Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth ini meliputi 3 periode yaitu :
a. Periode memasukkan dan mencairkan bahan isian.
b. Periode mendidihkan cairan logam isian.
c. Periode membersihkan/memurnikan (refining) dan deoksidasi
d. Bahan bakar yang dipakai adalah: campuran blast furnace gas dan cokes oven gas.
Bahan isian : besi mentah dan baja bekas beserta bahan tambah ditaruh dalam heart lewat puntu pengisian.
Gambar Dapur Siemens Martin (klik gambar untuk memperbesar)
Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth furnace ini dapat dalam keadaan basa atau asam (basic or acid open-hearth). Pada basic open-hearth furnace, dinding bagaian dalam dapur dilapisi dengan magnesite brick. Bagian bawah untuk tempat logam cair dan terak dari bahan magnesite brick atau dolomite harus diganti setiap kali peleburan selesai. Terak basa yang dihasilkan + 40 - 50 % CaO.
Pada acid open-hearth furnace, dinding bagian dalam dapur dilapisi dengan dinas-brick. Bagian bawah dinding dapur harus diganti setiap kali peleburan selesai. Terak yang dihasilkan mengandung silica yang cukup tinggi yaitu 50 - 55 % SiO2. Pada proses basic ataupun acid dapat menggunakan bahan isian padat ataupun cair.
Proses yang menggunakan isian padat biasa disebut “Scarp and pig process” yaitu proses yang isian padatnya terdiri dari besi mentah (pig iron), baja bekas (Scrap steel) dan sedikit bijih besi (iron ore). Proses yang mengggunakan besi mentah cair terdiri dari besi mentah cari + 60 % dan baja bekas kira-kira 40 % dan sedikit bijih besi dan bahan tambah. Cara ini biasa dikerjakan pada perusahaan dapur tinggi (blast furnace) dimana besi mentah cair dari dapur tinggi tersebut langsung diproses pada open-hearth furnace.
1. Proses Basic Open-Hearth
Pada proses basic open-hearth ini, mula-mula ke dalam dapur dimasukkan baja bekas (scarap steel) yang ringan kemudian baja bekas yang berat. Setelah itu ditambahkan bahan tambah (batu kapaur) dan bijih besi yang diperlukan untuk membentuk terak pertama.
Pada akhir proses peleburan, sebagian Phospor (P) yang terdapat dalam besi mentah akan berubah menjadi terak “
Untuk menjaga agar terak tidak masuk/berekasi kembali dengan logam cair, maka kira-kira 40% - 50% terak tersebut lekas dikeluarkan dan juga perlu ditambahkan batu kapur untuk membentuk terak yang baru. Sebagian Sulfur (S) dapat dikeluarkan dari logam dengan reaksi :
Reaksi ini diikuti dengan kenaikan temperatur yang tinggi dan terak CaS yang terjadi berupa terak basa.
Macam-macam baja paduan dapat dihasilkan dalam open-hearth furncae, yaitu dengan menambahkan bahan paduan yang dikehendaki seperti : tembaga, chrome, nikel dan sebagainya. Untuk deoxidasi terakhir, biasanya dengan menambahkan Alumunium ke dalam kowi tempat menampung/mengetap baja cair yang dihasilkan agar kadar silicon dapat dibatasi. Pertama-tama baja bekas dan batu kapur dimasukkan ke dalam dapur. Kemudian dipanaskan sampai temperatur yang cukup, lalu bahan isian cair dimasukkan lewat pintu pemasukan. Reaksi kimia terjadi serupa dengan di atas.
2. Proses Acid Open-Hearth
Proses acid open-hearth membutuhkan bahan isian berkualitas lebih baik dengan kadar Phospor P < 0,03% dan kadar Sulphur S < 0,03%. Proses ini biasanya memakai bahan isian padat dengan 30 - 50 % berat baja bekas. Kandungan Silicon dipertahankan < 0,6%, kandungan Silicon ini perlu dipertahankan dalam kadar yang rendah sebab pada akhir periode pemanasan, kandungan Silicon akan naik.
Pada proses ini, biji besi tidak boleh ditambahkan pada bahan isian, dimana hal itu dapat menimbulkan reaksi dengan Silica pada bagian tungku berupa 2FeO.SiO2. Setelah pengisian dan pemanasan, besi, Silicon dan Mn dioksidasi dan bersatu dengan bahan tambah dan membentuk terak pertama (+ 40% SiO2).
3. Efisiensi Ekonomis Operasi Open-Hearth Furnace
Faktor-faktor ekonomis yang utama pada operasi Open-hearth furnace adalah :
Pemakaian bahan bakar setiap ton berat baja yang dihasilkan. Produksi baja dalam ton berat, setiap m2 luas tungku dalam tiap 24 jam. Pemakaian bahan bakar setiap berat baja cair tergantung pada banyak faktor, antara lain :
a. Komposisi bahan isian (charge)
b. Thermal capacity dari dapur.
Pada prakteknya diperlukan panas 700 - 1400 Kcal untuk setiap kg baja. Untuk keperluan ini biasa digunakan bahan bakar + 10 -25 % dari berat baja yang dihasilkan. Untuk bahan isian cair akan memerlukan bahan bakar yang sedikit dibandingkan dengan bila bahan isian padat. Produksi baja dalam ton tiap m2 luasan tungku dihitung berdasarkan produksi out put dapur dalam ton berat dibagi luasan tungku Q/m2.
Cara untuk menaikkan efisiensi ekonomis adalah dengan cara menggunakan udara yang banyak mengandung Oksigen untuk membakar bahan bakar. Dengan cara ini, temperatur nyala api (flame) dapat naik sehingga radiasi dari nyala api dapat bertambah dan pembakaran dapat lebih sempurna.
Dengan penambah Oksigen ini akan dapat pula mengurangi kadar Carbon ( C ) dalam baja. Dengan cara ini produksi dapat naik + 25 - 30 %. Dengan memakai “Auotmatic control”, akan menaikan efisiensi bb (5%); output (8%); umur lapisan dalam (9%).
