Kilang Oven Coke: Peralatan Penting untuk Produksi Coke dalam Pembuatan Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Baterai Oven Kokas adalah kumpulan besar yang terintegrasi dari beberapa oven kokas yang digunakan dalam tahap pemrosesan utama pembuatan baja. Tujuan dasarnya adalah untuk mengubah batubara metalurgi menjadi kokas, bahan bakar padat kaya karbon yang penting untuk operasi tungku tiup. Kokas yang dihasilkan berfungsi sebagai bahan bakar dan agen reduksi, memfasilitasi transformasi bijih besi menjadi besi cair.

Dalam rantai manufaktur baja, baterai oven kokas menempati posisi awal yang kritis. Ini menjembatani pemrosesan batubara mentah dan tungku tiup, memastikan pasokan kokas berkualitas tinggi yang berkelanjutan. Alur proses dimulai dengan persiapan batubara, dilanjutkan dengan pengkokasan di baterai oven, dan diakhiri dengan pendinginan dan penanganan kokas sebelum dimasukkan ke dalam tungku tiup.

---

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa inti dari baterai oven kokas melibatkan pirolisis batubara dalam lingkungan tertutup dengan suhu tinggi untuk menghasilkan kokas. Proses ini bergantung pada pemanasan batubara yang terkontrol dalam ketiadaan udara, menyebabkan bahan volatil menguap dan meninggalkan residu karbon padat.

Komponen teknologi kunci meliputi:

• Kamar Oven: Kamar yang dilapisi refraktori tempat batubara dipanaskan.
• Kereta Pengisian: Sistem mekanis yang memuat batubara ke dalam oven.
• Dinding Pemanas: Struktur refraktori yang mengandung dan mentransfer panas.
• Kolektor Gas dan Saluran: Sistem yang menangkap gas volatil yang dilepaskan selama pengkokasan.
• Sistem Pendinginan: Peralatan untuk mendinginkan dan memadatkan kokas dengan cepat setelah pengkokasan.

Mekanisme operasi utama melibatkan siklus pengisian, pemanasan, pengkokasan, dan pendinginan secara berurutan. Aliran material mencakup input batubara, pelepasan volatil, pengumpulan gas, dan pengangkatan kokas, semuanya disinkronkan untuk mengoptimalkan throughput dan kualitas.

Parameter Proses

Variabel proses kritis meliputi:

• Suhu Pengkokasan: Biasanya antara 1000°C dan 1100°C, mempengaruhi kualitas kokas dan pelepasan volatil.
• Waktu Pengkokasan: Biasanya 16 hingga 24 jam, tergantung pada desain oven dan jenis batubara.
• Kecepatan Pemanasan: Dikendalikan untuk mencegah kerusakan struktural, umumnya sekitar 20°C/jam selama fase pemanasan.
• Tekanan dan Aliran Gas: Dipantau untuk memastikan pengumpulan volatil yang efisien dan mencegah kebocoran.

Parameter ini secara langsung mempengaruhi kekuatan, porositas, dan reaktivitas kokas. Kontrol yang tepat dicapai melalui sistem otomatis yang memantau suhu, tekanan, dan komposisi gas, menyesuaikan pemanasan dan ventilasi sesuai kebutuhan.

Konfigurasi Peralatan

Sebuah baterai oven kokas yang khas terdiri dari serangkaian oven yang diatur secara linier atau dalam konfigurasi persegi panjang, berkisar dari 10 hingga lebih dari 100 oven per baterai. Setiap oven memiliki panjang sekitar 6-12 meter, lebar 1,2-2 meter, dan tinggi 2-3 meter.

Variasi desain meliputi:

• Oven Kokas Produk Sampingan: Mampu memulihkan bahan kimia seperti tar, benzena, dan amonia.
• Oven Non-Pemulihan: Desain yang lebih sederhana dengan pendinginan langsung, terutama digunakan di daerah yang kurang menekankan pemulihan kimia.

Sistem tambahan meliputi:

• Peralatan Pengisian dan Pengeluaran: Kereta mekanis, mesin dorong.
• Sistem Pembersihan Gas: Precipitator elektrostatik, scrubber.
• Unit Pendinginan dan Pendinginan: Semprotan air atau sistem gas inert.

Perkembangan seiring waktu telah menghasilkan desain oven yang lebih efisien energi dan ramah lingkungan dengan bahan refraktori yang lebih baik dan otomatisasi.

---

Kimia Proses dan Metalurgi

Reaksi Kimia

Reaksi kimia utama selama pengkokasan melibatkan dekomposisi termal dari senyawa organik kompleks dalam batubara. Bahan volatil, termasuk hidrokarbon, tar, dan gas seperti metana, karbon monoksida, dan hidrogen, dilepaskan.

Reaksi kunci meliputi:

• Pirolisis Bahan Organik: C₁₅H₁₀ + panas → gas volatil + karbon padat.
• Reaksi Gasifikasi: Karbon bereaksi dengan gas seperti CO₂ dan H₂O pada suhu tinggi, menghasilkan CO dan H₂.
• Reaksi Sekunder: Pembentukan tar dan hidrokarbon aromatik, yang dapat mengembun atau dipulihkan.

Termodinamika mendukung pelepasan volatil pada suhu tinggi, sementara kinetika bergantung pada sifat batubara dan laju pemanasan. Produk volatil dikumpulkan untuk pemulihan kimia atau pembakaran.

Transformasi Metalurgi

Selama pengkokasan, mikrostruktur batubara berubah dari matriks amorf yang berpori menjadi kokas yang padat dan kristalin. Perkembangan mikrostruktur meliputi:

• Grafitisasi: Pembentukan struktur karbon berlapis, meningkatkan kekuatan.
• Perkembangan Porositas: Dikendalikan untuk mengoptimalkan reaktivitas dan sifat mekanik.
• Transformasi Fase: Transisi dari material kaya organik menjadi fase yang didominasi karbon.

Transformasi ini mempengaruhi kekuatan mekanik, porositas, dan reaktivitas kokas, yang sangat penting untuk kinerja tungku tiup.

Interaksi Material

Interaksi melibatkan:

• Logam dan Kokas: Kokas bertindak sebagai agen reduksi, bereaksi dengan oksida besi untuk menghasilkan besi cair.
• Pembentukan Slag: Kotoran dari batubara dan abu kokas membentuk slag, yang harus dikelola untuk mencegah masalah operasional.
• Refraktori: Paparan suhu tinggi menyebabkan keausan refraktori, memerlukan pemilihan material dan pemeliharaan.
• Atmosfer: Lingkungan inert atau reduksi di dalam oven mencegah oksidasi tetapi memerlukan kontrol yang hati-hati untuk menghindari bahaya keselamatan.

Mengendalikan interaksi yang tidak diinginkan, seperti infiltrasi slag ke dalam refraktori atau kontaminasi kokas, sangat penting untuk umur operasional dan kualitas produk.

---

Alur Proses dan Integrasi

Material Input

Input utama adalah batubara metalurgi, yang ditandai dengan kandungan karbon tinggi, abu rendah, dan tingkat bahan volatil yang sesuai. Spesifikasi tipikal meliputi:

• Kandungan Abu: Kurang dari 10%
• Bahan Volatil: 25-35%
• Kandungan Sulfur: Di bawah 1%
• Kelembaban: Di bawah 10%

Batubara dipersiapkan melalui penghancuran, penyaringan, dan pencampuran untuk memastikan keseragaman. Persiapan yang tepat meningkatkan efisiensi pengkokasan dan kualitas kokas.

Urutan Proses

Siklus operasional melibatkan:

• Pengisian: Memuat batubara ke dalam oven melalui kereta.
• Pemanasan: Menaikkan suhu secara bertahap untuk memulai pirolisis.
• Pengkokasan: Mempertahankan suhu tinggi selama