ROSES REDUKSI LANGSUNG (DIRECT REDUCTION)

                  

                 Pada proses reduksi langsung, maka bijih besi bereaksi langsung dengan suatu gas didalam   tanur yang menghasilkan “besi spons”, prinsip ini yang di adopsi oleh PT. Krakatau Steel – Cilegon.

Dalam hal ini, bijih besi atau disebut juga “pelet”,direaksi kan dengan gas alam dalam 2 (dua) unit penghasil atau pembuat besi spons. Masing-masing unit peleburan ini dapat memproduksi besi spons sebanyak 1.000.000 ton per tahun nya.

             Besi spons yang masih berbentuk butiran, kemudian diolah lebih lanjut di dalam sebuah dapur listrik, sedangkan gas alam yang dibutuh kan untuk berlangsungnya reduksi langsung, dipasok dari beberapa sumber di dalam negeri. Besi spons bila diolah lebih lanjut, dapat menghasilkan bilet baja, yakni: mencampur besi spons dengan besi tua (scrap) didalam tanur listrik.

Manfaat reduksi langsung ini adalah: dapat menggunakan jenis bijih besi dengan kadar Fe yang rendah, sebab, selain dapat mereduksi oksida-oksida, sekaligus juga dapat mereduksi belerang (S).

4.3.1. Pengolahan Besi Kasar

             Seperti yang telah diterangkan di atas, besi kasar hasil Tanur Tinggi, memerlukan pengolahan lebih lanjut, oleh karena itu besi kasar cair, biasa nya dituangkan ke dalam cetakan, dan hasilnya adalah besi kasar batangan (ingot). Tujuan nya adalah untuk memudahkan transportasi ke lokasi peleburan selanjut nya, misalnya:

-  untuk dijadikian besi karbon rendah (wrought iron), kadar C á 0,1 %

-  baja (steel), kadar C nya adalah:  0,1 % á C á 2 %

-  besi mampu tempa (malleable iron), kadar C nya adalah:  2 % á C á 2,5 %

-  besi cor nodular (nodular cast iron), kadar C nya adalah:  2,5 % á C á 3,75 %

-  dll.

4.3.2. Macam-Macam Tanur Untuk Mengolah Besi

                Ada banyak macam dan jenis dapur peleburan yang penggunaan nya sangat tergantung kepada hasil apa yang diharapkan, dalam artian: umumnya setiap dapur peleburan, di design untuk dapat menghasilkan produk tertentu. Berikut ini akan dijelaskan macam-macam jenis tanur atau dapur yang umum digunakan untuk mengolah besi.

a. Dapur Kupola.

- Bahan bakar (sumber energi) =  kokas (batu bara)

- Muatan logam                        =  besi kasar ingot + besi bekas (scrap)

- Hasil (produk)                        =  besi cor kelabu dan besi cor nodular

b. Oksigen Basa.

- Bahan bakar (sumber energi) =  oksigen

- Muatan logam                        =   besi kasar cair + besi bekas (scrap)

- Hasil (produk)                        =   baja

c. Dapur Listrik

- Bahan bakar (sumber energi) =   listrik

- Muatan logam                        =   besi bekas (scrap)

- Hasil (produk)                        =   baja dan besi cor kelabu

d. Tanur Udara Terbuka

- Bahan bakar (sumber energi) =   gas alam atau kokas atau serbuk nya

- Muatan logam                        =   besi kasar cair 

- Hasil (produk)                        =   baja

e. Tanur Udara

- Bahan bakar (sumber energi) =   serbuk  batu bara atau minyak alam

- Muatan logam                        =   besi kasar ingot ataupun cair

- Hasil (produk)                        =   besi cor kelabu dan besi cor putih

f. Converter

- Bahan bakar (sumber energi) =   udara

- Muatan logam                        =   besi kasar cair atau besi cair hasil dari Dapur Kupola

- Hasil (produk)                        =   menjadi bahan baku untuk pembuatan baja dan baja karbon rendah

g. Dapur Induksi

- Bahan bakar (sumber energi) =   listrik

- Muatan logam                        =   besi bekas (scrap)

- Hasil (produk)                        =   baja

h. Kowi (Crucibel)

- Bahan bakar (sumber energi) =   gas alam atau kokas atau minyak alam

- Muatan logam                        =   besi kasar (scrap)

- Hasil (produk)                        =    baja dan besi cor dalam jumlah terbatas

              Setiap proses atau dapur mempunyai karakteristik yang berbeda, termasuk bahan-bahan yang digunakan serta sumber energi yang  nya juga bisa berbeda. Oleh karena itu, dirasa perlu untuk menjelaskan secara ringkas tentang dapur-dapur yang di sebutkan diatas.

4.3.2.a. Tanur Oksigen Basa

                 Sekitar tahun 1800-an, Bessemer mengemukakan ide agar besi kasar hasil Tanur Tinggi dijadikan bahan baku utama dan dicampur dengan besi bekas (scrap) ditambah batu kapur (batu gambing), Dari ide ini, di cipiptakan lah Tanur Oksigen Basa yang sumber panas nya diperoleh dari reaksi bahan-bahan tersebut diatas dengan oksigen.

Tanur Oksigen Basa ini dikenal dengan nama: B.O.F atau Basic Oxygen Furnace.

Alur logika dari ide Bessemer ini, dapat dilihat pada gambar skema dibawah ini:

                

              Besi bekas atau scrap sebanyak  ± 30 % dari volume dapur, dimasukkan ke dalam dapur yang dilapisi oleh batu tahan api, kemudian logam yang panas dituangkan kedalam dapur tersebut.

Sebuah sistem pemipaan yang ber pendingin air, dimasukkan kedalam dapur untuk mengalirkan oksigen, ujung pipa tidak menyentuh logam cair, tetapi berada sekitar 1 (satu) sampai 3 (tiga) meter di atas nya.

Segera setelah oksigen dihembuskan, maka akan timbul nyala, temperatur akan naik mendekati titik didih besi yang sekitar 1650 °C, akibat nya unsur-unsur seperti karbon, mangan dan silikon, akan ter- oksidasi dengan sempurna.

              Untuk penyempurnaan hasil, maka diperlukan adanya “fluks”, yakni suatu unsur atau zat yang perlu ditambahkan agar dapat mengikat kotoran-kotoran lain nya, seperti: fosfor dan belerang.

Fluks yang umum digunakan adalah batu kapur dan kalsium fluor, hasil dari pengikatan ini adalah: terak cair, yang kemudian dapat digunakan sebagai campuran beton atau isolasi tahan panas.

              Menjelang selesai nya proses, nyala api akan menyusut dan suara yang tadi nya sangat bising, akan berkurang, demikian juga warna nya pun akan turut berubah. Setelah peleburan selesai, aliran oksigen dihentikan dan pipa dikeluarkan, kemudian dapur dimiringkan untuk mengeluarkan terak cair (massa jenis terak cair lebih ringan, sehingga berada diatas logam cair).

Disaat ini, perlu dilakukan pengukuran terhadap suhu logam cair, termasuk kadar karbon nya dengan menggunakan peralatan khusus. Setelah semua memenuhi persyaratan yang di tentukan, sekali lagi dapu dimiringkan untuk mengeluarkan logam cair (baja cair) dan memasukkan nya kedalam kereta ladle, selanjutnya dicetak menjadi baja ingot.

4.3.2.b.  Tanur  Listrik

               Melalui tanur listrik ini, dapat dihasilkan: baja paduan umum, baja perkakas, baja tahan panas dan baja tahan karat, selain baja, tanur ini juga dapat menghasilkan besi cor kelabu yang dikenal bermutu tinggi. Penggunaan tanur ini sudah begitu pesat, sebab disamping polusi yang dihasilkan relatif sedeikit, mutu baja atau besi dapat dihasilkan pun dikendalikan dengan baik.

Dikenal ada 2 (dua) tipe tanur listrik, yakni:

1. Dapur busur tak-langsung; yakni: busur dipancarkan dari dua elektroda yang di tempatkan di atas logam, sehingga logam menjadei panas akibat panas berpindah secara radiasi. Akhir-akhir ini, jenis tanur ini sudah agak jarang digunakan, sebab dirasakan kurang ekonomis, dibandingkan jenis tanur listrik tipe dapur busur langsung.

2. Dapur busur langsung; yakni: arus listrik mengalir melalui elektroda ke dalam muatan logam atau logam cair dan kemudian kembali lagi ke elektroda.

               Pada dapur jenis busur langsung, ruang dapur nya dilapisi oleh batu tahan api, jenis basa atau jenis asam. Kalau dari jenis asam, maka alas nya terbuat dari serbuk ganister dan dindingnya dari batu bata silika; biasanya digunakan untuk membuat baja karbon rendah atau baja paduan dengan paduan nya yang rendah. Untuk dapur jenis ini, maka bahan bakunya yang berupa scrap harus dengan kadar fosfor dan sulfur yang rendah.

Tanur berlapis basa dengan alas dari magnesit, biasanya digunakan untuk membuat berbagai jenis baja dan baja paduan. Dapur ini dapat mengendalikan kadar fosfor dengan baik, sekaligus mereduksi jumlah belerang, sekaligus mengendalikan suhu, sehingga hasil nya mempunyai komposisi yand baik. Ke-unggulan lain nya adalah: dapat ditambah kan unsur lain, ketika proses peleburan sedang berlangsung, sehingga dihasil kan komposisi baja seperti yang di inginkan.

Di bawah ini, dapat dilihat gambar penampang sebuah Tanur Listrik, baik yang berlapis bata tahan api dari jenis basa, maupun dari jenis asam.

                                 

  

Salah satu dari elektroda yang menyentu logam-lagam (bahan baku) tersebut akan mengalirkan arus listrik 3-fasa dan kembali ke elektroda lain nya, sehingga membentuk busur listrik.

Biasanya digunakam elektroda jenis grafit dengan panjang 24 m, Ø £ 760 mm, kuat arus listrik bisa 12.000 Ampere. Sementara itu, kapasitas dapur bervariasi, antara 50 kg sampai dengan 270 ton dalam sekali ber operasi. Sebagai contoh; untuk yang berkapasitas 115 ton, diperlukan waktu untuk peleburan, sekitar 3 jam, dengan energi listrik sebesar = 50.000 kWh.

4.3.2.c.  Tanur Terbuka

             Tanur ini, termasuk salah satu tipe tanur berkapasitas besar, yang mampu berproduksi sampai dengan ratusan ribu ton per tahun nya.

Dibawah ini terlihat gambar penampang sebuah Tanur Terbuka.

Atap dapur yang rendah, dapat memantulkan panas langsung ke tumpukan logam (bahan baku), dimana panas bisa berasal dari gas atau pun nyala minyak. Dapur jenis ini mempunyai efisiensi pem- bakaran yang tinggi, sebab: ruangan pemanas di ke-2 sisi dapur dapat memanaskan udara dan bahan bakar yang masuk kedalam dapur, itu juga makanya, dapur jenis ini disebut tanur regenerasi.

Keunggulan lain dari tanur ini adalah dapat menurunkan kadar fosfor, belerang, silikon, mangan dan karbon, sampai pada persentase yang diharapkan untuk membuat baja dan paduan nya.

Bahan baku utamanya: scrap, besi kasar cair (hasil Tanur Tinggi), baja bekas atau campuran dari besi kasar dan baja bekas. Dua atau tiga jam setelah besi kasar dan baja bekas tersebut melebur, dimasuk kan besi cair dan di biarkan selama 6 atau 7 jam, sambil ditambahkan fluks, biasanya setelah 10 jam, isi tanur siap untuk dituang kedalam cetakan. Untuk mempercepat proses peleburan (sekitar 25 %), maka sering ditambahkan Oksigen, sehingga reaksi kimia berlangsung lebih cepat.

4.3.2.d.  Dapur Listrik Induksi

               Prinsip kerja dari dapur ini adalah memanfaatkan arus induksi yang timbul dalam bahan baku, sehingga menimbulkan panas hingga dapat mencairkan logam. Secara skematik, gambar penampang sebuah dapur listrik induksi, dapat dilihat dibawah ini.                                 

          

Arus listrik berasal dari sumber arus berfrekwensi  sekitar 1000 Hz, dapur di isi logam, logam bekas atau potongan-potongan logam, akibat induksi, pada logam tersebut timbul arus induksi sekunder. Biasanya, logam mencair dalam waktu 90 menit (tergantung banyak nya bahan baku).

Keunggulan dapur ini, kapasitas nya cukup bebvariasi (beberapa kg s/d 3,6 ton), harganya relatif murah, tidak menimbulkan polusi, baik udara maupun suara, serta hemat energi.

Suhunya dapat dikendalikan, sehingga tidak terjadi pemanasan yang berlebihan, dan paduan nya dapat dilebur kembali, tanpa kehilangan unsur paduan nya. Oleh karena itu, dapur jenis ini banyak digunakan didalam industri pengecoran logam.

4.3.2.e.  Dapur Kupola

                  Gambar ilustrasi secara skematik sebuah Dapur Kupola adalah sebagai berikut.          

                                         

· Agar % C dari hasil suatu pengecoran relatif rendah, maka dapur kupola sering       digunakan.

· Kriteria sebuah Dapur Kupola:

1.      Mempunyai bentuk silindris, dengan garis tengah yang sama dari atas  ke bawah.

2.      Bagian sebelah dalam, dilapisi oleh batu tahan api

3.      Bagian sebelah luar, dibungkus pelat baja.

· Bahan baku:

- pig iron hasil tanur tinggi yang % C   masih  tinggi atau rongsokan besi tuang (scrap)

· Bahan bakar

1.      Kokas

2.      Udara

· Bahan tambahan

          Batu kapur atau Kalsium fluor () atau Soda abu   fluks

4.3.2.f.  Dapur Kowi

              Dapur Kowi ini, tercatat sebagai dapur tertua yang pernah digunakan untuk melebur baja.

Gambar penampang sebuah dapur kowi, dapat dilihat dibawah ini.

                                 

Untuk membuat sebuah dapur kowi, biasanya digunakan campuran grafit dan tanah liat. Kekurangan nya adalah, mudah pecah pada keadaan biasa (dingin), tetapi cukup keras pada keadaan panas. Bahan bakar Dapu Kowi adalah: kokas, minyak atau gas.

Bahan baku nya adalah:

- baja karbon rendah

- baja bekas

- arang kayu

- paduan ferro

Kapasitas dapur kowi ini cukup kecil, yakni sekitar 50 kg saja.