Besi Briket Panas (HBI): Bahan Kunci untuk Efisiensi Pembuatan Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Hot Briquetted Iron (HBI) adalah bentuk besi yang dipadatkan dengan kepadatan tinggi dari besi yang direduksi langsung (DRI) yang diproduksi dengan cara memampatkan besi yang panas dan berbentuk spons menjadi briket yang padat dan mudah dikelola. Ini terutama digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan baja, menawarkan keuntungan seperti penanganan, penyimpanan, dan transportasi yang lebih baik dibandingkan DRI yang longgar.

HBI memainkan peran penting dalam rantai pembuatan baja dengan berfungsi sebagai sumber besi yang bersih dan rendah kotoran yang dapat langsung dimasukkan ke dalam tungku busur listrik (EAF) atau tungku tiup. Produksinya menyediakan cara yang fleksibel untuk melengkapi atau menggantikan logam bekas, terutama di daerah di mana ketersediaan logam bekas terbatas atau kualitasnya tidak konsisten.

Dalam alur proses pembuatan baja secara keseluruhan, HBI ditempatkan setelah reduksi langsung bijih besi dan sebelum tahap peleburan atau paduan. Ini bertindak sebagai jembatan antara pengolahan bijih besi mentah dan produksi baja akhir, memungkinkan pembuatan baja yang efisien dan berkualitas tinggi dengan dampak lingkungan yang berkurang.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Teknologi inti di balik produksi HBI melibatkan pemampatan dan densifikasi besi yang direduksi panas. Proses dimulai dengan reduksi langsung bijih besi, biasanya menggunakan metode berbasis gas alam atau batubara, untuk menghasilkan DRI. DRI ini kemudian didinginkan, dihancurkan, dan dimasukkan ke dalam mesin briket.

Proses briket menggunakan mesin hidrolik atau mekanik bertekanan tinggi yang memampatkan DRI menjadi briket yang padat. Briket ini dibentuk pada suhu tinggi, biasanya sekitar 600–700°C, yang membantu mencapai kepadatan tinggi dan kekuatan mekanik. Prinsip rekayasa dasar bergantung pada penerapan tekanan yang cukup untuk menghilangkan porositas dan menghasilkan produk yang dipadatkan dan stabil.

Komponen teknologi kunci termasuk mesin briket, sistem pemberian, dan peralatan pendingin. Mesin memberikan gaya hidrolik atau mekanik untuk membentuk DRI menjadi briket, sementara sistem tambahan mengelola penanganan material, kontrol suhu, dan pendinginan produk.

Mekanisme operasi utama melibatkan pemberian DRI panas secara terus-menerus ke dalam ruang tekan, di mana ia dipadatkan di bawah tekanan tinggi. HBI yang dihasilkan kemudian didinginkan, disimpan, dan dipersiapkan untuk pengiriman atau penggunaan langsung dalam pembuatan baja.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk suhu, tekanan, kandungan kelembapan, dan kualitas bahan baku. Rentang operasi tipikal adalah:

• Tekanan pemampatan: 150–300 MPa (megapascal)
• Suhu briket: 600–700°C selama pembentukan
• Kandungan kelembapan DRI: di bawah 2%
• Dimensi briket: sekitar 200–300 mm dalam diameter dan 150–250 mm dalam tinggi

Parameter ini mempengaruhi kepadatan, kekuatan mekanik, dan porositas produk HBI akhir. Tekanan yang lebih tinggi menghasilkan kepadatan dan kekuatan yang meningkat tetapi memerlukan lebih banyak energi dan peralatan yang kuat.

Sistem kontrol memanfaatkan sensor waktu nyata untuk memantau parameter seperti tekanan, suhu, dan kelembapan. Loop umpan balik otomatis menyesuaikan laju pemberian, tingkat tekanan, dan laju pendinginan untuk mempertahankan kualitas produk yang konsisten.

Konfigurasi Peralatan

Fasilitas produksi HBI tipikal memiliki mesin briket yang terletak di dalam gedung pabrik yang khusus. Mesin itu sendiri adalah mesin hidrolik atau mekanik besar dengan kapasitas berkisar antara 10 hingga 50 ton per jam, tergantung pada ukuran pabrik.

Konfigurasi fisik mencakup hopper pemberian, sistem konveyor untuk penanganan DRI, ruang pemampatan, dan zona pendinginan. Tata letak pabrik dirancang untuk operasi terus-menerus, dengan aliran material dioptimalkan untuk penanganan minimal dan efisiensi energi.

Variasi desain telah berkembang dari mesin mekanik sederhana menjadi sistem hidrolik canggih dengan kemampuan kontrol yang ditingkatkan. Beberapa pabrik menggabungkan sistem pemanasan awal untuk meningkatkan pembentukan briket atau ruang pendingin pasca-tekan untuk mempercepat pengkristalan.

Sistem tambahan termasuk pengumpulan debu, ventilasi, dan stasiun inspeksi kualitas. Pelapisan refraktori di dalam ruang pemampatan dipilih untuk ketahanan suhu tinggi dan daya tahan.

Kimia Proses dan Metalurgi

Reaksi Kimia

Reaksi kimia utama selama produksi HBI terkait dengan reduksi oksida besi dalam bijih menjadi besi logam. Reaksi reduksi utama meliputi:

• Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O
• Fe₃O₄ + 4H₂ → 3Fe + 4H₂O
• FeO + H₂ → Fe + H₂O

Reaksi ini secara termodinamika diuntungkan pada suhu tinggi dan dalam atmosfer reduksi yang kaya akan hidrogen atau karbon monoksida, tergantung pada metode reduksi yang digunakan.

Produk sampingan termasuk uap air (H₂O) dan, dalam beberapa kasus, karbon dioksida (CO₂) jika reduksi berbasis karbon digunakan. Proses reduksi bersifat eksotermik, melepaskan panas yang mempertahankan reaksi setelah dimulai.

Transformasi Metalurgi

Selama proses briket, DRI mengalami transformasi metalurgi yang ditandai dengan densifikasi mikrostruktural. Besi spons yang awalnya berpori dipadatkan, menyebabkan penutupan pori dan pengaturan ulang butir, menghasilkan struktur yang padat dan solid.

Dari segi mikrostruktur, HBI menunjukkan mikrostruktur ferritik yang dominan dengan porositas minimal, yang meningkatkan kekuatan mekanik dan stabilitas metalurgi. Transformasi fase minimal terjadi selama briket tetapi sangat penting selama proses pembuatan baja berikutnya.

Struktur padat mengurangi kerentanan terhadap reoksidasi dan meningkatkan karakteristik penanganan. Stabilitas mikrostruktur pada suhu tinggi memastikan perilaku peleburan yang konsisten dalam tungku busur listrik.

Interaksi Material

Interaksi antara besi logam, inklusi terak residu, pelapisan refraktori, dan atmosfer mempengaruhi kualitas dan daya tahan HBI. Selama pemampatan, beberapa terak atau kotoran mungkin terjebak dalam matriks briket, yang berpotensi mempengaruhi perilaku peleburan.

Bahan refraktori dalam peralatan pemampatan mengalami tekanan termal dan mekanik yang tinggi, yang dapat menyebabkan keausan dan potensi kontaminasi produk jika tidak dirawat dengan baik.

Pengendalian interaksi melibatkan pemilihan bahan baku berkualitas tinggi, mengoptimalkan parameter briket untuk meminimalkan penjebakan kotoran, dan menggunakan atmosfer atau pelapis pelindung untuk mengurangi oksidasi selama penanganan.

Alur Proses dan Integrasi

Bahan Masukan

Bahan masukan utama adalah besi yang direduksi langsung (DRI), yang diproduksi melalui proses reduksi berbasis gas alam atau batubara. Spesifikasi DRI biasanya mencakup:

• Kandungan besi: ≥ 90%
• Kandungan kelembapan: ≤ 2%
• Kotoran (fosfor, sulfur): diminimalkan untuk memenuhi standar kualitas baja
• Ukuran partikel: 10–50 mm

Masukan tambahan termasuk gas proses (gas alam, hidrogen, atau batubara), pelapisan refraktori, dan bahan tambahan seperti pengikat (jika digunakan).

Persiapan material melibatkan penghancuran atau penyaringan DRI menjadi ukuran yang seragam, pengeringan untuk mengurangi kelembapan, dan pemanasan awal jika perlu. Input berkualitas tinggi memastikan kepadatan briket dan kekuatan mekanik yang konsisten.

Urutan Proses

Urutan operasional dimulai dengan produksi DRI, diikuti dengan pendinginan dan penghancuran. DRI yang telah dihancurkan kemudian diangkut ke pabrik briket, di mana ia dipadatkan menjadi HBI di bawah tekanan tinggi.

Setelah