Sinter: Proses Kunci dalam Produksi Baja & Persiapan Bahan Baku

Definisi dan Konsep Dasar

Sinter adalah material berpori yang teragregasi yang dihasilkan dengan memanaskan serbuk mineral dan metalurgi halus, terutama bijih besi halus, fluks, dan bahan baku lainnya, pada suhu di bawah titik lebur mereka. Proses ini melibatkan pengikatan partikel halus ini menjadi massa yang koheren dan dapat dikelola yang dapat digunakan sebagai bahan baku di tanur tiup atau proses pembuatan baja lainnya.

Dalam rantai pembuatan baja, sinter berfungsi sebagai perantara yang krusial, mengubah bahan baku halus yang seringkali sulit ditangani menjadi bentuk yang sesuai untuk reduksi dan peleburan yang efisien. Ini menjembatani kesenjangan antara bijih mentah dan tanur tiup, memastikan kualitas yang konsisten, permeabilitas yang ditingkatkan, dan aliran material yang dioptimalkan dalam beban tanur.

Proses sintering ditempatkan setelah pengolahan bijih mentah dan sebelum reduksi utama di tanur tiup. Ini adalah langkah vital dalam pembuatan baja primer, memungkinkan pemanfaatan bijih halus berkualitas rendah dan bahan limbah, sehingga meningkatkan efisiensi sumber daya dan mengurangi ketergantungan pada bijih besar.

Desain dan Operasi Teknis

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa dasar di balik sintering melibatkan aglomerasi termal, di mana partikel halus dipanaskan untuk mendorong pencairan parsial dan pengikatan tanpa mencapai pencairan penuh. Ini menciptakan tempat tidur yang berpori, kuat, dan permeabel yang memfasilitasi aliran gas dan reduksi material.

Komponen teknologi kunci termasuk strand sinter (atau konveyor strand), sistem pengapian, windbox, dan berbagai sistem umpan. Strand sinter adalah konveyor horizontal kontinu yang mengangkut tempat tidur bahan baku melalui berbagai zona proses.

Proses dimulai dengan pencampuran bahan baku—bijih besi halus, fluks, breeze kokas, dan bijih kembali—membentuk campuran yang seragam. Campuran ini disebar secara merata di atas strand sinter, di mana ia dipanaskan, dinyalakan, dan kemudian disinter saat pembakaran menyebar melalui tempat tidur. Gas panas yang dihasilkan selama pembakaran melewati tempat tidur, membantu dalam transfer panas dan pembentukan sinter.

Aliran material dikendalikan dengan hati-hati untuk memastikan ketebalan tempat tidur dan distribusi suhu yang seragam. Produk sinter kemudian didinginkan, dihancurkan menjadi ukuran yang dapat dikelola, dan disaring untuk kualitas sebelum dikirim ke tanur tiup.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk suhu tempat tidur, waktu pengapian, tinggi zona pembakaran, dan kedalaman tempat tidur sinter. Suhu tempat tidur yang khas berkisar antara 1250°C hingga 1350°C, cukup untuk mendorong pengikatan tanpa melelehkan seluruh tempat tidur.

Waktu pengapian, biasanya beberapa menit, harus dioptimalkan untuk memastikan pembakaran lengkap dan sintering yang seragam. Tinggi zona pembakaran mempengaruhi tingkat sintering dan permeabilitas tempat tidur, biasanya dipertahankan pada 1,2 hingga 1,5 meter.

Kedalaman tempat tidur sinter umumnya bervariasi antara 0,6 dan 1,2 meter, menyeimbangkan throughput dan kualitas sinter. Laju aliran gas, pengayaan oksigen, dan kandungan kelembaban juga merupakan parameter kritis yang mempengaruhi sifat sinter.

Sistem kontrol menggunakan sensor waktu nyata untuk suhu, komposisi gas, dan permeabilitas tempat tidur, terintegrasi ke dalam sistem kontrol proses yang canggih. Sistem ini memungkinkan penyesuaian dinamis untuk mempertahankan kondisi sintering yang optimal dan kualitas produk.

Konfigurasi Peralatan

Sebuah pabrik sintering yang khas terdiri dari strand sinter yang panjangnya sekitar 100 hingga 300 meter, dengan lebar 3 hingga 6 meter. Strand ini didukung oleh rol dan digerakkan oleh motor, memungkinkan operasi kontinu.

Sistem umpan termasuk sabuk konveyor, hopper, dan feeder yang memperkenalkan bahan baku secara merata ke atas strand. Sistem pengapian sering melibatkan pembakar gas atau pemantik yang diposisikan di titik strategis sepanjang strand.

Sistem tambahan termasuk pemanas awal untuk bahan baku, windbox untuk pasokan udara yang terkontrol, dan zona pendinginan di mana sinter didinginkan dengan cepat untuk mencegah over-sintering atau deformasi.

Variasi desain telah berkembang dari proses batch menjadi proses kontinu, dengan pabrik modern menekankan otomatisasi, efisiensi energi, dan kontrol lingkungan. Pelapisan refraktori dan bahan tahan aus digunakan untuk menahan suhu tinggi dan kondisi abrasif.

Kimia dan Metalurgi Proses

Reaksi Kimia

Selama sintering, beberapa reaksi kimia utama terjadi, terutama melibatkan oksidasi, reduksi, dan pengikatan fase mineral. Pembakaran breeze kokas dan bahan karbon lainnya menghasilkan karbon monoksida (CO) dan karbon dioksida (CO₂), yang memfasilitasi reaksi reduksi.

Reaksi utama meliputi:

• Pembakaran karbon: C + O₂ → CO₂
• Oksidasi parsial mineral yang mengandung Fe: Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
• Pembentukan fase pengikat: Silikat dan oksida mencair pada suhu tinggi, menciptakan matriks kaca yang mengikat partikel.

Secara termodinamika, reaksi ini dipengaruhi oleh suhu, ketersediaan oksigen, dan tekanan parsial gas. Kinetika tergantung pada ukuran partikel, gradien suhu, dan laju aliran gas, yang mempengaruhi laju pengikatan dan kekuatan sinter.

Produk reaksi yang signifikan termasuk besi logam, fase terak yang kaya silika dan alumina, serta emisi gas seperti CO₂, NOx, dan SOx, yang memerlukan kontrol lingkungan.

Transformasi Metalurgi

Proses sintering menyebabkan perubahan mikrostruktur, termasuk pencairan parsial fase mineral, pembentukan matriks kaca, dan pengikatan partikel. Transformasi ini meningkatkan kekuatan mekanik dan permeabilitas.

Secara mikrostruktur, sinter terdiri dari butiran besi logam yang terbenam dalam matriks terak. Fase pengikat, terutama silikat dan oksida, berkembang saat suhu meningkat, menghasilkan struktur yang berpori namun kohesif.

Transformasi fase melibatkan reduksi oksida besi menjadi besi logam dan peleburan fase mineral menjadi aglomerat sinter. Perubahan ini meningkatkan kemampuan reduksi di tanur tiup dan mempengaruhi sifat fisik sinter.

Transformasi metalurgi berdampak langsung pada kemampuan reduksi, kekuatan, dan porositas sinter, yang sangat penting untuk operasi tanur tiup yang efisien dan kualitas baja secara keseluruhan.

Interaksi Material

Interaksi antara logam, terak, pelapisan refraktori, dan atmosfer sangat kompleks. Selama sintering, suhu tinggi mendorong difusi dan reaksi kimia di antarmuka, mempengaruhi transfer material dan potensi kontaminasi.

Fase terak dapat berinteraksi dengan pelapisan refraktori, menyebabkan erosi atau degradasi seiring waktu. Mengontrol komposisi terak dan profil suhu meminimalkan keausan refraktori.

Gas atmosfer, termasuk oksigen dan nitrogen, mempengaruhi keadaan oksidasi dan stabilitas fase. Penyegelan yang tepat dan atmosfer terkontrol mengurangi oksidasi atau kontaminasi yang tidak diinginkan.

Mekanisme seperti pengikatan terak, difusi, dan pemisahan fase dikelola melalui kontrol proses, pemilihan bahan baku, dan desain refraktori untuk memastikan stabilitas proses dan kualitas produk.

Alur Proses dan Integrasi

Bahan Masukan

Bahan masukan utama termasuk bijih besi halus (biasanya kurang dari 6 mm ukuran partikel), fluks seperti kapur atau dolomit, breeze kokas, dan bijih kembali dari batch sinter sebelumnya.

Spesifikasi material menuntut komposisi kimia, kandungan kelembaban, dan distribusi ukuran partikel yang konsisten. Bahan baku dicampur dan dihomogenisasi sebelumnya untuk memastikan sintering yang seragam.

Pemrosesan melibatkan sistem konveyor, penghancur, dan feeder yang mempertahankan laju umpan yang stabil. Kualitas bahan baku secara langsung mempengaruhi kekuatan sin