Proses Agregasi dalam Produksi Baja: Teknik & Signifikansi

Definisi dan Konsep Dasar

Proses aglomerasi dalam industri baja mengacu pada serangkaian perlakuan termal dan mekanis yang digunakan untuk mengubah bahan baku halus, granular, atau bubuk—seperti bijih besi halus, debu, atau residu halus lainnya—menjadi bentuk yang lebih besar, lebih mudah dikelola, dan kompatibel dengan proses. Proses ini menghasilkan aglomerat seperti pelet, sinter, atau briket yang memfasilitasi penanganan, transportasi, dan reaksi metalurgi yang efisien.

Tujuan dasar dari aglomerasi adalah untuk meningkatkan karakteristik bahan baku, seperti kemampuan reduksi, permeabilitas, dan kekuatan mekanis, sehingga mengoptimalkan perilaku mereka selama operasi tanur tiup atau reduksi langsung. Proses ini berfungsi sebagai langkah persiapan kritis dalam pembuatan baja primer, menjembatani kesenjangan antara pengolahan bahan baku dan tahap reduksi atau peleburan suhu tinggi.

Dalam keseluruhan rantai pembuatan baja, proses aglomerasi ditempatkan setelah pengolahan atau perlakuan mirip pengolahan dan sebelum peleburan atau reduksi. Mereka merupakan bagian integral dari tahap persiapan bahan baku, memastikan kualitas umpan yang konsisten dan meningkatkan efisiensi proses di hilir.

Desain dan Operasi Teknis

Teknologi Inti

Proses aglomerasi didasarkan pada prinsip perlakuan termal, pemadatan mekanis, dan pengikatan kimia. Rekayasa inti melibatkan transformasi partikel halus menjadi massa yang lebih besar, berbentuk bulat atau tidak teratur yang memiliki kekuatan mekanis dan permeabilitas yang cukup untuk proses metalurgi selanjutnya.

Peletisasi, sintering, dan briketisasi adalah pendekatan teknologi utama. Peletisasi melibatkan penggulungan bahan halus yang lembab menjadi pelet bulat, yang kemudian dipadatkan melalui perlakuan termal. Sintering melibatkan pemanasan campuran bahan halus dan fluks untuk sebagian mencairkan partikel menjadi aglomerat yang berpori dan kuat. Briketisasi memadatkan bahan halus menjadi blok padat menggunakan mesin press mekanis, sering kali dengan pengikat.

Komponen teknologi kunci termasuk peletizer disk atau drum, mesin sinter strand, dan press briket hidrolik atau mekanis. Unit peralatan ini memfasilitasi pencampuran, pembentukan, dan perlakuan termal bahan baku. Alur proses melibatkan pemberian bahan halus mentah, penambahan pengikat atau fluks jika diperlukan, membentuk material, dan kemudian menerapkan panas untuk memicu pengikatan dan pengembangan kekuatan.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk kandungan kelembaban, suhu, waktu tinggal, dan penambahan pengikat. Tingkat kelembaban yang khas untuk peletisasi berkisar antara 8-12%, sementara suhu sintering berkisar antara 1250°C hingga 1350°C. Briketisasi sering kali memerlukan tingkat kelembaban 8-15% dan tekanan pemadatan 100-300 MPa.

Parameter proses secara langsung mempengaruhi sifat fisik dan metalurgi dari aglomerat. Misalnya, suhu yang lebih tinggi selama sintering mendorong pengikatan yang lebih baik tetapi dapat menyebabkan pencairan atau deformasi yang berlebihan jika tidak dikendalikan. Kandungan kelembaban mempengaruhi kekuatan hijau dan permeabilitas, berdampak pada penanganan dan reduksi selanjutnya.

Sistem kontrol menggunakan sensor dan otomatisasi untuk memantau suhu, kelembaban, dan kekuatan mekanis. Umpan balik mengatur laju umpan, penambahan pengikat, dan input termal untuk mempertahankan kondisi optimal, memastikan kualitas produk yang konsisten.

Konfigurasi Peralatan

Pabrik peletisasi yang khas dilengkapi dengan peletizer disk atau drum dengan diameter berkisar antara 3 hingga 6 meter, mampu memproduksi beberapa ton per jam. Pabrik sinter menggunakan strand sinter kontinu, sering kali selebar 1-2 meter, dengan panjang 20-50 meter, beroperasi pada kecepatan 0,2-0,5 meter per menit.

Peralatan briketisasi termasuk press hidrolik dengan kapasitas dari 100 hingga 500 ton per jam, dirancang untuk berbagai ukuran dan kandungan kelembaban bahan baku. Sistem tambahan mencakup sabuk konveyor, pengumpan, unit pengering, dan zona pendinginan, yang mendukung operasi kontinu.

Evolusi desain telah fokus pada peningkatan throughput, efisiensi energi, dan kepatuhan lingkungan. Pabrik modern menggabungkan otomatisasi canggih, pengumpulan debu, dan sistem kontrol emisi untuk meminimalkan dampak lingkungan dan meningkatkan keandalan operasional.

Kimia Proses dan Metalurgi

Reaksi Kimia

Selama aglomerasi, terutama dalam sintering dan peletisasi, reaksi kimia utama melibatkan oksidasi, reduksi, dan peleburan konstituen mineral. Dalam sintering, fluks seperti batu kapur atau dolomit bereaksi dengan kotoran, membentuk fase terak yang memfasilitasi pengikatan.

Secara termodinamika, reaksi seperti pembentukan silikat kalsium, aluminat, dan oksida kompleks lainnya terjadi pada suhu tinggi, mendorong pembentukan fase cair yang membantu dalam pengikatan partikel. Kinetika tergantung pada suhu, ukuran partikel, dan komposisi, dengan laju reaksi meningkat seiring dengan suhu yang lebih tinggi dan partikel yang lebih halus.

Produk reaksi termasuk fase sinter atau pelet yang kaya akan oksida besi, silikat, dan senyawa mineral lainnya. Produk sampingan seperti terak, debu, dan gas buang (CO2, SOx, NOx) dihasilkan, memerlukan pengelolaan yang tepat.

Transformasi Metalurgi

Proses aglomerasi menyebabkan perubahan mikrostruktur pada bahan baku. Dalam sintering, pencairan sebagian menciptakan jaringan berpori yang saling terhubung dari fase mineral yang menyatu, yang saat mendingin mengeras menjadi struktur yang kuat secara mekanis.

Peletisasi melibatkan transformasi metalurgi minimal selama pembentukan tetapi memerlukan perlakuan termal untuk mengembangkan kekuatan. Mikrostruktur dari aglomerat akhir mempengaruhi kemampuan reduksi, permeabilitas, dan kekuatan mekanis.

Transformasi fase termasuk reduksi oksida besi menjadi besi logam selama tahap reduksi selanjutnya, dengan struktur aglomerat awal mempengaruhi efisiensi transformasi ini. Pengendalian yang tepat terhadap transformasi metalurgi memastikan sifat optimal untuk proses hilir.

Interaksi Material

Interaksi antara partikel yang mengandung logam, fase terak, dan pelapisan refraktori sangat penting. Selama sintering suhu tinggi, fase terak cair dapat menyebabkan erosi atau degradasi bahan refraktori.

Kontaminasi dari kotoran dalam bahan halus mentah, seperti sulfur atau fosfor, dapat terintegrasi ke dalam aglomerat, mempengaruhi kualitas baja. Untuk mengendalikan interaksi yang tidak diinginkan, parameter proses dioptimalkan, dan bahan baku berkualitas tinggi dipilih.

Mekanisme seperti pemisahan terak-logam, difusi, dan segregasi fase mempengaruhi sifat produk akhir. Pengendalian proses yang tepat meminimalkan kontaminasi dan meningkatkan konsistensi produk.

Alur Proses dan Integrasi

Bahan Masukan

Proses aglomerasi memerlukan konsentrat bijih besi halus, debu, skala pabrik, atau bahan halus residu lainnya dengan distribusi ukuran tertentu (biasanya di bawah 0,1-0,5 mm). Bahan-bahan ini sering kali diperlakukan sebelumnya untuk menyesuaikan kelembaban dan komposisi.

Persiapan melibatkan penghancuran, penyaringan, dan pencampuran untuk mencapai keseragaman. Aditif seperti pengikat bentonit, fluks, atau pengikat organik dapat dimasukkan untuk meningkatkan kekuatan aglomerat.

Kualitas input secara langsung mempengaruhi kinerja proses; tingkat kotoran yang tinggi dapat menyebabkan pengikatan yang buruk, pembentukan terak yang berlebihan, atau kemampuan reduksi yang inferior. Kualitas bahan baku yang konsisten memastikan operasi yang stabil dan kualitas produk.

Urutan Proses

Urutan yang khas dimulai dengan persiapan bahan baku, diikuti dengan pencampuran dan pengondisian. Untuk peletisasi, campuran dimasukkan ke dalam peletizer disk atau drum, di mana kelembaban dan pengikat ditambahkan, dan pelet hijau dibentuk.

Pelet hijau