Sejarah Singkat Baja dan Proses Bessemer

Blast furnace pertama kali dikembangkan oleh orang Cina pada abad ke-6 SM, tetapi mereka lebih banyak digunakan di Eropa selama Abad Pertengahan dan meningkatkan produksi besi cor. Pada suhu yang sangat tinggi, besi mulai menyerap karbon, yang menurunkan titik leleh logam, menghasilkan gips besi (2,5 persen hingga 4,5 persen karbon).

Besi cor kuat, tetapi menderita kerapuhan karena kandungan karbonnya, membuatnya kurang ideal untuk bekerja dan membentuk. Ketika para ahli metalurgi menyadari bahwa kandungan karbon yang tinggi dalam besi adalah pusat masalah kerapuhan, mereka bereksperimen dengan metode baru untuk mengurangi kandungan karbon untuk membuat zat besi lebih banyak bisa diterapkan.

Modern pembuatan baja berevolusi dari hari-hari awal pembuatan besi dan perkembangan teknologi selanjutnya.

Pada akhir abad ke-18, pembuat besi belajar bagaimana mengubah besi tuang menjadi besi tempa karbon rendah menggunakan tungku puding, yang dikembangkan oleh Henry Cort pada tahun 1784. Pig iron adalah besi cair yang kehabisan tungku ledakan dan didinginkan dalam saluran utama dan cetakan yang bersebelahan. Itu mendapat namanya karena ingot besar, pusat dan kecil menyerupai babi menabur dan menyusu.

Untuk membuat besi tempa, tungku memanaskan besi cair yang harus diaduk oleh genangan air menggunakan alat berbentuk dayung panjang, memungkinkan oksigen untuk bergabung dengan dan perlahan-lahan menghilangkan karbon.

Saat kadar karbon menurun, titik lebur besi meningkat, sehingga massa besi akan menggumpal dalam tungku. Massa ini akan dihilangkan dan dikerjakan dengan palu tempa oleh puddler sebelum digulung menjadi lembaran atau rel. Pada 1860, ada lebih dari 3.000 tungku puding di Inggris, tetapi prosesnya tetap terhambat oleh tenaga dan intensitas bahan bakarnya.

Baja blister — salah satu bentuk paling awal dari baja—Mulai produksi di Jerman dan Inggris pada abad ke-17 dan diproduksi dengan meningkatkan kandungan karbon dalam besi babi cair menggunakan proses yang dikenal sebagai sementasi. Dalam proses ini, batangan besi tempa dilapisi dengan bubuk arang dalam kotak batu dan dipanaskan.

Setelah sekitar satu minggu, setrika akan menyerap karbon di arang. Pemanasan berulang akan mendistribusikan karbon lebih merata, dan hasilnya, setelah pendinginan, adalah baja blister. Kandungan karbon yang lebih tinggi membuat baja blister jauh lebih bisa digunakan daripada besi kasar, memungkinkannya untuk ditekan atau digulung.

Produksi baja blister meningkat pada 1740-an ketika pembuat jam tangan Inggris Benjamin Huntsman menemukan bahwa logam itu dapat dilebur dalam cawan tanah liat dan disempurnakan dengan fluks khusus untuk menghilangkan terak yang ditinggalkan oleh proses penyemenan. Huntsman berusaha mengembangkan baja berkualitas tinggi untuk jam pegasnya. Hasilnya adalah wadah — atau tuang — baja. Namun, karena biaya produksi, baja blister dan baja cor hanya pernah digunakan dalam aplikasi khusus.

Akibatnya, besi cor yang dibuat di tungku puding tetap menjadi logam struktural utama di negara industri Inggris selama sebagian besar abad ke-19.

Pertumbuhan jalur kereta api selama abad ke-19 di Eropa dan Amerika memberikan tekanan besar pada industri besi, yang masih berjuang dengan proses produksi yang tidak efisien. Baja masih belum terbukti karena logam struktural dan produksinya lambat dan mahal. Itu sampai 1856 ketika Henry Bessemer datang dengan cara yang lebih efektif untuk memasukkan oksigen ke dalam besi cair untuk mengurangi kandungan karbon.

Sekarang dikenal sebagai Proses Bessemer, Bessemer merancang wadah berbentuk buah pir - disebut sebagai konverter - di mana zat besi dapat dipanaskan sementara oksigen dapat ditiup melalui logam cair. Ketika oksigen melewati logam cair, ia akan bereaksi dengan karbon, melepaskan karbon dioksida dan menghasilkan besi yang lebih murni.

Prosesnya cepat dan murah, menghilangkan karbon dan silikon dari besi dalam hitungan menit tetapi menderita karena terlalu sukses. Terlalu banyak karbon dihilangkan dan terlalu banyak oksigen yang tersisa dalam produk akhir. Bessemer akhirnya harus membayar kembali investornya sampai ia dapat menemukan metode untuk meningkatkan kandungan karbon dan menghilangkan oksigen yang tidak diinginkan.

Pada waktu yang hampir bersamaan, ahli metalurgi Inggris Robert Mushet mengakuisisi dan mulai menguji senyawa besi, karbon, dan mangan—Dikenal sebagai spiegeleisen. Mangan dikenal untuk menghilangkan oksigen dari besi lebur, dan kandungan karbon dalam spiegeleisen, jika ditambahkan dalam jumlah yang tepat, akan memberikan solusi untuk masalah Bessemer. Bessemer mulai menambahkannya ke proses pertobatannya dengan sukses besar.

Masih ada satu masalah. Bessemer gagal menemukan cara untuk menghilangkan fosfor — pengotor berbahaya yang membuat baja rapuh — dari produk akhirnya. Akibatnya, hanya bijih bebas-fosfor dari Swedia dan Wales yang dapat digunakan.

Pada tahun 1876, orang Wales, Sidney Gilchrist Thomas, menemukan solusi dengan menambahkan fluks kimiawi dasar — ​​batu kapur — ke proses Bessemer. Batu kapur itu menarik fosfor dari besi babi ke dalam terak, yang memungkinkan unsur yang tidak diinginkan dihilangkan.

Inovasi ini berarti bahwa bijih besi dari mana saja di dunia akhirnya dapat digunakan untuk membuat baja. Tidak mengherankan, biaya produksi baja mulai menurun secara signifikan. Harga untuk rel baja turun lebih dari 80 persen antara 1867 dan 1884, mengawali pertumbuhan industri baja dunia.

Pada tahun 1860-an, insinyur Jerman Karl Wilhelm Siemens semakin meningkatkan produksi baja melalui penciptaan proses perapian terbuka. Ini menghasilkan baja dari besi kasar di tungku dangkal besar.

Menggunakan suhu tinggi untuk membakar karbon berlebih dan kotoran lainnya, proses ini mengandalkan ruang batu bata yang dipanaskan di bawah perapian. Tungku regeneratif kemudian menggunakan gas buang dari tungku untuk mempertahankan suhu tinggi di ruang bata di bawah ini.

Metode ini memungkinkan untuk produksi dalam jumlah yang jauh lebih besar (50-100 metrik ton dalam satu tungku), pengujian berkala dari baja cair sehingga bisa dibuat untuk memenuhi spesifikasi tertentu, dan penggunaan baja tua sebagai bahan mentah bahan. Meskipun prosesnya sendiri jauh lebih lambat, pada tahun 1900 proses perapian terbuka sebagian besar telah menggantikan proses Bessemer.

Revolusi dalam produksi baja yang menyediakan bahan yang lebih murah dan berkualitas lebih tinggi, diakui oleh banyak pengusaha saat itu sebagai peluang investasi. Kapitalis pada akhir abad ke-19, termasuk Andrew Carnegie dan Charles Schwab, menginvestasikan dan menghasilkan jutaan (miliaran untuk Carnegie) di industri baja. Perusahaan Baja AS Carnegie, didirikan pada tahun 1901, adalah perusahaan pertama yang bernilai lebih dari $ 1 miliar.

Tepat setelah pergantian abad, tungku busur listrik (EAF) Paul Heroult dirancang untuk melewatkan arus listrik melalui bahan yang diisi, menghasilkan oksidasi eksotermik dan suhu hingga 3.272 derajat Fahrenheit (1.800 derajat Celcius), lebih dari cukup untuk memanaskan baja produksi.

Awalnya digunakan untuk baja khusus, EAF mulai digunakan dan oleh Perang Dunia II digunakan untuk pembuatan paduan baja. Biaya investasi rendah yang terlibat dalam mendirikan pabrik EAF memungkinkan mereka untuk bersaing dengan produsen utama AS seperti US Steel Corp. dan Betlehem Steel, terutama pada baja karbon atau produk lama.

Karena EAF dapat menghasilkan baja dari 100 persen memo — atau umpan ferro dingin — diperlukan lebih sedikit energi per unit produksi. Berbeda dengan perapian oksigen dasar, operasi juga dapat dihentikan dan dimulai dengan sedikit biaya terkait. Karena alasan ini, produksi melalui EAF telah terus meningkat selama lebih dari 50 tahun dan menyumbang sekitar 33 persen dari produksi baja global, pada 2017.

Mayoritas produksi baja global — sekitar 66 persen — diproduksi di fasilitas oksigen dasar. Pengembangan metode untuk memisahkan oksigen dari nitrogen pada skala industri pada 1960-an memungkinkan kemajuan besar dalam pengembangan tungku oksigen dasar.

Tungku oksigen dasar meniup oksigen ke dalam jumlah besar dari besi cair dan baja tua dan dapat menyelesaikan muatan jauh lebih cepat daripada metode perapian terbuka. Kapal besar yang menyimpan hingga 350 metrik ton besi dapat menyelesaikan konversi menjadi baja dalam waktu kurang dari satu jam.

Efisiensi biaya pembuatan baja oksigen membuat pabrik perapian terbuka tidak kompetitif dan, setelah munculnya pembuat baja oksigen di tahun 1960-an, operasi perapian terbuka mulai ditutup. Fasilitas perapian terbuka terakhir di AS ditutup pada 1992 dan di Cina, yang terakhir ditutup pada 2001.

_Sumber:

_{Spoerl, Joseph S. Sejarah Singkat Produksi Besi dan Baja. Perguruan Tinggi Saint Anselm.}

_{Tersedia: http://www.anselm.edu/homepage/dbanach/h-carnegie-steel.htm}

_{Asosiasi Baja Dunia. Situs web: www.steeluniversity.org}

_{Street, Arthur. & Alexander, W. HAI. 1944. Logam dalam Layanan Manusia. Edisi ke-11 (1998).}