JF302 -Bab 2a


CHAPTER 2a

FERROUS MATERIAL STRUCTURE


FERROUS MATERIAL STRUCTURE (STRUKTUR BAHAN FERUS)

2.1 Understand the metal production (Memahami pengeluaran logam)
Besi merupakan  logam  utama  dan  paling   banyak  penggunaannya. Sifat-sifat fizikalnya seperti kekerasan, kekuatan dan ketahanan yang boleh diubahsuai menyebabkan  ianya menjadi logam yang sangat berguna iaitu dari  segi  kejuruteraan  mahu pun dari segi penggunaan  secara  am. Faktor  lain seperti harganya murah dan  mudah  didapati  serta  merupakan  sebab mengapa ianya  sangat  diminati.

CARA PERLOMBONGAN BIJIH BESI

1.    Perlombongan Terbuka – Untuk b.besi yang dekat di permukaan tanah
-    Besi bercampur tanah dipisahkan dengan air

2.    Perlombongan Syaft     – Untuk .besi yang jauh di dalam tanah
-    Terowong dibina kesemua arah dari Syaft.
-    Batu-batan dibawa keluar melalui lif dan        
    dipecahkan  untuk dapatkan besi.
Ciri-Ciri Bijih Besi
Ciri-ciri utama yang perlu dilihat pada bijih besi adalah seperti berikut :
i .
GRED
-
ia  sepatutnya  mengandungi   sebanyak  mungkin oksida besi.
ii.
KEPADATAN
-
ia sepatutnya tidak terlalu  padat  atau terlalu rapuh.
iii.
KETULINAN
-
ia sepatutnya mempunyai  kandungan  bahan asing yang serendah mungkin.
iv.
KESERAGAMAN
-
ia sepatutnya mempunyai komposisi  yang  seragam dari sekelompok  ke sekelompok yang lain.

2.1.1 State the content of iron ore (Huraian Kandungan Bijih Besi)

Bijih   besi  adalah  merupakan  bahan  utama  dalam pengeluaran  besi jongkong. Ketika bijih besi  dilombong ianya tidaklah berada dalam bentuk tulin. Ianya didapati  bersama-sama  dengan  sebatian  atau  unsur-unsur   lain  seperti   Oksida,   Sulfida,   Belerang,   Silikon   dan  sebagainya.

  

a. Magnetite

They are found throughout the world and are the most important iron ore in the world today.Bijih besi ini senang didapati diseluruh dunia, ia merupakan galian yang amat penting sekarang   Bijih besi magnetit mempunyai 72.4% kandungan besi dalam  keadaan besi  dan  didapati dalam bentuk tanah  atau  batu- bata. Ia mempunyai sifat-sifat magnet dan  berwarna  kehitam-hitaman.


b. Iron carbonate
 Siderite is iron carbonate and is called "white iron" as it forms a white crystalline mass when it is pure. Less pure forms can be buff or grey. Siderite adalah karbonat besi yang juga dipanggil "besi putih" ia kelihatan berhablur putih apabila berkeadaan tulen. Bentuk yang kurang tulen akan berbentuk warna buff atau kelabu. Ianya  mempunyai  kandungan besi sebanyak  30%  dan  berwarna  coklat kekuning-kuningan  serta  terdapat berlapis-lapis   dengan  batu  mendak  yang   lain, terutamanya dengan batu berkarbon. Bijih besi boleh  juga  dikelaskan mengikut jenis `gauge' yang  wujud  iaitu sama ada `gauge' kaya dengan silika atau kaya   dengan Kalsium Oksida (CaO). 


c. Hematite

is iron oxide (Fe2O3). The amount of hematite needed in any deposit to make it profitable to mine must be in the tens of millions of tons. Hematit ialah besi oksida (Fe2O3). Untuk mendapat sejumlah galian bijih besi keluaran relau memerlukan perlonbongan berpuluh-puluh juta tan hematit. Bijih besi hematit mempunyai  40%  -  65%  kandungan  besi  dan merupakan   bijih   besi  yang   terbanyak   sekali  didapati. Ianya mungkin akan berkurangan 25% ketika  dilombong.  Besi  Hematit  berwarna  hitam   coklat hingga  kemerah-merahan. Ianya kadangkala  dicampur  dengan Sulfat Magnetit.


d. Limonite

iron ore is a yellowish or orange colour and was made up of a variety of iron oxides. Limonite ore is usually found nearer the surface than siderite with the result that quarries tended to produce limonite ore whereas iron mines often produced siderite. Bijih besi Limonit bewarna kekuningan atau oren dan wujud daripada pelbagai oksida besi. Limonit bijih biasanya dijumpai dekat permukaan bumi yang diproses di kuari sahaja berbanding siderite yang diproses di relau besi. Bijih besi limonit mengandungi  besi  sebayak  20%  -  55%  dan kandungan air sebanyak 40%. Warnanya adalah  kuning  coklat,  tetapi apabila air dikeluarkan ianya  akan  bertukar warna bijih Hematit. Ia berada dalam tanah  gambut juga dikenali sebagai Hematit coklat.

2.1.2 Explain the process of iron production by using Blast Furnace  (Menerangkan Proses pegeluaran besi menggunakan Relau Bagas)

Terdapat berbagai cara untuk menghasilkan besi.  Dalam proses menghasilkan besi terdapat tiga jenis relau yang digunakan untuk menghasilkan besi.  Relau-relau tersebut ialah relau bagas, relau reduksi terus dan relau kupola. 

Tahukah anda relau mempunyai bentuk seperti sebuah menara yang berbentuk kon. Tinggi menara ini  lebih kurang 30 m tinggi dan berdiameter 7 m. Ia terbahagi kepada dua bahagian iaitu kebuk pembakaran (stove) yang mana gas  pancutan  relau   dipanaskan dan binaan  batu-bata  yang  menyediakan  permukaan  yang luas untuk menerima dan membebaskan haba. Sila rujuk gambarajah.




Bahagian-Bahagian Sebuah Relau Bagas.


1) Bahagian AtasTerdapat  seperti loceng di bahagian atas yang  bertugas untuk mengawal daripada pecah serta menjaga haba  daripada  keluar. Dinding luarnya diperbuat daripada  kalis haba atau keluli haba di bahagian dalamnya juga disaluti dengan seramik yang juga kalis haba. Injap besar dan  kecil  pula  bertugas untuk  mengawal  bahan-bahan  cas dalam relau yang dibawa oleh gerabak khas yang  dipanggil `SKIP'.  
 
2) Bahagian Sokongan
                  
Struktur  ini disokong oleh tiga  bahagian  yang berlainan  iaitu bahagian DANDANG (stove)  atau HEARTHBOSH dan STACK.  Stack  dilapisi dengan silika  alumina  manakala  karbon untuk bahagian hearth.
  
3) Paip Saluran 

Paip  saluran  keluar bagi  mengeluarkan  gas  yang telah  dibakar. Saluran tuyer pula membawa udara  panas ke dalam relau dan 2 lubang penirusan di bahagian bawah yang  berasingan  untuk  mengeluarkan  besi  lebur  dan  sangga.

                        4)Bahan Mentah

Bahan  mentah yang padu digunakan dalam relau ini  untuk  dibawa ke bahagian atas relau dengan menggunakan kereta pengangkut.  Bahan mentah ini dimasukkan ke dalam  relau melalui pengagih bergerak dan melalui penggunaan loceng  kecil  dan loceng besar. Kedua-dua loceng tersebut  ini mengawal kehilangan beban gas. Udara panas yang berterusan  akan disemburkan melalui sebilangan  bukaan  yang dipanggil `TUYER' di bahagian bawah dekat `bosh'.   

5)Proses Peleburan 

Tuyer  diperbuat  daripada tembaga  dan  disejukkan  oleh  air. Ketuhar pancutan udara panas digunakan untuk memanaskan  udara sehingga 1100 oC. Udara disejukkan dan gas panas yang dibakar  mengalir  secara berulang-ulang pada arah yang  bertentangan melalui  ketuhar.  Dengan bantuan gas  panas,  binaan batu- bata itu menjadi panas dan akan  membebaskan haba untuk  memanaskan  semula  semburan  udara  yang  telah  disejukkan  tadi. Kaedah ini dikenali dengan  panggilan `REGENERATION'.  Untuk membekalkan semburan panas  yang  berterusan,  setiap  relau mempunyai  beberapa  ketuhar  yang  bekerja secara bergilir-gilir . Besi  dikeluarkan  dari  relau  setiap 2 jam. Tanah liat  menutupi  lubang  digerudi  dan setelah semua kerja mengeluarkan  selesai  ianya ditutup semula dengan menggunakan `CLAY GUN'




Tindakbalas  Kimia  Dalam Pengeluaran Besi  Dari  Relau Bagas

Zon reaksi utama dalam Relau Bagas  adalah  seperti   yang terdapat dalam gambarajah di bawah. Peleburan besi dalam Relau Bagas boleh diringkaskan seperti berikut:

            Bijih  besi  + kok(arang) + batu kapur + udara ------------>  besi  +   sangga  +  gas.

1)    Tiga  Proses Kimia Yang Penting Berlaku  Di  Dalam Relau
Bagas.

                                                    i.          Pembakaran karbon dalam arang kok dengan  oksigen
       dalam semburan udara.
                                                   ii.          Reduksi oksida kepada besi.
                                                  iii.          Memfluskan `gauge' bijih besi dan  abu  daripada  bijih besi
       dengan  menggunakan batu kapur.

             
Keburukan Melebur Menggunakan  Relau Bagas.
                              i.                Modal dan kos operasi yang tinggi.
                             ii.                Pengawalan komposisi besi adalah agak lemah.
                            iii.                Relau   kecil  yang menggunakan  kok  adalah  tidak cekap,
            manakala    pengeluaran besar  relau dari  relau besar adalah tidak             diperlukan.
               

Pilihan Lain Selain Daripada Operasi Relau Bagas.

                              i.                Penggunaan relau `small-stack' iaitu di mana  bahan- bahan
               berkarbon.
                             ii.                Meleburkan  cara arka elektrik pada kawasan di  mana  bekalan
tenaga elektrik adalah murah.


Contoh Penghasilan Menggunakan Relau Bagas.
    
          Untuk  menghasilkan satu tan besi  jongkong, kita memerlukan bahan mentah seperti   berikut :
2 tan bijih besi  +  1 tan arang kok.  + 1/2 tan batu kapor   -------->   1  tan besi
          * Bahan mentah ini mestilah dicampurkan semua sekali.

Hasil Keluaran Relau Bagas.

Relau  Bagas  digunakan untuk  melebur  bijih  besi  untuk  dijadikan besi jongkong. Besi jongkong  tersebut mengandungi  93%  besi tulin, 3% - 5%  karbon,  silika, belerang, fosforus dan manggan. Oleh kerana ia mengandungi berbagai kandungan,  ini menyebabkan  ia  belum bersedia untuk  digunakan.  Besi jongkong  adalah bahan utama untuk membuat besi  tuang, besi tempa dan keluli. Selain daripada itu sangga dapat digunakan  apabila  ia telah diasingkan  daripada  besi cair  dalam  relau Bagas. Ia  digunakan  untuk  membuat  jalan raya dan blok bangunan.
 
2.2 Understand the steel production (Memahami pengeluaran Keluli)

Dalam proses menghasilkan kekuli terdapat tiga jenis relau yang digunakan untuk menghasilkan keluli.  Relau-relau tersebut ialah relau arka elektrik, relau asas oksigen , relau dedah dan relau bessemer.

2.2.1 Explain the process of steel production by using these methods (Menerangkan proses pengeluaran Kelului menggunakan kaedeah)

a. Basic Oxygen Furnace (BOP) (Relau Asas Oksigen)

Bentuk relau ini hampir sama dengan relau  Bessemer. Ia menggunakan  oksigen tulin manakala relau Bessemer menggunakan oksigen yang bercampur dengan  nitrogen  dan  disalurkan dari bawah.  Gambarajah: Menunjukkan sebuah relau asas oksigen.




Operasi Relau Asas Oksigen .

                        Proses   ini  adalah  lebih  baik   daripada   relau Bessemer.  Ia  boleh  bergerak secara mengufuk dan menegak ditunjukkan seperti gambarajah.  Semasa digunakan relau diisi dengan besi  cair dan 30% besi sekerap, semasa relau berada dalam  keadaan condong,  kemudian ia digerakkan ke kedudukan tegak. Pancutan oksigen dengan kelajuan tinggi dihala kepermukaan kandungan cairan seperti yang ditunjukkan dalan Gambarajah.  Oksigen  ini disejukkan  dengan  menggunakan  air.





                 Sebahagian  daripada  karbon  dalam  bahan   ditukar menjadi  oksida  berbentuk gas yang  kemudiannya  keluar daripada  relau melalui salurannya. Bendasing yang  lain juga membentuk oksida dan kemudian bertindakbalas dengan batu  kapor  membentuk  sangga (slag).  Setelah  selesai  relau  dicondongkan  ke kedudukan mengufuk  untuk  mengeluarkan keluli lembut lebur dan diterbalikkan untuk mengeluarkan  sangga seperti yang ditunjukkan dalan Gambarajah

Penghasilan Daripada Relau Asas Oksigen.

 Ia  dapat  mengeluarkan keluli yang  bermutu  tinggi  dengan cepat iaitu 80 tan sejam. Cecair keluli  biasanya dijadikan jongkong keluli.







b. Electric Arc Furnace


Relau Arka Elektrik
 Tahukah anda Relau Arka Elektrik ini mempunyai keupayaan yang  tinggi serta mudah untuk dikendalikan berbanding  dengan  relau lain. Kadar oksigen yang rendah di  dalam  relau menyebabkan ianya sesuai untuk menghasilkan keluli  aloi  kerana  logam  yang  dicampurkan  tidak   bertindakbalas dengan oksigen di dalam relau. Suhu yang tidak digunakan adalah kira-kira 3 000 oC. Relau ini digunakan secara meluas dan sangat sesuai untuk peningkatan gred bagi keluli  serta  menghasilkan  keluli alat dan keluli aloi yang berkualiti tinggi tanpa bantuan bahan pembakar. Relau ini boleh mengeluarkan 120 tan keluli dalam masa 4 jam.
 Bentuk Relau Arka Elektrik

Relau arka  elektrik  mempunyai  bentuk   melekung  seperti  sebuah selinder cembung. Ia diperbuat  daripada keluli  dan  disaluti  dengan  bata  yang  kalis  haba. Penutupnya pula boleh dialihkan dan terdapat tiga laluan atau bukaan yang mana elektrod karbon boleh  digerakkan  dengan  bebas.  Tiga elektrod tersebut  digunakan  untuk  membekalkan arka elektrik  dan seterusnya dapat meleburkan bahan-bahan mentah semasa menjalani proses  elektrolisis seperti yang ditunjukkan dalam Gambarajah: 3.9. Alat penggerak elektrik yang digunakan dalam relau ini mempunyai voltan yang tinggi bagi membantu peleburan. Ia menggunakan penyejuk yang melalui  saluran tembaga di luar relau. Oksigen yang digunakan adalah oksigen asli yang dibekalkan secara jet.

Operasi Relau Arka Elektrik

Operasi   dalam  Relau  Arka  Elektrik   ini   boleh dibahagikan kepada empat peringkat iaitu  pengecasan, peleburan, pengasingan dan pengakhiran.




1) Pengecasan

Bahan cas yang mengandungi sekerap keluli, pig iron, besi  oksida dan kapur dimasukkan ke dalam  relau.  Arus elektrik dialirkan ke elektrod karbon untuk  membekalkan arka elektrik yang ditunjukkan pada gambarajah.


2) Peleburan
 Arka elektrik yang haba yang tinggi akan  meleburkan  bahan  cas beroksigen. Silikon, mangganes  dan  fosforus mula teroksid dan bercampur dengan kapur untuk membentuk sangga  asas. Peleburan  yang berlaku  adalah  peleburan tulin.  Oleh kerana elektrod karbon yang terbakar,  maka tiada logam yang hilang seperti gambarajah

3) Pengasingan
Gambarajah  menunjukkan perpindahan  fosforus bergantung kepada sangga  asas dalam  kalsium oksid. Kapur, flourospar dan besi  oksida dicampur  untuk  membentuk  sangga  yang  bertindakbalas dengan   bendasing.  Setelah  tindakbalas  berlaku,   ia membentuk   keluli   berkomposisi   yang   dikehendakki.  Kemasukan sulfur kepada sangga sebagai kalsium  sulfida.  Tindakbalas tersebut adalah seperti berikut ;

                                            FeS + CaO + C        -------------->          CaS + Fe + CO


4) Pengakhiran

Logam lebur adalah diperolehi dengan komposisi  yang  dikehendakki  oleh penambahan aloi dan  suhu  diubahsuai seperti    yang   dikehendakki.    Keluli    dioksidakan menggunakan   aluminium,   Ferro-Silikon   atau   Ferro-Mangganes. Untuk  mengambil keluli, sangga dikait atau  dituang daripada  permukaannya dahulu kemudian  diasingkan  atau  dialirkan melalui   lubang/saluran   keluar    dengan  mencondongkan relau yang ditunjukkan pada gambarajah


Kebaikan Relau Arka Elektrik

                              i.                Perpindahan atau perubahan sulfur adalah bersesuaian.
                             ii.                Pembakaran  dapat  dikawal dan  diatur  dengan  lebih  berkesan.
                            iii.                Tiada gas pengoksidaan menghasilkan keluli berkualiti  tinggi.
                           iv.                Suhu boleh dikawal dengan tepat.
                            v.                Penambahan elemen aloi boleh dibuat dengan betul.
                           vi.                Relau ini bebas dari kekotoran dan asap.


Comments

Aina Joanne said…
terima kasih atas info tuan yang sangat berharga.
Aina Joanne said…
terima kasih atas info tuan yang sangat berharga.

Popular posts from this blog

DJM2012_NOTA_SISTEM KAWALAN KOMPUTER

JF302 BAB 6- PLASTIK