Pendidikan Sains Aplikatif, Matematika Menarik dan Karya Ilmiah

Aplikasi Kimia : Pembuatan Baja Skala Industri dan Aplikasinya

Pendahuluan
Baja adalah merupakan salah satu bahan yang paling banyak digunakan, terutama dalam konstruksi dan rekayasa dan pembuatan mobil. Diperkirakan ada lebih dari 20 miliar ton baja digunakan, setara dengan lebih dari 2 ton untuk setiap orang di bumi. Baja merupakan paduan yang berasal dari besi, karbon dan logam lainnya dan juga non-logam. Komposisi baja disesuaikan sehingga telah memenuhi sifat yang diperlukan. Baja merupakan istilah dari bergai paduan logam, umumnya baja mengandung beberapa kombinasi dari satu atau lebih dari unsur-unsur berikut: nikel, kromium, tungsten, molibdenum, vanadium, mangan, kobalt, tembaga, niobium, zirconium, selenium dan timbal dengan. Baja dapat didaur ulang berulang kali tanpa kehilangan perfomanya.
Penggunaan baja
Industri konstruksi adalah pengguna utama baja, dari bangunan kecil hingga jembatan besar, dan penggunaannya dalam berbagai cara, bahkan dalam konstruksi tunggal. Sebuah jembatan, misalnya, mungkin menggunakan baja di tali suspensi besar, lantai pelat baja untuk jalan, balok untuk kolom, dan untuk hambatan keamanan dan kolom pencahayaan. Banyak baja juga digunakan untuk memperkuat beton.
Aplikasi Kimia : Pembuatan Baja Skala Industri dan Aplikasinya
Tabel penggunan baja di Amerika 
Kromium meningkatkan ketahanan korosi dari baja, dan minimal 12% kromium diperlukan untuk menghasilkan stainless steel. Yang paling terkenal dari baja tahan karat mengandung sekitar 74% besi, 18% kromium dan 8% nikel (dikenal sebagai 18-8 stainless). Stainless steel mungkin paling akrab sebagai dapur (wastafel, ceret dan peralatan makan).
Aplikasi Kimia : Pembuatan Baja Skala Industri dan Aplikasinya
Penghalang Yang melintasi Sungai Thames, untuk melindungi London dari banjir. Ini adalah sebuah sistem dari stainless steel berlapis pintu air berongga (Gb.Peter Trimming).
Baja yang mengandung molibdenum, vanadium, kromium dan tungsten dalam berbagai kombinasi menghasilkan sangat baja yang keras, tapi lentur.  Baja ini digunakan misalnya dalam bor yang diperlukan untuk mempertahankan ujung tombak. 

Aplikasi Kimia : Pembuatan Baja Skala Industri dan Aplikasinya
Struktur terjalin dari Stadion Olimpiade di Beijing yang terbuat dari plat baja. Seperti 'Sarang Burung' yang terbuka dan menghabiskan 36 km plat baja (Gb.World Steel Association)
Baja digunakan secara luas dalam pembuatan motor listrik, generator listrik (nuklir, bahan bakar konvensional dan angin), roda gigi dan mesin, yang sangat tangguh dan tahan suhu tinggi.

Aplikasi Kimia : Pembuatan Baja Skala Industri dan Aplikasinya
Sebuah turbin angin dibangun dari baja (Gb.World Steel Association).
Baja dengan kobalt digunakan sebagai magnet dan paduannya dengan nikel yang digunakan dalam pembangunan reaktor nuklir.
Ada sekelompok baja yang dikenal mempunyai kekutan tinggi atau yang terkenal sebagai Advanced High Strength Steels, AHSS. Yaitu baja yang secara khusus dibuat untuk dapat digulung sangat tipis tanpa kehilangan unsur kekuatannya yang dibutuhkan untuk tujuan tertentu. Baja ini sangat berguna dalam pembuatan mobil, membantu mengurangi massa keseluruhan dan dengan demikian menurunkan konsumsi bahan bakar.

Aplikasi Kimia : Pembuatan Baja Skala Industri dan Aplikasinya
Kapal kontainer dan kontainer keduanya dibangun dari pelat baja (Gb.World Steel Association)
Baja dengan lapisan tipis timah digunakan untuk membuat kaleng untuk minuman dan makanan. Baja dilapisi dengan berbagai cara dengan seng yang digunakan dalam atap, misalnya, dan di mobil seng memberikan perlindungan terhadap karat

Pembuatan baja
Ada dua proses utama yang digunakan untuk membuat baja. Proses pembuatan baja dengan oksigen Basic, yaitu proses yang digunakan untuk sebagian besar produksi baja, menggunakan besi baru yang dihasilkan dari tanur bersama-sama dengan beberapa skrap baja. Yang kedua Proses Electric Arc Furnace yaitu Proses yang hanya menggunakan kepingan baja

1. Proses Basic Oksigen
Tungku (juga dikenal sebagai konverter atau kapal) yang mengubah kepingan baja (sampai sekitar 30%) dan besi cair dari sendok besar.
Aplikasi Kimia : Pembuatan Baja Skala Industri dan Aplikasinya
Ilustrasi Proses Basic Oksigen. Proses ini menggunakan tungku yang modern dilapisi dengan batu bata khusus yang berisi 90% magnesium oksida dan 10% karbon. Ini dapat memakan waktu hingga 350 ton reaktan dan mengkonversikannya ke baja dalam waktu kurang dari 40 menit.
Sebuah cerobong oksigen yang didinginkan oleh sirkulasi air, kemudian diturunkan ke dalam tungku dan oksigen dengan kemurnian tinggi disuntikkan ke tempat reaksi tersebut pada dua kali kecepatan suara yang menjamin bahwa semua kotoran yang diubah menjadi oksida mereka. Reaksi kimia utama adalah
Kecuali karbon monooksida semua bahan akan bereaksi dengan kapur yang ditambahkan selama peniupan oksigen untuk membentuk ampas bijih atau terak. Reaksi diatas merupakan reaksi eksotermis dan suhu dikendalikan dengan penambahan kepingan baja sebagai pendingin agar sesuai dengan temperatur yang diiginkan. Baja pada tahap ini mengandung  0,04% karbon.

2. Proses Electric Arc Furnace (Tungku lengkung Listrik) 
Kepingan baja pertama dimasukan dari bagian atas crane ke tungku. Kepingan baja ini berasal dari tiga sumber:
Kepingan Baja Rumahtangga: Bahan kelebihan dari karya baja dan pengecoran.
Kepingan Baja industri: dari proses menggunakan baja (seperti kelebihan baja dari membuat mobil).
Kepingan Baja Usang : dibuang produk yang digunakan (misalnya, digunakan kaleng).
Aplikasi Kimia : Pembuatan Baja Skala Industri dan Aplikasinya
Ilustrasi Proses Electric Arc yang menggunakan baja scrap untuk menghasilkan baja murni yang sangat efisien
Tungku adalah bak melingkar dengan atap bergerak melalui tiga elektroda grafit yang dapat dinaikkan atau diturunkan. Elektroda ini adalah besar dan padat, dengan tinggi 6 m dan lebar 4 m, dan tungku dapat menyimpan lebih dari 100 ton baja cair.

Setelah kepingan baja ditempatkan dalam tungku, atap atau penutup ditempatkan dalam posisinya dan elektroda diturunkan ke dalam tungku. Tungku lengkung tersebut tertutup oleh logam panas dan dialiri arus listrik melalui logam. Panas yang dihasilkan mencairkan besi tua. Kapur (kalsium oksida atau kalsium karbonat), fluorspar (yang membantu untuk menjaga terak panas seperti cairan) dan bijih besi ditambahkan dan ini menggabungkan dengan kotoran untuk membentuk terak. Ketika baja telah mencapai komposisi yang benar terak dituangkan untuk dicetak dan baja diambil dari tungku.

Aplikasi Kimia : Pembuatan Baja Skala Industri dan Aplikasinya
Baja cair disadap (dituangkan) ke sendok dan terak disadap menjadi terpisah 'slag pot'. Foto ini menunjukkan tahap selanjutnya ketika terak cair dituangkan dari panci terak. Terak diperlakukan sehingga besi dapat diambil dan residu dikumpulkan (Gb.World Steel Association)
Pembuatan baja sekunder
Produksi sekunder Istilah ini sering digunakan ketika mengacu pada daur ulang. Namun, dalam pembuatan baja yang pembuatan baja sekunder merujuk pada produksi baja yang dibutuhkan untuk tujuan tertentu dan yang memerlukan jumlah penambahan yang dikontrol sangat hati-hati dari unsur-unsur lain.

Baja cair dari proses baik ditransfer ke sendok di mana elemen paduan ditambahkan. Proses ini memberikan kontrol yang tepat dari kotoran berbahaya (terutama belerang, fosfor dan, dalam beberapa kasus, sisa logam dan hidrogen) dengan menambahkan bahan melalui injeksi sendok. Sebagai contoh, aluminium dan silikon ditambahkan untuk mengurangi bahan teroksidasi. Teknik lain yang digunakan untuk membantu meningkatkan kualitas baja termasuk pengadukan (sendok pengaduk) dan menerapkan vakum pada baja untuk menghilangkan gas (degassing vakum).

Pengecoran/pencetakan
Baja diproduksi dalam tiga bentuk, bentuk yang dipilih tergantung pada penggunaan utamanya:
sebagai slab, potongan panjang dan tebal dari logam dengan penampang persegi panjang
sebagai bloom, potongan panjang dari logam dengan penampang persegi
sebagai billet, mirip dengan bloom tetapi dengan penampang yang lebih kecil.

Kebanyakan baja terus dibuat dalam bentuk yang diinginkan, tetapi sejumlah kecil (dengan kadar 10-20%) adalah dalam bentuk batang logam yang didinginkan dan kemudian nantinya dapat dibentuk untuk menghasilkan bentuk yang diperlukan.

Pengecoran kontinu
Dalam pengecoran kontinu, baja yang masih cair dari tungku, dituangkan ke dalam cetakan berpendingin air (penuh) dari yang muncul sebagai untai yang memperkuat di permukaan. Untai melewati serangkaian rol yang disemprotkan air untuk menghasilkan padatan (slab, bloom atau billet) yang kemudian dikirimke roll panas.

Aplikasi Kimia : Pembuatan Baja Skala Industri dan Aplikasinya
Tabung baja yang diproduksi dalam proses pengecoran kontinyu  (Gb.World Steel Association).
Pencetakan batang logam
Baja cair dituangkan ke dalam cetakan besi cor untuk memperkuat sebagai batang logam. Ini umumnya memiliki berat kurang dari 20 ton, tapi rotor tempa beratnya dapat sampai 500 ton. Ketika batang logam telah dipadatkan, cetakan dipindahkan. Setiap dimensi batang logam disusun diatur secara hati-hati dan massa ukuran benda yang dibutuhkan sehingga dapat digulung.

Rolling
Produk baja diklasifikasikan ke dalam produk datar dan produk lama. Lembaran baja digulung untuk menghasilkan produk datar, contoh untuk baja lembaran misalnya untuk pembuatan kapal. Lembaran digulung lebih lanjut untuk menghasilkan lembaran tipis, digunakan misalnya dalam pembuatan mobil.

slab dan billet digunakan untuk baja batang roll panjang untuk konstruksi dan untuk pembuatan kawat

Sering ada tiga tahap untuk bagian dari proses ini, rolling panas, rolling dingin dan pemcetakan. Hot bergulir terjadi ketika lempeng, slab dan billet dipanaskan dalam tungku sampai mereka merah panas (1400 K) dan kemudian digulung sampai mereka telah memperoleh bentuk yang diinginkan.

Kecepatan di mana baja panas kemudian didinginkan merupakan faktor penting, yang mempengaruhi kekuatan dan properti lainnya dari baja. Pendinginan dilakukan dengan menyemprotkan air sebagai baja melewati rol.

Selama roll ini, oksigen di udara telah bereaksi dengan besi panas untuk membentuk lapisan sangat tipis dari besi (III) oksida di permukaan. Ini adalah biru / abu-abu dalam warna (hanya jika itu adalah tebal tidak tampak merah). Ini harus dilucuti dari permukaan sebelum ke tahap berikutnya, jika tidak produk akhir akan rentan terhadap karat dan cocok untuk menggembleng dengan seng dan perawatan permukaan lainnya.

Proses pencopotan atau pelepasan dikenal sebagai pickling. Baja dilewatkan melalui beberapa bak asam klorida (kadang-kadang asam sulfat) yang melarutkan oksida tanpa menyerang logam. Asam yang habis didaur ulang.

Pickling baja kemudian mengalami pengerolan dingin. Sesuai namanya, baja melewati rolling panas, kemudian melewati roll  dingin dan secara bertahap dikompresi dengan ketebalan yang diperlukan. Hal ini meningkatkan kualitas permukaan dan juga mengeras baja. Pada penguatan (pemanasan pengupasan sangat hati-hati), dapat ditekan menjadi bentuk tanpa retak. Lembaran tersebut digunakan, misalnya, untuk menekan keluar badan mobil. Kaleng baja ditekan dengan sisi dan dasar sebagai satu kesatuan, hanya membutuhkan atas yang akan dipasang setelah mengisi.
Kabel yang sangat kuat yang dihasilkan pembentukan dingin.

Daur ulang
Pemulihan batangan baja atau baja scrap mungkin merupakan proses terbesar daur ulang skala dunia. Scrap adalah cara yang baik untuk mengurangi biaya untuk Proses Oksigen Basic atau biaya lengkap untuk Proses Electric Arc Furnace.

Sekitar 40% dari besi yang mengandung bahan yang digunakan dalam produksi baja sekarang dari sumber daur ulang. Diperkirakan bahwa daur ulang satu ton baja menghemat 1,1 ton bijih besi, 0,6 ton batubara dan 0,5 ton batu kapur, dengan penghematan energi secara keseluruhan dari 60-75%.

No comments:

Post a Comment