Briket (misalnya, HBI, bijih halus): Peran Kunci dalam Proses Produksi Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Briquette dalam industri baja merujuk pada bentuk padat yang dipadatkan dari bahan baku halus atau bubuk, yang terutama mencakup Hot Briquetted Iron (HBI), direct reduced iron (DRI), dan ore fines. Briquette ini diproduksi dengan mengagregasi partikel logam atau mineral halus menjadi unit yang padat dan mudah dikelola yang memfasilitasi penanganan, transportasi, dan pemberian ke dalam proses hilir.

Tujuan dasar dari briquetting adalah untuk mengubah bahan longgar dan halus menjadi bentuk yang stabil dan berkepadatan tinggi yang meminimalkan debu, mengurangi bahaya penanganan, dan meningkatkan efisiensi proses. Mereka berfungsi sebagai produk antara yang memastikan kualitas bahan baku yang konsisten untuk tanur tiup, tanur busur listrik, atau proses reduksi langsung.

Dalam keseluruhan rantai pembuatan baja, briquette menempati posisi kritis dalam tahap persiapan bahan baku. Mereka biasanya diproduksi setelah langkah-langkah benefisiasi atau reduksi dan kemudian dimasukkan ke dalam unit peleburan primer, seperti tanur tiup atau EAF, sebagai bagian dari aliran input bahan baku. Transformasi ini meningkatkan kontrol aliran material, mengurangi emisi lingkungan, dan mengoptimalkan pemanfaatan sumber daya.

Desain dan Operasi Teknis

Teknologi Inti

Teknologi briquetting didasarkan pada prinsip pemadatan mekanis, di mana partikel halus dikenakan tekanan tinggi untuk membentuk unit yang padat dan kohesif. Rekayasa inti melibatkan penerapan press hidrolik atau mekanis yang memberikan gaya yang cukup untuk mendekonstruksi partikel dan menghilangkan rongga, menghasilkan briquette yang padat.

Komponen teknologi kunci meliputi:

• Sistem pemberian: Mengangkut fines atau bubuk mentah ke dalam press briquetting, sering kali melalui pengumpan sekrup atau hopper getar.
• Press briquetting: Press hidrolik atau mekanis yang dilengkapi dengan cetakan atau die yang membentuk dan memadatkan material.
• Sistem pengikat: Terkadang, sejumlah kecil pengikat (misalnya, molase, tar batubara, atau pengikat organik) ditambahkan untuk meningkatkan kohesi.
• Sistem pendinginan dan penanganan: Ruang pendinginan pasca-press atau konveyor memfasilitasi stabilisasi dan transportasi briquette.

Mekanisme operasi utama melibatkan penerapan gaya kompresi melalui silinder hidrolik atau ram mekanis, yang mendekonstruksi partikel dan mendorong pengikatan partikel. Aliran material diarahkan ke dalam cetakan, di mana tekanan mengonsolidasikan material menjadi briquette dengan dimensi yang ditentukan.

Parameter Proses

Variabel proses kritis meliputi:

• Tekanan: Biasanya berkisar antara 100 hingga 300 MPa, tergantung pada jenis material dan kepadatan yang diinginkan.
• Suhu: Beberapa proses beroperasi pada suhu tinggi (hingga 300°C) untuk meningkatkan plastisitas dan pengikatan.
• Penambahan pengikat: Biasanya 0,5-3% berdasarkan berat, mempengaruhi kekuatan dan reduktibilitas.
• Waktu tinggal: Durasi kompresi, sering kali antara 10-30 detik, mempengaruhi kepadatan dan integritas mekanis.
• Kandungan kelembaban: Dipertahankan pada tingkat rendah (di bawah 2%) untuk mencegah pembentukan uap dan memastikan pemadatan yang merata.

Parameter ini mempengaruhi kepadatan, kekuatan, reduktibilitas, dan porositas briquette. Misalnya, tekanan yang lebih tinggi menghasilkan briquette yang lebih padat dengan kekuatan mekanis yang lebih baik tetapi dapat meningkatkan konsumsi energi.

Sistem kontrol menggunakan sensor dan otomatisasi untuk memantau parameter seperti tekanan, suhu, dan kelembaban, memungkinkan penyesuaian waktu nyata. Sistem akuisisi data memfasilitasi optimasi proses dan jaminan kualitas.

Konfigurasi Peralatan

Pabrik briquetting yang khas memiliki:

• Unit pemberian: Pengumpan getar atau konveyor sekrup yang mengantarkan fines mentah ke dalam press.
• Press briquetting: Press hidrolik atau mekanis dengan ukuran cetakan berkisar antara 50 mm hingga 150 mm diameter, tergantung pada kapasitas.
• Pendinginan dan penanganan: Ruang pendinginan atau konveyor yang menstabilkan briquette sebelum ditumpuk atau disimpan.
• Sistem tambahan: Ekstraksi debu, unit pencampuran pengikat, dan stasiun inspeksi kualitas.

Variasi desain mencakup press hidrolik kapasitas tinggi untuk operasi skala besar dan sistem modular untuk fleksibilitas. Seiring waktu, peralatan telah berkembang menuju otomatisasi yang lebih tinggi, efisiensi energi yang lebih baik, dan kontrol yang lebih baik terhadap variabel proses.

Sistem tambahan seperti pengumpulan debu dan kontrol emisi sangat penting untuk menjaga standar lingkungan dan memastikan keselamatan operator.

Kimia Proses dan Metalurgi

Reaksi Kimia

Selama briquetting, reaksi kimia umumnya minimal, karena proses ini terutama melibatkan pemadatan fisik. Namun, dalam kasus di mana pengikat atau aditif digunakan, interaksi kimia kecil dapat terjadi, seperti:

• Penyembuhan pengikat: Pengikat organik dapat mengalami polimerisasi atau pengikatan silang saat dipanaskan.
• Oksidasi: Paparan udara dapat menyebabkan oksidasi permukaan partikel logam, membentuk oksida besi.
• Reaksi reduksi: Dalam beberapa kasus, oksida residu dapat sebagian direduksi selama pemanasan berikutnya di dalam tanur.

Prinsip termodinamika menentukan bahwa tekanan dan suhu yang diterapkan mempengaruhi kinetika reaksi, tetapi dalam sebagian besar proses briquetting, fokus tetap pada pengikatan fisik daripada transformasi kimia.

Produk sampingan reaksi biasanya terbatas pada oksida permukaan atau gas dekomposisi pengikat kecil, yang dikelola melalui kontrol emisi.

Transformasi Metalurgi

Perubahan metalurgi utama selama briquetting adalah densifikasi partikel logam, yang meningkatkan kekuatan mekanis dan mengurangi porositas. Perkembangan mikrostruktur meliputi:

• Deformasi partikel: Partikel logam mengalami deformasi plastis di bawah tekanan, yang mengarah pada pengikatan metalurgi.
• Pembentukan ikatan: Penguncian mekanis dan pengikatan difusi di antarmuka partikel meningkatkan kohesi.
• Tegangan residu: Kompresi menyebabkan tegangan internal yang dapat mempengaruhi perlakuan termal berikutnya.

Transformasi ini mempengaruhi sifat-sifat seperti reduktibilitas, perilaku peleburan, dan kekuatan mekanis. Briquetting yang tepat memastikan bahwa briquette dapat menahan penanganan dan pemberian ke dalam tanur tanpa hancur.

Interaksi Material

Interaksi antara logam, terak, refraktori, dan atmosfer sangat penting untuk stabilitas proses. Misalnya:

• Interaksi logam-terak: Selama pemanasan, beberapa komponen logam dapat bereaksi dengan konstituen terak, mempengaruhi kemurnian.
• Keausan refraktori: Briquette suhu tinggi dapat menyebabkan degradasi refraktori jika tidak dirancang dengan baik.
• Efek atmosfer: Oksidasi atau karburisasi dapat terjadi jika briquette terpapar gas reaktif.

Pengendalian interaksi ini melibatkan pemilihan material yang tepat, mengoptimalkan atmosfer proses (misalnya, lingkungan inert atau reduksi), dan menerapkan pelapis atau aditif pelindung untuk meminimalkan kontaminasi dan degradasi.

Alur Proses dan Integrasi

Material Input

Material input meliputi:

• Ore fines: Bijih besi yang digiling halus dengan ukuran partikel biasanya di bawah 0,1 mm, mengandung