Blast Furnace: Peralatan Kunci dan Perannya dalam Produksi Baja
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Definisi dan Konsep Dasar
Sebuah Blast Furnace adalah reaktor poros vertikal besar yang digunakan terutama dalam proses pembuatan baja primer untuk mengubah bijih besi menjadi besi cair, yang biasa dikenal sebagai pig iron. Ini beroperasi dengan mengurangi oksida besi dalam bijih menjadi besi logam melalui proses reduksi kimia, memanfaatkan bahan bakar kaya karbon seperti kokas, bersama dengan semburan udara atau oksigen yang dipanaskan sebelumnya.
Pada dasarnya, blast furnace berfungsi sebagai reaktor inti di pabrik baja terintegrasi, membentuk langkah awal dalam mengubah bahan baku menjadi besi cair yang dapat diproses lebih lanjut menjadi baja. Ini ditempatkan dalam rantai pembuatan baja setelah persiapan bahan baku dan sebelum proses pemurnian baja seperti basic oxygen furnace (BOF) atau electric arc furnace (EAF). Perannya adalah untuk menghasilkan aliran terus-menerus dari besi cair, yang kemudian ditampung dan dipindahkan untuk pemrosesan selanjutnya.
Operasi blast furnace sangat penting karena menentukan efisiensi, kualitas, dan biaya produksi baja. Desain dan operasinya mempengaruhi komposisi kimia, profil suhu, dan produktivitas keseluruhan dari proses pembuatan baja.
Desain Teknis dan Operasi
Teknologi Inti
Blast furnace beroperasi berdasarkan prinsip reduksi kimia, transfer panas, dan dinamika fluida. Rekayasa dasar melibatkan poros silindris tinggi yang dilapisi dengan bahan refraktori untuk menahan suhu tinggi dan terak korosif.
Komponen teknologi kunci meliputi:
- Shell Furnace: Struktur utama yang mendukung komponen internal, biasanya terbuat dari pelat baja yang diperkuat untuk tahan terhadap suhu tinggi.
- Refractory Lining: Pelapisan isolasi dan pelindung yang tahan terhadap panas ekstrem dan serangan kimia.
- Sistem Stok: Sistem cerobong dan hopper untuk memberi makan bahan baku—bijih besi, kokas, dan fluks—ke bagian atas furnace.
- Bosh dan Stack Zones: Bagian bawah dan atas di mana reaksi kimia terjadi secara dominan.
- Tuyeres: Nosel yang terletak di sekitar keliling furnace yang menyuntikkan udara atau oksigen yang dipanaskan sebelumnya ke dalam zona semburan.
- Tap Hole: Saluran di bagian bawah untuk mengeluarkan besi cair dan terak.
- Sistem Pendingin: Panel dan staves yang didinginkan dengan air untuk mencegah overheating pada shell.
Operasi melibatkan pemberian bahan baku secara terus-menerus dari atas, dengan udara panas atau oksigen yang ditiup melalui tuyeres untuk mempertahankan suhu tinggi (~2000°C). Reduksi kimia dari oksida besi terjadi saat karbon monoksida yang dihasilkan bereaksi dengan bijih, menghasilkan besi cair dan CO₂. Besi cair mengumpul di bagian bawah, di mana ia ditampung secara berkala.
Parameter Proses
Variabel proses kritis meliputi:
Parameter Kinerja | Rentang Tipikal | Faktor yang Mempengaruhi | Metode Kontrol |
---|---|---|---|
Suhu Furnace | 1800–2000°C | Kecepatan bahan bakar, suhu semburan | Termokopel, sistem kontrol |
Tekanan Semburan Panas | 0.2–0.6 MPa | Desain tuyer, volume semburan | Sensor tekanan, katup kontrol aliran |
Kecepatan Kokas | 300–600 kg/t logam panas | Kualitas bahan baku, ukuran furnace | Regulasi kecepatan pemberian, kontrol kualitas |
Perkayaan Oksigen | 21–30% O₂ dalam semburan | Kecepatan reduksi yang diinginkan, efisiensi energi | Analisis gas, pengontrol aliran |
Mempertahankan parameter proses yang optimal memastikan operasi yang stabil, kualitas besi cair yang konsisten, dan efisiensi energi. Variasi dipantau melalui sensor dan sistem kontrol otomatis yang menyesuaikan tekanan semburan, input bahan bakar, dan tingkat oksigen secara real-time.
Konfigurasi Peralatan
Instalasi blast furnace yang tipikal adalah struktur silindris vertikal dengan diameter antara 10 hingga 15 meter dan tinggi hingga 30 meter. Shell furnace didukung oleh fondasi yang dirancang untuk menahan ekspansi termal dan getaran.
Variasi desain meliputi:
- Furnace Tanpa Bel: Penggunaan sistem pengisian tanpa bel untuk kontrol bahan baku yang tepat.
- Sistem Pemulihan Gas Atas: Penangkapan gas buang untuk pemulihan energi dan kontrol lingkungan.
- Preheaters dan Boiler Panas Limbah: Untuk meningkatkan efisiensi energi dengan memanfaatkan gas buang.
Sistem tambahan meliputi:
- Peralatan Penanganan Material: Konveyor, penghancur, dan tempat penyimpanan untuk persiapan bahan baku.
- Sistem Pembersihan Gas: Precipitator elektrostatik, scrubber, dan baghouses untuk mengontrol debu dan emisi.
- Pendinginan dan Pemeliharaan Refraktori: Inspeksi rutin dan penggantian pelapisan refraktori dan panel pendingin.
Kimia Proses dan Metalurgi
Reaksi Kimia
Reaksi kimia inti melibatkan reduksi oksida besi (Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO) menjadi besi logam:
-
Reduksi karbon monoksida:
Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
Fe₃O₄ + 4CO → 3Fe + 4CO₂
FeO + CO → Fe + CO₂
Reaksi ini secara termodinamika lebih disukai pada suhu tinggi, dengan keseimbangan bergeser menuju besi logam seiring meningkatnya suhu.
Produk sampingan termasuk karbon dioksida (CO₂) dan, dalam beberapa kasus, karbon monoksida (CO) jika reduksi tidak lengkap terjadi. Proses ini juga menghasilkan oksida pembentuk terak dari fluks seperti batu kapur (CaCO₃), yang terurai menjadi kalsium oksida (CaO) dan CO₂.
Transformasi Metalurgi
Selama operasi, bijih besi mengalami transformasi fase:
- Reduksi Fe₂O₃ menjadi FeO dan kemudian menjadi besi logam.
- Evolusi mikrostruktur: Awalnya, oksida besi diubah menjadi besi spons, yang mengkonsolidasikan menjadi logam cair seiring kemajuan suhu dan reduksi.
- Pembentukan terak: Fluks bergabung dengan kotoran untuk membentuk lapisan terak cair yang mengapung di atas besi cair, membantu dalam penghilangan kotoran.
Transformasi ini mempengaruhi mikrostruktur, mempengaruhi sifat seperti duktilitas, kekuatan, dan kebersihan besi akhir.
Interaksi Material
Interaksi meliputi:
- Antarmuka Logam-Terak: Pemisahan yang efisien tergantung pada perbedaan densitas dan viskositas terak dan logam.
- Keausan Refraktori: Korosi suhu tinggi dan serangan kimia oleh terak dan gas menyebabkan degradasi refraktori.
- Interaksi Atmosfer: Kehadiran oksigen dan gas lainnya dapat menyebabkan oksidasi logam cair jika tidak dikendalikan dengan baik.
Metode kontrol melibatkan pengoptimalan kimia terak, mempertahankan profil suhu yang tepat, dan memilih bahan refraktori yang tahan terhadap serangan kimia.