Besi Bijih dalam Produksi Baja: Wawasan Material & Proses Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Definisi dan Konsep Dasar
Bijih besi adalah agregat mineral yang terjadi secara alami dari mana besi logam dapat diekstraksi secara ekonomis. Ini terutama terdiri dari oksida besi, seperti hematit (Fe₂O₃), magnetit (Fe₃O₄), dan mineral pengandung besi lainnya, yang dikombinasikan dengan kotoran seperti silika, alumina, sulfur, dan fosfor.
Dalam rantai pembuatan baja, bijih besi berfungsi sebagai bahan baku utama untuk memproduksi besi kasar dan, selanjutnya, baja. Ini adalah input dasar dalam proses tanur tiup dan reduksi langsung, menyediakan kandungan besi yang penting untuk paduan dan pembentukan produk baja.
Dalam alur proses pembuatan baja secara keseluruhan, bijih besi ditambang dari deposit, diproses untuk memusatkan kandungan besi, dan kemudian dimasukkan ke dalam unit reduksi primer. Unit-unit ini mengubah bijih menjadi bentuk cair atau padat dari besi, yang kemudian disempurnakan dan dipaduan untuk memproduksi berbagai grade baja.
Desain dan Operasi Teknis
Teknologi Inti
Prinsip rekayasa inti di balik pemrosesan bijih besi melibatkan benefisiasi fisik dan reduksi kimia. Tujuannya adalah untuk memusatkan mineral besi dan mengubahnya menjadi bentuk yang cocok untuk pembuatan baja.
Komponen teknologi kunci termasuk penghancur, pabrik penggilingan, pemisah magnetik, sel flotasi, dan peralatan peletisasi. Penghancur dan pabrik mengurangi ukuran bijih, meningkatkan pembebasan mineral besi. Pemisah magnetik dan unit flotasi memisahkan mineral besi yang berharga dari gangue (bahan limbah).
Mekanisme operasi utama melibatkan penghancuran dan penggilingan untuk mencapai pembebasan, pemisahan magnetik atau flotasi untuk memusatkan besi, dan peletisasi atau sintering untuk mempersiapkan bijih untuk reduksi. Aliran material biasanya dimulai dari bijih yang ditambang, melalui benefisiasi, dan berakhir pada produksi pelet atau sinter.
Parameter Proses
Variabel proses kritis termasuk distribusi ukuran partikel, kekuatan medan magnet, dosis reagen flotasi, dan kandungan kelembaban. Ukuran partikel yang khas setelah penggilingan berkisar antara 45 hingga 150 mikrometer untuk umpan pelet.
Parameter proses secara langsung mempengaruhi grade konsentrat, tingkat pemulihan, dan kualitas pelet. Misalnya, meningkatkan kekuatan medan magnet meningkatkan efisiensi pemisahan magnetik tetapi dapat menyebabkan keausan peralatan.
Sistem kontrol menggunakan sensor waktu nyata, seperti spektrometer dan analisis kelembaban, yang terintegrasi dengan platform otomatisasi. Sistem ini memantau parameter secara terus-menerus, memungkinkan penyesuaian untuk mengoptimalkan throughput dan kualitas.
Konfigurasi Peralatan
Sebuah pabrik benefisiasi bijih besi yang khas terdiri dari serangkaian penghancur, pabrik penggilingan, pemisah magnetik, sel flotasi, dan unit peletisasi atau sintering. Dimensi peralatan bervariasi berdasarkan kapasitas, dengan pabrik skala besar memproses beberapa ribu ton per jam.
Variasi desain termasuk rute pemrosesan kering atau basah, dengan sistem basah lebih umum karena tingkat pemulihan yang lebih tinggi. Seiring waktu, peralatan telah berkembang untuk menggabungkan otomatisasi canggih, penggerak hemat energi, dan bahan tahan aus.
Sistem tambahan termasuk pompa slurries, tangki pengentalan, layar dewatering, sistem pengumpulan debu, dan unit daur ulang air. Ini mendukung operasi berkelanjutan dan kepatuhan lingkungan.
Kimia Proses dan Metalurgi
Reaksi Kimia
Proses benefisiasi terutama melibatkan pemisahan fisik; namun, reaksi kimia sangat penting selama reduksi dalam pembuatan baja. Di dalam tanur tiup, oksida besi bereaksi dengan karbon monoksida (CO) untuk menghasilkan besi logam dan karbon dioksida (CO₂):
Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
Demikian pula, magnetit mengalami reduksi melalui:
Fe₃O₄ + 4CO → 3Fe + 4CO₂
Secara termodinamika, reaksi ini lebih disukai pada suhu tinggi (sekitar 1500°C), dengan kinetika dipengaruhi oleh ukuran partikel dan atmosfer reduksi.
Produk sampingan termasuk CO₂ dan, dalam beberapa kasus, senyawa sulfur dan fosfor jika ada dalam bijih, yang memerlukan penghilangan selama pemurnian selanjutnya.
Transformasi Metalurgi
Selama benefisiasi, transformasi fisik terjadi, seperti pembebasan mineral dan konsentrasi. Dalam reduksi, oksida besi mengalami transformasi fase, beralih dari hematit atau magnetit menjadi besi logam.
Secara mikrostruktural, proses reduksi mengembangkan struktur besi berpori, mempengaruhi sifat mekanik. Pembentukan fase terak selama peleburan juga mempengaruhi mikrostruktur, berdampak pada ketangguhan dan kekuatan.
Transformasi ini sangat penting untuk mencapai sifat baja yang diinginkan, karena mikrostruktur menentukan kekerasan, ketangguhan, dan kemampuan pengelasan.
Interaksi Material
Interaksi antara bijih, terak, refraktori, dan atmosfer sangat penting selama pemrosesan. Bijih besi bereaksi dengan fluks (batu kapur, silika) untuk membentuk terak, yang menangkap kotoran.
Reaksi antara bijih dan pelapisan refraktori dapat menyebabkan keausan dan degradasi, terutama pada suhu tinggi. Kontaminasi dari mineral gangue dapat mempengaruhi kemurnian baja.
Pengendalian interaksi ini melibatkan pemilihan bahan refraktori yang sesuai, mengoptimalkan kimia terak, dan mempertahankan kondisi suhu dan atmosfer yang stabil.
Alur Proses dan Integrasi
Bahan Input
Input utama adalah bijih besi yang ditambang, yang harus memenuhi spesifikasi kimia dan fisik tertentu, seperti kandungan besi tinggi (biasanya >60%), kotoran rendah, dan ukuran partikel yang sesuai.
Persiapan melibatkan penghancuran, penggilingan, dan benefisiasi untuk menghasilkan konsentrat atau umpan pelet dengan kualitas yang konsisten. Penanganan mencakup pengangkutan, penyimpanan, dan pencampuran untuk memastikan bahan baku yang seragam.
Kualitas input secara langsung mempengaruhi efisiensi proses, tingkat pemulihan, dan kualitas produk akhir. Bijih berkualitas buruk dapat menyebabkan peningkatan limbah, konsumsi energi, dan kesulitan operasional.
Urutan Proses
Urutan operasional yang khas dimulai dengan penambangan, diikuti dengan penghancuran dan penggilingan untuk membebaskan mineral besi. Proses benefisiasi—pemisahan magnetik, flotasi, atau pemisahan gravitasi—memusatkan bijih.
Konsentrat kemudian dipelletisasi atau disinter untuk menghasilkan umpan yang seragam dan berkualitas tinggi untuk tanur tiup atau unit reduksi langsung. Langkah-langkah ini dikoordinasikan untuk memastikan umpan yang berkelanjutan ke proses pembuatan baja hilir.
Waktu siklus tergantung pada kapasitas pabrik, seringkali berkisar dari beberapa menit hingga jam per batch atau operasi terus menerus. Tingkat produksi bervariasi dari ratusan hingga ribuan ton per jam.
Titik Integrasi
Pemrosesan bijih besi terintegrasi dengan operasi penambangan hulu, memerlukan koordinasi untuk penanganan material dan kontrol kualitas. Di hilir, bijih yang diproses masuk ke dalam tanur tiup atau pabrik reduksi langsung.
Aliran material mencakup sabuk konveyor, pipa slurry, dan silo penyimpanan. Aliran informasi melibatkan data kualitas, parameter proses, dan penjadwalan produksi.
Sistem buffer, seperti tumpukan dan penyimpanan sementara, membantu mengelola fluktuasi dalam pasokan dan permintaan, memastikan operasi yang lancar dan meminimalkan waktu henti.
Kinerja Operasional dan Kontrol
| Parameter Kinerja | Rentang Tipikal | Faktor yang Mempengaruhi | Metode Kontrol |
|---|