Basic Oxygen Furnace (BOF): Proses & Peralatan Pembuatan Baja Kunci

Definisi dan Konsep Dasar

Basic Oxygen Furnace (BOF), juga dikenal sebagai konverter Basic Oxygen Steelmaking (BOS), adalah proses pembuatan baja utama yang mengubah besi cair dari tungku tinggi menjadi baja dengan meniupkan oksigen ke dalamnya. Proses ini sangat penting dalam industri baja karena produktivitasnya yang tinggi, efisiensi, dan kemampuannya untuk memproduksi jumlah besar baja dengan komposisi kimia yang terkontrol.

Tujuan utama dari BOF adalah untuk mengurangi kandungan karbon dalam besi cair, menghilangkan kotoran seperti silikon, mangan, fosfor, dan sulfur, serta menyempurnakan baja agar memenuhi standar kualitas tertentu. Ini berfungsi sebagai langkah kritis dalam rantai pembuatan baja terintegrasi, menghubungkan tungku tinggi dan operasi pemurnian atau pengecoran sekunder.

Posisi BOF setelah tungku tinggi dalam alur produksi baja, mengubah pig iron—yang ditandai dengan kandungan karbon tinggi dan kotoran—menjadi baja cair yang cocok untuk pengecoran dan pemrosesan lebih lanjut. Operasinya secara signifikan mempengaruhi kualitas baja akhir, konsumsi energi, dan emisi lingkungan.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa dasar di balik BOF melibatkan meniupkan oksigen murni tinggi pada kecepatan supersonik ke dalam besi cair, memulai reaksi oksidasi eksotermik. Reaksi ini menghasilkan panas, yang mempertahankan proses peleburan dan mengurangi kebutuhan untuk input energi eksternal.

Komponen teknologi kunci termasuk wadah konverter, peluncur oksigen, sistem tambahan (seperti mekanisme penyaringan terak dan penyaluran), dan pelapisan refraktori. Konverter adalah cangkang baja besar yang dilapisi refraktori dan didinginkan dengan air, berbentuk seperti wadah silindris atau kerucut, biasanya berkisar antara 150 hingga 400 ton kapasitas.

Peluncur oksigen adalah pipa vertikal yang memperkenalkan oksigen ke dalam logam cair. Ini dipasang pada manipulator mekanis yang memungkinkan penempatan dan pergerakan yang tepat selama proses tiup. Proses ini melibatkan penyuntikan oksigen melalui peluncur, yang bereaksi dengan karbon dan kotoran, membentuk gas dan terak.

Aliran material melibatkan penyuntikan oksigen, oksidasi kotoran, pembentukan terak, dan penyaluran baja cair. Proses ini sangat dinamis, dengan pemantauan terus-menerus terhadap suhu, komposisi kimia, dan karakteristik terak untuk mengoptimalkan reaksi.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk laju aliran oksigen, tinggi peluncur, durasi tiup, suhu, dan komposisi terak. Laju aliran oksigen yang tipikal berkisar antara 10.000 hingga 30.000 Nm³/jam, tergantung pada ukuran tungku dan intensitas reaksi yang diinginkan.

Durasi tiup umumnya berkisar antara 15 hingga 30 menit, dengan penyesuaian berdasarkan komposisi awal besi dan grade baja yang diinginkan. Suhu dipertahankan antara 1.600°C dan 1.700°C untuk memastikan peleburan dan kinetika reaksi yang lengkap.

Hubungan antara parameter ini mempengaruhi kimia baja, kontrol suhu, dan efisiensi penghilangan kotoran. Misalnya, laju aliran oksigen yang lebih tinggi mempercepat dekarbonisasi tetapi dapat meningkatkan konsumsi energi dan pembentukan terak.

Sistem kontrol menggunakan sensor canggih, seperti pirometer optik, analyzer gas, dan monitor terak, yang terintegrasi ke dalam platform otomatisasi. Sistem ini memungkinkan penyesuaian waktu nyata untuk mengoptimalkan stabilitas proses, penggunaan energi, dan kualitas produk.

Konfigurasi Peralatan

Instalasi BOF yang tipikal terdiri dari cangkang baja yang dilapisi refraktori yang dipasang pada mekanisme miring untuk memudahkan penyaluran. Dimensi wadah bervariasi, dengan diameter dari 4 hingga 8 meter dan tinggi hingga 15 meter, tergantung pada kapasitas.

Variasi desain termasuk konverter oksigen dasar dengan pelapisan refraktori yang berbeda, panel yang didinginkan dengan air, dan pengaturan peluncur. Seiring waktu, inovasi telah meningkatkan daya tahan refraktori, otomatisasi peluncur, dan kontrol lingkungan.

Sistem tambahan termasuk peralatan penanganan terak, unit ekstraksi debu, dan sistem pembersihan gas seperti pemisah elektrostatik atau filter kantong untuk menangkap emisi partikel. Pabrik modern juga mengintegrasikan sistem pemulihan energi, seperti boiler limbah panas, untuk meningkatkan efisiensi keseluruhan.

Kimia Proses dan Metalurgi

Reaksi Kimia

Reaksi kimia utama melibatkan oksidasi karbon, silikon, mangan, fosfor, dan sulfur:

• Oksidasi karbon:
  C + ½ O₂ → CO (gas)
  C + O₂ → CO₂ (gas)

• Oksidasi silikon:
  Si + O₂ → SiO₂ (terak)

• Oksidasi mangan:
  Mn + ½ O₂ → MnO (terak)

• Penghilangan fosfor:
  P + 5/2 O₂ → P₂O₅ (terak)

• Penghilangan sulfur difasilitasi oleh terak dasar, yang menyerap sulfur sebagai sulfida atau oksida.

Secara termodinamika, reaksi ini bersifat eksotermik, melepaskan panas yang mempertahankan proses. Kinetika tergantung pada suhu, aliran oksigen, dan konsentrasi kotoran.

Produk reaksi termasuk CO dan CO₂ gas, yang melarikan diri dengan gas buang, dan terak yang mengandung oksida silikon, mangan, fosfor, dan kotoran lainnya. Komposisi terak dikontrol dengan hati-hati untuk mengoptimalkan penghilangan kotoran.

Transformasi Metalurgi

Selama proses tiup, mikrostruktur logam cair berkembang saat kotoran dioksidasi dan dihilangkan. Kandungan karbon menurun dari sekitar 4-5% dalam pig iron menjadi di bawah 0.1-0.2% dalam baja.

Transformasi fase melibatkan pembentukan baja cair homogen dengan komposisi yang terkontrol, diikuti oleh pembekuan selama pengecoran. Proses ini juga melibatkan pembentukan lapisan terak dasar yang memfasilitasi penyerapan kotoran.

Transformasi ini mempengaruhi sifat mekanik seperti kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan. Kontrol yang tepat memastikan mikrostruktur berkembang dengan butiran halus dan seragam, mengurangi cacat seperti porositas atau segregasi.

Interaksi Material

Interaksi antara logam cair, terak, pelapisan refraktori, dan atmosfer sangat penting. Terak bertindak sebagai penyangga kimia, menyerap kotoran dan melindungi refraktori dari korosi.

Bahan refraktori, biasanya bata berbasis magnesia, dipilih karena titik lebur tinggi dan stabilitas kimianya. Namun, mereka rentan terhadap keausan akibat korosi terak dan siklus termal.

Gas atmosfer, termasuk nitrogen dan oksigen residu, dapat menyebabkan oksidasi atau kontaminasi jika tidak dikendalikan dengan baik. Sistem pengolahan gas buang mencegah pelepasan lingkungan dan memulihkan gas berharga seperti CO dan CO₂.

Mechanisme kontaminasi termasuk infiltrasi terak ke dalam retakan refraktori dan pengambilan logam dari erosi refraktori. Desain pelapisan yang tepat, kontrol proses, dan pemeliharaan mengurangi masalah ini.

Alur Proses dan Integrasi

Bahan Masukan

Bahan masukan utama adalah pig iron cair, biasanya dengan kandungan karbon 3-4%. Ini disuplai dari tungku tinggi melalui mobil torpedo atau ladle.

Fluks seperti kapur (CaO), dolomit, dan fluorspar ditambahkan untuk mengontrol kimia terak dan memfasilitasi penghilangan kotoran. Bata refraktori dan gas tambahan juga merupakan bahan masukan penting.

Kualitas masukan, terutama komposisi awal pig iron, sangat mempengaruhi efisiensi proses dan kualitas baja. Tingkat kotoran yang tinggi mungkin memerlukan waktu tiup yang lebih lama atau langkah pemurnian tambahan.

Urutan Proses

Kembali ke blog

Tulis komentar

Nama *

Email *

Komentar *