Dokumen tersebut membahas proses ekstraksi besi dan pembuatan baja serta proses pembuatan pipa. Secara singkat, proses ekstraksi besi melibatkan reduksi bijih besi menjadi besi cair melalui tanur tiup dengan menggunakan kokas dan udara panas. Baja dibuat dengan menghilangkan karbon dari besi cair melalui oksigenasi. Pipa dibuat menggunakan berbagai proses seperti cor, las, dan ekstrusi dengan mandrel

1. TUGAS 2 – KUIS ARTIKEL PEMBUATAN BAJA
KULIAH MATERIAL TEKNIK
PROSES EKSTRAKSI BESI DAN
PEMBUATAN BAJA
ZUL FAUZI FACHRI ABIDIN
( 07525008 )
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS ISLAM INDONESIA
YOGYAKARTA
2011

2. 1. Proses Ekstraksi Besi Dan Pembuatan Baja
Besi dan tembaga termasuk logam transisi yang sangat luas penggunaannya di
industri. Keberadaannya di alam dalam bentuk senyawanya sehingga untuk memperoleh
kedua logam tersebut, diperlukan proses ekstraksi. Terdapat dua proses, yakni: proses ekstrasi
besi dan pembuatan baja. Secara umum, proses ekstrasi besi dapat dilihat pada diagram alur
di bawah ini.
1.1. Alur Proses Ekstrasi Besi
Bahan baku seperti : bijih besi, batu
kapur (CaCO3), dan kokas masuk
dari atas tungku
Udara panas ditiupkan ke
bagian bawah tungku agar C
bereaksi dengan OZ
membentuk CO2
Sementara itu, CaCO3 dalam tanur
akan terurai menjadi CaO
CaO yang terbentuk akan bereaksi
dengan pengotor yang bersifat
asam yang ada dalam bijih besi,
seperti pasir silika. Reaksi ini
menghasilkan senyawa dengan titik
didih rendah yang disebut terak
(slag).
Lelehan terak kemudian akan
mengalir ke bagian bawah tanur.
Jadilah yang dinamakan pig iron
atau besi gubal
Besi gubal dapat dicetak langsung
menjadi besi tuang (cast iron) atau
diproses lebih lanjut menjadi baja,
tergantung dari penggunaan.

3. 1.2. Penjabaran Proses Ekstrasi Besi
Penjabaran secara luas dapat dilihat di segmen bawah ini.
Besi diekstraksi dari bijih besi yang mengandung senyawa besi seperti hematit
(Fe2O3), limonit (2Fe2O3 3H2O), magnetit (Fe3O4), dan siderit (FeCO3). Proses ekstraksi
dilakukan dalam tungku yang disebut tanur tiup (blast furnace) dengan menggunakan metode
reduksi. Simak proses ekstraksinya berikut ini. Berikut tahapan ekstraksi Fe dari bijih besi:
 Bijih besi, batu kapur (CaCO3), dan kokas (C) dimasukkan dari bagian atas tanur.
 Kemudian, udara panas ditiupkan ke bagian bawah tungku agar C bereaksi dengan
OZ membentuk
CO2.
C(s) +O2(S) CO2(S)
Gas CO2 yang terbentuk selanjutnya akan bergerak ke atas dar lebih lanjut dengan C untuk
membentuk CO. Reaksi ini bersifi endotermik, sehingga terjadi sedikit penurunan suhu
proses.
CO2(g) + C(s) 2CO(S)

4. Produk reaksi yakni gas CO kemudian bergerak naik dan mulai mereduksi senyawa-senyawa
besi pada bijih besi.
3Fe2O3(5) + CO(g) 4 2Fe3O4(s) + CO2(g)
Fe3O4(s) + CO(g) 3FeO(6) + CO2(g)
FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g)
Reaksi keseluruhannya dapat ditulis sebagai berikut:
Fe2O3(s) + 3CO(s) 2Fe(l) + 3CO2(g)
Fe yang terbentuk akan mengalir dan berkumpul di bawah. Karena suhu di bawah tinggi
sekitar 2 000°C, Fe akan berada dalam bentuk lelehannya.
 Sementara itu, CaCO3 dalam tanur akan terurai menjadi CaO.
CaCO3(s)—> CaO(s) + CO2(g)
 CaO yang terbentuk akan bereaksi dengan pengotor yang bersifat asam yang ada
dalam bijih besi, seperti pasir silika. Reaksi ini menghasilkan senyawa dengan titik
didih rendah yang disebut terak (slag).
CaO(S) + SiO2(s) CaSiO3(l)
 Lelehan terak kemudian akan mengalir ke bagian bawah tanur. Karena kerapatan
lelehan terak yang lebih rendah dibandingkan lelehan besi, maka lelehan terak berada
di atas lelehan besi sehingga keduanya dapat dikeluarkan secara terpisah. (Secara
tidak langsung, lelehan terak ini melindungi lelehan besi dari teroksidasi kembali)
Besi yang terbentuk di dalam tanur tiup masih mengandung pengotor dan bersifat cukup
rapuh. Besi ini disebut juga besi gubal (pig iron). Besi gubal mengandung sekitar 3 – 4% C,
2% Si, dan sejumlah pengotor lain seperti P dan S. Besi gubal dapat dicetak langsung
menjadi besi tuang (cast iron) atau diproses lebih lanjut menjadi baja, tergantung dari
aplikasinya.
2. Pembuatan Baja
Tahapan kedua, yakni pembuatan baja, secara umum, proses pembuatan dari besi ke baja
dapat dilihat pada diagram alur berikut ini.

5. 2.1, Alur Tahapan Pembuatan Baja
Sekitar 70% lelehan besi gubal dari
tanur tiup dan 30% besi/baja bekas
dimasukkan ke dalam tungku,
bersama dengan batu kapur
(CaCO3).
Selanjutnya, O2 murni dilewatkan
melalui campuran lelehan logam
O2 akan bereaksi dengan karbon
(C) di dalam besi dan juga zat
pengotor lainnya seperti Si dan P,
dan membentuk senyawa-senyawa
oksida
Senyawa-senyawa oksida ini
kemudian direaksikan dengan CaO,
yang berasal dari peruraian batu
kapur (CaCO3), membentuk terak,
seperti CaSiO3 dan Ca3(PO4)2.
Logam baja telah jadi
Kandungan C pada baja yang
dihasilkan bervariasi dari ~0,2%
sampai 1,5%

6. 2.2. Penjabaran Tahapan Pembuatan Baja
-Sekitar 70% lelehan besi gubal dari tanur tiup dan 30% besi/baja bekas dimasukkan ke
dalam tungku, bersama dengan batu kapur (CaCO3).
- Selanjutnya, O2 murni dilewatkan melalui campuran lelehan logam. O2 akan bereaksi
dengan karbon (C) di dalam besi dan juga zat pengotor lainnya seperti Si dan P, dan
membentuk senyawa-senyawa oksida. Senyawa-senyawa oksida ini kemudian direaksikan
dengan CaO, yang berasal dari peruraian batu kapur (CaCO3), membentuk terak, seperti
CaSiO3 dan Ca3(PO4)2.
Kandungan C pada baja yang dihasilkan bervariasi dari ~0,2% sampai 1,5%. Berdasarkan
kadar C ini, kita mengenal tiga macam baja seperti yang ditunjukkan tabel berikut.

7. 3. Proses Pembuatan Pipa
Berbagai macam proses berbeda yang digunakan dalam pemanufakturan (pembuatan)
pipa, dimana proses-proses tersebut dikelompokkan dalam empat klasifikasi yaitu:
1. Pipa tanpa kelim dengan proses tempa (Wrought seamless pipe);
2. Pipa tempa (Forged pipe);
3. Pipa las (Welded pipe);
4. Pipa cor (Cast pipe)
Sebagai contoh dari proses yang digunakan dalam proses pembuatan pipa yaitu pipa yang
dicor (cast) secara sentrifugal dan dilakukan pengerjaan dingin melalui ekspansi hidrolik yang akan
mengubah struktur metalurgi dari coran tersebut. Pipa las juga dilakukan peng-ekspansian dingin
(pemuaian dingin) atau cold-reduced melalui beberapa manufaktur untuk menghasilkan
keseragaman daya tahan panas material. Pemuaian dingin juga akan meningkatkan garis kekuatan
luluh. Pada setiap klasifikasi, sejumlah proses khusus dilakukan.
3.1.Pipa tanpa kelim dengan proses tempa (Wrought seamless pipe)
3.1.1.Pipa dengan unsur Ferrous
Pipa baja biasanya terbuat dari baja yang dihasilkan dari tungku perapian terbuka
(open-hearth), tungku perapian oksigen murni, pengubah bassemer, atau tungku perapian
dengan listrik. Seperti dalam pengecoran pada pipa baja dengan komposisi khusus
digunakan tungku perapian dengan induksi listrik, untuk menghasilkan cairan baja tersebut.
Meskipun pembuatan pipa dari baja dicairkan dalam bassemer dikurangi secara
subtansi, pada tahun saat terjadi perang dunia II suatu penemuan tentang oksigen dan
udara-oksigen dalam peubah secara subtansi akan meningkatkan kegunaan dari peralatan
ini, terutama untuk baja karbon. Ada empat metode yang digunakan yaitu
1. Penembusan secara rotari (Hot rotary piercing)
Metode ini adalah metode yang paling sering digunakan, yaitu penembusan satu
atau dua piercing mills yang dipanaskan, dimana piercing mills tersebut terdiri dari sepasang
roller silinder yang berputar pada arah yang sama dengan sumbu yang ditandukkan dari
masing-masing roller. Metode ini terdiri dari 4 proses yaitu piercing mill, plug rolling mill,
reeling mill, dan sizing mill, yang dapat dilihat pada gambar 1.
Billet baja, pada temperatur forging 2200-2400F, didorong ke dalam piercing mill,
dimana billet tersebut dicekam oleh 2 roller yang berputar dan membawa billet ke titik
penembus untuk membentuk lubang sepanjang billet tersebut. Untuk pipa yang besar,
dilakukan operasi kedua yang serupa untuk mengurangi ketebalan dinding dan
meningkatkan diameter dan panjang billet yang telah dipiercing.
Billet hasil piercing masih berupa tube yang kasar dan masih perlu dilakukan
pengerjaan finishing untuk menghasilkan pipa. Untuk pengurangan diameter dan ketebalan
dinding yang lebih jauh lagi serta meningkatkan ukuran panjang dilakukan dengan memutar
billet ke mandrel pada plug-rolling mill. Fungsi dari reeling mill, yaitu untuk memoles bagian
dalam dan luar permukaan tube serta untuk menempatkan tube, yang mana bentuk oval
masih terbentuk dan terlewatkan pada waktu proses di plug-rolling mill.
Pipa jika diperlukan dilakukan reheated untuk dilakukan penyesuaian ukuran
diameter pipa yang diinginkan. Ukuran diameter roller pada sizing mill ini lebih kecil dari
pipa yang datang dari reeling mill.

8. 2. Proses Pilger-mill
Pada proses ini, mandrel dengan panjang 10ft dan diameter yang mendekati
diameter bagian dalam pipa kemudian ditekan ke ingot atau billet dengan penumbur
hidrolik. Mandrel yang dibungkus di dalam ingot diletakkan diantara roll dari pilger
mill. Roll ini mempunyai bentuk kontur yang bubungan (Cam) dan berputar
berlawanan arah yang mana ingot ditekan oleh penumbur hidrolik dan mekanisme air-
cylinder. Perputaran dari roll menghasilkan efek yang ekivalen dari pukulan hammer
yang akan mengurangi/mereduksi dinding ingot melaui forging melawan mandrel dan
membawa ingot dan madrel melawan kembali penumbur dan karena alasan inilah
proses ini dinamakan proses rotary-forged. Proses pilger mill dapat dilihat pada
gambar 2 berikut.
3. Proses Push-bench (cupping)
Pada beberapa penggilingan pipa, ingot baja dipanaskan hingga temperatur
2300 F. Kemudian diletakkan pada container melingkar dan dihantam hingga
berbentuk cup. Hantaman harus terukur hingga tekanan material mengikuti kontur
dari container dan, mengisi cekungan diantara dinding dan ingot. Ujung silinder yang
tertutup (Cup) di reheated dan ditekan, dengan ujung tertutup melalui rangkaian 3
sampai 12 die, dari berturut-turut pengurangan diameter, mounted pada horizontal
bench. Proses reheating diantara operasi penarikan mungkin diperlukan, mesin
mandrel-extracting kemudian mengendurkan mandrel dan menarik mandrel keluar
dari tube. Cup dipotong dengan gergaji melingkar. Pengerjaan akhir yaitu cold-rolling
atau meluruskan dari tube. Proses ini secara khusus cocok untuk diameter kecil
(hingga 4 in). proses ini dapat dilihat pada gambar 3 berikut ini.

9. 4. Prose ekstruksi
Proses ekstruksi terdiri dari dua peralatan yaitu penekanan vertikal (vertical
presses) dan penekanan horizontal (Horizontal presses). Lihat gambar 4 dan 5. Pada
horizontal presses penembusan dilakukan pertama kali sebagai langkah yang terpisah
atau cekungan digunakan dengan mandrel dan die. Tungsten-chromium-carbon dan
chromium-tunsten-molbdenum-alloy steels dengan kekerasan mendekati 46 Rockwell
C digunakan untuk mandrels dan die serta peralatan lainnya. Glass merupakan
pelumas yang paling efektif. Billet di lapisi dengan lapisan dari bubuk glass yang
menyebar ke selimut asbes dari parasut yang mana mengirim billet dari tungku ke
press.
Pada proses tubing dimana operasi extruding selesai dalam beberapa detik, tube
secara umum ditransferkan ke reducing mill ketika masih pada temperatur hot forging. Baja
karbon, paduan baja dan stainless stell untuk tubing diproduksi dengan metode ini dengan
diamter dari 3/8 hingga 4 in dan dengan panjang pipa 30-60 ft, ukuran pipa dari 8-24 in dan
ketebalan dinding dari 0.5-3 in.

10. 3.1.2. Pipa dengan unsur aluminium dan paduannya
Pipa dengan unsur aluminium dan paduan dibuat dengan die dan proses ekstruksi
mandrel pada ukuran 1 in dan lebih besar lagi. Cekungan sekitar ingot digunakan dengan
pengecoran cekungan atau dibuat dengan pengeboran ingot padat. Setelah ingot di
preheated pada temperatur tertentu (tergantung paduan), ingot di ektruksi pada silinder
ekstruksi. Mandrel memanjang melalui ingot dan melalui die ekstruksi dan hal itu
menyediakan ruang anular untuk aliran aluminium ketika ingot ditekan.
Beberapa paduan memerlukan heat treatment untuk mendapatkan sifat mekanis
yang diinginkan. Ini dapat seperti quenching atau pemisahan tungku heat treating.
3.1.3. Pipa dengan unsur tembaga dan paduannya
Dalam produksi pipa tanpa kelim dengan material tembaga atau paduannya
karena tembaga sejauh ini merupakan material yang tonase. Tembaga dan paduan
diproduksi dengan proses yang sama dan peralatan yang sama, yaitu pengerjaan
panas dan pengerjaan dingin. Pipa tanpa kelim di buat dengan salah satu prinsip
proses dibawah ini:
1. Proses penembusan panas; kebanyakan pipa dibuat dengan mesin Mannesmann.
3-12 ukuran diameter tembaga padat atau billet paduan dipanaskan hingga 800-
900C dan dilewatkan pada dua roll.
2. Proses ekstruksi; billet dipanaskan dari temperatur 700-900 C tergantung
paduannya. Dan diletakkan pada container atau silinder baja yang membatasi
billet panas ketika tekanan tinggi yang digunakan untuk menekan logam melalui
die.
3. Proses Cup-and-Draw;
4. Proses penarikan (Drawing Process);
5. Proses tube-rolling
3.1.4. Pipa dengan unsur Nikel dan paduannya
Pipa dengan unsur nikel dan paduannya biasanya dibuat dengan ekstruksi dan
cold-drawing. Hasil dari proses ekstruksi ditekan atau shell diubah ke pipa atau tubing
dengan cold-drawing dan proses tambahan.
Proses Ekstruksi; proses ini sama dengan yang ditunjukkan pada gambar 5, dan
paling banyak digunakan. Extruded tubing dibuat dengan diamter luar 2.5 hingga 9 ¼ in;
ketebalan dinding 0.25 hingga 1 in, panjang maksimum antara 3 hingga 30 ft, tergantung
parameter lainnya. Pada penambahan ke tube silinder hal ini praktis untuk menekan bentuk
tubular dari geometri yang relatif dan simetris.

11. 3.1.5. Pipa dengan unsur titanium dan paduannya
Proses ekstruksi merupakan teknik yang biasa digunakan untuk memproduksi
pipa titanium. Meskipun metode lainnya dapat digunakan, sebagian volume dari pipa
titanium dibuat dalam satu ukuran pada satu kali tidak membenarkan setting-up
volume dari mill yang tinggi. Proses ekstruksi ini sangat cocok untuk banyak die
merubah yang dibuthkan oleh titanium, proses ekstruksi didominasi secara hidrolik,
dengan operasi penumbur dalam bidang horizontal. Billet titanium ditembus atau
dibor terlebih dahulu sebelum di ekstruksi. Billet dipanaskan mendekati 1800 F dan
ditekan melalui die ke mandrel.
3.2. Forged Pipe
Pembuatan Pipa yang ditempa diutamakan dalam ukuran pipa yang lebih besar dan
ketebalan dinding pipa yang lebih berat. Terdapat dua tipe dari forged pipe ini yang
terdapat dalam spesifikasi ASTM untuk testing dan material yaitu Forged and bored
pipe dan Hollow forged pipe. Pada forged and bored pipe, billet baja atau ingot
pertama kali dipanaskan pada temperatur hingga 2300 F dan kemudian diteruskan
dengan proses forging dengan menggunakan pemukul forging atau penekanan berat
untuk mendapatkan pendekatan diameter 1 inci lebih besar dari diameter yang
diinginkan. Billet lalu di bubut untuk membuang kelebihan baja dan menghasilkan
diameter luar yang actual. Bagian dalam pipa dibor dengan pengeboran khusus atau
trepanning tool. Dengan proses ini banyak diproduksi pipa dengan diameter 10-30 in
dan ketebalan dinding 1.5- 4 in. Proses permesinan yang telah dilakukan juga
mengijinkan ketebalan pipa rata-rata untuk ditahan hingga mendekati batas minimum
dari dinding yang dibutuhkan oleh perancang dalam sistem perpipaan.
Pada hollow forged pipe, dimana pipa ini diproduksi secara langsung dari cairan
ingot baja dengan pembakaran dengan listrik. Ingot dilakukan proses piercing panas
hingga 2000-2200 F secara penekanan vertical. Dan ingot kemudian ditransfer untuk
ditarik (draw) secara horizontal dimana hasil dari piercing di letakkan ke mandrel dan
dikerjakan melaui rangkaian ring die untuk menghasilkan ukuran yang diinginkan.
Pipa dengan ukuran 10-30 in dan ketebalan dinding sekitar 1.5 –4 secara normal
diproduksi secara komersial. Produk di lakukan proses permesinan pada diameter
dalam dan luar.
3.3. Welded Pipe
Pengelasan dari piringan, skelp, atau koil kepipa dilakukan dengan pemanasan
dan pengelasan tempa untuk pipa las butt (butt-weld pipe) atau dengan pengelasan
penyatuan mengerjakan resistansi listrik, flash, pengelasan submerged-arc, gas inert
tungsten-arc welding, atau gas-shielded yang dapat digunakan pada pengelasan metal-
arc. Kelim yang dilas bisa secara kelim longitudinal pararel terhadap sumbu dari pipa
atau las spiral. Untuk material yang mengandung unsur ferrous dilakukan furnace
welded pipe dan fusion welded pipe.
3.3.1. Furnace welded pipe
Atau yang dikenal dengan continuous-welded atau butt-welded pipe hanya
cocok untuk grade baja karbon. Pipa secara umum dibuat dari tungku-perapian
terbuka dan oksigen murni baja bassemer.. Pipa FWD normalnya dipertimbangkan
biaya yang terendah pipa baja. Pipa ini digunakan perpipaan gas tekanan rendah,
perpipaan untuk air, udara, sistem uap air tekanan rendah dan hal-hal yang serupa.
Pipa FWD ini biasanya dibatasi ke ukuran 4 in atau lebih kecil
3.3.2. Fusion welded pipe
Pengelasan penyatuan dari pipa dilakuakan dengan metode Resistance
welding, induction welding atau arc-welding. Metode resistance welding terdiri dari
empat metode yaitu:
1. Flash welding
2. low-frequency resistance welding

12. 3. High frequency induction welding
4. High-frequency resistance welding
Proses Arc-welding, dikerjakan secara komersil melalui proses submerged-
arc-welding, gas inert dari proses tungsten-arc-welding, dan gas-shielded yang
dikomsumsi pada proses metal-arc-welding. Submerged-arc-welding diaplikasikan
untuk karbon, paduan baja, stainless steel, dan high-nickel alloy pipe, biasanya
diameter 8 inci dan lebih.
3.3.3. Pipa dengan unsur Non ferrous
Proses fussion-welding dapat dikerjakan untuk pipa dengan unsure non
ferrous. Secara ekstensif digunakan proses arc-welding. Di atas dinding pipa, gas
inert- gas tungsten-arc process secara luas digunakan.
Aluminium dan alloys, sistem piping dengan material ini dimanufaktur dengan salah
satu proses resistance welding atau proses arc-welding. Prosedur yang sama juga
diberlakukan untuk pengerjaan pada pipa bermaterial aluminium. Kecuali high-frequency
induction welding tidak boleh dikerjakan untuk piping kurang dari ¾ in diameter.
Untuk material tembaga dan paduannya, paduan nikel, dan titanium dan paduannya
proses pengelasan tidak cocok digunakan.
3.4. Cast pipe
Pipa cor dibuat dengan pengecoran statis atau pengecoran sentrifugal. Pada
pipa pengecoran statis secara umum dibatasi untuk pipa dengan ukuran panjang yang
relatif pedek. Katup, fitting dan komponen lain diproduksi dengan pengecoran dengan
pasir (sand casting).
Pipa cor sentrifugal, diproduksi melalui baja yang dicairkan melalui busur
listrik atau perapian induksi ke dalam cetakan memutar dan membiarkan logam
memadat dibawah tekanan dari gaya sentrifugal. Cetakan biasanya diputar diputar
pada sumbu horizontal degan kecepatan 50-200 kali dari gravitasi.
Pipa cor sentrifugal diproduksi dengan diameter luar 4-54 in dan panjang hingga 30 ft.
keuntungan ekonomi meningkat dengan diameter yang lebih besar dan ketebalan dinding
pipa. Aplikasi dari pipa ini digunakan untuk paper mill rolls, gun barrel dan lain-lain. Namun
pipa ini tidak dianjurkan untuk aplikasi pada temperatur tinggi(>1050 F), dan tekanan tinggi
(800psi). Beberapa material non ferrous juga diproduksi dengan metode pengecoran statis
dan sentrifugal.
Cast-Iron pipe
Pipa besi cor memiliki umur yang relatif lama karena dinding yang berat dan
ketahanan yang baik terhadap korosi baik internal ataupun eksternal. Pipa ini
digunakan untuk sistem distribusi air dan gas dan jalur limbah dalam kota, khususnya
dibawah jalan aspal dimana sangat penting menggunakan material yang mempunyai
umur panjang untuk menghindari penggantian pipa.
Pipa besi cor dibuat dengan 4 proses berbeda yaitu
1. Vertical Pit Process
2. Horizontal Process
3. Centrifugal Casting in Sand Molds
4. Centrifugal Casting in Metal Molds
Sampai saat ini lebih 75 persen dari pembuatan pipa besi cor ini diproduksi
dengan proses pengecoran secara sentrifugal atau horizontal. Pipa dapat digunakan
untuk instalasi penyuplai air bawah tanah,, dan kontruksi gas bawah tanah.

13. DAFTAR PUSTAKA
Logam Transisi Blog. ( 2009 ). Proses Ekstraksi Besi dan Pembuatan Baja
. [ cited 2011 Des 7 ]. Available from : URL
http://metaltransition.wordpress.com/2009/11/30/proses-ekstraksi-besi-dan-pembuatan
baja/
Andy Sembiring Zone. ( 2011 ). PROSES PEMBUATAN PIPA .[ cited 2011 Des 7]. Available
from URL : http://andysembiring.blogspot.com/2011/06/proses-pembuatan-pipa.html