitar 40%,

sifatnya rapuh tidak dapat ditempa, baik untuk dituang, liat dalam

pemadatan, lemah dalam tegangan. Digunakan untuk membuat alas mesin,

meja perata, badan ragum, bagian-bagian mesin robot, blok slinder, dan

cincin torak.

7

Besi Tempa

Komposisi besi terdiri dari 99% besi murni, sifat dapat ditempa, liat, dan

tidak dapat dituang. Besi tempa antara lain dapat digunakan untuk membuat

rantai jangkar, kait keran, dan landasan kerja plat.

Baja Lunak

Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,1% - 0,3%, membuat

sifat dapat ditempa dengan tanah liat. Digunakan untuk membuat mur,

sekrup, pipa, dan keperluan umum dalam pembangunan.

Baja Karbon Sedang

Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0,4% - 0,6%. Sifat lebih

kenyal dan keras. Digunakan untuk membuat benda kerja tempa berat,

poros, dan rel baja.

Baja Karbon Tinggi

Komposisi campuran besi dan karbon. Kadar karbon 0,7% - 1,5%. Sifat dapat

ditempa, dapat disepuh keras, dan dimudakan. Digunakan untuk membuat

kikir, pahat, gergaji, tap, stempel, dan alat bubut lainnya.

Baja Karbon Tinggi Dengan Campuran

Komposisi baja karbon tinggi ditambah nikel atau kobalt, krom atau

tungsten, sifat rapuh, tahan suhu tinggi tanpa kehilangan kekerasan, dapat

disepuh keras, dan dimudakan. Digunakan untuk membuat mesin bubut dan

alat-alat mesin.

Tabel pembagian besi dan baja menurut komposisinya.

No Paduan Besi dan Baja Komposisi kimia (%)

1 Besi Tuang

- Besi tuang kelabu

2-4% C, 1-3% Si, 0,8 % Mn (maks), 0,10

% P (maks), 0,05% S (maks)

Disamping terdapat perbedaan yang

kecil dari segi komposisi, perbedaan

8

- Besi tuang potih

- Besi tuang noduler

- Besi tuang paduan

sifat-sifat besi tunag ditentukan oleh

strukutur mikro karena proses

pembutan atau karena proses

perlakuan panas.

Elemen-elemen pemadu: Cr, Ni

2 Baja Karbon

- Baja karbon rendah

- Baja karbon medium

- Baja karbon tinggi

0,08-0,35% C 0,25-1,50% Mn

0,35-0,50% C 0,25-0,80% Si

0,55-1,70% C 0,04% P 0,05% S

3 Baja Paduan

- Baja paduan rendah

- Baja paduan medium

Seperti pada baja karbon rendah +

elemen-elemen pemadu kurang dari 4%

SEPERTI Cr, Ni, Mo, Cu, Al, Ti, V, Nb, B,

W, dll

Seperti pada baja paduan rendah tetapi

jumlah elemen-elemen pemadu di atas

4%

4 Baja Spesial

- Baja Stainless

a. Feritik (12-30% Cr dan kadar C

rendah)

b. Martensitik (12-17% Cr dan 0,1-

1,0%C)

c. Austenitic (17-25 % Cr dan 8-20%

Ni)

d. Duplek (23-30%Cr, 2,5-7% Ni, plus

Ti dan Mo)

9

- Baja Perkakas

e. Presipitasi (seperti pada sustenitik,

plus elemen pemadu: Cu, Ti, Al,

Mo, Nb, atau Ni.

High speed steels (0.85-1,25%C, 1,5-

20% W, 4-9,5%Mo, 3-4,5% Cr, 1-4 %V,

5-12%Co)

Logam Besi dan Baja

Besi karbon rendah

Besi karbon rendah ( wrought iron) mengandung < 0,1 %C degan 1-3 %

terak halus yang tersebar secara merata di dalamnya. Besi ini merupakan

hasil proses pudding atau proses aston.

Pada proses pudding, besi kasar dicampur dengan besi bekas lalu

dilebur dalam dapur pudding manual yang kecil (kapasitas 230 kg)

dipanaskan dengan kokas, minyak atau gas. Kapasitas dapur kini jauh lebih

besar dan proses pengadukan dilakukan secara mekanik. Setelah bebas dari

kotoran-kotoran produk yang berbentuk campuran dari besi dan terak d

ituang dari dalam dapur kemudian digiling untuk memisahkan terak.

Pada proses aston, besi kasar dilebur dalam kupola dan dimurnikan

dalam bejana bassemer. Logam murni kemudian dituang d ladel yang

mengandung sejumlah terak. Karena suhu terak lebih rendah, logam cair

cepat membeku, gas-gas yang larut bebas dari letupan-letupan sehingga

logam pecah menjadi bagian-bagian yang kecil. Kepingan ini mengendap dan

menjadi satu membentuk beji spons. Besi karbon rendah yang dihasilkan

mempunyai komposisi sebagai berikut : C < 0,03 % ; Si ~ 0,13 ; S < 0,02 % ; F

~ 0,28 % dan Mn < 0,1 %

10

Baja

Baja merupakan paduan yang terdiri dari biji besi, karbon dan unsur

lainnya. Baja dapat dibentuk melalui pengecoran, pencanaian dan

penempaan. Karbon merupakan salah satu unsur terpenting karena dapat

meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja. Baja merupakan logam yang

paling banyak digunakan dalam teknik, dalam bentuk pelat, lembaran , pipa,

batang profil dan sebagainya.

Secara garis besar baja dapat dikelompokkan sebagai berikut:

A. Baja karbon

Baja karbon rendah (

11

4. Tahan terhadap perubahan suhu

5. Memiliki sifat-sifat metalurgi,seperti butir halus.

Besi cor

Besi cor adalah paduan besi-karbon-silika dengan unsur tambahan lain.

Kadar karbon tinggi sehingga besi cor bersifat rapuh dan tidak dapt di tempa.

Besi cor memiliki sifat fisis atau mekanik yang berbeda-beda, hal ini

dipengaruhi oleh unsur paduan yang terdapat didalamnya seperti karbon,

silikon, mangan, fosfor dan belerang. Kekuatan, kekerasan, kemampuan

mesin, ketahanan aus, dan lain sebagainya dilebur kembali dalam dapur

kupola. Besi kasar yang dihasilkan oleh tanur tinggi tidak cocok untuk benda

coran dan dilebur kembali dalam dapur kupola.

Besi cor kelabu disebut begitu oleh karena petahannya bewarna Keabu -

abuan. Karbon yang terdapat berbentuk serpihan grafit, kekuatan tarik besi

cor kelabu berkisar antara 140 sampai 415 Mpa akan tetapi keuletannya

sangat rendah. Komposisinya adalah sebagai berikut :

Unsur Kadar (% berat)

Karbon (C) 3,00 3,50

Silikon (Si) 1,00 2,75

Mangan (Mn) 0,40 1,00

Fosfor (P) 0,15 1,00

Belerang (S) 0,02 0,15

Besi (Fe) Sisanya

Besi cor putih mempunyai bidang perpatahan yang putih warnanya,

karbon disini terikat sebagai karbida, Fe3C, Fe3C atau karbida bersifat keras,

sehingga besi cor putih yang banyak mengandung karbida sulit di mesin. Besi

cor putih dibuat dengan cara menuangkan besi cair ke dalam cetakan logam

dan dengan mengatur komposisi kimianya. Pendingin cepat atau chill

12

diterapkan bila dikehendaki suatu permukaan yang tahan aus seperti roda

kereta api, rol untuk menggerus dan pelat penghancur batu.

Besi cor mampu tempa mempunyai kekuatan tarik sekitar 380 Mpa

dengan perpanjangan 18 %. Benda cor mampu tempa mempunyai daya

tahan terhadap kejutan dan mudah dimesin; banyak digunakan dalam

industry perkeretaapian, industry kendaraan bermotor, sambungan pipa dan

industry pertanian.

Besi cor nodular adalah jenis besi cor mampu tempa yang kuat dan ulet.

Karbon yang terdapat berbentuk nodul grafit yang diperoleh dengan

menambahkan bahan yang mengandung magnesium seperti nikel

magnesium atau magnesium yang mengandung tembaga ferro silicon

dalam besi cor kelabu cair. Jumlah magnesium yang diperlukan tergantung

pada kadar belerang yang ada. Mula-mula kadar belerang diturunkan

dengan cara mengubahnya menjadi sulfide magnesium. Sisa magnesium

yang ada dapat mengubah bentuk grafit menjadi bentuk hhhnodular. Besi

cor nodular umumnya digunakan dalam kondisi tuang (as - cast); meskipun

demikian untuk meningkatkan sifat-sifat tertentu dari benda cor, benda cor

dapat dianil sebentar. Waktu anil yang diperlukan jauh lebih singkat

dibandingkan dengan waktu anil besi cor mampu tempa. Karena mutu besi

cor nodular jauh lebih baik, bahan ini dapat digunakan untuk membuat

proses engkol dan berbagai suku cadang mesin lainnya.

Pengaruh Unsur Kimia dalam Besi Cor

a. Silikon

Silicon sampai kadar 3,25% bersifat menurunkan kekuatan besi. Kadar

silicon menentukan berapa bagian dari karbon terikat dengan besi dan

beberapa bagian berbentuk granit (atau karbon bebas) setelah tercapai

keadaan seimbang. Kelebihan silicon membentuk ikatan yang keras dengan

besi, sehingga dapat dikatakan bahwa silicon di atas 3,25% akan

meningkatkan kekerasan.

13

b. Mangan

Dalam jumlah rendah, tidak seberapa pengaruhnya, dalam jumlah di

atas 0,5%, mangan bereaksi dengan belerang membentuk sulfide mangan.

Ikatan ini rendah bobot jenisnya dan dapat larut dalam terak. Mangan

merupakan unsure deoksidasi, pemurnian sekaligus meningkatkan fluiditas,

kekuatan dan kekerasan besi. Bila kadar ditingkatkan, kemungkinan

terbentuknya ikatan kompleks dengan karbon meningkat dan kekerasa besi

cor akan naik. Mangan yang hilang selama proses peleburan berkisar antara

10 20 %.

c. Belerang

Belerang sangat merugikan, oleh karena itu selama proses peleburan

selalu diusahakan untuk mengikat belerang tersebut, antara lain dengan

menambahkan ferro mangan. Belerang yang menyebabkan terjadinya

lubang-lubang (blowholes) membentuk ikatan dengan karbon dan

menurunkan fluiditas sehingga mengurangi kemampuan ikatan dengan

karbon dan menurunkan fluiditas sehingga mengurangi kemampuan tuang

besi cor. Setiap kali kita melebur besi cor, kadar belerang meningkat sebesat

0,03%, belerang ini berasal dari bahan bakar.

d. Fosfor

Fosfor dapat meningkatkan fluiditas logam cair dan menurunkan titik

cair. Oleh karena itu biasa digunakan faktor sampai 1% dalam benda cor

kecil dan benda cor yang mempunyai bagian bagian yang tipis. Benda cor

besar tidak memerlukan kadar fosfor yang tinggi karena tidak diperlukan

fluiditas tambahan. Sewaktu peleburan umumnya terjadi peningkatan kadar

fosfor sampai 0,02%. Unsur fosfor sulit beroksidasi kecuali bila dipenuhi

beberapa persyaratan tertentu. Untuk mengendalikan kadar fosfor, perlu

dipilih grade besi bekas yang tepat.

Fosfor juga membentuk ikatan yang dikenal dengan nama steadit, yaitu

campuran antara besi dan fosfida, ikatan ini keras, rapuh dan mempunyai

14

titik cair yang lebih rendah. Steadit mengandung fosfor sebanyak 10%.

Dengan demikian besi dengan 0,50% fosfor akan mengandung sekitar 5%

(volume) steadit.

2.4 Jenis Baja Paduan

Berdasarkan unsur unsur campuran dan sifat dari baja maka baja

paduan dapat digolongkan menjadi baja dengan kekuatan tarik yang tinggi,

tahan pakai, tahan karat, dan baja tahan panas.

1. Baja dengan kekuatan tarik yang tinggi

Baja ini mengandung mangan, nikel, kromium dan sering juga

mengandung vanadium dan dapat digolongkan seperti berikut ini.

a. Baja mangan

Baja ini mengandung 0,35% dan 1,5% Mn dan termasuk baja murah

tetapi kekuatannya baik, dapat didinginkan dengan minyak karena

mengandung unsur mangan sehingga temperatur pengerasannya

rendah dan menambah kekuatan struktur feritnya.

b. Baja nikel

Baja ini mengandung 0,3% C, 3% Ni, dan 0,6% Mn serta mempunyai

kekuatan dan kekerasan yang baik, dapat didinginkan dengan minyak

karena mengandung unsur nikel yang membuat temperature

pengerasannya rendah. Baja ini digunakan untuk proses engkol, batang

penggerak, dan pengguna lainnya yang hampir sama.

c. Baja nikel kromium

Baja ini mempunyai sifat yang keras berhubungan dengan campuran

unsur kromium dan sifat yang liat berhubungan dengan campuran

unsur nikel. Baja yang mengandung 0,3% C, 4,35% Ni, 1,25% Cr, dan

0,5% Mn (mengandung nikel dan kromium yang tinggi), mempunyai

kecepatan pendinginan yang rendah sehingga pendinginan dapat

dilakukan dalam hembusan udara dan distorsi diperkecil. Bila unsur

krom dicampur sendiri kedalam baja akan menyebabkan kecepatan

15

pendinginan kritis yang amat rendah, tetapi bila dicampur dengan

bersama nikel akan diperoleh baja yang bersifat liat. Jenis baja tersebut

digunakan untuk poros engkol dan batang penggerak. Baja nikel

kromium menjadi rapuh apabila distemper atau disepuh pada

temperature 250 400 0C, juga kerapuhannya tergantung pada

komposisinya, proses ini dikenal dengan nama menemper kerapuhan

dan baja ini dapat diperiksa dengan penyelidikan pukul tarik.

Penambahan sekitar 0,3% molibden akan mencegah kerapuhan karena

distemper, juga akan mengurangi pengaruh yang menyeluruh terhadap

baja karena molibden adalah unsur berbentuk karbid.

d. Baja kromium vanadium

Jika baja ini ditambahkan sekitar 0,5% vanadium sehingga dapat

memperbaiki ketahanan baja kromium terhadap guncangan atau

getaran dan membuatnya dapat ditempa dan ditumbuk dengan mudah,

apabila vanadium menggantikan nikel maka baja lebih cenderung

mempengaruhi sifat sifatnya secara menyeluruh.

2. Baja tahan pakai

Berdasarkan unsur unsur campuran yang larut di dalamnya, baja

terdiri dari dua macam, yaitu baja mangan berlapis austenite dan baja

kromium.

a. Baja mangan yang berlapis austenite

Baja ini pada dasarnya mengandung 1,2% C, 12,5% Mn, dan 0,75% Si.

Selain itu juga mengandung unsur unsur berbentuk karbit seperti

kromium atau vanadium yang kekuatannya lebih baik.

b. Baja kromium

Jenis ini mengandung 1% C, 1,4% Cr, dan 0,45% Mn. Apabila baja ini

mengandung unsur karbon tinggi yang bercampur bersama sama

dengan kromium akan menghasilkan kekerasan yang tinggi sebagai hasil

16

dari pendinginan dengan minyak. Baja ini digunakan untuk peluru

peluru bulat dan perlatan penggilingan padi.

3. Baja tahan karat

Baja tahan karat (stainless steel) mempunyai seratus lebih jenis yang

berbeda beda. Akan tetapi, seluruh baja ini mempunyai satu sifat karena

mengandung kromium yang dapat membuatnya tahan terhadap karat. Baja

tahan karat ini dapat dibagi ke dalam tiga kelompok dasar, yakni baja tahan

karat berlapis ferit, berlapis austenite, dan berlapis mertensite.

a. Baja tahan karat ferit

Baja ini mengandung unsur karbon yang rendah (sekitar 0,04% C)

dan sebagian besar dilarutkan di dalam besi. Sementara itu, unsur

lainnya yaitu kromium sekitar13% - 20% dan tambahan kromium

tergantung pada tingkat ketahanan karat yang diperlukan. Baja ini tidak

dapat dikeraskan dengan cara disepuh. Baja ini seringkali disebut besi

tahan karat dan cocok untuk dipres, ditarik, dan dipuntir. Baja ini

mengandung 13% kromium digunakan untuk garpu dan sendok,

sedangkan yang mengandung 20% kromium untuk tabung sinar katoda.

b. Baja tahan karat austenite

Baja tahan karat austenite mengandung nikel dan kromium yang

amat tinggi, nikel akan membuat temperature transformasinya rendah,

sedangkan kromium akan membuat kecepatan pendinginan kritisnya

rendah. Campuran kedua unsur itu menghasilkan struktur lapisan

austenite pada temperature kamar. Baja ini tidak dapat dikeraskan

melalui perlakuan panas, tetap dapat disepuh keras. Pengerjaan dan

penyepuhan tersebut membuat baja sukar dikerjakan dengan mesin

perkakas. Seperti baja austenite yang lain, baja tahan karat austenite

tidak magnetis.

Baja tahan karat yang mengandung 0,15% C, 8,5% Ni, dan 0,8% Mn

sesuai untuk digunakan sebagai alat alat rumah tangga dan dekoratif.

17

Baja tahan karat yang mengandung 0,05% C, 18,55% Cr, 10% Ni, dan

0,8% Mn, baik untuk dikerjakan dengan cara penarikan dalam karena

kandungan karbonnya rendah. Baja tahan karat yang mengandung 0,3%

C, 21% Cr, 9% Ni, dan 0,7% Mn sesuai untuk dituang.

Kebanyakan baja tahan karat austensite mengandung sekitar 18%

kromium dan 8% nikel. proporsi unsur kromium dan nikel sedikit

berbeda dengan penambahan dalam proporsi yang kecil dari unsure

molybdenum, titanium, dan tembaga untuk menghasilkan sifat sifat

yang special. Baja dalam kelompok ini digunakan apabila diperlukannya

ketahanan terhadap panas.

c. Baja tahan karat mertensite

Baja tahan karat mertensit mengandung sejumlah besar unsur

karbon dan dapat dikeraskan melalui perlakuan panas, juga

mempengaruhi sifat sifatnya melalui pengerasan dan

penyepuhan.Baja yang mengandung 0,1% C, 13% Cr, dan 0,5% Mn ini

dapat didinginkan untuk memperbaiki kekuatannya, tetapi tidak

menambah kekerasan. Baja ini seringkali disebut besi tahan karat dan

digunakan khususnya untuk peralatan gas turbin dan pekerjaan

dekoratif.

4. Baja tahan panas

Masalah utama yang berhubungan dengan penggunaan temperature

tinggi adalah kehilangan kekuatan, beban rangkak, serangan oksidasi, dan

unsur kimia. Kekuatannya pada temperature tinggi dapat diperbaiki dengan

menaikkan temperature transformasinya dan penambahan unsur kromium

atau dengan merendahkan temperature transformasinya dan penambahan

unsur nikel.

Kedua pengerjaan itu akan menghasilkan struktur austensite. Sejumlah

kecil tambahan unsur titanium, aluminium, molybdenum dengan karbon

akan menaikkan kekuatan dan memperbaiki ketahanannya terhadap beban

18

rangkak. Unsur nikel akan membantu penahanan kekuatan pada

temperature tinggi dengan memperlambat atau menahan pertumbuhan

butiran butiran yang baru. Ketahanannya terhadap oksidasi dan serangan

kimia dapat diperbaiki dengan menambahkan silicon atau kromium.

5. Baja paduan yang digunakan pada temperature rendah

a. Baja pegas

Pegas kendaraan dibuat dari baja yang mengandung sekitar 0,8% C

sesuai dengan sifat sifatnya yang dibutuhkan dan ditambahkan dengan

lebih dari 0,4% Si dan 0,8 % Mn. Baja pegas dikeraskan dengan

pendinginan air atau minyak sesuai dengan komposisinya. Pegas katup

dibuat dari baja yang sama dengan pegas kendaraan juga ditambahkan

1,5% Cr dan 0,17% V ke dalam karbon dan nikel.

b. Baja katup mesin (motor)

Katup yang menerima beban rendah digunakan baja yang

mengandung 0,3% C, 3,5% Ni, 0,35% Cr, dan 0,35% Si. Kandungan unsur

silicon dan kromium menaikkan beban yang dapat diterima katup

sehingga dapat menerima beban yang berat. Katup untuk motor

pesawat terbang dibuat dari baja austensite dengan kandungan sekitar

10 % Ni dan 12 -16% Cr. Katup pompa seringkali dibuat berlubang dan

mengandung natrium untuk pendinginan.

2.5 Proses Pembuatan Logam Besi

Bijih ialah mineral atau batu-batuan yang mengandung satu macam atau

beberapa macam logam dalam prosentase yang cukup banyak untuk

dijadikan bahan tambang. Banyaknya logam yang terkandung dalam bijih itu

berbeda-beda. Logam dalam keadaan murni jarang sekali terdapat di dalam

bumi, kebanyakan merupakan senyawa-senyawa oksida, sulfida, karbonat,

dan sulfat yang merupakan bijih logam yang perlu diproses menjadi bahan

19

logam yang bermanfaat bagi manusia.Jenis bijih besi yang lazim digunakan

adalah hematite, magnetite, siderite, dan himosit.

Hematite (Fe2O3) adalah bijih besi yang paling banyak dimanfaatkan

karena kadar besinya tinggi, sedangkan kadar kotorannya relative rendah.

Meskipun pirirt (FeS2) banyak ditemukan, jenis bijih ini tidak digunakan

dikarenakan kadar sulfur tinggi sehingga diperlukan pemurniaan tambahan.

Bijih besi diolah dalam tanur atau dapur tinggi untuk menghasilkan besi

kasar. Besi kasar adalah bahan baku untuk pembuatan besi cor (cast iron),

besi tempa (wrought iron), dan baja (steel). Ketiga macam bahan itu banyak

dipakai dalam bidang teknik.

Baja adalah logam paduan antara besi dan karbon dengan kadar

karbonnya secara teoritis maksimum 1,7%. Besi cor adalah logam paduan

antara beara besi dan karbon yang kadarnya 1,7%-3,5%. Besi tempa adalah

baja yang mempunyai kadar karbon rendah.

2.5.1 Pembuatan Besi Kasar (INGOT)

Bahan utama untuk membuat besi kasar adalah bijih besi. Berbagai

macam bijih besi yang terdapat di dalam kulit bumi berupa oksid besi dan

karbonat besi, diantaranya yang terpenting adalah sebagai berikut :

1. Batu besi coklat (2Fe2O3 + 3H2O) dengan kandungan besi berkisar 40%.

2. Batu besi merah yang juga disebut hematit (Fe2O3) dengan kandungan

besi berkisar 50%.

3. Batu besi magnet (Fe2O4) berwarna hijau tua kehitaman, bersifat

magnetis dengan mengandung besi berkisar 60%.

4. Batu besi kalsit atau spat (FeCO3) yang juga disebut sferosiderit dengan

mengandung besi berkisar 40%.

Bijih besi dari tambang biasanya masih bercampur dengan pasir, tanah

liat, dan batu-batuan dalam bongkah-bongkahan yang tidak sama besar.

Untuk kelancaran proses pengolahan bijih besi, bongkah-bongkah tersebut

20

dipecahkan dengan mesin pemecah, kemudian disortir antara bijih besih dan

batu-batuan ikutan dengan tromol magnet. Pekerjaan selanjutnya adalah

mencuci bijih besi tersebut dan mengelompokkan menurut besarnya,

bijihbesi halus dan butir-butir yang kecil diaglomir di dalam dapur sinter atau

rol hingga berupa bola-bola yang dapat dipakai kembali sebagai isi dapur.

Setelah bijih besi itu dipanggang di dalam dapur panggang agar kering

dan unsur-unsur yang mudah menjadi gas keluar dari bijih kemudian dibawa

ke dapur tinggi diolah menjadi besi kasar. Dapur tinggi mempunyai bentuk

dua buah kerucut yang berdiri satu di atas yang lain pada alasnya. Pada

bagian atas adalah tungkunya yang melebar ke bawah, sehingga muatannya

dengan mudah meluncur kebawah dan tidak terjadi kemacetan. Bagian

bawah melebar ke atas dengan maksud agar muatannya tetap berada di

bagian ini. Dapur tinggi dibuat dari susunan batu tahan api yang diberi

selubung baja pelat untuk memperkokoh konstruksinya. Dapur diisi dari atas

dengan alat pengisi. Berturut-turut dimasukkan kokas, bahan tambahan

(batu kapur) dan bijih besi.

Kokas adalah arang batu bara yaitu batu bara yang sudah didestilasikan

secara kering dan mengandung belerang yang sangat rendah sekali. Kokas

berfungsi sebagai bahan bakarnya dan membutuhkan zat asam yang banyak

sebagai pengembus. Agar proses dapat berjalan dengan cepat udara

pengembus itu perlu dipanaskan terlebih dahulu di dalam dapur pemanas

udara.

Besi cair di dalam dapur tinggi, kemudian dicerat dan dituang menjadi

besi kasar, dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan sebagai

bahan ancuran untuk pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah), atau

dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja di dalam

konvertor atau dapur baja yang lain, misalnya dapur Siemen Martin. Batu

kapur sebagai bahan tambahan gunanya untuk mengikat abu kokas dan

batu-batu ikutan hingga menjadi terak yang dengan mudah dapat dipisahkan

21

dari besi kasar. Terak itu sendiri di dalam proses berfungsi sebagai pelindung

cairan besi kasar dari oksida yang mungkin mengurangi hasil yang diperoleh

karena terbakarnya besi kasar cair itu. Batu kapur (CaCO3) terurai mengikat

batu-batu ikutan dan unsur-unsur lain.

Komposisi besi kasar dapat dikendalikan melalui pengaturan kondisi

operasi dan pemilihan susunan campuran bahan baku.

Tabel Klasifikasi Besi Kasar

Mutu besi Silikon Belerang Fosfor Mangan

Pengecoran No.1

Pengecoran No.2

Pengencoran No.3

Mampu-tempa

(malleable)

Bessemer

Basa

2,5-3,0

2,0-2,5

1,5-2,0

0,75-1,5

1,0-2,0

< 1,0

< 0,035

< 0,045

< 0,055

< 0,050

< 0,050

< 0,050

0,05-1,0

0,05-1,0

0,05-1,0

< 0,2

< 0,1

< 0,1

< 1,0

< 1,0

< 1,0

< 1,0

< 1,0

< 1,0

2.5.2 Proses dalam Dapur Tinggi

Prinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini

zat karbon monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat

asam pada suhu tinggi. Pada pembakaran suhu tinggi + 1800oC dengan udara

panas, maka dihasilkan suhu yang dapat menyelenggarakan reduksi

tersebut. Agar tidak terjadi pembuntuan karena proses berlangsung maka

diberi batu kapur sebagai bahan tambahan. Bahan tambahan bersifat asam

apabila bijih besinya mempunyai sifat basa dan sebaliknya bahan tambahan

diberikan yang bersifat basa apabila bijih besi bersifat asam.

Gas yang terbentuk dalam dapur tinggi selanjutnya dialirkan keluar

melalui bagian atas dan ke dalam pemanas udara. Terak yang menetes ke

bawah melindungi besi kasar dari oksida oleh udara panas yang dimasukkan,

22

terak ini kemudian dipisahkan. Proses reduksi di dalam dapur tinggi tersebut

berlangsung sebagai berikut:

Zat arang dari kokas terbakar menurut reaksi : C + O2 CO2 sebagian dari

CO2 bersama dengan zat arang membentuk zat yang berada ditempat yang

lebih atas yaitu gas CO. CO2 + C 2CO Di bagian atas dapur tinggi pada

suhu 3000 sampai 8000 C oksid besi yang lebih tinggi diubah menjadi oksid

yang lebih rendah oleh reduksi tidak langsung dengan CO tersebut menurut

prinsip : Fe2O3 + CO 2FeO + CO2

Pada waktu proses berlangsung muatan turun ke bawah dan terjadi

reduksi tidak langsung menurut prinsip : FeO+CO FeO+CO2

Reduksi ini disebut tidak langsung karena bukan zat arang murni yang

mereduksi melainkan persenyawaan zat arang dengan oksigen. Sedangkan

reduksi langsung terjadi pada bagian yang terpanas dari dapur, yaitu

langsung di atas pipa pengembus. Reduksi ini berlangsung sebagai berikut.

FeO + C Fe + CO.

CO yang terbentuk itulah yang naik ke atas untuk mengadakan reduksi

tidak langsung tadi. Setiap 4 sampai 6 jam dapur tinggi dicerat, pertama

dikeluarkan teraknya dan baru kemudian besi. Besi yang keluar dari dapur

tinggi disebut besi kasar atau besi mentah yang digunakan untuk membuat

baja pada dapur pengolahan baja atau dituang menjadi balok-balok tuangan

yang dikirimkan pada pabrik-pabrik pembuatan baja sebagai bahan baku.

Besi cair dicerat dan dituang menjadi besi kasar dalam bentuk balok-balok

besi kasar yang digunakan sebagai bahan ancuran untuk pembuatan besi

tuang (di dalam dapur kubah) atau masih dalam keadaan cair dipindahkan

pada bagian pembuatan baja (dapur Siemen Martin).

Terak yang keluar dari dapur tinggi dapat pula dimanfaatkan menjadi

bahan pembuatan pasir terak atau wol terak sebagai bahan isolasi atau

sebagai bahan campuran semen. Besi cair yang dihasilkan dari proses dapur

tinggi sebelum dituang menjadi balok besin kasar sebagai bahan ancuran di

23

pabrik penuangan, perlu dicampur dahulu di dalam bak pencampur agar

kualitas dan susunannya seragam. Dalam bak pencampur dikumpulkan besi

kasar cair dari bermacam-macam dapur tinggi yang ada untuk mendapatkan

besi kasar cair yang sama dan merata. Untuk menghasilkan besi kasar yang

sedikit mengandung belerang di dalam bak pencampur tersebut dipanaskan

lagi menggunakan gas dapur tinggi.

Proses Pembuatan Besi-Baja:

Proses Reduksi Tidak Langsung (Indirect Reduction)

Pada proses ini menggunakan tungku tanur tinggi (blast furnace) dengan

porsi 80% diproduksi dunia. Besi kasar dihasilkan dalam tanur tinggi.

Diameter tanur tinggi sekitar 8m dan tingginya mencapai 60 m. Bahan baku

yang terdiri dari campuran bijih, kokas, dan batu kapur, dinaikkan ke puncak

tanur dengan pemuat otomatis, kemudian dimasukkan ke dalam hopper.

Hematit akan dimasukkan ke dalam blast furnace, disertai denganbeberapa

bahan lainnya seperti kokas (coke), batu kapur(limestone), dan udara panas.

Bahan baku yang terdiri dari campuran biji besi, kokas, dan batu kapur,

dinaikkan ke puncakblast furnace. Bahan baku tersebut disusun secara

berlapis-lapis.

Setelah bahan-bahan dimasukkan ke dalam blast furnace, lalu udara

panas dialirkan dari dasar tungku dan menyebabkan kokas terbakar sehingga

nantinya akan membentuk karbon monoksida (CO). Reaksi reduksi pun

terjadi, yaitu sebagai berikut :

Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2

Dengan digunakannya udara panas, dapat dihemat penggunaan kokas

sebesar 30% lebih. Udara dipanaskan dalam pemanas mula yang berbentuk

menara silindris, sampai sekitar 500C. Kalor yang diperlukan berasal dari

reaksi pembakaran gas karbon monoksida yang keluar dari tanur. Udara

24

panas tersebut memasuki tanur melalui tuyer yang terletak tepat di atas

pusat pengumpulan besi cair.

Maka didapatlah besi (Fe) yang kita inginkan. Namun besi tersebut

masih mengandung karbon yang cukup banyak yaitu 3% 4,5%, padahal besi

yang paling banyak digunakan saat ini adalah yang berkadar karbon kurang

dari 1% saja. Besi yang mengandung karbon dengan kadar >4% biasa disebut

pig iron.

Batu kapur digunakan sebagai fluks yang mengikat kotoran-kotoran

yang terdapat dalam bijih-bijih besi dan membentuk terak cair. Terak cair ini

lebih ringan dari besi cair dan terapung diatasnya dan secara berkala akan

disadap. Besi cair yang telah bebas dari kotoran-kotoran dialirkan kedalam

cetakan setiap 5 6 jam.

Gambar 1. Blast furnace

Terak dapat dimanfaatkan sebagai bahan bangunan (campuran beton)

atau sebagai bahan isolasi panas. Gas panas dibersihkan dan digunakan

untuk pemanas mula udara, untuk membangkitkan energi atau sebagai

media pembakar dapur-dapur lainnya.

25

Perlu diperhatikan bahwa bijih besi yang akan dimasukkan ke dalam

blast furnaceharuslah digumpalkan terlebih dahulu. Hal tersebut berguna

agar aliran udara panas bisa dengan mudah bergerak melewati celan-celah

biji besi dan tentunya akan mempercepat proses reduksi. Komposisi besi

kasar dapat dikendalikan melalui pengaturan kondisi operasi dan pemilihan

susunan campuran bahan baku.

Gambar 2. Tanur tinggi

Proses Reduksi Langsung (Direct Reduction)

Proses ini biasanya digunakan untuk merubah pellet menjadi besi spons

(sponge iron). Juga disebut besi spons dihasilkan dari reduksi langsung dari

bijih besi (dalam bentuk gumpalan, pelet atau denda) dengan mengurangi

gas yang dihasilkan dari gas alam atau batubara. Gas pereduksi adalah

mayoritas campuran hidrogen (H2) dan karbon monoksida (CO) yang

bertindak sebagai pereduksi. Proses langsung mengurangi bijih besi dalam

bentuk padat dengan mengurangi gas disebut reduksi langsung.

26

Proses reduksi langsung dianggap lebih efisien daripada tanur tiup .

Karena beroperasi pada suhu yang lebih rendah, dan ada beberapa faktor

lain yang membuatnya ekonomis. Berikut adalah contoh proses reduksi

langsung antara lain :

a) HYL process

HYL Direct Reduction Proses (reduksi langsung) adalah hasil usaha riset

yang dimulai oleh Hojalata y L.Mina, S.A., pada permulaan tahun 1950-

an. Usaha ini muncul dari tekanan kebutuhan yang semakin meningkat

dan harus memperoleh bahan baku yang cukup mutu dan pada harga

yang stabil untuk produksi lembaran baja(sheet steel).

Dalam proses ini digunakan gas reduktor dari LNG (Liquid Natural Gas),

gas alam cair ini direaksikan dengan uap air panas (H2O).

b) Midrex Process

Gambar 3. Midrex process

Proses ini didasarkan pada tekanan rendah, udara bergerak berlawanan

arus ke bijih oksida besi pelet padat. Di dalam proses reduksi langsung ini,

bijih besi direaksikan dengan gas alam sehingga terbentuklah butiran besi

yang dinamakan besi spons. Besi spons kemudian diolah lebih lanjut di

27

dalam sebuah tungku yang bernama dapur listrik (Electric Arc Furnace). Di

sini besi spons akan dicampur dengan besi tua (scrap), dan paduan fero

untuk diubah menjadi batangan baja, biasa disebut billet. Proses ini sangat

efektif untuk mereduksi oksida-oksida dan belerang sehingga dapat

dimanfaatkan bijih besi berkadar rendah.

Proses reduksi langsung ini salah satunya dipakai oleh P.T. Karakatau

Steel. Fungsi dari gas alam itu sendiri sebenarnya adakalah sebagai gas

reduktor, dimana gas alam mengandung CO dan H2, yang dapat bereaksi

dengan bijih menghasilkan besi murni (Fe) berkualitas tinggi.

Keuntungan dari proses reduksi langsung ketimbang blast furnace adalah :

Besi spons memiliki kandungan besi lebih tinggi ketimbang pig iron, hasil

blast furnace.

Zat reduktor menggunakan gas (CO atau H2) yang terkandung dalam gas

alam, sehingga tidak diperlukan kokas yang harganya cukup mahal.

Perbedaan proses reduksi langsung dan reduksi tidak langsung :

Reaksinya berbeda,pada reduksi tidak langsung Fe diperoleh dari

beberapa tahap reaksi, pada reduksi langsung dengan1 tahap reaksi

sudah dapat diperoleh Fe murni.

Hasil akhirnya berbeda, Output dari reduksi tidak langsung adalah

berupa Fe dalam keadaan cair (pig iron) , sedangkan output dari reduksi

langsung adalah Fe dalam keadaan padat (sponge iron)

Sumber gas reduktornya berbeda, indirect reduction menggunakan

kokas untuk menghasilkan gas reduktor CO, sedangkan direct reduction

menggunakan CH4

Kualitasnya berbeda, reduksi langsung menghasilkan besi dengan

kualitas yang lebih baik daripada reduksi tidak langsung. Karena reduksi

tidak langsung menggunakan kokas untuk menghasilkan gas reduktor.

Kokas berasal dari batubara yang mengadung sulfur, dimana S tersebut

28

dapat ikut masuk kedalam besi hasil reduksi, yang mengakibatkan besi

mengalami retak panas (hot shortness).

2.6 Manfaat Logam Besi

Beberapa manfaat dari logam besi, yaitu

Bidang industri :

Logam besi: digunakan untuk membuat konstruksi jembatan, badan

kendaraan, rel kereta api, dan konstruksi bangunan lainnya.

Stainless steel : digunakan untuk membuat peralatan industri, peralatan

rumah tangga , dan komponen kendaraan bermotor.

Baja nikel, baja mangan, baja kromium: untuk membuat senjata dan

kawat.

Besi (III) klorida atau feri klorida digunakan dalam pengolahan limbah

dan pengecatan.

Besi (II) sulfat : digunakan dalam perawatan tekstil dan pengerasaan

alumunium, pembuatan tinta.

Besi (II) oksida (FeO) : sebagai pewarna tegel atau ubin.

Senyawa besi juga terdapat pada sayur-sayuran, dan dalam tubuh

kita. Contohnya: Hemoglobin, terdapat dalam darah. Myoglobin,

terdapat di dalam sel-sel otot, mengandung Fe bentuk Ferro.

Fe(OH)3 : digunakan untuk bahan cat

Bidang Laboratorium :

Besi (III) klorida atau feri klorida digunakan sebagai katalis dan koagulan.

29

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

Logam terbagi menjadi 2 jenis, yaitu :

Logam Ferro, dan

Logam Non Ferro.

Logam besi bila direaksikan dengan Oksigen maka akan terjadinya proses

korosif, menjadi Fe2O3.

Besi maupun baja memiliki manfaat salah satunya sebagai pembuatan alat

industri, alat rumah tangga, kawat maupun sebagai katalis dan koagulan.

Secara garis besar besi teknik terbagi menjadi 3, yaitu:

Besi kasar : kadar karbon lebih besar dari 3,5%, tidak dapat ditempa.

Besi : kadar karbon lebih besar dari 2,5%, tidak dapat ditempa.

Baja : kadar karbon kurang dari 1,7%, dapat ditempa.

Berdasarkan klasifikasinya, logam besi terbagi dalam 6 macam yaitu :

Besi Tuang

Besi Tempa

Besi Lunak

Baja Karbon Tinggi

Baja Karbon Sedang, dan

Baja Karbon Tinggi dengan Campuran.

30

DAFTAR PUSTAKA

http://egis18.wordpress.com/2010/08/08/logam-ferro-dan-non-ferro/

http://ibenkguevara.blogspot.com/2012/09/logam-ferro-dan-non-ferro.html

http://www.slideshare.net/bellacross5/savedfiles?s_title=unsur-fe-besi-

15686519&user_login=NurLatifah1&from=

http://zahidiadliwaad.blogspot.com/2012/11/peleburan-bijih-besi-dan-dapur-

dapur.html

http://www.youtube.com/watch?v=EmJ1RwGPkM0

Zurohaina. 2013. Bahan Konstruksi Kimia. Palembang: Jurusan Teknik Kimia

Politeknik Negeri Sriwijaya.