Tolong jelaskan mengenai Mereduksi pada kondisi padat dari Pembuatan baja

Menggunakan bijih besi kualitas tinggi

Gas Alam : moving bed, fluidized bed

Batubara : rotary kiln, rotary hearth

Hasil produk melalui rute EAF

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 adalah 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 dapat ikut masuk kedalam besi hasil reduksi, yang mengakibatkan besi mengalami retak panas (hot shortness).

Proses pembuatan besi baja modern

Besi adalah logam paling banyak kedua di kerak bumi setelah aluminium. Unsur ini reaktif terhadap oksigen dan air. Besi segar memiliki permukaan abu-abu keperakan. Namun, warna akan berubah jika besi teroksidasi dalam air normal, menyebabkan oksida besi hidrat (karat). Bijih besi pada dasarnya terbuat dari oksida (magnetit, hematit dan limonit), karbonat (siderit) dan sulfida (pyrite). Banyak endapan bijih ditemukan di cekungan Mediterania bagian timur dan bisa mudah dikenali karena terkait dengan warna merah karat dari bumi. Bijih besi ini sering dieksploitasi sebagai pigmen karena bisa memberikan warna kuning, ochres (kuning tua), coklat dan merah.

Baja adalah logam yang dihasilkan dari paduan beberapa logam lainnya. Logam paduannya bisa berupa besi, karbon, mangan, fosfor, belerang, silikon, serta sebagian kecil dari aluminium, nitrogen, dan oksigen. Selain itu, karakteristik baja yang berbeda bisa menggunakan paduan seperti nikel, titanium, kromium, vanadium, boron, niobium, dan molydenum.

Salah satu unsur yang penting dalam pembuatan baja adalah adanya paduan karbon. Penggunaan karbon dalam proses pembuatan baja bertujuan untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatan tariknya. Jadi, karbon bertindak sebagai pengeras dengan mencegah pergeseran dalam kisi kristal atom besi. Selain itu, kandungan unsur karbon dalam rentang baja dari 0,2 hingga 2,1 persen sesuai dengan kualitasnya. Baja karbon ini berwarna hitam sehingga sering disebut baja hitam. Biasanya, bahan ini digunakan untuk membuat alat-alat pertukangan seperti sabit, cangkul, linggis, dan lain-lain. Saat ini, baja adalah salah satu bahan yang paling banyak digunakan di dunia industri dan proses membangun bangunan.

Besi merupakan material alami yang terbuat dari unsur ferrum (Fe). Besi terbuat dari bijih besi yang ditambang dari alam, lalu diolah. Baja adalah material buatan yang terbuat dari paduan berbagai unsur seperti besi, karbon, mangan, fosfor, sulfur, silikon, serta sebagian kecil aluminium, nitrogen, dan oksigen. Besi terbuat dari bijih besi yang ditambang dari alam, lalu diolah sedemikian rupa seperti besi kasar untuk besi cor. Selain itu, besi dapat digunakan sebagai bahan baku untuk membuat baja. Sehingga, jangan heran jika besi dan baja juga memiliki bentuk yang sangat mirip.

Pada proses pembuatan besi yang paling awal, bijih yang telah dicuci dan dihancurkan dipanaskan dengan arang dalam sebuah tungku tradisional, biasanya berupa lubang sederhana di tanah. Suhu tercapai tidak mencukupi untuk mencapai leleh dan oksidasi bijih dikurangi dengan karbon dalam keadaan padat, mengarah ke gumpalan yang disebut bloom. Ampas bijih disingkirkan dan bloom berulang kali dipanaskan dan dipalu untuk mengusir sisa ampas, dan membentuk massa yang lebih padat. Bijih yang diperoleh dengan cara ini sepenuhnya murni, dengan kandungan karbon rendah. Oleh karena itu mudah dibentuk dan relatif lunak.

Pada proses pembuatan baja, terdapat “pig iron” atau besi tuang yang dihasilkan dari tanur tinggi, yang harus ada proses pemurnian terlebih dahulu agar menurunkan kadar karbonnya (dari 5 persen diturunkan sampai di bawah 1.5 persen), dan proses menghilangkan bahan atau unsur lain yang mengotori besi (silikon, belerang, fosfor, dan sebagainya) dapat dilakukan dengan pemurnian melalui berbagai metode, yaitu:

Proses pembuatan besi dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu Blast Furnace dan Electric Arc Furnace (EAF). Perbedaan Blast Furnace dan EAF yaitu terletak pada bahan dasarnya. Pada proses Blast Furnance, bahan bakar (Coke) digunakan dalam jumlah yang besar, sedangkan, pada EAF tidak menggunakan Coke. Proses produksi material baja untuk struktur, mulai dari bijih besi sampai menjadi baja profil atau baja pelat dirangkum secara sederhara sebagai berikut: Pertama, ada beberapa komponen dasar yang perlu diperhatikan. Komponen dasar tersebut diantaranya adalah iron ore (bijih besi), limestone (tanah kapur), coke (dibuat dari coal, khusus untuk pembuatan steel) dimasukkan ke dalam blast furnace. Coke merupakan bahan bakar untuk furnace, dibuat dari coal dengan proses tertentu. Cairan besi (molten iron) yang panas di dalam furnace terpisah menjadi 2 bagian. Bagian atas adalah slag (waste, impurities), dan bagian bawah adalah besi yang hendak dipakai. Besi yang dihasilkan ini kemudian dicetak menjadi pig iron. Kadar karbon dalam pig iron bisa mencapai 2%.

Cara pengolahan besi lainnya adalah Proses Bassemer, prosesnya adalah dari sejumlah leburan besi tuang dari tanur tinggi dimasukan ke dalam Converter Bassemer (yaitu tanur untuk Proses Bassemer). Dalam metode ini, ke dalam Conventer Bassemer ditambahkan senyawa lain seperti dolomite dan, untuk mengikat zat pengotor di dalam besi. Sambil diputar terus dibawah tanur, melalui lubang-lubang dibawah tanur dimasukan gas oksigen agar bereaksi dengan karbon, silikon, fosfor dan belerang menjadi oksida-oksidanya. Oksidaoksida ini akan diikat oleh oksida-oksida magnesium dan kalsium sebagai hasil penguraian yang sebelumnya dimasukan, menjadi kerak yang mengapung diatas cairan besi. Selanjutnya besi cair yang sudah mendekati murni dikeluarkan  dan CaCO 3 melalui lubang pada converter. Dan kerak yang tertinggal dalam converter dapat dibuang. Jenis baja yang dihasilkan Converter Bassemer ditentukan dengan mengontrol karbon yang dikandungnya, serta jenis logam lain yang dicampurkan untuk membuat logam aliasi.

Proses Open Hearth Furnace, merupakan proses terbuka tanur berupa piringan datar yang besar. Pada dasar kolom telah ditempatkan oksida basa yang akan berguna sebagai zat pengikat. Ke dalam tanur tinggi dimasukan besi tuang, besi bekas dan batu kapur. Campuran gas pembakar dan udara panas dilewatkan di atas piringan yang berisi besi cair ini. Sementara diaduk maka akan berlangsung reaksi antara oksida-oksida pengotor dengan CaO dan MgO menjadi kerak. Kelebihan proses ini adalah kualitas baja yang dihasilkan mudah dikontrol kualitasnya secara terus menerus selama proses ini berlangsung lama (8 sampai 10 jam) sedangkan Proses Bassemer berlangsung cepat (sekitar 15 menit).

Pig iron dimasukkan ke dalam primary steelmaking furnace, bisa berupa oxygen furnace, electric arc furnace, atau open hearth furnace. Pada proses ini, berbagai bahan kimia ditambahkan ke dalam furnace untuk mendapatkan material properties yang diinginkan. Seringkali, scrap juga dimasukkan ke dalam furnace ini. Di dalam proses dengan oksigen, karbon di dalam molten iron akan bereaksi dengan oksigen menghasilkan gas karbon monoksida. Gas ini harus keluar. Kalau tidak, bisa membentuk ‘gas pockets’ (rimming) saat menjadi dingin (rimmed steel). Untuk menghindarinya, bisa menggunakan deoxidizer seperti silikon dan aluminum. Baja yang dihasilkan adalah killed steel atau semi-killed steel. Baja yang dihasilkan dicetak dalam bentuk slab, billet, dan bloom. Baja yang telah dicetak dalam bentuk slab, bloom atau billet tersebut selanjutnya dibentuk menjadi berbagai macam profil seperti H-beam, Angle (siku), Channel, rel kereta, pelat, pipa (seamless pipe), dan sebagainya.

Proses BOP (Basic Oxigen process), merupakan proses besi tuang dicampur dengan besi rongsokan. Besi tuang meleleh di dalam besi tuang. Kedalam tanur dimasukan oksigen murni melalui pipa. Oksigen murni ini akan membakar zat pengotor didalam cairan besi tuang. Batu kapur yang sebelumnya dimasukan kedalam tanur akan mengikat zat pengotor ini menjadi kerak. Hingga saat ini metode BOP banyak digunakan karena baja yang dihasilkan mutunya tinggi, prosesnya cepat (20 sampai 30 menit), pengontrolan kualitas mudah dilakukan, serta mudah mencampurkan logam-logam lain untuk membuat baja aliasi.  Terakhir ini dikembangkan proses busur listrik untuk menghasilkan kualitas baja yang lebih baik lagi.