pengolahan baja dan aplikasinya

Besi kasar sebagai hasil dari dapur tinggi masih banyak mengandung unsur-unsur yang tidak cocok untuk bahan konstruksi, misalnya zat arang (karbon) yang terlalu tinggi, fosfor, belerang, silisium dan sebagainya. Unsur-unsur ini harus serendah mungkin dengan berbagai cara.
Untuk menurunkan kadar karbon dan unsur tambahan lainnya dari besi kasar digunakan dengan cara sebagai berikut:

1. Proses Konvertor :

a.       Proses Bessemer untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang rendah.

b.      Proses Thomas untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang tinggi.

2. Proses Martin (dapur Siemen Martin)

a.       Proses Martin asam untuk besi kasar dengan kadar fosfor rendah.

b.      Proses Martin basa untuk besi kasar dengan kadar fosfor tinggi.

Proses Bessemer

Proses bessemer (dinamakan menurut nama penemunya, Sir henry Bessemer, 1813-98, yang mendirikan “bessemer steel works” di sheffield, inggris. Proses pembuatan baja dari besi kasar  ialah mengoksidasi zat-zat yang tidak diinginkan dengan meniupkan udara melalui besi cair, panas oksidasi dapat meninggikan suhu sehingga besi tetap dalam keadaan cair. Efisiensi proses bergantung pada bejana yang disebelah dalamnya ditutup dengan lapisan silika dan tanah liat atau dolomit. Bejana ini dinamakan Konvertor Bessemer. Kapasitas Konvertor Bessemer dapat mencapai 15-20 ton besi cair. Konvertor berbentuk bulat telur, di sebelah atas berlubang untuk memasukkan besi tuang yang akan diolah dan mengeluarkan baja yang jadi. Dasar konvertor berlubang-lubang untuk melewatkan udara yang ditiup ke atas. Konvertor dapat diubah kedudukannya, diserongakan untuk menerima besi kasar, ditegakkan kembali untuk peniupan udara ke dalamnya, dan dibalik untuk peniupan udara ke dalamnya.  Sementara peniupan udara melalui besi cair, zat-zat seperti silika, mangan, dan zat arang dioksidakan, karbonmonoksida terbakar dengan nyala biru serta zat-zat lainnya merupakan endapan. Mengingat baja membutuhkan karbo sebesar 0,0-1,7 %, maka pada waktu proses terlalu banyak yang hilang terbakar, kekurangan itu harus ditambah dalam bentuk besi yang banyak mengandung karbon. Dengan jalan ini kadar karbon ditingkatkan lagi. Dari oksidasi besi yang terbentuk dan mengandung zat asam dapat dikurangi dengan besi yang mengandung mangan. Fosfor dan belerang sukar dipisahkan dengan cara proses ini, dan menjadikan baja bersifat rapuh. Bila dalam besi kasar terdapat banyak fosfor, maka dinding konvertor dilapisi dengan dolomit, ini proses bessemer basa. Silikat dan tanah liat digunakan pada proses bessemer asam. Untuk memberikan sifat-sifat tertentu pada baja sering dimasukkan besi cermin, aliase besi zat arang mangan ke dalam logam cair tersebut. Selesai proses, konvertor dikosongkan ke dalam bejana-bejana, sehingga endapan terapung ditinggalkan dalam konvertor, kemudian baja cair dituangkan ke dalam cetakan-cetakan. Proses diselesaikan dalam waktu 20-30 menit. Baja bessemer digunakan untuk pembuatan alat-alat perkakas, mesin, kabel, paku, dan bahan bangunan. 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.

Proses Thomas

Konvertor Thomas juga disebut konvertor basa dan prosesnya adalah proses basa, sebab batu tahan apinya bersifat basa serta digunakan untuk mengolah besi kasar yang bersifat basa. Muatan konvertor Thomas adalah besi kasar putih yang banyak mengandung fosfor. Proses pembakaran sama dengan proses pada konvertor Bessemer, hanya saja pada proses Thomas fosfor terbakar setelah zat arangnya terbakar.Pengaliran udara tidak terus-menerus dilakukan karena besinya sendiri akan terbakar. Pencegahan pembakaran itu dilakukan dengan menganggap selesai prosesnya walaupun kandungan fosfor masih tetap tinggi. Guna mengikat fosfor yang terbentuk pada proses ini maka diberi bahan tambahan batu kapur agar menjadi terak. Terak yang bersifat basa ini dapat dimanfaatkan menjadi pupuk buatan yang dikenal dengan nama pupuk fosfat. Hasil proses yang keluar dari konvertor Thomas disebut baja Thomas yang biasa digunakan sebagai bahan konstruksi dan pelat ketel.

Proses Martin

Proses lain untuk membuat baja dari bahan besi kasar adalah menggunakan dapur Siemens Martin yang sering disebut proses Martin. Dapur ini terdiri atas satu tungku untuk bahan yang dicairkan dan biasanya menggunakan empat ruangan sebagai pemanas gas dan udara. Pada proses ini digunakan muatan besi bekas yang dicampur dengan besi kasar sehingga dapat menghasilkan baja dengan kualitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan baja Bessemer maupun Thomas. Gas yang akan dibakar dengan udara untuk pembakaran dialirkan ke dalam ruangan-ruangan melalui batu tahan api yang sudah dipanaskan dengan temperatur (600-9000) ^oC. Dengan demikian nyala apinya mempunyai suhu yang tinggi, kira-kira 1800^oC. Gas pembakaran yang bergerak ke luar masih memberikan panas kedalam ruang yang kedua, dengan menggunakan keran pengatur maka gas panas dan udara pembakaran masuk ke dalam ruangan tersebut secara bergantian dipanaskan dan didinginkan.

Setelah proses berjalan selama 6 jam, terak dikeluarkan dengan memiringkan dapur tersebut dan kemudian baja cair dapat dicerat. Hasil akhir dari proses Martin disebut baja Martin. Baja ini bermutu baik karena komposisinya dapat diatur dan ditentukan dengan teliti pada proses yang berlangsung agak lama.Lapisan dapur pada proses Martin dapat bersifat asam atau basa tergantung dari besi kasarnya mengandung fosfor sedikit atau banyak. Proses Martin asam terjadi apabila mengolah besi kasar yang bersifat asam atau mengandung fosfor rendah dan sebaliknya dikatakan proses Martin basa apabila muatannya bersifat bersifat basa dan mengandung fosfor yang tinggi.

Contoh Penggunaan Baja pada Konstruksi

1. Sumur resapan air hujan

Beberapa persyaratan umum yang harus dipenuhi sebuah sumur resapan yaitu:

a.       Sumur resapan harus berada pada lahan yang datar, tidak pada tanah berlereng, curam atau labil.

b.      Sumur resapan harus dijauhklan dari tempat penimbunan sampah, jauh dari septic tank (minimum lima meter diukur dari tepi), dan berjarak minimum satu meter dari fondasi bangunan.

c.       Penggalian sumur resapan bisa sampai tanah berpasir atau maksimal dua meter di bawah permukaan air tanah. Kedalaman muka air (water table) tanah minimum 1,50 meter pada musim hujan.

d.      Struktur tanah harus mempunyai permeabilitas tanah (kemampuan tanah menyerap air) lebih besar atau sama dengan 2,0 cm per jam (artinya, genagan air setinggi 2 cm akan teresap habis dalam 1 jam), dengan tiga klasifikasi, yaitu :

·         Permeabilitas sedang, yaitu 2,0-3,6 cm per jam.

·         Permeabilitas tanah agak cepat (pasir halus), yaitu 3,6-36 cm per jam.

·         Permeabilitas tanah cepat (pasir kasar), yaitu lebih besar dari 36 cm per jam.

Spesifikasi Sumur Resapan

Sumur resapan dapat dibuat oleh tukang pembuat sumur gali berpengalaman dengan memperhatikan persyaratan teknis tersebut dan spesifikasi sebagai berikut:

a.       Penutup Sumur

Untuk penutup sumur dapat dipilih beragam bahan diantaranya :

·         Pelat beton bertulang (dengan menggunakan baja tulangan) tebal 10 cm dicampur dengan satu bagian semen, dua bagian pasir, dan tiga bagian kerikil.

·         Pelat beton tidak bertulang tebal 10 cm dengan campuran perbandingan yang sama, berbentuk cubung dan tidak di beri beban di atasnya atau ferocement (setebal 10 cm).

b.      Dinding sumur bagian atas dan bawah

Untuk dinding sumur dapat digunakan bis beton. Dinding sumur bagian atas dapat menggunakan batu bata merah, batako, campuran satu bagian semen, empat bagian pasir, diplester dan di aci semen.

c.       Pengisi Sumur

Pengisi sumur dapat berupa batu pecah ukuran 10-20 cm, pecahan bata merah ukuran 5-10 cm, ijuk, serta arang. Pecahan batu tersebut disusun berongga.

d.      Saluran air hujan

Dapat digunakan pipa PVC berdiameter 110 mm, pipa beton berdiameter 200 mm, dan pipa beton setengah lingkaran berdiameter 200 mm.

Satu hal yang penting, setelah sumur resapan dibuat, jangan lupakan perawatannya. Cukup dengan memeriksa sumur resapan setiap menjelang musim hujan atau, paling tidak, tiga tahun sekali.

2. Penggunaan baja sebagai penyalur air

Keuntungan:

tahan terhadap tekanan tinggi, mudah untuk menghubungkan, menginstal,nemgoperasikan dan memelihara. Ideal untuk bekerja ekstensi di waduk dan stasiun pompa, di pinggir sungai, dan di lereng curam perlintasan. Dapat menahan goncangan dan getaran lalu lintas.

Kerugian:

pelapis internal maupun eksternal rentan terhadapkerusakan selama instalasi las,rentan terhadap keausan dan korosidalam sub-permukaan garis sehingga mengurangi jangka tahan dibandingkan dengan jenis pipa yang lain, mempunyai resistansi rendah untuk tanah asam atau sangat-salinitas.

3.       Kolam resevoir

Jika kolam reservoir berada di dalam tanah biasanya baja yang digunakan adalah baja tulangan. Baja tulangan digunakan pada dinding-dinding kolam reservoir untuk menahan gaya air yang berada dalam tanah dan gaya tekan pada tanah.