Pabrik Sinter: Langkah Penting dalam Produksi Baja & Persiapan Bahan Baku

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah pabrik sinter adalah fasilitas khusus dalam industri pembuatan baja yang bertanggung jawab untuk mengagregasi bahan-bahan halus yang mengandung besi menjadi gumpalan berpori dan kasar yang dikenal sebagai sinter. Proses ini melibatkan pemanasan, pencampuran, dan sintering bijih halus, fluks, dan bahan mentah lainnya untuk menghasilkan produk yang cocok digunakan sebagai bahan baku utama dalam tungku tiup atau proses reduksi langsung.

Tujuan dasar dari pabrik sinter adalah untuk mengubah bahan mentah halus yang sering bermasalah menjadi bahan beban berkualitas tinggi yang dapat dikelola, yang meningkatkan permeabilitas tungku, mengurangi biaya operasional, dan meningkatkan efisiensi keseluruhan. Ini berfungsi sebagai penghubung kritis dalam rantai pembuatan baja, menjembatani persiapan bahan mentah dan operasi tungku tiup.

Dalam aliran produksi baja, pabrik sinter menerima bijih besi halus, fluks, dan aditif lainnya, memprosesnya menjadi sinter, dan kemudian memasok sinter ini ke tungku tiup. Langkah ini memastikan kualitas umpan yang konsisten, mengoptimalkan kinerja tungku, dan meminimalkan pemborosan bahan mentah.

Desain dan Operasi Teknis

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa inti di balik pabrik sinter adalah aglomerasi termal, di mana partikel halus dipanaskan untuk memicu pencairan sebagian dan pengikatan, membentuk gumpalan berpori. Proses ini bergantung pada pembakaran yang terkontrol, transfer panas, dan pencampuran material untuk menghasilkan sinter dengan sifat fisik dan kimia yang diinginkan.

Komponen teknologi kunci meliputi:

• Sistem Penanganan Bahan Mentah: Konveyor, penghancur, dan ayakan menyiapkan dan mengangkut bahan mentah ke mesin sintering.
• Peralatan Pencampuran dan Proporsi: Mixer mencampur bijih, fluks, coke breeze, dan fines kembali untuk mencapai komposisi yang seragam.
• Mesin Sintering (Sinter Strand): Grate atau strand bergerak kontinu di mana proses sintering terjadi.
• Sistem Pengapian dan Pembakaran: Pembakar dan pemanas awal menyediakan panas dan memulai pembakaran dalam lapisan.
• Sistem Pendinginan dan Pembuangan: Pendingin dan ayakan memfasilitasi pendinginan sinter, penentuan ukuran, dan transfer ke tumpukan atau wadah umpan.

Mekanisme operasi utama melibatkan penyebaran campuran bahan mentah yang telah disiapkan ke atas strand sintering, menyalakan campuran, dan mengontrol pembakaran untuk mendorong pencairan sebagian dan pengikatan. Proses ini menghasilkan kue sinter yang berpori dan kuat yang kemudian didinginkan dan disaring.

Parameter Proses

Variabel proses kritis meliputi:

Parameter Kinerja	Rentang Tipikal	Faktor yang Mempengaruhi	Metode Kontrol
Suhu bed sinter	1250°C – 1350°C	Kelembaban bahan mentah, efisiensi pembakaran	Sensor suhu, kontrol pembakar otomatis
Aliran udara pembakaran	10.000 – 15.000 Nm³/jam	Kualitas bahan bakar, ketebalan bed	Katup kontrol aliran udara, sensor oksigen
Kedalaman bed sinter	0,3 – 0,6 m	Sifat bahan mentah, kecepatan strand	Kontrol mekanis, pemantauan proses
Produktivitas sinter	1,0 – 2,0 t/m²/jam	Kualitas bahan mentah, kontrol proses	Automasi proses, penyesuaian waktu nyata

Parameter proses secara langsung mempengaruhi kualitas sinter, produktivitas, dan konsumsi energi. Misalnya, suhu bed yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan sinter tetapi dapat meningkatkan konsumsi bahan bakar.

Sistem kontrol memanfaatkan sensor, otomatisasi, dan umpan balik untuk mempertahankan kondisi optimal. Sistem kontrol proses canggih (APC) memantau suhu, efisiensi pembakaran, dan pergerakan bed untuk mengoptimalkan operasi.

Konfigurasi Peralatan

Instalasi pabrik sinter yang khas memiliki strand sintering kontinu, sering kali sepanjang 100–200 meter, dengan lebar 3–6 meter. Strand didukung oleh rol dan digerakkan oleh motor, memungkinkan pergerakan kontinu.

Variasi desain meliputi:

• Sistem Sirkulasi atau Non-sirkulasi: Beberapa pabrik menggabungkan fines kembali atau sistem pengumpulan debu.
• Unit Pemanasan Awal: Penggunaan gas buang atau udara panas untuk memanaskan bahan mentah.
• Beberapa Garis Strand: Untuk kapasitas yang lebih tinggi atau fleksibilitas operasional.

Sistem tambahan meliputi:

• Pengumpulan Debu dan Filtrasi: Filter kantong atau pemisah elektrostatik untuk mengontrol emisi.
• Sistem Pembersihan Gas: Scrubber dan siklon untuk mengolah gas buang.
• Peralatan Penanganan Material: Konveyor, pengumpan, dan penghancur untuk bahan mentah dan pembuangan sinter.

Seiring waktu, desain peralatan telah berkembang menuju peningkatan otomatisasi, efisiensi energi, dan kepatuhan lingkungan.

Kimia dan Metalurgi Proses

Reaksi Kimia

Proses sintering melibatkan reaksi kimia kompleks yang terutama didorong oleh panas pembakaran dan pencairan sebagian. Reaksi kunci meliputi:

• Oksidasi Material Karbon: Coke breeze bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan CO dan CO₂, melepaskan panas:

C + O₂ → CO₂ + panas

C + ½O₂ → CO

• Reduksi Oksida Besi: Karbon monoksida mereduksi oksida ferik dan ferus menjadi besi metalik:

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

Fe₃O₄ + 4CO → 3Fe + 4CO₂

• Pembentukan Fase Sinter: Pencairan sebagian menyebabkan pengikatan partikel, membentuk struktur sinter yang berpori.

Produk sampingan yang signifikan termasuk CO₂, nitrogen oksida (NOx), dan partikel, yang dikelola melalui sistem kontrol emisi.

Transformasi Metalurgi

Selama sintering, perubahan mikrostruktur meliputi:

• Pencairan dan Pengikatan Sebagian: Pembentukan fase cair di titik kontak partikel, yang mengeras saat pendinginan untuk menciptakan sinter yang berpori dan kuat secara mekanis.
• Transformasi Fase: Oksida besi direduksi menjadi besi metalik, dan berbagai fase mineral berkembang tergantung pada komposisi bahan mentah.
• Pengembangan Porositas: Porositas yang terkontrol meningkatkan permeabilitas di tungku tiup, memfasilitasi aliran gas dan mengurangi konsumsi bahan bakar.

Transformasi ini meningkatkan kemampuan reduksi, kekuatan, dan sifat termal sinter, yang secara langsung mempengaruhi efisiensi tungku tiup.

Interaksi Material

Interaksi melibatkan:

• Logam dan Slag: Pembentukan fase slag yang mengenkapsulasi besi metalik, mempengaruhi kemampuan reduksi dan kekuatan mekanis.
• Refraktori: Paparan suhu tinggi menyebabkan keausan refraktori; bahan seperti magnesia-krom atau alumina adalah umum.