Pig Iron : Karakteristik, Jenis dan Kegunannya

Apa Itu Pig Iron ?

Pig iron

Pig iron (Besi kasar) adalah produk yang dihasilkan dari peleburan bijih besi dengan bahan bakar karbon tinggi dan reduktor seperti kokas, biasanya ditambhakan dengan batu kapur sebagai fluks. Arang dan antrasit juga digunakan sebagai bahan bakar dan reduktor.

Pig iron juga diproduksi dengan melebur bijih besi dalam blast furnace atau dengan melebur ilmenite dalam tanur listrik (electric furnance).

Sebagian besar pig iron diproduksi dan digunakan pada produksi baja yang terintegrasi secara kompleks. Dalam konteks ini istilah "pig iron" merupakan istilah yang keliru. Pada pabrik baja terintegrasi, blast furnace iron ditransfer langsung dalam bentuk cair atau lebih dikenal sebagai "hot metal" atau "blast furnace iron."

Jenis Pig Iron

Pig Iron atau Besi kasar adalah hasil yang diperoleh sebagai hasil dari proses pembuatan besi. Bahan bakar kokas dengan karbon tinggi digunakan untuk memanaskan bijih besi, sehingga menghasilkan produksi besi kasar yang tinggi kandungan karbonnya. Pig iron dingin dikenal sebagai merchant pig iron, yang dicetak menjadi bentuk balok atau batangan. Pig iron tersebut kemudian dijual ke industri manufaktur besi serta pengecoran baja dalam bentuk feed stock. Terdapat tiga jenis pig iron, yaitu sebagai berikut :

1. Basic pig iron

Basic pig iron adalah jenis pig iron yang digunakan dalam tungku busur listrik (electric arc furnance) untuk proses pembuatan baja lebih lanjut.

2. Foundry Pig iron 

Foundry Pig iron adalah jenis pig iron yang juga dikenal sebagai pig iron haematite dan digunakan dalam tungku kubah (cupola furnance) untuk pengecoran besi abu-abu (Grey iron casting).

3. High purity pig iron (Pig iron kemurnian tinggi)

High purity pig ironn adalah jenis pig iron yang identik dengan besi kasar nodular dan digunakan untuk memproduksi besi tuang ulet, yang juga dikenal sebagai SG (Spheroidal Graphite) yang digunakan oleh produsen penutup manhole.

Aplikasi Pig Iron untuk Persyaratan Pengecoran

1. Penggunaan Foundry Pig Iron untuk Grey Iron Casting

Jenis Pig Iron ini dihasilkan dari sumber bijih besi tertentu. Karena analisis fisik dan kimia yang stabil, memungkinkan variabilitas peleburan dan kontrol yang kuat terhadap komposisi pengecoran akhir sehingga menghilangkan proses casting yang mahal seperti perlakuan panas. Jenis pig iron ini digunakan dalam beberapa produk seperti peralatan mesin, teknik umum, dan pembuatan suku cadang otomotif.

Penerapan Foundry Pig Iron pada pengecoran akan mendorong pembentukan grafit, menghilangkan pendinginan primer (primary chill), dan meningkatkan kemampuan mesin (machinability). Hal tersebut tentunya sangat bermanfaat untuk pengecoran berdinding tipis (thin walled casting). Kepadatan (density) yang besar pada pig iron ini lebih tinggi dibandingkan dengan skrap, sehingga membutuhkan ruang yang lebih sedikit untuk penyimpanan dan mengurangi waktu pengisian. Bahkan, dapat mengurangi konsumsi energi  karena kandungan karbon yang lebih tinggi. Oleh karena itu, pig iron jenis ini sangat bermanfaat bagi industri manufaktur khususnya untuk kebutuhan pengecoran.

2. Penggunaan High Purity Pig Iron untuk Pengecoran Besi Ulet (Ductile iron)

Jenis pig iron ini memiliki kandungan sulfur, fosfor, dan mangan yang lebih rendah. Kehadiran pengotor logam lainnya juga dapat diabaikan yang membuat besi sangat ideal pada berbagai sektor. Aplikasi pada High Purity Pig Iron terutama ditemukan pada komponen pengecoran (casting) industri otomotif, energi, dan teknik. Terdapat berbagai keuntungan pada High Purity Pig Iron yang digunakan pada pengecoran besi ulet (ductile iron), yaitu sebagai berikut:

a). Unsur-unsur yang tidak diinginkan dalam lelehan diencerkan sehingga membantu mengurangi biaya scrap.

b). Komposisi besi yang dapat diprediksi dan stabil sehingga membantu mencapai kontrol yang lebih baik atas komposisi akhir pengecoran dan meningkatkan hasil mekanis dari pengecoran.

c). Ruang penyimpanan dan biaya lebih rendah.

d). Formasi karat yang lebih rendah menyebabkan volume terak yang menipis.

e). Karena kombinasi kimiawi pada kandungan karbon, pengecoran dapat dicapai dengan mudah dengan konsumsi energi yang lebih rendah.

f). Berkurangnya konsumsi daya dan peleburan yang cepat, sehingga konsumsi daya yang lebih rendah di tungku induksi.

Komposisi dan karakteristik Pig Iron

Pig iron (besi kasar) mengandung setidaknya 92% (Fe) dan memiliki kandungan karbon yang sangat tinggi berkisar antara 3,5 - 4,5%. Besi kasar disediakan dalam berbagai ukuran dan berat batangan, mulai dari 3 kg hingga lebih dari 50 kg. Karakteristik dan komposisi pig iron dijelaskan pada tabel di bawah ini.

karakteristik Pig Iron

Kandungan Zat dalam Pig Iron dan Pengaruhnya

Berdsarkan teble karakteristik dan komposisi pig iron diatas terdapat 4 zat yang ditambahkan pada proses produksi pig iron yaitu, fosfor, sulfur, karbon, silikon dan mangan. Berikut ini merupakan pengaruh Kandungan Zat dalam Pig Iron.

1. Fosfor (P)

Jumlah fosfor yang terkadnung dalam pig iron bervariasi antara 0,1-2,0%. Fosfor dimasukkan ke dalam besi dalam bentuk bijih fosfat untuk membentuk Fe3P. Fosfat berkurang dalam blast furnace dan fosfor terbentuk. Beberapa fosfor juga dapat teroksidasi menjadi P2O5 yang merupakan reaksi eksotermik dan berlangsung pada suhu rendah. P2O5, jika terbentuk akan dihilangkan oleh terak (slag) yang memiliki karakter dasar. Dengan cara ini jumlah fosfor dalam besi akan berkurang dan jumlahnya dijaga serendah mungkin.

Fosfor dalam pig iron digunakan untuk meningkatkan fluiditas dari besi cair, selain itu dan membuat pengisian pada cetakan menjadi lebih baik. Namun, besi tempa atau baja yang terbuat dari besi fosfat menjadi rapuh (brittle) saat dingin.

2. Belerang/Sulphur (S)

Belerang yang digunakan dalam produksi pig iron berupa kokas dengan kuantitas sulfur yang terdapat dalam bijih bervariasi antara 0,4 - 1,0%. Kandungan mangan dalam besi menurunkan persentase sulfur dengan menggabungkan sulfur dalam besi dan membentuk MnS. MnS yang terbentuk tersebut kemudian bergabung dengan CaO dan dihilangkan. Dengan cara ini persentase sulfur dalam zat besi dapat berkurang.

Kandungan belerang pada pig iron cenderung membuat besi menjadi keras dan menghasilkan pengecoran yang kurang baik. Besi tempa dan baja yang dihasilkan dari besi yang mengandung belerang membuat besi dan baja tempa menjadi rapuh ketika dipanaskan.

3. Silikon (Si)

Persentase silikon yang ada dalam pig iron bervariasi antara 1,0 - 4,0%. Pada suhu rendah beberapa silikon dioksidasi menjadi silika dan terak dasar menghilangkannya. Dengan cara ini dapat terjadi beberapa eliminasi silikon dari besi.

Kandungan silikon pada pig iron cenderung mengurangi kekerasan dan kekuatan pada besi. Namun, kandungan silikon dalam baja dapat meningkatkan ketahanan listrik dan mendorong penguraian sementit untuk membentuk grafit.

4. Mangan (Mg)

Kuantitas mangan pada pig iron bervariasi antara 0,2 - 1,5%. Mangan dioksida dalam bijih berkurang pada suhu yang lebih tinggi karena reaksi reduksi bersifat endotermik. Mangan yang terbentuk akan bercampur dengan besi.

Kandungan mangan pada pig iron dapat mengurangi kandungan sulfur besi dengan membentuk MnS sehingga meningkatkan kualitas paduan karena MnS tidak berbahaya seperti FeS. Selain itu Mangan dapat meningkatkan kekuatan tarik (tensile strength) pada besi.

5. Karbon (C)

Kuantitas karbon pada pig iron bervariasi antara 4 - 4,5 persen. Sumber karbon yang digunakan dalam baja adalah batu bara. Karbon digunakan dalam pig iron baik dalam keadaan bebas sebagai grafit atau dalam kondisi gabungan sebagai besi karbida. Karbon dalam pig iron akan meningkatkan kekerasannya. Karena adanya kotoran dalam pig iron, pig iron terlalu rapuh dengan tingkat kekuatan dan keuletan yang rendah. Jadi sebagian besar pig iron diubah menjadi baja untuk meningkatkan kekuatannya.

Referensi :

http://www.engineeringenotes.com

https://www.bicindia.com

https://www.metallics.org

Share :