ITmk 3 Proses pembuatan Iron Nuggets

ITmk3 Proses pembuatan Iron Nuggets

Proses ITmk3 juga dikenal sebagai Iron making technology (IT) mark 3 dan merupakan salah satu teknologi reduksi batubara. Tanda IT 1 adalah proses pembuatan besi dengan tanur sembur (BF) sedangkan tanda IT 2 adalah pembuatan besi dengan reduksi langsung sebagian besar dengan proses reduksi berbasis gas (Gbr 1). Proses ini telah dikembangkan oleh Kobe Steel dan ramah lingkungan.

Gbr 1 Teknologi pembuatan besi

Riwayat pengembangan

Pengujian laboratorium dari proses tersebut dilakukan selama tahun 1996 hingga 1998. Selama periode 1999 hingga 2000 sebuah pabrik percontohan kecil berkapasitas 3.000 ton per hari dibangun dan dioperasikan di Kakogawa Works of Kobe Steel, Jepang. Pada tahun 2002 hingga 2004 pabrik percontohan percontohan dengan kapasitas 25.000 ton per tahun dibangun dan dioperasikan di Minnesota, AS. Pembangunan pabrik komersial pertama berkapasitas 500.000 ton per tahun dimulai di Hoyt Lakes Minnesota pada tahun 2007 dan pengoperasian pabrik ini dimulai pada Januari 2010. 

Proses ITmk3

Proses ITmk3 adalah proses pembuatan besi yang cepat yang meliputi reduksi bijih, karburasi dan peleburan besi serta pemisahan terak, semuanya pada suhu yang relatif rendah. Proses empat langkah terdiri dari (i) aglomerasi bijih besi dan batubara, (ii) reduksi dan peleburan aglomerat, (iii) pemisahan besi metalik dari terak, dan (iv) pengolahan gas buang dan pemulihan panas.

Dalam proses ini, konsentrat bijih besi dan batubara non-coking (bahan pereduksi), batu kapur (fluks), dan bentonit (pengikat) dicampur bersama dan diaglomerasi menjadi pelet pereduksi hijau sendiri. Pelet ini dimasukkan ke dalam tungku perapian putar (RHF) di mana bola hijau kering yang mereduksi sendiri, fluxing dikurangi, dikarburasi dan dilebur. Produknya adalah besi granular yang disebut nugget besi. Proses pada diagram fasa karbon besi (Fe-C) ditunjukkan pada Gambar 2.

Gbr 2 – Proses ITmk3 pada diagram fasa besi-karbon  

Proses ITmk3 menghasilkan besi granul (Iron nugget) dengan kemurnian tinggi dengan menggunakan bijih besi halus dan batubara non kokas. Prosesnya berbeda dengan reduksi, peleburan karburasi dan pemisahan terak (Gbr 3). Proses ini terjadi pada suhu yang lebih rendah (sekitar 1350 derajat C) dan karenanya berbeda dari pembuatan besi konvensional dengan tanur sembur (BF). Dalam proses ITmk3 reaksi reduksi berlangsung dalam 10 menit tidak seperti 8 jam di BF dan 6 jam dalam proses reduksi langsung berbasis gas.

Selama proses tersebut, reduksi bijih besi berlangsung dalam beberapa tahap. Langkah-langkah ini ditunjukkan pada Gambar 3.

Gbr 3 – Langkah-langkah proses selama pengurangan dalam proses ITmk3 

Fitur utama dari proses diberikan di bawah ini.

• Proses ini memanfaatkan butiran bijih besi kadar rendah yang digiling menjadi partikel halus dan dimanfaatkan untuk menghasilkan konsentrat bijih besi kadar tinggi. Konsentrat ini diubah menjadi pelet hijau.
• Batubara non kokas digunakan sebagai reduktor.
• Pelet dimasukkan ke dalam tungku perapian putar (RHF), dipanaskan hingga 1350 derajat C, direduksi, dilebur dan dipisahkan menjadi logam dan terak.
• Besi cair dipadatkan menjadi nugget di dalam tungku, dibuang setelah pendinginan dan dipisahkan dari terak.
• Prosesnya sederhana dan menggunakan peralatan konvensional. Selanjutnya waktu retensi yang kecil juga memfasilitasi start up dan penghentian pabrik. Bijih besi halus dan batu bara bubuk diaglomerasi menjadi pelet komposit.

Flowsheet untuk proses ITmk3 diberikan pada Gambar 4.

Gbr 4 – Flowsheet proses ITmk3

Reaksi antara bijih besi dan batubara tetap sama seperti proses pembuatan besi pada umumnya dan diberikan di bawah ini.

FexOy + yCO =xFe + yCO2

CO2 + C =2CO

C(s) =C (karburasi)

Fe(s) =Fe(l) (meleleh)

Dua reaksi terakhir adalah reaksi tambahan dalam proses ITmk3. Reaksi tambahan ini adalah untuk pemisahan besi metalik dari terak.

Produk dari proses ITmk3

ITmk3 menghasilkan nugget besi bebas terak (Gambar 5) yang memiliki sifat kimia dan fisik yang mirip dengan besi kasar. Ini memiliki kandungan besi logam dalam kisaran 96% hingga 97%, kandungan C dalam kisaran 1,7% hingga 3,5%. Kandungan belerang dari nugget besi sekitar 0,5%. Massa jenis nugget besi berkisar antara 6,5 ​​gram/sentimeter kubik (g/cc) hingga 7,0 g/cc. Nugget besi memiliki daya leleh yang lebih baik daripada besi kasar yang dihasilkan dari logam panas BF karena memiliki titik leleh yang rendah dan konduktivitas termal yang lebih tinggi. Nugget besi memiliki ukuran yang membantu dalam transportasi dan penanganan yang mudah. Mereka tidak mengoksidasi ulang dan juga tidak menghasilkan denda selama penanganan. Fitur lain yang menguntungkan dari nugget besi adalah bahwa mereka dapat terus diisi ke dalam tanur busur listrik (EAF) mirip dengan pengisian besi tereduksi langsung (DRI) atau besi briket panas (HBI).

Gbr 5 – Nugget besi

Nilai Konsumsi Spesifik untuk proses ITmk3

Konsumsi spesifik bahan dan utilitas per ton nugget untuk proses ITmk3 adalah (i) bijih besi halus – 1,5 ton, (ii) batubara non kokas – 0,5 ton, (iii) bahan bakar gas – 1,1 giga kalori, (iv) listrik daya – 200 kWh, (v) air – 2 cum, (vi) udara bertekanan – 85 cum, dan (vii) nitrogen – 12 cum.

Kontrol lingkungan

ITmk3 – Rute proses pembuatan baja EAF menghasilkan polutan yang lebih rendah dibandingkan dengan rute proses BF – BOF. Persentase pengurangan rute proses ITmk3 – EAF dibandingkan dengan rute proses BF – BOF adalah (i) karbon mono oksida (CO) – 96%, (ii) oksida nitrogen (NOx) – 65%, (iii) sulfur di- oksida (SO2) – 77,7%, (iv) senyawa organik volatil (VOC) – 86,5%, (v) karbon dioksida (CO2) – 41,1%, dan (vi) merkuri (Hg) – 58,0%.

Tata letak khas proses ITmk3

Tata letak tipikal yang memberikan kebutuhan lahan untuk proses ITmk3 ditunjukkan pada Gambar 6

Gbr 6 – Tata letak pabrik yang umum untuk proses ITmk3

Keuntungan Proses ITmk3

Proses ITmk3 memiliki beberapa keunggulan dibandingkan proses pembuatan besi lainnya. Keuntungan ini meliputi (i) prosesnya sederhana, (ii) prosesnya memungkinkan reduksi langsung bijih besi halus dengan batubara non kokas, (iii) prosesnya hemat energi karena mengkonsumsi sekitar 30% energi lebih sedikit daripada energi yang dikonsumsi selama pembuatan besi dengan BF, (iv) proses menghasilkan emisi CO2 yang lebih rendah, (v) prosesnya memiliki investasi modal yang rendah karena menghilangkan pabrik sinter/pelet dan baterai oven kokas, (vi) prosesnya menggunakan bahan baku yang lebih murah seperti bijih besi halus dan batubara non kokas, (vii) proses menghasilkan nugget besi bermutu tinggi dengan daya leleh yang lebih baik daripada besi kasar selama tahap pembuatan baja, (viii) proses menghilangkan kebutuhan penanganan besi cair, (ix) nugget besi bebas terak , bebas dari elemen tramp, bebas dari re-oksidasi, dan tidak menghasilkan butiran halus dan karenanya mudah diangkut, (x) pengoperasian dan penyesuaian prosesnya sederhana dan prosesnya juga memfasilitasi penyesuaian produksi dengan memulai dan menghentikan, (xi) persamaan ipment yang digunakan dalam prosesnya sederhana dan dengan keandalan yang telah terbukti.