Tugas Reduksi Bijih Besi

PRODUKTIVITAS TANUR TINGGI

1.1 PENDAHULUAN
Gambar di bawah ini menjelaskan tentang proses tanur tinggi secara umum.















Gambar 1. Proses pada tanur tinggi
Terdapat beberapa faktor yang menentukan produktifitas tanur tinggi agar jauh lebih efesien. Faktor – faktor tersebut akan dibahas pada halaman selanjutnya, sedangkan gambar di bawah ini menerangkan tentang reaksi yang terjadi pada tanur tinggi baik reduksi secara langsung ataupun tidak langsung.














Gambar 2. Reaksi – reaksi yang terjadi pada tanur tinggi

Perkembangan teknologi tanur tinggi antara tahun 1860 dan 1960 secara perlahan tapi pasti. Selama periode ini diameter yang digunakan meningkat dari 1 meter menjadi 8 atau 9 meter dengan produksi dari 25 – 150 THM menjadi 1500 – 2000 THM tiap harinya secara berturut-turut. Terkait dengan hal itu pada tahun 1960an terjadi ekspansi dalam bidang teknologi yang berkembang dengan cepat mengenai diameter tanur tinggi menjadi dua kali lipatnya dan peningkatan produksi menjadi lima kali lipat. Sekarang ini khususnya di Jepang, tanur dengan diameter 14 – 15 meter dapat memproduksi 10000 – 12000 THM per hari.
Karena peningkatan diameter, tentunya terjadi peningkatan tinggi dan volume. Karena pertumbuhan dibatasi oleh kekuatan mekanik dari besi, diimbangi dengan kokas, kapasitas tanur tinggi meningkat ke samping daripada ke atas untuk meningkatkan volume supaya pemanasan dan reduksi berlangsung dengan efisien. Kinerja volume meningkat, pada tahun 1960 dari 64 m3 memproduksi 25 THM per hari menjadi 5000 m3 memproduksi 13000 THM per hari pada tahun 1975, dan direncanakan untuk kedepannya sekitar 5500 m3 dengan laju kapasitas 14000 THM per hari.
Secara teoritis gambaran tingginya produktivitas mungkin tidak mengherankan terkait dengan meningkatnya volume tanur tinggi misalnya semakin tinggi pemasukan oksigen akan semakin banyak kokas yang terbakar, oleh karena itu produktivitasnya semakin bertambah.
Produktivitas bergantung pada banyaknya jumlah karbon yang terbakar pada tiap unit di tuyers dan tuyer karbon dikonsumsi untuk memproduksi besi kasar. Dengan kata lain, produktivitas adalah fungsi dari gas pada saat reaksi tuyers berlangsung dan dibutuhkan untuk memproduksi besi kasar. Banyaknya kokas biasanya disebut dengan jumlah kokas atau laju pembakaran kokas atau laju dorong per hari. Pengkonsumsian kokas untuk tiap unit besi kasar diistilahkan sebagai laju konsumsi kokas atau mudahnya disebut laju kokas dalam kilogram atau tonase per THM. Laju produktivitas dikenal juga sebagai laju pelelehan atau keluaran yang didenotasikan seperti
P = Q/K …………….. (1)
Dimana,
P= Produktivitas, THM per hari
Q= Pembakaran kokas, Tonase per hari
K= Konsumsi kokas, Tonase per THM

Dari persamaan 1, dapat disimpulkan bahwa apabila produktivitas meningkat sejalan dengan meningkatnya pembakaran kokas dan berbanding terbalik dengan pengkonsumsian kokas. Laju Produksi P dapat ditentukan dengan cara
P (THM / hari) = … (2)
Karena saat ini setiap hari jumlah pembakaran kokas digantikan oleh pembakaran hydrogen, produktivitas dapat digambarkan seperti dibawah ini
P = …… (3)

read more

1.2 INDEKS PRODUKSI TANUR TINGGI (BPI)
Indeks produksi tanur tinggi (BPI) didenotasikan sebagai persentase rasio dari produksi aktual dengan target produksi yang diterima.
BPI = X 100 ………….. (4)
Target produksi tidak memiliki nilai mutlak dan meningkat secara berkala seiring berkembangnya teknik pada tanur tinggi. Target itu sendiri dapat diderivasi dari persamaan 1 dari rata-rata tampilan tanur tinggi terbaik di dunia terkait dengan hal jumlah kokas dan laju pengkonsumsian kokas.

1.2.1 TARGET LAJU KOKAS
Target laju kokas dapat diderivasi berdasarkan ilmu statistik terkini. Ini merupakan fungsi dari berat bersih dan variabel lainnya seperti jumlah batu kapur, sinter, pelet dll. Variasi laju kokas dengan berat bersih adalah sebagai berikut
K = 200 + 0,200 B
Gambaran tadi didapat dari analisa sekitar 200 tanur tinggi di penjuru dunia, dengan persamaan
K = 470 + 0,164 B + 0,249 Z – 1,006 S – 1,142 P – 0,039 tbo
Persen penjelas = 71.3%
Standar deviasi = 28,5 kg / THM
K = Laju kokas, kg/THM (87,5% C)
B = Berat bersih burden, kg/THM
Z = Pembakaran batu kapur, kg/THM
S = Persentase sinter berdasarkan pada berat gross burden
P = persentase pellet berdasarkan pada berat gross burden
Tbo = Temperatur panas pada tanur, oC

1.2.2 TARGET JUMLAH KOKAS
Laju pembakaran kokas biasanya merujuk pada jumlah kokas yang terbakar tiap harinya per m2 daerah hearth. Hal itu juga berlaku hal yang sama pada produktivitas tanur. Asumsi basis pembakaran kokas hanya di dalam lajunya sehingga daerah efektif hearth dimana kokas terbakar lebih rendah dari total daerah hearth. Dapat kita lihat pada sesi sebelumnya bahwa proporsi dari daerah efektif hearth terhadap total daerah hearth menurun seiring meningkatnya diameter hearth. Oleh karena itu tanur kecil posisinya akan lebih menguntungkan dari yang lebih besar dalam hal basis dari daerah total hearth. Sebuah perhitungan dari laju pembakaran kokas per m2 dari daerah efektif hearth perhitungannya akan lebih realistis untuk membandingkan jumlah kokas dari variasi tanur. Rice berdasarkan studi statistik dari 130 tanur di dunia mengatakan bahwa pembakaran kokas pada lebar 6 kaki didepan tuyere dan laju pembakaran kokas optimum sekitar 6000 pon dari 86 % C - kokas / kaki2 dari perimeter aktif.
Sebuah konversi dari nilai rice terhadap sistemmetrik, dengan lebar = 1,83 m dan tuyere = 0,23 m ditentukan daerah efektif hearth
A = 5.746 (D – 2.29)…………. (7)
Dimana,
D = diameter hearth, m
A = Daerah efektif hearth, m2
Laju pembakaran kokas rice sekitar 30,753 t kokas/m2/hari. Oleh karena itu jumlah kokas ditentukan sebagai berikut







Gambar 3. Grafik hubungan antara jumlah kokas ditambah oli dan diameter hearth pada tanur tinggi

Q = 30,753 . A
Garis A, Q = 177 (D – 2,29) : D = 4 – 6 m
Garis B, Q = 218 (D – 2,83) : D = 4 – 8 m
Garis C, Q = 307 (D – 3,15) : D = 4 – 9 m
Garis D, Q = 735 (D – 7,25 ) : D = 10 – 14 m

Indeks rice berdasarkan lebar dari rice 1,83 m didapat nilai yang mendekati aktual dengan selang 0,75 – 1,75 m.











Gambar 4. Grafik hubungan antara diameter hearth tanur tinggi dan tampilan spesifik hearth.

Gambar 5. Grafik parabolik hubungan antara diameter hearth tanur tinggi dan jumlah kokas ditambah oli
Dari gambar 3 didapat sebuah hubungan
Q = γ. D2
Dimana nilai γ sudah ditentukan pada gambar 3 diatas.

Indikasi penampilan yang lain
Terdapat 3 indikasi penampilan yang lain yang digunakan untuk memproduksi besi cair diantaranya :
1. THM / m2. 24 jam digunakan hampir diseluruh eropa dan amerika berdasarkan unit area dari hearth

Gambar 6. Variasi indikasi penampilan hearth dan hubungan dengan diameter hearth
2. Volume efisiensi, THM m3. 24 jam digunakan sebagian besar di amerika dan uni soviet, berdasarkan perhitungan volume tanur dari tingginya yang di ambil dibawah 1 m dari axis tuyer
3. Koefisien peralatan volume tanur ( KIPO), m3/ THM.24 jam digunakan di uni soviet


3. TEKNIK – TEKNIK BARU UNTUK MENINGKATKAN KINERJA TANUR TINGGI
Antara tahun 1950 – 1975 banyak teknik-teknik baru yang dikembangkan untuk meningkatkan kerja tanur tinggi. Pada periode tersebut rata – rata kecepatan produksi besi cair persatuan volume dapur, naik lebih dari dua kali dari peiode sebelumnya. Pemakaian kokas menurun, dari 925 kg ke 550 kg kokas/ton besi cair.
Pada tahun 1960an, dapur dengan diameter 14 m dapat menghasilkan lebih dari 10000 ton besi cair/ hari, pemakaian kokas kurang dari 450 kg/ton besi cair.
Pada tahun 1990-an, progress berlanjut dan tanur tinggi menjadi semakin efisien dan produktif. Teknologi injeksi bahan bakar menurunkan pemakaian kokas kurang dari 300 kg/ton besi cair.
Dari persamaan 1, produksi blast furnace dapat meningkat seiring dengan peningkatan jumlah kokas dan penurunan laju konsumsi kokas. metode untuk mendapatkan laju produksi yang tinggi ditunjukkan pada gambar 5.
Jumlah kokas dapat ditingkatkan dengan cara:
1. Meningkatkan persediaan oksigen ( meningkatkan volume peniupan, peniupan oksigen, kelembaban, tekanan)
2. Mengurangi volume, kekentalan dan meningkatkan kerapatan, tekanan permukaan dari slag.
Teknik-teknik baru tersebut antara lain:
• Benefisisasi bahan
• Udara panas temperature tinggi
• Penyuntikan bahan bakar
• Pengkayaan kandungan oksigen dalam udara panas
• Operasi dengan tekanan tinggi
• Perbaikan distribusi burden

Gambar 7. Beberapa metode yang meningkatkan produktivitas tanur tinggi

1.1 BENEFISIASI BAHAN
Perbaikan sifat fisika dan kimia bahan-bahan akibat kemajuan teknologi benefisiasi bijih membantu peningkatan kinerja tanur tinggi. Pencucian batu bara dari ash (abu) dan sulfur (S) memberikan perbaikan yang besar pada komposisi kokas. Kekuatan kokas juga diperbaiki dengan teknik pulverisasi dan pencampuran batu bara. Penggunaan kokas kekuatan tinggi dengan ukuran butir maksimum 65 mm dan minimum 35 mm memperbaiki permeabilitas bahan, kecepatan produksi dan efisiensi. Perbaikan kekuatan kokas mencegah terbentuknya kokas halus (coke fines) yang dapat mengganggu aliran gas dan kontak gas dengan bahan.

Penggunaan lump ore dengan ukuran -25mm+10mm. fines tidak langsung digunakan dalam tanur tinggi, tetapi di aglomerasi terlebih dahulu menjadi sinter atau pelet. Penggunaan fluxed pellet atau sinter, tidak memerlukan proses kalsinasi. Selain itu akan mempercepat proses reduksi dan mencegah pembentukan besi silikat yang bertitik lebur rendah. Kondisi tersebut mencegah pelelehan aglomerat sebelum ia tereduksi menjadi besi, sehingga memungkinkan penggunaan temperature udara panas yang tinggi dan perbaikan efisiensi bahan bakar.

1.2 UDARA PANAS TEMPERATUR TINGGI (HIGH HOT-BLAST TEMPERATURE)
Pada tahun 1950an temperatur udara panas hanya sekitar 550 oC. Pada tahun 1996 temperatur udara panas dapat ditingkatkan menjadi 1110 oC. Hal tersebut dimungkinkan dengan adanya perbaikan teknologi pembakaran stove, kualitas bata tahan api yang lebih baik, rancangan dan peralatan penggantian operasi stove yang lebih modern.
Perbaikan tersebut juga dibantu dengan perbaikan benefisiasi bahan, penggunaan injeksi bahan bakar melalui tuyere dan pengendalian kelembaban udara yang digunakan. Untuk kenaikan temperatur udara panas 500 oC, pemakaian kokas sekitar 398 kg/ton besi cair.

1.3 PENYUTIKAN BAHAN BAKAR (FUEL INJECTION)
Untuk mencapai temperatur udara panas yang tinggi, sekitar 1000o – 1220 oC dan kebutuhan untuk mengendalikan temperatur nyala akibat bervariasinya bahan (burden), dapat disuntikan bahan bakar hidrokarbon ke dalam tanur tinggi. Injeksi bahan bakar tersebut dapat dikendalikan untuk mendapatkan temperatur nyala yang cocok, meningkatkan kemampuan gas reduktor didalam bosh dan mengurangi pemakaian kokas.
Jika jumlah kokas banyak, jumlah panas yang dihasilkan oleh injeksi bahan bakar sedikit lebih kecil dari jumlah yang dihasilkan oleh pembakaran kokas, namun gas reduktor (CO dan H2) yang dihasilkan lebih banyak. Banyak jenis bahan bakar yang dapat digunakan, yaitu : gas alam, coke oven gas, minyak bakar, tar, serbuk batu bara, dan larutan batu bara dalam minyak.
Dengan menggunakan pipa, bahan bakar yang bertekanan lebih tinggi dari tekanan udara panas diinjeksikan melalui tuyere ke dalam dapur. Pembakaran terjadi pada zona di depan tuyere.

1.4 PENGKAYAAN OKSIGEN DALAM UDARA PANAS (OXIGEN ENRICHMENT)
Jika udara panas diperkaya gas oksigen, temperatur nyala yang dihasilkan menjadi lebih tinggi. Jumlah gas oksigen yang ditambahkan sekitar 12%. Setiap persen penambahan oksigen dapat meningkatkan produktivitas 2 – 4 %. Jika bahan yang digunakan mempunyai reducibility yang baik, proses reduksi akan berjalan cepat, efisiensi pemakaian bahan bakar menjadi lebih baik. Dalam produksi ferromangan, dimana diperlukan temperatur yang tinggi dan jumlah panas yang lebih besar, pengkayaan oksigen bias mencapai 30 %.

1.5 OPERASI DENGAN TEKANAN TINGGI (HIGH PRESSURE OPERATION)
Operasi tekanan tinggi dicapai dengan memasang keran penyekat dalam sistem pengeluaran gas (top gas), sehingga diperlukan tekanan gas yang lebih tinggi untuk dapat keluar dari sistem. Kondisi tersebut dapat dipenuhi jika jumlah debit udara panas ditingkatkan. Dengan meningkatnya volume udara per menit yang dimasukan, proses reduksi semakin intensif dan produktivitas meningkat. Disamping itu kecenderungan pembentukan SiO dikurangi, sehingga diperoleh besi cair dengan kandungan Si yang rendah.
Peningkatakan tekanan sistem top gas berbanding langsung dengan tekanan udara panas yang masuk. Oleh sebab itu diperlukan blower yang lebih besar untuk dapat menghasilkan jumlah udara yang banyak dengan tekanan tinggi. Dinding dapur, stove, dust catcher, pipa gas dan semua perlatan yang berhubungan dengan sistem gas perlu diperkuat struktur dan bahannya.



1.6 PERBAIKAN DISTRIBUSI BURDEN
Untuk memperbaiki kontak gas dan padatan dan effisiensi bahan bakar telah dilakukan perbaikan distribusi bahan – bahan (burden). Perbaikan tersebut dicapai dengna memasang moveable stock line armor, yaitu alat yang dapat diubah – ubah diameternya untuk dapat menempatkan bahan – bahan yang masuk didalam dapur. Pengembangan lainnya dengan menghilangkan large bell dan menggantinya dengan rotating chute (corong yang dapat diputar dengan kecepatan yang dapat diatur dan dipasang dengan sudut kemiringan yang diinginkan).