REAKSI KIMIA BLAST FURNACE

                Metode dapur tinggi/ blast furnace modern secara ringkas adalah sebagai berikut: Pada waktu iron ores/ bijih-bijih besi, bahan bakar dan tambah dimasukkan kedalam dapur,partama-tama dihilangkan kelembaban dan kadar air pada daerah suhu 200-30o°C. Dengan meningkatnya suhu, terjadinya reaksi tak langsung terhadap bijih-bijih besi dengan reaksi sbb:

1         3 Fe2O3 + CO -> 2 Fe3O4 + CO2

2         2 Fe2O3 + 6CO -> 4 Fe + 6 CO2
Pada suhu -> 535OC, carbon monoksida mulai terurai menjadi karbon bebas dan karbon dioksida, dengan reaksi sbb :

3         Fe3O4 + CO -> 3 FeO + CO2 Pada suhu ± 400 °C

reduksi langsung terdapat iron ores sebagai berikut :

4         Fe2O3 + C -> 2 FeO + CO

5         Fe3O4 + C -> 3 FeO + CO
Saat daerah suhu 700 – 800 0C reduksi langsung ferro oksida mulai dengan membentuk besi spong yang mengandung karbon.Reaksi ini terjadi antara pertengahan (setengah jalan antara puncak dan dasar dapur tinggi).Batu kapur terurai pada suhu 800°C. dan dolomit pada suhu 1075OC dengan reaksi :

6         CaCO3 -> CaO + CO2 MgCO3 -> MgO + CO2

Sementara besi spong memperoleh kandungan karbon yang menurunkan titik lebur dan dalam peleburan menyerap karbon dari kokas semakin lama scmakin banyak.Batu kapur mengikat kotoran-kotoran bijih besi dan abu kokas.Semakin ke bawah suhu semakin meningkat dan terjadi reduksi langsung paduan dan metalloid dean reaksi sbb

7         a. SiO2 + 2C -> Si + 2CO
b. MnO + C -> Mn + CO
c. P205 + 5C -> 2P + 5CO
d. FeS + CaO + C -> CaS + Fe + CO

8         Ca3PO4 + 3SiO2 + 5CO -> 3CaSiO3 + 5CO + 3Fe3P
Didekat tuyer (Lubang tiup) ada hembusan udara panas yang mongenai kokas terjadi reaksi sbb:

9         2C + O2 -> 2CO
Sehingga selalu ada gas CO yang dipakai untuk roduksi. Jadi kokas didalam dapur tinggi berfungsi selain sebagai sumber kalor adalah berfungsi untuk mereduksi oksigen dalam bijih-bijih besi.

Besi kasar : Ada dua macam besi kasar yang dihasilkan oleh dapur tinggi yaitu besi kasar putih dan besi kasar kelabu. Besi kasar kelabu (Kishy pig iron) Nama besi kasar ini didapat berdasarkan warna bidang patahnya,yang berwarna kelabu muda sampai tua hampir hitam. Besi kasar kelabu lebih halus lebih liat dibandingkan dengan besi kasar putih,Titik Cairnya -> 1300OC dan berat jenisnya 7 Sampai 7,2, kg/dm3. Besi kasar kelabu ada 2 macam yaitu

• Besi kasar kelabu muda : Besi kasar ini mengandung silisium ½ % – 1 % dan butirbutirnya halus baik untuk silinder mesin.
• -Besi kasar kelabu tua : Sifat-sifatnya mudah dituang butir-butirnya kasar juga tahan terhadap tekanan tinggi

10     Besi kasar putih (Forge pig iron).Nama besi kasar ini juga didapat dari warna bidang patahnya.Pada besi kasar ini zat arangnya sebagian besar berbentuk karbid besi (Fe3C), sehingga sifatnya keras dan getas. Titik cairnya + 1100 °C. Kadar karbonnya 2,3 % – 3,5 %, dan kadar mangannya agak besar. Besi kasar ini paling baik untuk digunakan untuk baja berat jenisnya 7,58 – 7,73. kg/dm3”.

Efisiensi Gas Blast Furnace

Blast Furnace/ Dapur tinggi dibangun dalam 2 lapisan, yaitu lapisan luar (plat baja) dan lapisan dalam (batu bata tahan api). Didalam dapur ini, bijih besi akan ditambahkan batu kapur yang berfungsi sebagai pengikat kotoran (terak) dan juga kokas yang berfungsi sebagai bahan bakar. Kesemua bahan-bahan tersebut dipanaskan hingga mencair. Prinsip pokok dari kerja dapur tinggi adalah dengan mereduksi oksigen dari bijih besi yang terjadi dalam 3 tahap, yaitu :
a. Reduksi tidak langsung dengan CO pada suhu 300 derajat Celcius hingga 800 derajat Celcius.
Fe2O3 + CO –> 2FeO + CO2
b. Reduksi tidak langsung pada daerah temperature 800 derajat Celcius hingga 1100 derajat Celcius.
FeO + CO –> Fe + CO2
c. Reduksi langsung pada daerah temperature 1100 derajat Celcius hingga 1800 derajat Celcius.
FeO + C –> Fe + CO
Bahan-bahan ikatan akan diikat oleh batu kapur pada titik cair yang tinggi dalam bentuk terak. Bahan terak ini tidak akan dipakai pada fabrikasi besi kasar. Meskipun demikian terak ini masih bernilai ekonomis, misalnya sebagai bahan ASPAL (untuk jalan raya-red). Selain terak, produk sampingan dari dapur tinggi ini yakni : Gas. Hal ini dikatakan demikian karena Gas ketika keluar dari dapur tinggi masih mempunyai panas yang tinggi sehingga dapat dimanfaatkan ulang untuk memanaskan dapur atau tanur.

2.5 Hasil Produk dan Penggunaanya Dalam Dunia Teknik

Produk Utama

- Besi kasar (Pig Iron) Merupakan hasil pokok dari dapur tinggi yang berasal dari reaksi reduksi atas bijih besi dengan komposisi sebagai berikut :
- Karbon (C) = 3,85% (rata-rata)
- Mangan (Mn) = 0,9% (rata-rata)
- Phospor (P) = 0,9% (rata-rata)
- Belerang (S) = 0,025% (rata-rata)
- Silikon (Si) = 0,12% (rata-rata)
Sifat utama dari besi kasar adalah rapuh (getas). Sehingga hal ini perlu dilakukan pengolahan lebih lanjut dengan menggunakan dapur-dapur baja dan kupola.
Pig iron dapat dibedakan dalam dua macam, yakni :
a. Besi kasar putih

Berwarna putih (mengandung 2,3 ~ 3,5% C), bersifat getas dan keras, kandungan Mangan (Mn) masih cukup tinggi serta sulit ditempa.
b. Besi kasar kelabu

Berwarna kelabu (mengandung lebih dari 3,5% C), kandungan Si masih cukup tinggi, kekuatan tarik lebih rendah dari besi kasar putih, mudah dituang meskipun masih cukup getas. Besi kasar kelabu digolongkan menjadi : besi kasar kelabu muda yang mengandung 0,5 ~ 1% Si dengan butir-butir halus serta banyak dipakai sebagai bahan pembuat silinder mesin dan jenis yang kedua yakni besi kasar kelabu tua yang mengandung hingga 3% Si dengan butir-butir kasar serta tahan getaran”.

Produk Sampingan

- Terak merupakan produk sampingan dari besi kasar, umumnya terak mengandung komposisi sebagai berikut :
- Silika = 33% ~ 42%
- Alumina = 10% ~ 16%
- Kapur = 36% ~ 45%
- Magnesia = 3%~ 12%
- Belerang = 1% ~ 3%
- Ferro Oksida = 0,3% ~ 2%
- Mangan Oksida = 0,2% ~ 1,5%
Terak dapat dikategorikan menjadi terak yang bersifat Asam dan terak yang bersifat Basa. Hal ini sangat tergantung pada komposisi Kapur (CaO) dan Magnesia (MgO) terhadap Silika dan Alumina. Terak juga dapat digunakan sebagai bahan pengganti kerikil (pada pengecoran Beton), pembuatan aspal dan pupuk Phospat (jika kandungan Phospat cukup tinggi-red).

Penggunaan Prokduk Dalam Dunia Teknik

Proses Pengolahan Baja : pembuatan besi kasar menjadi baja diperlukan proses lebih lanjut, proses ini disesuaikan menurut sifat-sifat dan campuran-campuran yang terkandung didalam besi kasar tersebut. Pengolahan besi kasar menjadi baja dapat dilakukan pada:

1. Konverter Bessemer

2. Konverter Thomas

3. Dapur Siemen Martin

4. Dapur Aduk

5. Dapur Listrik

Macam-macam Baja dan Kegunaan

Ditinjau dari jumlah kandungan karbon, baja terdiri atas:

1. Baja karbon rendah (Mild Steel) Dengan kandungan karbon antara 0,04% s/d 0,30%,

artinya : setiap 100 Kg baja mengandung unsur karbon antara 0,04 Kg s/d 0,30 Kg.

Banyak dijumpai dalam bentuk pelat baja

2. Baja karbon sedang artinya dengan kandungan karbon 0,30% s/d 0,6% karbon.

Kegunaan :

- mur baut, poros engkol, batang torak (baja karbon dengan 0,4% C)

- roda gigi, palu/martil, alat-alat penjepit/klem ( baja karbon dengan 0,5%C)

- untuk membuat pegas (baja karbon dengan 0,6% C)

3. Baja karbon tinggi (Hoght Carbon Steel) HCS artinya dengan kandungan karbon 0,7% s/d 1,3% C. Banyak digunakan untuk alat-alat yang mengalami temperatur tinggi, misalnya karena gesekan

Contoh : pahat potong, pegas, gergaji, martl, bantalan, peluru.