Proses Produksi Besi Baja Modern: Dari Electric Arc Furnace hingga Menjadi Baja Struktural

Baja struktural tidak langsung terbentuk dari besi bekas menjadi H-Beam, IWF, Channel, atau Equal Angle. Material harus melewati pemilahan bahan baku, peleburan, pemurnian, pengecoran, pemanasan kembali, proses rolling, pendinginan, pemotongan, dan pemeriksaan mutu.

Di PT Garuda Yamato Steel (GYS), kami menggunakan Electric Arc Furnace atau EAF sebagai bagian utama proses produksi baja. Sistem manufaktur terintegrasi memungkinkan kami mengelola tahapan dari besi bekas hingga menjadi produk baja struktural dalam satu fasilitas.

Key Points

• Besi bekas perlu dipilah berdasarkan jenis dan kualitas sebelum masuk ke EAF.
• Busur listrik digunakan untuk menghasilkan panas dan melelehkan material logam.
• Komposisi baja cair disesuaikan melalui pemurnian dan penambahan unsur tertentu.
• Baja cair dicetak menjadi bloom sebelum dibentuk melalui proses canai panas.
• Produk akhir harus melewati pemeriksaan dimensi, sifat mekanis, dan ketertelusuran.

Apa yang Dimaksud dengan Proses Pembuatan Baja?

Proses pembuatan baja adalah rangkaian pengolahan bahan mengandung besi menjadi material dengan komposisi kimia dan sifat mekanis yang terkendali. Baja merupakan paduan yang terutama terdiri dari besi dengan kandungan karbon kurang dari sekitar dua persen, disertai unsur lain sesuai grade yang dibutuhkan.

Tujuan proses tersebut adalah:

1. Melelehkan atau menghasilkan logam cair.
2. Mengurangi unsur pengotor.
3. Mengendalikan kandungan karbon.
4. Menambahkan unsur paduan.
5. Menyesuaikan temperatur.
6. Membentuk produk setengah jadi.
7. Menghasilkan dimensi akhir.
8. Memastikan sifat mekanis memenuhi standar.

Terdapat beberapa rute produksi baja. Dua rute yang paling umum adalah Blast Furnace-Basic Oxygen Furnace dan Electric Arc Furnace. World Steel Association menunjukkan bahwa kedua rute tersebut dapat menghasilkan produk setengah jadi yang kemudian diolah menjadi produk panjang maupun produk pipih.

Tahapan Produksi Baja Struktural Modern

Setiap produsen dapat menggunakan konfigurasi fasilitas dan pengendalian proses berbeda. Secara umum, alur produksi baja struktural berbasis EAF adalah sebagai berikut.

Rangkaian tersebut menunjukkan bahwa mutu baja tidak hanya ditentukan oleh proses peleburan. Kualitas bahan baku, komposisi kimia, temperatur, pembentukan, pendinginan, dan pemeriksaan akhir juga berperan penting.

1. Pengumpulan dan Pemilahan Besi Bekas

EAF terutama menggunakan baja daur ulang sebagai bahan baku. Namun, besi bekas tidak dapat langsung dimasukkan tanpa pemeriksaan karena jenis, ukuran, kebersihan, dan kandungannya dapat berbeda.

Tahap persiapan meliputi:

• Mengumpulkan material dari sumber yang disetujui.
• Memisahkan logam dari bahan nonlogam.
• Mengelompokkan besi bekas berdasarkan jenis.
• Memeriksa kontaminasi.
• Menyesuaikan ukuran material.
• Menyusun komposisi muatan.
• Menimbang bahan baku.
• Mencatat sumber serta kualitas material.

World Steel Association menjelaskan bahwa rute EAF menggunakan baja daur ulang, Direct Reduced Iron, atau logam panas bersama energi listrik. Penggunaan besi bekas juga menjadi bagian penting dari siklus daur ulang baja.

GYS mengumpulkan dan menyortir besi bekas berdasarkan jenis serta kualitas sebelum memasukkannya ke dalam tanur.

2. Pengisian Electric Arc Furnace

Besi bekas yang telah disortir dimasukkan ke dalam EAF menggunakan wadah pengisian. Jumlah dan urutannya disesuaikan dengan kapasitas tanur serta komposisi baja yang akan diproduksi.

Proses pengisian perlu memperhatikan:

1. Kapasitas tanur.
2. Kepadatan besi bekas.
3. Ukuran setiap potongan.
4. Distribusi material dalam tanur.
5. Risiko material tersangkut.
6. Keamanan operator.
7. Urutan penambahan bahan.
8. Target komposisi akhir.

Muatan yang terlalu besar atau tidak seragam dapat mengganggu kestabilan proses. Karena itu, persiapan bahan baku menjadi bagian langsung dari pengendalian mutu produksi.

3. Cara Kerja Electric Arc Furnace

EAF menggunakan elektroda untuk menciptakan busur listrik. Energi panas dari busur tersebut melelehkan besi bekas dan membentuk kolam baja cair.

Tahapan kerjanya mencakup:

• Elektroda diturunkan mendekati material.
• Arus listrik bertegangan tinggi dialirkan.
• Busur listrik terbentuk antara elektroda dan muatan.
• Energi panas mencairkan besi bekas.
• Oksigen atau bahan tambahan dapat dimasukkan.
• Terak atau slag terbentuk di permukaan.
• Temperatur dan komposisi diperiksa.
• Baja cair dikeluarkan menuju tahap berikutnya.

Pada proses GYS, temperatur busur listrik dapat melebihi 1.600°C. Setelah material mencair, bahan flux ditambahkan sesuai kebutuhan untuk membantu memisahkan pengotor dari baja cair.

Penjelasan tambahan tersedia dalam artikel cara kerja dan keunggulan Electric Arc Furnace.

4. Pembentukan Slag dan Penghilangan Pengotor

Selama peleburan, unsur serta bahan tertentu bereaksi membentuk slag. Lapisan ini membantu mengikat pengotor dan memisahkannya dari logam cair.

Pengendalian slag berfungsi untuk:

1. Menangkap unsur pengotor.
2. Melindungi baja cair dari atmosfer.
3. Membantu pengendalian temperatur.
4. Mendukung reaksi pemurnian.
5. Mengurangi kehilangan unsur logam.
6. Melindungi lapisan dalam tanur.
7. Mengontrol kandungan fosfor dan sulfur sesuai proses.
8. Menstabilkan kondisi peleburan.

Komposisi slag tidak dibuat sama untuk seluruh produksi. Penyesuaiannya mengikuti jenis bahan baku, target grade, dan kondisi baja cair.

5. Pemurnian dan Penyesuaian Komposisi Baja

Setelah besi bekas mencair, komposisi logam belum tentu sesuai dengan produk akhir. Tahap pemurnian diperlukan untuk mengendalikan kandungan karbon dan unsur lain.

Prosesnya dapat mencakup:

• Penyemburan oksigen.
• Penambahan unsur paduan.
• Pengurangan pengotor.
• Pengambilan sampel baja cair.
• Analisis komposisi kimia.
• Pengukuran temperatur.
• Penyesuaian kandungan karbon.
• Konfirmasi grade sebelum pengecoran.

GYS menyatakan bahwa pemurnian dilakukan melalui teknik seperti penyemburan oksigen dan penambahan unsur paduan khusus untuk mencapai karakteristik yang diinginkan.

Komposisi tersebut memengaruhi kuat leleh, kuat tarik, elongasi, kemampuan pengelasan, dan perilaku material ketika dicanai. Karena itu, baja tidak dapat dinilai hanya berdasarkan bentuk fisiknya.

Bagaimana Besi Diolah Menjadi Baja?

Besi dapat memiliki kandungan karbon dan pengotor yang belum sesuai untuk kebutuhan struktural. Pengolahannya menjadi baja dilakukan dengan mengendalikan komposisi tersebut melalui reaksi pemurnian.

Secara sederhana, prosesnya adalah:

1. Material berbasis besi dilelehkan.
2. Kandungan karbon berlebih dikurangi.
3. Unsur pengotor diikat atau dipisahkan.
4. Unsur paduan ditambahkan sesuai grade.
5. Temperatur dikendalikan.
6. Sampel diuji.
7. Komposisi dikoreksi jika diperlukan.
8. Baja cair dicetak menjadi bentuk setengah jadi.

Perbedaan utama antara besi dan baja bukan sekadar penampilan, melainkan komposisi serta sifat mekanisnya. Pengendalian kimia membuat baja dapat dirancang untuk kebutuhan kekuatan, daktilitas, ketahanan, dan kemampuan fabrikasi tertentu.

6. Pengecoran Menjadi Bloom

Baja cair yang telah memenuhi target komposisi dituangkan menuju proses pengecoran. Untuk produksi profil struktural, salah satu bentuk produk setengah jadi yang digunakan adalah bloom.

Tahap pengecoran meliputi:

• Mengalirkan baja cair menuju sistem pengecoran.
• Membentuk kulit padat pada bagian luar.
• Mengendalikan proses pendinginan.
• Menarik produk secara berkelanjutan.
• Memotong sesuai panjang proses.
• Memeriksa permukaan.
• Memberikan identitas produksi.
• Memindahkan produk menuju proses rolling.

GYS mencetak baja cair yang telah dimurnikan menjadi produk setengah jadi seperti bloom. World Steel Association juga mengelompokkan billet, bloom, dan slab sebagai bentuk setengah jadi sebelum proses canai.

7. Pemanasan Kembali sebelum Rolling

Bloom yang telah membeku dipanaskan kembali agar cukup plastis untuk dibentuk. Baja panas membutuhkan gaya pembentukan yang lebih terkendali dibandingkan material pada temperatur ruang.

Pemanasan kembali bertujuan untuk:

1. Mencapai temperatur canai.
2. Meratakan temperatur penampang.
3. Memudahkan deformasi plastis.
4. Mengurangi risiko retak saat pembentukan.
5. Menyiapkan reduksi bertahap.
6. Mendukung pengendalian struktur mikro.
7. Menjaga stabilitas proses.
8. Meningkatkan konsistensi dimensi.

Pada fasilitas GYS, produk setengah jadi dipanaskan hingga sekitar 1.400°C sebelum melewati mesin rolling.

8. Hot Rolling Menjadi Baja Struktural

Hot rolling membentuk bloom menjadi profil dengan dimensi tertentu. Material dilewatkan melalui beberapa rangkaian rol yang memberikan tekanan secara bertahap.

Proses tersebut dapat mencakup:

• Reduksi awal.
• Pembentukan kasar.
• Pembentukan web dan flange.
• Pengendalian tinggi serta lebar.
• Pembentukan akhir.
• Pemantauan temperatur.
• Pengendalian kecepatan rol.
• Pemeriksaan dimensi antarproses.

Melalui pengaturan bentuk alur rol, baja dapat dibentuk menjadi H-Beam, IWF, Channel, atau Equal Angle. Informasi lanjutan tersedia dalam artikel bagaimana long steel diproduksi melalui hot rolling.

World Steel Association mengelompokkan structural shapes, batang, rel, dan kawat sebagai produk panjang hasil pengolahan baja setengah jadi.

9. Pendinginan, Pelurusan, dan Pemotongan

Profil yang keluar dari mesin canai masih memiliki temperatur tinggi. Material kemudian didinginkan secara terkendali agar bentuk dan sifat akhirnya tetap sesuai.

Tahap penyelesaian meliputi:

1. Pendinginan pada cooling bed.
2. Pemantauan perubahan bentuk.
3. Pelurusan profil.
4. Pemeriksaan puntiran.
5. Pemotongan sesuai panjang.
6. Pemberian marking.
7. Pengelompokan berdasarkan ukuran.
8. Penyiapan untuk inspeksi akhir.

Pendinginan tidak hanya menurunkan temperatur. Laju pendinginan juga dapat memengaruhi transformasi struktur mikro dan sifat mekanis material.

10. Quality Control Produk Jadi

Produk akhir perlu memenuhi persyaratan dimensi, kondisi permukaan, komposisi, dan sifat mekanis sebelum dikirim kepada pelanggan.

Pemeriksaan dapat meliputi:

• Tinggi dan lebar profil.
• Ketebalan web serta flange.
• Panjang dan kelurusan.
• Kondisi permukaan.
• Komposisi kimia.
• Kuat leleh dan kuat tarik.
• Elongasi.
• Marking dan heat number.

GYS menyatakan seluruh produk jadi diperiksa oleh personel quality control yang berkualifikasi sebelum disimpan dan didistribusikan.

Panduan pemeriksaan material tersedia dalam artikel cara mengecek mutu besi baja.

Apa Itu Metode Dapur Siemens-Martin?

Dapur Siemens-Martin, atau Siemens-Martin open-hearth furnace, merupakan metode pembuatan baja yang berkembang pada abad ke-19. Proses ini menggunakan tanur regeneratif yang memanfaatkan panas dari gas buang untuk memanaskan udara serta bahan bakar sebelum pembakaran berikutnya.

Karakteristiknya meliputi:

1. Menggunakan sistem regenerasi panas.
2. Melelehkan besi kasar dan besi bekas.
3. Melakukan pemurnian dalam ruang tanur terbuka.
4. Memungkinkan pengamatan serta pengambilan sampel.
5. Memberikan pengendalian temperatur lebih baik dibandingkan beberapa metode awal.
6. Memiliki waktu proses relatif panjang.
7. Membutuhkan energi serta fasilitas besar.
8. Telah banyak digantikan oleh BOF dan EAF.

Carl Wilhelm Siemens mengembangkan tanur regeneratif, kemudian Pierre-Émile Martin menerapkan teknologi tersebut untuk menciptakan proses Siemens-Martin pada 1865. Metode ini lebih lambat daripada proses Bessemer, tetapi pada masanya memberikan pengendalian temperatur dan mutu yang lebih baik.

Dalam industri baja modern, proses BOF dan EAF menjadi rute yang jauh lebih umum karena produktivitas, efisiensi proses, serta kemampuan pengendaliannya.

Mengapa GYS Menggunakan Electric Arc Furnace?

GYS menggunakan EAF terutama untuk mengolah besi bekas menjadi baja cair yang kemudian dibentuk menjadi baja struktural.

Pendekatan tersebut mendukung:

• Pemanfaatan material baja daur ulang.
• Pengendalian proses peleburan.
• Penyesuaian komposisi kimia.
• Integrasi dengan pengecoran dan rolling.
• Produksi berbagai profil struktural.
• Ketertelusuran proses.
• Pengendalian mutu dalam satu fasilitas.
• Efisiensi pemanfaatan sumber daya.

EAF tidak otomatis menjamin seluruh produk memiliki mutu sama. Hasilnya tetap bergantung pada kualitas bahan baku, pengendalian komposisi, temperatur, proses canai, pendinginan, dan pemeriksaan akhir.

Produk Baja Struktural yang Dihasilkan GYS

GYS memproduksi berbagai produk baja panjang untuk konstruksi dan industri.

Produk kami meliputi:

1. H-Beam.
2. IWF atau Wide Flange.
3. Channel atau Kanal U.
4. Equal Angle.
5. Produk normal strength.
6. Produk high strength tertentu.
7. Produk seismic grade untuk kebutuhan tertentu.
8. Produk dengan sertifikasi sesuai ruang lingkup.

Rangkaian produk dapat ditinjau melalui artikel empat produk unggulan Garuda Yamato Steel dan halaman produk GYS.

Kesimpulan

Proses produksi besi baja modern merupakan rangkaian terintegrasi yang dimulai dari bahan baku dan berakhir pada produk yang telah diperiksa.

Urutannya meliputi:

1. Memilah besi bekas.
2. Mengisi Electric Arc Furnace.
3. Melelehkan material dengan busur listrik.
4. Memisahkan pengotor.
5. Menyesuaikan komposisi kimia.
6. Mencetak baja menjadi bloom.
7. Memanaskan dan membentuknya melalui hot rolling.
8. Mendinginkan, memotong, dan memeriksa produk.

Pengendalian pada setiap tahap membantu menghasilkan baja struktural dengan dimensi, sifat mekanis, serta ketertelusuran yang sesuai kebutuhan konstruksi.

Pilih Baja Struktural Hasil Produksi Modern dari GYS

Jelajahi produk baja struktural GYS untuk kebutuhan gedung, pabrik, gudang, jembatan, dan infrastruktur. Untuk informasi proses produksi, ukuran, grade, sertifikasi, pemrosesan, atau penawaran proyek, silakan hubungi tim Garuda Yamato Steel.

FAQ

Bagaimana proses pembuatan besi baja?

Prosesnya meliputi persiapan bahan baku, peleburan, pemurnian, penyesuaian komposisi kimia, pengecoran menjadi produk setengah jadi, pemanasan kembali, rolling, pendinginan, pemotongan, dan pemeriksaan mutu.

Bagaimana cara kerja electric arc furnace?

Electric Arc Furnace menggunakan elektroda yang dialiri arus listrik untuk membentuk busur listrik. Panas dari busur tersebut melelehkan besi bekas. Setelah mencair, pengotor dipisahkan, komposisi disesuaikan, dan baja cair dikeluarkan menuju proses pengecoran.

Bagaimana besi diolah menjadi baja?

Besi dilelehkan, kemudian kandungan karbon dan unsur pengotornya dikendalikan. Unsur paduan dapat ditambahkan agar material mencapai kuat leleh, kuat tarik, elongasi, dan kemampuan pengelasan yang dibutuhkan.

Apa yang Anda ketahui tentang proses pembuatan baja dengan metode dapur Siemens-Martin?

Metode Siemens-Martin menggunakan tanur terbuka regeneratif yang memanfaatkan kembali panas gas buang. Proses ini dahulu memberikan pengendalian temperatur lebih baik daripada beberapa metode awal, tetapi membutuhkan waktu panjang dan telah banyak digantikan oleh BOF serta EAF yang lebih produktif.

Apakah GYS memproduksi baja struktural menggunakan Electric Arc Furnace?

Ya. GYS menggunakan EAF yang terutama mengolah besi bekas, kemudian melakukan pemurnian, pengecoran bloom, pemanasan, rolling, dan pemeriksaan akhir untuk menghasilkan H-Beam, IWF, Channel, serta Equal Angle.