UNSUR UNSUR KIMIA PROSES KIMIA SERTA SIF (1)

Nama : Alfred Oktavianus Palmers
NIM

: DAB 117 091

UNSUR UNSUR KIMIA, PROSES KIMIA SERTA SIFAT SIFAT DARI BAHAN
BANGUNAN/KONTRUKSI
1. UNSUR UNSUR KIMIA
Unsur kimia atau hanya disebut unsur, adalah zat kimia yang dapat dibagi lagi menjadi
zat yang lebih kecil, atau tidak dapat diubah menjadi zat kimia lain menggunakan metode kimia
biasa. Unsur merupakan suatu zat yang hanya mengandung satu jenis atom.
Partikel terkecil dari unsur adalah atom. Dapat dikatakan bahwa unsur adalah atom itu
sendiri. Sebuah atom terdiri atas inti atom (nukleus) dan dikelilingi oleh elektron. Inti atom
terdiri atas sejumlah proton dan neutron. Hingga saat ini diketahui terdapat kurang lebih 117
unsur didunia.
Hal yang membedakan unsur satu dengan yang lainnya adalah Jumlah Proton dan
Jumlah Elektron suatu unsur atau ikatan dalam inti atom tersebut. Misalnya, seluruh atom
karbon memiliki proton sebanyak 6 buah, sedangkan atom oksigen memiliki proton sebanyak 8
buah. Jumlah proton pada sebuah atom dikenal dengan istilah nomor atom (dilambangkan
dengan Z).
Namun, atom atom pada unsur yang sama tersebut dapat memiliki jumlah neutron yang

berbeda, hal ini dikenal dengan sebutan isotop. Massa atom sebuah unsur (dilambangkan dengan
A)v adalah massa elektron sangatlah kecil, dan massa neutron hampir sama dengan massa
proton, maka massa atom biasanya dinyatakan dengan jumlah proton dan neutron pada inti atom,
pada isotop yang memiliki kelimpahan terbanyak dialam. Ukuran massa atom adalah satu massa
atom (smu). Beberapa isotop bersifat radioaktif, dan mengalami penguraian (peluruhan) terhadap
radiasi partikel alfa atau beta.
Unsur paling ringan adalah hidrogen atau helium. Hidrogen dipercaya sebagai unsur
yang ada pertama kali dijagad raya setelah terjadinya Big Bang. Seluruh berat secara alam
terbentuk (baik secara alami ataupun buatan) melalui berbagai metode nukleosintesis.Hingga
tahun 2005 dikenal 118 unsur yang diketahui, 93 unsur diantaranya unsur alam dialam dan 23
unsur merupakan unsur buatan. Unsur buatan pertama kali diduga adalah teknetium pada tahun
1937. Setelah unsur buatan adalah radioaktif dengan waktu paruh yang pendek, sehingga atom
atom tersebut yang terbentuk secara alami sepertinya telah terurai.
Penamaan unsur telah jauh sebelum adanya teori atom suatu zat, meski pada waktu itu belum
diketahui mana yang merupakan unsur, dan mana yang merupakan senyawa. Ketika teoti atom
berkembang, nama nama unsur yang telah digunakan pada masa lampau tetap dipakai. Misalnya,

unsur cuprum dalam bahasa Inggris dikenal dengan copper, dan dalam bahasa Indonesia
dengan istilah tembaga. Contoh lain, dalam Bahasa Jerman wasserstoff berarti hidrogen dan
sauerstoff berarti oksigen.



Kandungan Unsur Kimia dalam Baja

Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga 2.1% berat sesuai gradenya. Elemen berikut ini selalu ada dalam baja: karbon, mangan,fosfor, sulfur, silikon, dan
sebagian kecil oksigen, nitrogen dan aluminium.



Rumus Kimia Baja yaitu :

Fe C
3

2. PROSES KIMIA PEMBUATAN BAJA
1) Proses Konvertor
Konvertor adalah salah satu wadah untuk mengolah besi menjadi baja siap untuk
diproduksi. Dibuat dari plat baja dengan sambungan las atau paku keling. Pada bagian dalam
konvertor dibuat dari batu yang tahan api, batu tahan api tersebut dapat bersifat asam atau basa
tergantung dari sifat baja yang akan diolah.

Di bagian bawah konvertor terdapat lubang-lubang angin (tuyer) sebagai saluran udara
penghembus yang disebut sebagai air blast. Terdapat juga penyangga pada konvertor yang
dilengkapi dengan trunnion untuk mengatur posisi horizontal atau vertikal konvertor.


Sistem kerja

a. Bahan baku dipanaskan dengan kokas (seperti batu bara komposisi karbon) sampai ±
1500 derajat C.
b. Konvertor miringkan untuk memasukkan bahan baku baja kurang lebih 1/8 dari volume
konvertor.
c. Setelah abhan baku baja masuk, ke=onvertor kembali ditegakkan.
d. Tekanan udara penglolahan berkisar 1,5 – 2 atm di hembuskan dari kompresor.
e. Kemudian

setelah 20-25

menit,

konvertor

di

putar balik

(dijungkirkan) untuk

mengelaurkan hasilnya.


Proses Bassemer (Asam)
Pengolahan dengan proses bassemer yaitu lapisan dalam yang digunakan adalah batu

tahan api yang mengandung kwarsa asam atau aksid asam (SiO2), Bahan yang diolah besi kasar
kelabu cair, CaO tidak ditambahkan sebab dapat bereaksi dengan SiO2, SiO2 + CaO CaSiO3.


Proses Thomas (basa)
Proses Thomas pada lapisan dinding bagian dalam terbuat dari batu tahan api bisa

atau dolomit [kalsium karbonat dan magnesium (CaCO3 + MgCO3)]. Bahan baku yang diolah
adalah besi kasar putih yang mengandung P antara 1,7 – 2 %, Mn 1 – 2 % dan Si 0,6-0,8 %.

Setelah unsur Mn dan Si terbakar, P membentuk oksida phospor (P2O5) untuk mengeluarkan
besi cair ditambahkan zat kapur (CaO), 3 CaO + P2O5 Ca3(PO4)2 (terak cair).
2) Proses Siemens Martin
Proses siemens martin diolah didalam dapur pelebur baja yang dapat mencapai suhu
tinggi, Proses pengolahan baja siemens martin dibuat oleh dua orang yang bernama Siemen dan
Martin, sehingga dapurnya disebut pula dapur siemen martin. Dapur untuk proses siemens
martin mempunyai tungku kerja yang diperlengkapi dengan ruang-ruang hawa.
Tungku pengolahan ini mempunyai kapasitas 30 – 50 ton, bahan baku yang diolah selain
besi kasar juga dapat dimasukkan besi bekas atau besi tua. Jika besi yang dimasukkan
mengandung posfor, bahan lapisan dapurnya bersifat basa. Sebaliknya jika besinya tidak
mengandung posfor bahan lapisan dalam pada dapurnya bersifat asam.


Sistem kerjanya

Sistem kerja dengan proses siemens martin menggunakan sistem regenerator dengan suhu
mencapai 3000 derajat C. Fungsi dari regenerator adalah:

a. Memanaskan gas dan udara untuk menambah temperatur dapur olah.
b. Berfungsi sebagai fundamen / landasan dapur.
c. Menghemat pemakaian ruang di dalam dapur
d. Bahan baku yang bisa digunakan baik besi kelabu maupun putih. Besi kelabu dinding
dalamnya dilapisi batu silika (SiO2) sedangkan besi putih dilapisi dengan batu dolomit
(40 % MgCO3 + 60 % CaCO3).
3) Proses Basic Oxygen Furnace (BOF)
Proses pengolahan baja dengan proses Basic Oxygen Furnace (BOF) merupakan
modifikasi dari proses Bessemer. Pada proses Bessemer menggunakan uap air panas ditiupkan
pada besi kasar cair untuk membakar zat kotoran yang tersisa. Sedangkan pada proses BOF
memakai oksigen murni sebagai ganti uap air.
Dapur bejana BOF biasanya berukuran 5 m untuk diameternya dan mampu memproses
35 – 200 ton dalam satu pemanasan. Peleburan baja menggunakan BOF ini juga termasuk proses
yang paling baru dalam industri pembuatan baja. Tungku konstruksi relatif sederhana, pada
bagian luarnya dibuat dari plat baja sedangkan dinding bagian dalamnya dibuat dari batu tahan
api (firebrick).


Sistem kerjanya
Proses BOF menggunakan besi kasar cair (65 – 85%) yang dihasilkan oleh tanur tinggi

sebagai bahan dasar utama dicampur dengan besi bekas (skrap baja) sebanyak (15 – 35%), batu
kapur dan gas oksigen dengan kemurnian 99,5%.

Oksigen akan mengikat karbon yang terdapat pada besi kasar secara berangsur-angsur
turun sampai mencapai tingkat baja yang dibuat. Saat proses oksidasi berlangsung terjadi panas
yang sangat tinggi sehingga dapat menaikkan temperatur logam cair hingga mencapai diatas 165
derajat C.
Saat oksidasi berlangsung, ditambahkan batu kapur yang dimasukkan kedalam tungku.
Batu

kapur

tersebut

akan mencair

kemudian bercampur

dengan

bahan-

bahan impuritas (termasuk bahan – bahan yang teroksidasi) sehingga membentuk terak yang
terapung diatas baja cair.
Ketika proses oksidasi selesai, aliran oksigen dihentikan dan pipa pengalir oksigen diangkat dari
tungku.

Tungku

BOF

kemudian

dimiringkan,

pengambilan

sampel

baja

cair

kemidian dilakukan analisa komposisi kimia untuk menilai kadar bajanya.
Jika komposisi kimia pada unsur baja telah tercapai maka dilakukan penuangan
(tapping). Penuangan dilakukan ketika temperature baja cair sekitar 165 derajat C. cara
penuangan yang dilakukan yaitu dengan memiringkan perlahan-lahan tungku pengolahan
sehingga cairan baja tertuang masuk kedalam ladel (wadah tuangan baja cari yang belum
dicetak).
Di dalam ladel kemudian dilakukan skimming untuk membersihkan terak dari permukaan
baja cair. Setalh terak dibersihkan dilakukan proses perlakuan logam cair (metal treatment).


Keuntungan dari BOF:

i.

Proses BOF menggunakan O2 murni tanpa Nitrogen

ii.

Proses berjalan lebih cepat dan efektif, hanya lebih-kurang 50 menit.

iii.

Pada dapur olah / tungku tidak diperlukan tuyer pada bagian bawahnya.

iv.

Filtering zat yang tidak digunakan seperti phosphor dan sulfur dapat dipisahkan dulu
daripada karbon

v.

Biaya operasional dengan proses BOF relatif lebih murah dengan proses lainnya.
(menggunkan O2, proses lebih cepat)
4) Proses Dapur Listrik
Proses

pengolahan

baja dengan

menggunakan

dapur

listrik

adalah

metode

pengontrol temperatur peleburan dan memperkecil unsur-unsur campuran di dalam baja yang
dilakukan selama proses pemurnian. Pada awal pemurnian baja digunakan dapur tungku terbuka
atau konvertor.
Kemudian ada proses pemurnian lagi yang dilakukan didalam dapur listrik sehingga baja
yang diperoleh menjadi lebih berkualitas. Dapur listrik terdiri dari dua jenis, yaitu dapur listrik
busur nyala dan dapur induksi frekuensi tinggi.


Dapur listrik busur nyala

Pada dapur lisrik busur nyala mempunyai kapasitas 25 – 100 ton, dilengkapi dengan tiga
buah elektroda karbon yang dipasang pada bagian atas / atap dapur. Elektroda karbon dapat
disetel dan secara otomatis bisa menghasilkan busur nyala sehingga secara langsung dapat
memanaskan dan mencairkan logam.
Pada dapur modern ini mampu mengolah logam dengan proses asam atau basa. Bagian
dalam dapur masih berlapiskan batu tahan api. Bahan olah yang dimasukkan ke dalam dapur
adalah besi kasar dan juga logam keras (baja atau besi) yang terlebih dahulu diketahui
komposisinya.
Apabila dilakukan proses basa pada pengolahan baja, maka akan terjadi oksidasi terak
dari kapur yang ditambahkan untuk mereduksi unsur-unsur campuran. Selanjutnya diperoleh
pemisahan terak (mengandung kapur) dari baja cair. Untuk mencegah oksidasi ditambahkan lagi
logam campur pada logam baja yang telah diolah sebelum dikeluarkan dari tungku.


Dapur induksi frekuensi tinggi
Dapur listrik dengan cara induksi frekuensi tinggi ini terdiri dari kumparan yang dililiti

kawat mengelilingi cawan batu tahan api. Tenaga yang dialirkan dari listrik akan menghasilkan
arus listrik yang bersirkulasi di dalam logam sehingga menyebabkan terjadinya pencairan.
Setelah bahan baku logam mencair selanjutnya peran arus listrik yaitu untuk membuat gerak
mengaduk secara berputar. Kapasitas isi dari dapur jenis ini adalah 350 kg – 6 ton, pada
umumnya dapur ini digunakan untuk meproduksi baja paduan (alloy steel) yang khusus.

I.

Keuntungan Dengan Busur Listrik :
Mudah mencapai temperatur tinggi dalam waktu singkat

II.

Temperatur dapat diatur

III.

Lebih efisien dalam pengolahannya

IV.

Cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga kualitas baja
lebih baik

V.

Kerugian akibat penguapan sangat kecil

5) Proses Dapur Kupola (Cupola Furnace)
Dapur Cupola (Cupola Funace) digunakan untuk peleburan besi kasar kelabu dan besi
bekas menjadi baja atau besi tuang, pada umumnya digunakan untuk menghasilkan peleburan
sehari-hari berdasarkan pada kapasitas dari pabrik (foundry). Cupola (kubah-kubahnya) biasanya
dioperasikan secara berpasangan, jadi pemeliharaannya bisa diatur pada satu kubah
dankubah yang lainnya tetap bisa beroperasi, demikian seterusnya secara bergantian.


Sistem kerjanya

a) Dilakukan pemanasan terlebih dahulu pada kubah agar bebas dari uap cair.
b) Bahan bakar berupa arang kayu dan kokas dinyalakan selama ± 15 jam.

c) Kokas dan udara dihembuskan dengan kecepatan rendah dengan blower.
d) Setelah kokas terbakar habis kemudian dimasukan kepingan baja dan besi kasa.
e) Setelah beberapa menit 15 menit baja cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran.
Untuk membentuk terak dan menurunkan kadar pospor dan sulfur, kemudian
ditambahkan batu kapur (CaCO3) dan akan terurai lagi dengan reaksi kimia dan terakhir
menghasilkan gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk
pembangkit mesin-mesin lain.
Proses terkahir saat di dalam dapur setelah pembersihan terak diatas cairan dari dalam
dapur selanjutnya adalah mengeluarkan baja cair yang ditampung panci panci untuk dibawa ke
tempat penuangan besi atau baja.
3. SIFAT SIFAT BAJA
Kelebihan Kelebihan Bahan Baja :


Memiliki Kekuatan yang Besar

Baja merupakan salah satu bahan bangunan yang sangat kuat. Kekuatan yang tinggi per satuan
berat ini membuat potensi beban matinya cukup kecil. Itulah kenapa baja termasuk material yang
bagus untuk jembatan bentang panjang, bangunan tinggi, serta bangunan yang didirikan di atas
tanah labil.


Mempunyai Sifat yang Seragam

Karena merupakan material buatan yang diproduksi oleh pabrik, baja memiliki sifat yang
seragam sesuai dengan standar mutunya. Sifat-sifat tersebut juga tidak banyak berubah sering
dengan berjalannya waktu penggunaan. Hal ini sangat berbeda dengan beton bertulang, di mana
kualitasnya akan mengalami penurunan yang sangat drastis seiring dengan pemakaiannya.


Daya Elastisitasnya Bisa Diketahui

Perilaku yang dimiliki oleh baja sangat mendekati dengan asumsi yang dilakukan oleh
perancang teknik. Hal ini dikarenakan perilaku baja tersebut mengikuti hukum Hookie hingga
mencapai tegangan yang cukup tinggi. Sehingga momen inersia pada penampang baja bisa
diketahui dengan lebih pasti daripada momen inersia pada penampang beton bertulang.


Daya Tahannya Sangat Lama

Baja yang dirawat dengan baik akan memiliki usia pakai yang sangat lama. Bahkan dalam
kondisi tertentu, struktur baja hampir tidak membutuhkan bentuk-bentuk pemeliharaan sama
sekali. Artinya baja termasuk material yang murah walaupun biaya pengadaannya cukup besar.


Memiliki Daktilitas yang Bagus

Daktilitas adalah sifat material untuk menahan deformasi yang besar tanpa menyebabkan
keruntuhan terhadap beban tarik. Hasil penelitian menunjukkan baja yang diuji menggunakan
beban tarik akan mengalami pengurangan luas penampang dan perpanjangan sebelum terjadi

keruntuhan. Berbeda dengan material lain yang bersifat keras dan getas, material tersebut akan
langsung hancur apabila dikenai beban kejut.


Bersifat Liat (Toughness)

Liat (toughness) adalah kemampuan material untuk menyerap energi dalam jumlah yang cukup
besar. Baja dapat dikatakan bersifat liat karena mempunyai kekuatan dan daktilitas yang bagus.
Dengan kata lain, baja sanggup menahan beban yang memiliki deformasi yang relatif besar baik
selama proses pabrikasi, pengangkutan, maupun pelaksanaan tanpa menimbulkan kehancuran.
Ini artinya baja bisa diberikan lenturan, beban kejut, beban geser, dan lubang.


Bisa Digunakan untuk Struktur Tambahan

Selain digunakan sebagai struktur utama, baja juga dapat dipakai untuk struktur tambahan. Baja
sangat cocok dimanfaatkan sebagai struktur bentang baru atau seluruh struktur sayap. Pekerjaan
ini biasanya dilakukan pada pembangunan portal atau pelebaran jembatan.


Kelebihan Lain-lain

Baja juga mempunyai kelebihan-kelebihan selain poin-poin yang sudah kami sebutkan di atas.
Di antaranya baja gampang disambung memakai baut, keling, atau las serta cepat dalam proses
instalasinya. Baja juga bisa dibentuk dengan mudah sesuai dengan profil yang diinginkan dan
memiliki kekuatan yang baik terhadap fatik. Baja yang telah dibongkar pun dapat dimanfaatkan
kembali karena masih mengandung nilai, walaupun tidak dipakai untuk pembangunan struktur.
Selain itu, baja mempunyai daya adaptasi yang bagus terhadap proses prefabrikasi.
Kekurangan Kekurangan Bahan Baja :


Membutuhkan Biaya yang Tinggi

Pembangunan gedung menggunakan strutkur baja membutuhkan anggaran yang tidak sedikit.
Begitu pula dalam hal perawatan dan perlindungannya. Pada dasarnya, baja sangat rentan
terhadap udara dan air yang bisa menyebabkan korosi sehingga perlu dicat secara berkala.
Karena termasuk konduktor panas yang baik, baja bisa memicu terjadinya kebakaran pada
material-material di sekitarnya.


Memiliki Kerentanan Terhadap Tekuk

Baja sangat rentan mengalami tekuk (buckling) karena elemen tekannya bekerja secara
langsung. Jadi meskipun kekuatan yang dimilikinya sangat besar, baja bukanlah material yang
bagus untuk pembuatan kolom. Sebab dibutuhkan material tambahan yang berfungsi untuk
menopang baja agar tidak mengalami buckling yang dapat membahayakan penghuni di atasnya.


Lemah Terhadap Beban Siklis

Sebagai bahan bangunan, baja memiliki kelemahan terhadap beban siklis yang mengenainya.
Kekuatan baja lambat laun akan mengalami penurunan secara signifikan apabila dikenai beban

tersebut terus-menerus. Untuk mengatasi dampak dari beban siklis, baja perlu dirancang
sedemikian rupa untuk mengurangi kekuatannya setiap kali akan timbul beban siklis.


Berisiko Mengalami Keruntuhan Getas

Baja bisa kehilangan sifat daktilitasnya pada kondisi tertentu. Hal ini bisa menyebabkan
timbulnya keruntuhan di suatu tempat yang memiliki konsentrasi tegangan yang tinggi. Faktorfaktor yang dapat memperbesar risiko keruntuhan getas pada baja yaitu jenis beban fatik dan
suhu udara yang rendah.