Teknologi untuk Peningkatan dalam Proses Sintering

Pengembalian halus – proses sintering bijih besi penyematan mosaik

Untuk meningkatkan permeabilitas unggun sintering untuk produktivitas bijih sinter, proses 'return fine - mosaik embedding bijih besi sintering' (RF-MEBIOS) telah dikembangkan. Proses RF-MEBIOS, yang merupakan teknik pengembalian halus melewati granulasi. Dalam proses ini kembali halus seperti partikel kering ditambahkan ke bahan baku granulasi dan kemudian dibebankan ke dalam mesin sintering yang mengakibatkan peningkatan produktivitas mesin sintering.

Peningkatan produktivitas disebabkan oleh peningkatan ukuran partikel semu pada granulasi dan penurunan densitas bulk sinterpacked bed setelah pengisian. Yang pertama dicapai dengan kadar air yang lebih tinggi dalam bahan baku pada granulasi. Yang terakhir ini dicapai dengan gesekan yang lebih tinggi di unggun sintering yang terdiri dari senyawa partikel kering dan basah, yang memiliki peran menurunkan kerapatan curah. Dengan meningkatkan rasio halus pengembalian by-pass dan ukuran, kecepatan sintering dan produktivitas sinter meningkat.

Gambar 3 menunjukkan aliran material khas di pabrik sinter. Transportasi denda pengembalian menyimpang menjadi dua rute dengan peredam divergensi. Salah satunya adalah ke tempat sampah pengembalian yang ada dan yang lainnya ke tempat sampah pengembalian by-pass yang baru. Denda pengembalian dari bak halus pengembalian yang ada dan bahan baku sinter lainnya dicampur dan digranulasi bersama dengan air di dalam mixer. Denda pengembalian dari nampan pengembalian by-pass ditambahkan setelah mixer. Bagian yang diberikan di sisi kanan Gambar 3 menunjukkan hubungan posisi antara peredam dan konveyor sabuk. Posisi peredam disesuaikan untuk mengontrol rasio denda pengembalian by-pass. Peredam dapat memisahkan denda pengembalian antara lapisan atas (denda pengembalian by-pass) dan lapisan bawah (denda pengembalian granulasi). Konveyor sabuk melepaskan partikel jalur sebagai lapisan atas, sehingga partikel yang relatif besar diangkut ke bak halus pengembalian by-pass.

Gbr 3 Tata letak tipikal rute pengangkutan halus kembali di pabrik sinter

Permeabilitas ditingkatkan oleh dua faktor yaitu (i) rasio ukuran partikel semu yang rendah (minus 0,25 mm) dan (ii) kerapatan curah yang rendah. Yang pertama disebabkan oleh granulasi dengan kadar air tinggi karena penambahan butiran halus kembali kering setelah granulasi ketika kadar air saat pengisian konstan.

Pengisian dua lapisan

Dengan pengisian campuran sinter yang seragam pada untai sinter dapat menyebabkan suhu yang lebih tinggi menyebabkan peleburan campuran sinter. Ini membatasi aliran udara downdraft dan proses sintering. Dalam pengisian lapisan kembar, bahan muatan ukuran butir yang lebih kecil dengan konsentrasi angin kokas yang lebih tinggi dibebankan di lapisan atas. Bahan ukuran butir yang lebih besar (pengembalian bijih dan sinter) dengan konsentrasi angin kokas yang lebih rendah dibebankan di lapisan bawah. Ini memastikan aliran panas yang tepat di lapisan bawah, permeabilitas lapisan yang tinggi, dan penggunaan bahan bakar yang efisien.

Peningkatan peralatan makan campuran sinter

Pemuatan campuran terpisah hasil campuran sinter menjadi partikel besar di bagian bawah campuran sinter pada pelet sedangkan partikel kecil di bagian atas campuran sinter pada palet untai mesin sinter. Pemuatan campuran terpisah membantu dalam permeabilitas campuran dan karenanya membantu dalam meningkatkan produktivitas alat berat. Ada beberapa desain sistem pengisian untuk pemuatan terpisah. Beberapa di antaranya adalah (i) pemasangan saringan tambahan pada saluran miring konvensional, (ii) pengumpan pengayakan intensif, (iii) kawat celah segregated, dan (iv) pengumpan pemutus magnet. Gambar 4 menunjukkan sistem pengisian tanpa sistem pemuatan campuran terpisah serta sistem pengisian dengan berbagai jenis sistem pemuatan campuran sinter.

Gbr 4 Sistem pemuatan campuran sinter

Pembakar multi celah di Tungku Pengapian

Saat menyalakan bagian atas sinter mix bed pada mesin sinter di tungku pengapian, stabilitas api burner sangat penting. Pembakar multi celah membantu menghasilkan nyala api tunggal yang lebar dan stabil yang tidak menghilangkan area nyala api dan memasok masukan panas minimum untuk penyalaan. Hal ini pada gilirannya menghasilkan penghematan input energi di kap pengapian. Telah dilaporkan di pabrik Jepang bahwa masukan panas total untuk pengapian dengan pembakar multi celah telah berkurang sekitar 30% bila dibandingkan dengan pembakar konvensional. Garis besar pembakar multi celah ditunjukkan pada Gambar 5.

Gbr 5 Garis besar pembakar multi celah

Sintering dukungan berdiri

Teknik sintering baru yang disebut 'stand support sintering', untuk menopang kue sinter dengan dudukan baja (batang atau pelat) yang menempel pada palet telah dikembangkan di Jepang. Teknik ini meningkatkan penyusutan, porositas, dan tingkat reducibility. Karena sistem pendukung berdiri, produktivitas mesin sinter meningkat pesat dan mesin berjalan lebih stabil.

Pada metode stand support sintering, beban sinter cake di bagian atas sinter mix bed ditopang oleh stand baja selama proses sintering. Beban kue sinter pada zona lebur pembakaran di bawahnya membuat unggun campuran sinter menyusut (pemadatan unggun), dan dengan demikian secara signifikan menurunkan permeabilitas unggun. Dudukan penopang yang dipasang di dalam palet sintering mulai menopang beban kue sinter di atas pada saat bagian unggun campuran sinter di sekitar bagian atas dudukan mulai mengeras setelah dipanaskan dan dilebur. Proses sintering dari bagian bawah unggun berlanjut setelahnya di bawah beban yang dikurangi, dan jaringan perembesan berkembang dengan baik di bagian tersebut untuk meningkatkan permeabilitas.

Pemulihan panas limbah

Pemulihan panas di pabrik sinter merupakan sarana untuk meningkatkan efisiensi proses pembuatan sinter. Sinter panas diperlukan untuk didinginkan. Panas yang diperoleh kembali dari pendingin sinter digunakan untuk memanaskan awal udara pembakaran untuk burner di tungku pengapian atau untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi yang dapat digunakan untuk pembangkit tenaga listrik. Dalam hal pembangkitan uap bertekanan tinggi, konfigurasi fasilitas sistem pemulihan energi gas buangan terdiri dari kap mesin, penangkap debu, boiler pemulihan panas, kipas sirkulasi, dan de-aerator.

Pabrik sintering terdiri dari dua bagian ukuran yaitu (i) bagian sintering, dan (ii) bagian pendingin sinter panas. Pemulihan panas dari kedua bagian telah dikembangkan dari gas buang bagian sintering dan dari gas pendingin bagian pendingin. Gambar 6 menunjukkan distribusi temperatur gas dari kedua bagian. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, ada perbedaan suhu yang besar tergantung pada posisi bagian. Suhu gas rata-rata di kedua bagian berada dalam kisaran 100 derajat C hingga 150 derajat C yang terlalu rendah untuk pemulihan panas yang efektif. Pemulihan panas terbatas pada zona suhu gas tinggi, bagian akhir dari bagian sintering dan bagian awal dari bagian pendinginan, di mana suhu gas 300 derajat C atau lebih tinggi tersedia. Meskipun zona pemulihan panas terbatas, volume gas dari proses sintering cukup besar untuk pemulihan panas praktis yang layak secara komersial. Juga, karena sifat korosifnya, suhu gas setelah pemulihan panas harus dijaga di atas titik asam dari gas.

Gbr 6 Pemulihan panas limbah di pabrik sinter

Perolehan panas gas buang mesin sintering dapat dikategorikan menjadi tipe sirkulasi dan tipe non-sirkulasi (Gbr 6). Pada tipe sirkulasi, gas setelah pemulihan panas disirkulasikan ke mesin sintering sebagai pengganti gas pendingin, sedangkan pada tipe nonsirkulasi, gas setelah pemulihan panas dialirkan ke fasilitas pengolahan gas secara langsung. Jenis sirkulasi diadopsi untuk meningkatkan efisiensi pemulihan panas.

Selain pemulihan panas, sistem membantu dalam pengurangan SOx, NOx dan emisi partikulat dan dalam meningkatkan produktivitas, hasil dan kekuatan dingin sinter. Pemulihan energi ke tingkat 30% dicapai dengan metode ini.

Sistem sintering yang dioptimalkan emisi

Tingginya volume gas buang dan rendahnya konsentrasi elemen yang harus dibersihkan selalu menjadi salah satu masalah pabrik sinter. Tujuan mendasar dari sistem sintering yang dioptimalkan emisi (EOS) adalah untuk mengurangi volume gas yang akan dibersihkan (berpotensi mencapai pengurangan hingga 50%) dengan menempatkan tudung di atas jeruji sinter yang diumpankan dengan udara bersih dan daur ulang. udara dari kotak angin. Gambar 7 menunjukkan untai sinter dengan sistem EOS.

Gambar 7 Untaian sinter dengan sistem sinter yang dioptimalkan emisi

Kontrol emisi debu

Peningkatan produksi pada mesin sinter menyebabkan timbulnya debu yang lebih tinggi yang berarti emisi partikulat yang lebih tinggi. Emisi ini sarat debu dan mengandung berbagai macam polutan udara berbahaya organik dan logam berat (HAP). Dengan mengirimkan gas buang ke presipitator elektrostatik melalui pipa bermuatan negatif, partikel dalam aliran gas limbah menjadi bermuatan negatif. Mengarahkan aliran ini melewati pelat bermuatan positif kemudian menarik dan mengumpulkan partikel bermuatan negatif, sehingga menghasilkan limbah gas bersih dan meningkatkan jumlah pemulihan uap. Debu kasar dihilangkan dalam penangkap debu kering dan didaur ulang. Penggunaan ESP (electro static precipitator) mengurangi tingkat debu off-gas.

Proses PUS

Proses ini dikenal sebagai 'entrained flow absorber (EFA). Ini dikembangkan oleh Paul Wurth. Proses EFA dipasang pada akhir proses sinter plant. Ini pada dasarnya terdiri dari penyerap aliran entrained dan filter tipe kantong. Menggunakan peralatan ini, dari sinter plant off-gas, debu, sulfur oksida, hidroklorik, asam fluorida, dioksin dan furan ditangkap. Penyerap beroperasi dengan kapur terhidrasi (kalsium hidroksida) dan kokas batubara coklat untuk menyerap dioksin dan furan. Kondisi reaksi optimum dicapai dengan cara menyemprotkan air ke dalam reaktor pada tekanan tinggi dan mempertahankan suhu pada kisaran 80 derajat C sampai 110 derajat C. Air yang diinjeksikan diuapkan dan debu dari gas yang hilang dikumpulkan di dalam kantong. -jenis saringan. Kandungan sulfur lebih rendah dari 50 mg per cum pada STP, kandungan debu lebih rendah dari 5 mg per cum pada STP dan kandungan furan/dioksin lebih rendah dari 0,1 nano gram per cum pada STP.

proses MEROS

Proses pengurangan emisi maksimal sintering (MEROS) adalah teknologi inovatif yang dikembangkan oleh Primetals Technologies untuk mengurangi emisi polusi dari pabrik sinter. Melalui penggunaan aditif khusus, komponen pencemar dalam aliran gas digabungkan dan dipisahkan dalam filter kain yang terhubung. Prosesnya 'semi-kering' dan karenanya 100% bebas limbah.

Proses MEROS adalah proses pembersihan untuk menghilangkan debu, gas asam, logam beracun dan senyawa organik dalam beberapa tahap. Prosesnya terdiri dari tiga langkah yaitu (i) injeksi adsorben berbasis karbon dan agen desulfurisasi ke dalam aliran sinter off-gas dalam arah berlawanan untuk mengikat logam berat dan senyawa organik, (ii) sirkulasi aliran gas melalui a reaktor pendingin di mana gas dilembabkan dan didinginkan hingga suhu sekitar 100 derajat C melalui kabut halus yang disuntikkan (mempercepat reaksi kimia yang diperlukan untuk mengikat dan menghilangkan SO2 dan komponen gas asam lainnya, dan (iii) aliran off-gas yang meninggalkan reaktor pengkondisian melewati bag filter tempat debu dengan polutan yang terperangkap dihilangkan.

Dalam proses ini, debu, gas asam, logam berbahaya, dan senyawa organik yang ada dalam gas sintering dihilangkan dengan tingkat efisiensi yang tinggi. Pada tahun 2007, instalasi pertama mulai beroperasi di Linz (Austria), dengan kapasitas pengolahan gas 1 juta N cum per jam. Emisi debu dengan proses MEROS diturunkan menjadi kurang dari 5 mg per N cum. Emisi merkuri, timbal, senyawa organik (seperti dioksin dan furan (PCDD/F)), HCl, HF, dan total VOC terkondensasi (senyawa organik yang mudah menguap) diturunkan hingga kurang dari 0,1 nano gram per N cum. Salah satu karakteristik yang paling menonjol dari proses MEROS adalah memenuhi peraturan lingkungan saat ini dan dapat bekerja dalam batasan yang dapat ditetapkan di masa mendatang. Flowsheet dasar dari proses MEROS ditunjukkan pada Gambar 8.

Gbr 8 Flowsheet dasar proses MEROS

Sistem resirkulasi gas limbah selektif

Selama proses sintering, volume udara yang dihisap biasanya lebih tinggi dari yang dibutuhkan untuk pembakaran sempurna bahan bakar untuk memungkinkan kecepatan tinggi dari bagian depan nyala. Gas limbah sinter karenanya biasanya mengandung sekitar 12% hingga 15% sisa oksigen. Itu juga pada suhu yang jauh di atas titik embun kritis. Ini cukup untuk resirkulasi ke proses sintering setelah penambahan sedikit udara tambahan.

Dalam 'sistem resirkulasi gas limbah selektif', off-gas dari zona yang dipilih dari mesin sinter dicampur dengan udara yang lebih dingin dan kemudian disirkulasikan kembali ke untai sinter. Sistem resirkulasi limbah-gas selektif dikembangkan pada awalnya untuk menjaga volume off-gas pada tingkat yang konstan sambil meningkatkan kapasitas sintering dan mengurangi emisi spesifik. Hal ini memungkinkan biaya investasi dan pengoperasian untuk fasilitas pembersihan gas berada pada tingkat yang dapat diterima.

Diagram skematik tipikal sistem resirkulasi gas limbah selektif diberikan pada Gambar 9. Pada gambar ini, gas buang limbah panas dari bagian pertama dan ketiga dari mesin sinter dicampur dengan udara luar dari pendingin sinter dan udara ambien dan disirkulasikan kembali ke bagian kedua dari mesin sinter. Sebagian dari limbah gas didaur ulang kembali ke tudung yang menutupi bagian untai sinter.

Gbr 9 Diagram skematik tipikal sistem resirkulasi gas buang selektif

Keuntungan dari sistem ini adalah (i) mengurangi volume gas buang per unit sinter sekitar 50%, (ii) mengurangi konsumsi bahan bakar padat spesifik sebesar 10% hingga 15% karena pemanfaatan panas gas buang dan pos CO (karbon mono-oksida). pembakaran, (iii) investasi dan biaya operasi yang lebih rendah untuk pabrik pembersihan limbah-gas, (iv) tingkat produktivitas dan kualitas sinter dipertahankan, (v) penurunan emisi CO2, dan (vi) emisi spesifik SOx, NOx, PCDD/ yang lebih rendah PCDF (dibenzo-p-dioxins/dibenzofurans), dan logam berat.

Pemodelan proses sintering

Selama proses sintering, beberapa reaksi kimia dan transformasi fasa terjadi, tidak hanya karena perubahan panas depan, tetapi juga karena modifikasi komposisi gas lokal dan suhu leleh awal campuran bahan baku. Ketika suhu lokal dan komposisi padatan tercapai, sebagian besar transformasi fase didorong oleh suplai panas dan difusi yang terjadi di dalam lapisan partikel dengan mekanisme pembentukan cairan memainkan peran utama. Bahan sebagian meleleh ketika suhu lokal mencapai suhu leleh dan saat bergerak, kontak dengan gas dingin mendorong pemadatan ulang dan dengan demikian, aglomerasi partikel membentuk kue sinter berpori yang terus menerus. Sifat kue sinter akhir sangat bergantung pada siklus termal, komposisi kimia awal bahan baku, dan sifat termo-fisik yang dikembangkan selama sintering. Model matematis dari proses sintering mensimulasikan fenomena yang terjadi di dalam mesin sinter dalam produksi industri sinter ke tanur tinggi.

Metode untuk pemodelan proses sintering mesin strand industri didasarkan pada persamaan transpor multi-fase, dan multi-komponen momentum, massa, dan energi untuk fase gas, padat dan cair dengan mempertimbangkan fenomena lokal pembentukan sinter berpori ( Gambar 10). Model mempertimbangkan fase berinteraksi secara bersamaan dan spesies kimia dari setiap fase dihitung berdasarkan persamaan konservasi spesies kimia. Deskripsi akurat dari laju pertukaran untuk momentum, energi, dan reaksi kimia sangat penting untuk keseluruhan akurasi model.

Gbr 10 Transfer multifase momentum, massa, dan energi dipertimbangkan untuk model sintering

Spesies kimia secara individual diperhitungkan dengan memecahkan persamaan transportasi setiap spesies kimia dari fase gas dan padat. Fase padat menyumbang campuran umpan sinter bijih besi, sinter halus (sinter halus yang dikembalikan), angin kokas (atau bahan bakar padat lainnya), kerak (halus dari pabrik baja), dan fluks. Fase cair terdiri dari komponen-komponen yang meleleh dan terbentuk dalam fase cair. Fase re-solidifikasi terdiri dari cairan yang dipadatkan kembali dan fase yang terbentuk selama proses re-solidifikasi dan sangat bergantung pada komposisi cairan lokal dan pertukaran panas. Kue sinter akhir dibentuk oleh campuran bahan-bahan ini dan kualitasnya tergantung pada komposisi akhir dan fraksi volume masing-masing bahan ini dan distribusinya dalam struktur sinter mosaik.

Dalam model proses sinter, diasumsikan bahwa fase cair yang terbentuk bergerak bersama dengan fase padat yang tersisa karena viskositas dan mengingat bahwa cairan yang terbentuk melekat pada permukaan partikel yang tidak meleleh, dengan demikian, persamaan untuk perpindahan momentum dan entalpi akun padatan untuk campuran cairan kental dan bahan padat ini. Dalam model, sifat termo-fisika yang bergantung pada suhu-komposisi diasumsikan mengikuti aturan campuran untuk memperhitungkan sifat-sifat fase individu yang dicermati oleh fraksi volume fasenya.

Otomasi dan sistem kontrol

Dengan tujuan akhir untuk menstabilkan proses sintering, meningkatkan produktivitas, dan menurunkan biaya produksi, sistem otomasi dan kontrol diperlukan di pabrik sinter untuk memastikan operasi yang optimal dan stabil selama proses sintering. Untuk tujuan ini, beberapa upaya telah dilakukan untuk memahami fenomena di tempat tidur dan mengarahkan proses menuju operasi yang optimal. Teknik kontrol utama dalam sintering adalah kontrol densitas muatan untuk mencapai sintering yang seragam di seluruh lebar untaian dan kontrol kecepatan palet untuk mempertahankan produktivitas dan kualitas sinter yang optimal.

Sistem otomatisasi dan kontrol untuk pabrik sinter adalah sistem hierarki tiga tingkat yang menggunakan sistem kontrol terdistribusi (DCS), sistem komputer proses terpusat (PCS), dan sistem komputer pusat (CCS) dari pabrik baja. DCS melakukan fungsi seperti mengukur distribusi kecepatan angin dan distribusi suhu gas di sepanjang untai sinter, dan juga 'kontrol digital langsung' (DDC). PCS melakukan fungsi seperti kontrol proses untuk mengoptimalkan operasi pabrik sinter, dan layanan informasi kepada operator. CCS melakukan fungsi seperti perencanaan, pengelolaan, dan analisis data produksi dan operasi berdasarkan basis data tujuan umum. Gambar 11 menunjukkan sistem otomatisasi dan kontrol untuk pabrik sinter.

Gbr 11 Sistem otomasi dan kontrol untuk pabrik sinter

Sistem pakar sinter loop tertutup dirancang sehingga operator harus mengambil 'tindakan sesedikit mungkin, sebanyak yang diperlukan' dengan target untuk mengaktifkan operasi sinter yang dioptimalkan yang memerlukan interaksi operator minimal. Sistem pakar, yang dirancang sebagai sistem keputusan berbasis aturan, menangkal fluktuasi proses yang disebabkan oleh perubahan komposisi dan kualitas campuran mentah, faktor manusia, atau kondisi proses. Semakin cepat sistem merespons situasi proses yang tidak normal atau berubah, semakin lancar operasi sinter secara keseluruhan. Waktu yang akurat untuk aktivitas pengendalian dan antisipasi gangguan sangat penting untuk menghindari kondisi proses yang kritis dan untuk mempertahankan tingkat produksi yang tinggi dengan biaya rendah.

Dengan sistem otomasi dan kontrol, kondisi kontrol proses yang optimal tercapai karena keselarasan sempurna dari parameter proses terjadi. Sistem otomasi level 2 terintegrasi di pabrik sinter, standar deviasi parameter kualitas dapat diturunkan sekitar 5% hingga 10%. Sistem ini juga membantu dalam pengurangan konsumsi coke angin dapat dikurangi sekitar 3% dan produktivitas dapat ditingkatkan sekitar 3% sampai 5%.