welding metallurgy

DPP C2 (b)

Institut Kemahiran MARA
Kuching, Sarawak

INFORMATION SHEET

COURSE : STK SEMESTER : 3
SESSION : TMW 3032 METALLURGY SHEET NO : 1.1
CODE/SUBJECT : WEEK :
LECTURER :

TOPIC : STEEL MAKING PROCESSES = TYPE OF FURNACE
SUB-TOPIC :
1.1.1 Blast Furnace
1.1.2 Basic Oxygen Furnace
1.1.3 Electric Furnace
1.1.4 Other Furnace related to metal making process

LEARNING At the end of the lesson, students will be able to :
OUTCOME :
2.1 Boleh memahami maksud Blast Furnace
2.2 Mengenalpasti dan memahami proses Basic Oxygen Furnace
2.3 Mengenalpasti dan memahami proses Electric Furnace
2.4 Mengenalpasti dan memahami lain-lain Furnace

TAJUK: TYPE OF FURNACE

PENERANGAN:

Besi jongkong dibuat dengan cara meleburkan bijih besi di dalam Relau Bagas (Blast
Furnace). Bijih besi ditukar menjadi besi jongkong melalui proses penurunan. Proses ini
merupakan peringkat pertama, manakala besi jongkong yang dihasilkan menjadi bahan
mentah utama untuk pengeluaran besi tuang, besi tempa dan keluli.

1

DPP C2 (b)

Bahan Mentah
Dalam pengeluaran besi jongkong ada tiga jenis bahan mentah yang digunakan iaitu:

1. Bijih Besi
2. Kok
3. Batu Kapur

1. Bijih Besi
Bijih besi merupakan bahan mentah yang utama dalam pengeluaran besi
jongkong. Negara-negara seperti Amerika Utara, Amerika Syarikat, Eropah dan
Rusia merupakan pengeluar bijih besi yang utama. Malaysia juga ada
mengeluarkan bijih besi. Bijih besi terdapat dalam berbagai-bagai jenis yang
berlainan mutunya seperti :
a. Hematit
Jenis ini mengandungi 70% kandungan besi. Ia mempunyai berbagai-bagai
warna dari hitam hingga kemerah-merahan.
b. Limonat
Ia hampir serupa dengan jenis hematit tetapi mempunyai kandungan air di
dalamnya. Limonat berwarna perang.
c. Magnetit
Jenis ini mempunyai kandungan besi yang paling tinggi. Berwarna hitam dan
jarang-jarang terdapat dalam kumpulan yang banyak.
d. Takonit
Jenis ini bermutu rendah kerana kandungan besi yang terdapat di dalamnya
hanya 25% - 30%.

2. Kok
Kok dihasilkan daripada arang batu dengan cara membakar hampasnya di
dalam dapur khas tanpa udara. Kok mempunyai sifat keras, rapuh dan berongga
atau berliang. Ia merupakan sejenis bahan api yang paling baik.

3. Batu Kapur
Batu kapur berfungsi sebagai bahan lakur kerana ia boleh membebaskan bahan
asing yang tidak dikehendaki daripada bijih besi.

2

DPP C2 (b)

Operasi Relau Bagas (Blast Furnace)

Bahan mentah dimasukkan ke dalam mulut (lubang) relau yang terletak dibahagian
atas. Udara panas (lebih kurang 540 °C) yang telah dimampatkan di dalam dapur khas
yang disebut Stove dipancutkan ke dalam relau untuk memulakan pembakaran.
Pembakaran bermula dari bahagian bawah dimana kok akan menyala dengan begitu
marak apabila terkena pancutan udara panas tadi. Pada takat suhu yang tinggi inilah
kok membebaskan gas karbon monoksida. Gas ini seterusnya berpadu dengan oksigen
di dalam bijih besi lalu membakar bahan-bahan asing yang terdapat di dalamnya.
Batu kapur membantu memisahkan bahan asing seperti belerang dan silika di dalam
besi lalu membentuk slag. Oleh sebab ia ringan daripada besi maka ia timbul di lapisan
sebelah atas besi yang cair.
Pembakaran ini berlaku berterusan dan menghasilkan besi cair yang dikumpulkan di
dalam takungan di sebelah bawah relau. Pungutan biasanya dibuat setiap enam
jam.Besi cair dimasukkan ke dalam acuan segiempat tepat untuk menghasilkan besi
jongkong dan seterusnya dihantar ke relau membuat keluli dan besi tuang.
Slag pula dipungut dan diasingkan daripada besi jongkong kerana ia digunakan sebagai
bahan kejuruteraan lain seperti bahan konkrit untuk membuat jalan raya dan membuat
blok bangunan.
Operasi relau bagas ini berjalan berterusan kecuali pada masa membaiki atau menukar
dinding relau operasinya terpaksa dihentikan.
Kegunaan Besi Jongkong
Besi jongkong mengandungi 93%-95% besi tulen. Karbon yang yang selebihnya seperti
silika, belerang, fosforus dan mangan mengandungi 3%-5%. Bahan-bahan ini akan
dibersihkan melalui proses yang lain.
Bentuk Relau
Tinggi relau ialah 12 meter hingga 25 meter dan ukuran garis pusatnya pula ialah 3
meter hingga 5 meter. Dindingnya diperbuat daripada bahan yang boleh menahan suhu
kepanasan yang tinggi seperti batu bata atau tanah liat.Bahagian luarnya disalut
dengan keluli. Setiap satu relau bagas mempunyai 3 hingga 5 dapur pemanas dan
pemampat gas yang disebut stove bagi membolehkan ia digunakan silih berganti tanpa
menganggu operasi relau bagas.Dalam menghasilkan 1 tan besi jongkong memerlukan
2 tan bijih besi + 1 tan kok + ½ tan batu kapur

3

DPP C2 (b)

RELAU BAGAS (BLAST FURNACE)

4

DPP C2 (b)

RELAU CUPOLA
Besi jongkong merupakan bahan utama dalam pengeluaran besi tuang. Besi
tuang dibuat dengan meleburkan semula besi jongkong bersama-sama bahan
mentah yang lain iaitu skrap besi dan keluli, kok(coke) dan batu kapur (lime
stone) di dalam relau cupola. Operasi relau cupola ini hampir sama dengan relau
bagas yang meleburkan bijih besi. Apabila bahan mentah dicurahkan ke dalam
relau, kok dinyalakan dengan bantuan udara panas yang dipancutkan dengan
tekanan yang tinggi dari bahagian bawah relau. Batu kapur pula bertindak
memisahkan bahan-bahan asing, dengan itu kandungan karbon di dalam besi
dapat dikawal. Beberapa unsur lain seperti silikon, tembaga, kromium dan
mangan dicampurkan bagi mempertingkatkan lagi mutu besi tuang.
Besi yang cair mendap ke bawah, kemudian dimasukkan ke dalam acuan yang
diperbuat daripada pasir halus. Besi inilah yang disebut sebagai Besi
Tuang(Cast Iron) . Besi tuang mengandungi 2% - 4% karbon. Ia bersifat rapuh
dan mempunyai kekuatan tegangan yang rendah tetapi mempunyai kekuatan
mampatan yang tinggi.

5

DPP C2 (b)

RELAU PUDDLING
Kaedah lama membuat besi tulen ialah dengan melebur dan menulenkan besi
Jongkong di dalam relau puddling. Bentuk relau ini seakan-akan dapur
Pembakar roti. Di dalam relau, pancutan api dikenakan di atas besi jongkong
Memastikan semua bahan terkena api. Dengan itu karbon dan bahan asing
Boleh terbakar. Bahan dikacau apabila karbon berkurangan, suhu lebur besi
Tempawan semakin meningkat, iaitu kira-kira 1530°C sedangkan relau hanya
Setakat mencairkan besi jongkong iaitu 1000°C. Ini menyebabkan besi jongkong
Cair bertukar menjadi kental sebaik sahaja ia menjadi Besi Tempawan.
Besi ini dikeluarkan dari relau dalam bentuk ketulan, kemudian diketuk dihimpun
Dan digelek semasa masih panas untuk dijadikan bentuk bar. Seterusnya bar
Ini dijadikan berbagai-bagai bentuk lain seperti bar bulat, kepingan dan plat
Sebelum dipasarkan.
Sifat-sifat dan kegunaan Besi Tempawan
Besi tempawan mempunyai sifat-sifat keteguhan, kekuatan yang tinggi, mudah
Ditempa sama ada semasa panas atau sejuk. Ia juga lembut, boleh menahan
Hentaman secara mengejut, mudah dimagnetkan dan dinyahmagnetkan. Sifat
Sifat ini menyebabkan besi tempawan sesuai untuk kerja-kerja lasak kerana ia
Mudah diketuk, dibengkokkan dan dipintal. Besi tempawan biasanya digunakan
Untuk membuat andas, rivet, paku, bolt & nut dan ladam kuda. Satu lagi
Keistimewaan besi tempawan ialah lambat berkarat dan mudah pula dikimpal
dan dimesin. Oleh kerana besi tempawan ini lembut berbanding dengan besi lain
maka ia digunakan untuk membuat komponen-komponen mesin.
Sesuatu logam juga boleh dikatakan bersifat tempawan jika ia boleh dibentuk
Dengan cara ditempa atau digelek. Proses membentuk logam ini biasanya di
Lakukan dalam dua cara yang disebut Kerja Sejuk dan Kerja Panas. Kerja
Sejuk dilakukan pada suhu bilik manakala kerja panas dilakukan pada paras
Suhu melebihi paras haba merah.

6

DPP C2 (b)

Keluli boleh dihasilkan dengan lima cara :
1. Relau Bessemer (Bessemer Furnace)
2. Relau Asas Oksigen (Basic Oxygen Furnace)
3. Relau Mangkuk Pijar (Crucible Furnace)
4. Relau Dedah (Open Hearth Furnace)
5. Relau Elektrik (Electric Arc Furnace)
1. Relau Bessemer
Kaedah ini diasaskan oleh Sir Henry Bessemer di England pada tahun 1856.
Pada asasnya kaedah Besemmer ini dijalankan dengan membakar besi
jongkong untuk mengurangkan kandungan karbon yang terdapat di dalamnya
dan juga untuk memisahkan bahan asing yang terlalu banyak. Kandungan
karbonnya dapat dikurangkan daripada 3% - 5% kepada 0.02% - 1.4%. Relau
Besemmer berbentuk sebuah tempayan besar yang diperbuat daripada batu
bata dan disalut dengan keluli. Tinggi relau ialah antara 4 meter hingga 6 meter
dan boleh memuatkan 30 tan logam. Relau ini disangga bagi membolehkannya
dikilas semasa keluli cair yang telah diproses dicurahkan ke dalamnya.
Besi jongkong cair dari relau bagas dicurahkan ke dalam relau Besemmer.
Oksigen yang dikenakan tekanan yang tinggi disalurkan melalui saluran udara
yang terdapat di bahagian bawah relau. Apabila oksigen ini mengenai besi cair
proses pembakaran berlaku dengan marak sehingga mengeluarkan asap putih
dan meledak keluar dari bahagian mulut relau.
Cecair keluli kemudian dituangkan ke dalam acuan segempat tepat dan
disejukkan. Ia dinamakan Jongkong Keluli. Keluli yang diproses dengan cara ini
tidak begitu tinggi mutunya. Ia digunakan untuk membuat skru, paku dawai dan
bahan-bahan binaan. Supaya mudah dimesin, keluli ini dicampurkan dengan
belerang lebih kurang 0.05% - 0.33%.

7

DPP C2 (b)
2. Relau Asas Oksigen

Bentuk relau ini hampir sama dengan relau Besemmer begitu juga cara ia
beroperasi. Bezanya ialah relau asas oksigen menggunakan oksigen tulen dan
disalurkan dari atas sementara kaedah relau Besemmer menggunakan oksigen
dicampurkan dengan nitrogen dan disalurkan dari bawah. Proses pembakaran
dalam kaedah ini berlaku lebih cepat kerana ia menggunakan oksigen tulen.
Proses ini adalah lebih baik daripada proses Besemmer kerana keluli yang
dihasilkan lebih baik mutunya. Ini kerana kandungan kimianya dapat dikawal
dengan lebih sempurna. Selain tindakan oksigen tulen batu kapur turut
digunakan bagi mempercepatkan pembakaran bahan asing. Cara ini adalah
lebih cepat dan mampu menghasilkan 80 tan keluli dalam masa satu jam. Cecair
keluli biasanya dijadikan jongkong keluli.

8

DPP C2 (b)

3. Relau Mangkuk Pijar
Relau mangkuk pijar digunakan untuk menghasilkan keluli berkarbon tinggi dan
keluli aloi. Bahan mentah yang digunakan ialah besi jongkong dan skrap keluli.
Bahan-bahan ini dimasukkan ke dalam mangkuk pijar yang bergaris pusat 0.3
meter dan tingginya 0.2 meter. Mangkuk pijar ini diperbuat daripada grafit atau
tanah liat yang boleh tahan terhadap haba yang tinggi. Karbon juga dimasukkan
bersama-sama bahan mentah tadi ke dalam mangkuk pijar kemudian ditutup
dengan kemas dan dimasukkan ke dalam relau yang telah dipanaskan. Apabila
bahan ini lebur ia bercampur dengan karbon dan dijadikan jongkong keluli.
Keluli yang diproses dengan kaedah ini lebih kuat dan bermutu tinggi serta lebih
mahal daripada keluli lain tetapi kaedah ini sudah ketinggalan dan kini digantikan
dengan relau arka elektrik. Keluli yang terhasil digunakan untuk membuat pisau,
jarum, peralatan acuan,spindal, mesin, gear dan bahagian-bahagian mesin.

9

DPP C2 (b)

4. Relau Dedah
Kebanyakan keluli dihasilkan dengan kaedah relau dedah. Satu kebaikan
kaedah ini ialah kandungan karbonnya dapat dikawal dengan tepat sama ada
dengan menambah atau mengurangkannya semasa proses berjalan.
Relau Dedah berbentuk seakan-akan sebuah dapur pembakar roti. Ia
memuatkan 200 tan logam. Relau ini mempunyai dua kebuk tempat melebur
yang digunakan, kebuk yang satu lagi dipanaskan. Bahan api yang digunakan
ialah udara dan gas panas. Apabila bahan api ini dilalukan di bahagian atas
bahan mentah, gas bertindak memarakkan lagi pembakaran dan seterusnya
meleburkan bahan mentah tersebut. Sebaik sahaja bahan mentah cair, contoh
bahan tersebut diambil untuk diuji kandungan karbonnya. Setelah mutu keluli
yang dikehendaki dicapai, bahan tersebut dikeluarkan dari relau dan disejukkan
untuk dijadikan jongkong keluli. Keluli yang dihasilkan dengan kaedah ini
digunakan untuk membuat bahan binaan jambatan, landasan, bolt, skru,spindal
dan sebagainya.

10

DPP C2 (b)

5. Relau Elektrik
Kaedah relau elektrik merupakan kaedah yang lebih moden untuk menghasilkan
keluli. Banyak kelebihannya jika dibandingkan dengan relau-relau yang lain.
Antaranya ialah suhu dan bahan campuran dapat dikawal dengan lebih tepat.
Relau ini bebas daripada asap dan kekotoran.
Bahan mentah yang digunakan ialah besi jongkong dan skrap keluli terpilih.
Bahan-bahan ini dileburkan oleh arka elektrik. Terdapat tiga batang elektrod
yang digunakan untuk membekalkan arka elektrik.Kedudukan elektrod
hendaklah hamper kepada bahan mentah supaya arka mengenai bahan tersebut
yang akhirnya menjadi cair dan dituangkan ke dalam acuan untuk membentuk
jongkong keluli.
Relau ini sangat sesuai untuk menghasilkan keluli alat dan keluli aloi kerana
pembakaran dapat dikawal dan diatur dengan berkesan.Membuat keluli aloi
unsur-unsur kromium, nikel dan tungsten perlu dicampurkan. Proses ini
memakan masa antara 4 jam hingga 12 jam.

11

DPP C2 (b)