COREX庐: Proses Pengurangan Langsung Inovatif dalam Produksi Baja

Definisi dan Konsep Dasar

COREX庐 (Proses COREX) adalah proses reduksi langsung dan peleburan yang digunakan dalam pembuatan baja yang menggabungkan reduksi bijih besi dan produksi baja cair dalam satu operasi terintegrasi. Ini diklasifikasikan sebagai rute tungku non-blast furnace dengan suhu menengah, dirancang untuk memproduksi besi cair langsung dari bijih besi dan batubara tanpa perlu tungku kokas dan tungku tiup.

Tujuan dasar dari COREX庐 adalah untuk menyediakan alternatif yang lebih efisien energi dan lebih ramah lingkungan dibandingkan metode tungku tiup tradisional. Ini bertujuan untuk mengurangi ketergantungan pada kokas, menurunkan emisi gas rumah kaca, dan meningkatkan pemanfaatan sumber daya. Proses ini menghasilkan besi cair yang dapat langsung dipindahkan ke konverter pembuatan baja, terintegrasi dengan mulus ke dalam rantai produksi baja secara keseluruhan.

Dalam alur pembuatan baja, COREX庐 menempati tahap reduksi dan peleburan utama. Ini menjembatani persiapan bahan baku dan penyempurnaan baja hilir, memungkinkan transisi yang lancar dari bijih mentah ke besi cair. Posisi ini memungkinkan input bahan baku yang fleksibel dan berkontribusi pada efisiensi proses secara keseluruhan dan kepatuhan lingkungan.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Proses COREX庐 didasarkan pada desain tungku poros aliran berlawanan, menggabungkan reduksi bijih besi dengan peleburan batubara non-kokas. Prinsip rekayasa inti melibatkan reduksi langsung oksida besi menggunakan gas reduksi yang dihasilkan dari pembakaran batubara, diikuti dengan peleburan besi yang direduksi untuk menghasilkan logam cair.

Komponen teknologi kunci termasuk poros reduksi, gasifier peleburan, dan sistem tambahan seperti unit pembersihan gas, sistem pendingin, dan peralatan penanganan material. Poros reduksi adalah tempat di mana pelet atau bongkah bijih besi direduksi oleh gas reduksi, terutama CO dan H₂, yang dihasilkan di gasifier peleburan. Gasifier peleburan secara bersamaan melelehkan besi yang direduksi dan char batubara, menghasilkan besi cair dan gas buang.

Mekanisme operasi utama melibatkan pemberian terus-menerus bijih besi dan batubara non-kokas ke dalam poros reduksi dan gasifier peleburan. Gas panas yang dihasilkan dari pembakaran batubara menyediakan lingkungan reduksi, sementara besi cair terkumpul di bagian bawah gasifier peleburan untuk dituang. Gas buang dibersihkan dan didaur ulang untuk mengoptimalkan efisiensi energi.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk suhu, tekanan, komposisi gas, dan kualitas bahan baku. Suhu operasi tipikal di poros reduksi berkisar antara 950°C hingga 1050°C, memastikan reduksi yang efisien tanpa konsumsi energi yang berlebihan. Gasifier peleburan beroperasi pada suhu sekitar 1500°C hingga 1600°C untuk mempertahankan aliran besi cair.

Komposisi gas, terutama konsentrasi CO dan H₂, secara langsung mempengaruhi kinetika reduksi dan derajat metalisasi. Konten CO tipikal dalam gas reduksi adalah 20-30%, dengan H₂ menyusun 10-15%. Tekanan di dalam reaktor dipertahankan sedikit di atas atmosfer untuk memfasilitasi aliran material dan sirkulasi gas.

Sistem kontrol menggunakan sensor canggih dan otomatisasi untuk memantau suhu, komposisi gas, tekanan, dan laju aliran material. Data waktu nyata masuk ke dalam algoritma kontrol yang menyesuaikan laju pemberian, aliran gas, dan suhu untuk mempertahankan kondisi proses yang optimal, memastikan operasi yang stabil dan output berkualitas tinggi.

Konfigurasi Peralatan

Instalasi COREX庐 yang tipikal terdiri dari poros reduksi, gasifier peleburan, unit pembersihan gas, dan sistem tambahan seperti pendinginan dan penanganan material. Poros reduksi adalah wadah vertikal yang dilapisi refraktori setinggi sekitar 20-30 meter, dengan diameter 4-8 meter, dirancang untuk memfasilitasi reduksi yang seragam.

Gasifier peleburan adalah wadah besar yang dilapisi refraktori, sering kali setinggi 20-25 meter dan berdiameter 6-10 meter, dilengkapi dengan tuyeres untuk injeksi batubara dan saluran gas buang. Ini terintegrasi dengan poros reduksi melalui sistem sirkulasi gas yang umum.

Seiring waktu, desain peralatan telah berkembang untuk meningkatkan efisiensi energi, mengurangi keausan refraktori, dan meningkatkan stabilitas operasional. Variasi termasuk adopsi material refraktori yang lebih tahan lama, sistem sirkulasi gas yang ditingkatkan, dan peningkatan otomatisasi.

Sistem tambahan termasuk unit pembersihan gas (precipitator elektrostatik, scrubber), sistem pendingin untuk besi cair, dan peralatan penanganan material seperti konveyor dan crane untuk pengangkutan bahan mentah dan pembuangan slag.

Kimia Proses dan Metalurgi

Reaksi Kimia

Reaksi kimia inti melibatkan reduksi oksida besi (Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO) menjadi besi logam (Fe) menggunakan gas reduksi. Reaksi utama termasuk:

• Reduksi hematit (Fe₂O₃):

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

• Reduksi magnetit (Fe₃O₄):

Fe₃O₄ + 4CO → 3Fe + 4CO₂

• Reduksi wüstite (FeO):

FeO + CO → Fe + CO₂

Secara termodinamika, reaksi ini lebih disukai pada suhu tinggi, dengan keseimbangan bergeser menuju besi logam seiring meningkatnya suhu. Kinetika dipengaruhi oleh komposisi gas, suhu, dan ukuran partikel.

Gas buang terutama mengandung CO₂, H₂O, dan sisa CO dan H₂, yang dibersihkan dan didaur ulang. Karbon dalam batubara bertindak sebagai bahan bakar dan reduktor, mengalami oksidasi parsial dan gasifikasi.

Transformasi Metalurgi

Selama proses, oksida besi mengalami reduksi menjadi besi logam, disertai dengan transformasi fase dari oksida padat menjadi besi cair. Secara mikrostruktural, besi yang direduksi membentuk fase cair dengan slag yang terdispersi dan kotoran residu.

Besi cair yang dihasilkan biasanya dalam keadaan cair pada suhu operasi, dengan fitur mikrostruktural seperti inklusi dendritik atau globular tergantung pada laju pendinginan. Proses ini juga melibatkan pembentukan slag dari mineral gangue, yang dipisahkan dari besi cair.

Transformasi metalurgi ini mempengaruhi sifat-sifat seperti duktilitas, kekuatan, dan kebersihan baja akhir. Pengendalian yang tepat terhadap pendinginan dan penghilangan slag memastikan mikrostruktur yang diinginkan dan konten inklusi yang minimal.

Interaksi Material

Interaksi antara logam cair, slag, pelapisan refraktori, dan atmosfer sangat penting untuk stabilitas proses. Besi cair dapat bereaksi dengan material refraktori, menyebabkan keausan dan potensi kontaminasi jika terjadi korosi refraktori.

Slag berinteraksi dengan logam cair, membantu dalam penghilangan kotoran tetapi berpotensi menjebak elemen yang tidak diinginkan jika tidak dikelola dengan baik. Atmosfer di dalam reaktor, yang kaya akan CO dan H₂, mempengaruhi kinetika reduksi dan kimia slag.

Untuk mengendalikan interaksi yang tidak diinginkan, material refraktori dipilih untuk ketahanan korosi yang tinggi, dan kimia slag dikelola dengan hati-hati melalui kontrol aditif. Atmosfer gas dipantau untuk mencegah oksidasi atau reaksi tidak diinginkan lainnya.

Alur Proses dan Integrasi

Bahan Masukan

Bahan masukan utama termasuk bijih besi (pelet atau bongkah), batubara non-kokas, dan bahan tambahan seperti fluks (batu kapur atau dolomit). Spesifikasi bijih besi biasanya memerlukan kandungan besi yang tinggi (>60%), kotoran rendah, dan ukuran partikel yang sesuai.

Bat