Faktor-faktor yang mempengaruhi laju Coke dalam Blast Furnace

Faktor yang mempengaruhi laju Coke dalam Blast Furnace

BF adalah reaktor arus berlawanan di mana gas pereduksi diproduksi dengan gasifikasi karbon dari kokas BF dengan oksigen dari ledakan panas yang disuntikkan melalui tuyer di bagian bawah tungku. Gas pereduksi mengalir ke atas mengurangi bahan beban bantalan besi yang dibebankan di bagian atas tungku.

Laju kokas adalah parameter konsumsi kokas BF yang diukur dalam kilogram kokas BF yang dikonsumsi per ton logam panas yang dihasilkan.

Blast furnace (BF) coke adalah bahan utama untuk pembuatan besi BF, bertindak sebagai sumber energi utama (bahan bakar), reduktor, agen karburisasi dan dukungan struktural permeabel. Tidak ada bahan lain yang memuaskan yang tersedia, yang dapat menggantikan, seluruhnya atau sebagian, kokas BF sebagai pendukung permeabel dari muatan tanur sembur.

Kokas BF adalah bahan baku terpenting yang dimasukkan ke dalam tanur sembur dalam hal pengaruhnya terhadap operasi tanur sembur dan kualitas logam panas. Kokas BF berkualitas tinggi mampu mendukung penurunan beban tanur sembur yang mulus dengan degradasi sesedikit mungkin sambil memberikan jumlah pengotor terendah, energi panas tertinggi, reduksi logam tertinggi, dan permeabilitas optimal untuk aliran produk gas dan cair . Pengenalan kokas BF berkualitas tinggi ke tungku sembur menghasilkan laju kokas yang lebih rendah, produktivitas yang lebih tinggi, dan biaya logam panas yang lebih rendah. Peran coke dalam meningkatkan kinerja BF ditunjukkan pada Gambar 1.

Gbr 1 Peran coke dalam meningkatkan kinerja BF

Penilaian realistis tentang kemungkinan kinerja kokas dalam tanur sembur yang beroperasi dengan atau tanpa teknologi injeksi mencakup sifat-sifat kokas yang mencerminkan ketahanannya terhadap degradasi di bawah lingkungan kimia dan termal tanur sembur. Sifat tersebut, memberikan pedoman untuk penggunaan kokas, berhubungan dengan ukuran gumpalan, keseragaman bentuk dan ukuran, komposisi kimia, kekuatan mekanik, dan stabilitas termal dan kimia. Jadi, kokas untuk tanur sembur perlu menjadi kompromi yang berhasil antara struktur dan properti. Untuk memastikan kinerja tanur sembur yang baik, kokas harus berukuran cukup besar, dengan kisaran ukuran yang sempit, dan memiliki kekuatan mekanik yang tinggi untuk menahan reaksi pelemahan dengan karbon dioksida dan alkali, abrasi, dan kejutan termal di tanur sembur. Karena banyaknya faktor yang tidak diketahui, tidak dapat dicapai untuk menetapkan indeks kualitas universal yang umum untuk semua tanur sembur, meskipun spesifikasi tipikal untuk kualitas kokas BF tersedia.

Kotoran hadir dalam BF coke mempengaruhi kinerjanya di tanur tinggi dengan mengurangi perannya sebagai bahan bakar dalam hal jumlah karbon yang tersedia untuk peran pengurangan langsung dan tidak langsung dan juga perannya sebagai dukungan permeabel. Pengotor tersebut adalah kandungan air, zat yang mudah menguap, abu, belerang, fosfor, dan alkali. Level mereka harus dijaga serendah mungkin.

Kadar air merupakan konsekuensi langsung dari proses pendinginan kokas dengan beberapa ketergantungan pada ukuran. Kadar air yang tinggi dan bervariasi mempengaruhi laju kokas dan keseimbangan di dalam tanur sembur, sedangkan kandungan bahan volatil yang tinggi menyebabkan masalah operasional dalam pembersihan gas tanur sembur.

Mengenai sifat kimia lainnya, belerang dan abu (kandungan dan kimia) sangat penting karena dengan meningkatnya, produktivitas kokas di tanur tinggi menurun. Coke ash adalah bagian non produktif dari BF coke yang mempengaruhi volume dan komposisi terak.

Pentingnya sifat fisik kokas BF terkait dengan kebutuhan untuk mendukung beban besi dan untuk memberikan matriks permeabel di mana gas pereduksi dapat mengalir dan material cair dapat meresap di wilayah tanur sembur yang lebih rendah. Sifat fisik ini terkait dengan ukurannya (rata-rata dan distribusi) dan ketahanannya terhadap kerusakan dan abrasi. Ukuran kokas BF sebagian besar dikendalikan dengan penyaringan. Ukuran rata-rata yang besar dengan distribusi ukuran yang sempit mempertahankan permeabilitas yang memadai.

Meskipun indeks kekuatan mekanik BF coke memberi operator BF penilaian yang berguna tentang kinerja coke BF, mereka hanya membentuk sebagian dari gambaran keseluruhan. Pengujian yang digunakan untuk menilai kekuatan mekanik kokas BF dilakukan pada suhu sekitar dan karenanya gagal untuk memperhitungkan kondisi proses kokas dalam tanur tinggi. Oleh karena itu, tes seperti CSR (kekuatan kokas setelah reaksi) dan CRI (indeks reaktivitas kokas) untuk kokas BF memberikan indeks kekuatan yang lebih baik.

Kokas BF terdegradasi selama turun melalui BF. Degradasi disebabkan oleh beban mekanis, atrisi, tegangan termal, reaksi gasifikasi, senyawa anorganik yang ada dalam gas BF, dan grafitisasi. Materi mineral dalam kokas BF memainkan peran utama dalam karakter dan tingkat jalur degradasi ini, baik secara langsung maupun tidak langsung.

Proses pembuatan besi dalam tanur sembur terdiri dari sistem multivariat yang dikenai sejumlah besar variabel yang saling mempengaruhi yang mempengaruhi konsumsi kokas BF di tanur tinggi. Penting untuk mengisolasi pengaruh antar variabel untuk memahami peran yang dimainkan oleh masing-masing variabel pada laju kokas selama pembuatan besi di tanur tinggi.

Tanur sembur yang efisien beroperasi pada laju kokas yang rendah. Operasi tanur sembur yang efisien memerlukan peningkatan keluaran gas, yang menyiratkan peningkatan permeabilitas tungku dan di sisi lain pengurangan kebutuhan gas spesifik, yang berarti pengurangan konsumsi spesifik kokas BF. Ada banyak faktor yang mempengaruhi laju kokas BF dalam tanur tinggi. Utama di antara mereka dijelaskan di bawah ini.

• Bahan bakar/bahan pereduksi – Dua jenis bahan bakar/bahan pereduksi digunakan dalam tanur tinggi. Ini adalah BF coke yang diisi dari atas dan bubuk batubara/gas alam/gas oven coke/minyak/tar batubara yang disuntikkan pada tingkat tuyere.

1. Selama produksi logam panas dalam tanur tinggi, laju kokas BF dipengaruhi dalam banyak hal. Kandungan abu yang tinggi dalam kokas BF berarti mengisi tanur sembur dengan lebih banyak bahan pembentuk terak yang akan difluks untuk membentuk terak. Ini menghasilkan volume terak yang lebih tinggi. Sesuai aturan praktis, pengurangan 1% dalam kandungan abu dari hasil kokas BF menjadi penurunan tingkat kokas sebesar 1% menjadi 1,5%. Sifat lain dari BF coke yang mempengaruhi tingkat coke adalah CSR, CRI, dan indeks micum (M40 atau I 40 dan M10 atau I 10). Parameter ini mempengaruhi permeabilitas dalam tumpukan dan kekuatan mekanik kokas pada tingkat tuyere. M40 mewakili daya hancur coke dan daya tahan pakai M10. Nilai CSR dan M40 yang lebih tinggi dan nilai CRI dan M10 yang lebih rendah menghasilkan peningkatan kadar kokas yang lebih rendah. Kandungan belerang dari kokas BF juga mempengaruhi kadar kokas BF. Penurunan kandungan sulfur dari BF coke sebesar 0,1 % meningkatkan produktivitas BF sekitar 1,0 %.
2. Bahan bakar (batubara bubuk/gas alam/gas oven kokas/minyak/tar batubara) yang disuntikkan pada tingkat tuyere biasanya disertai dengan pengayaan oksigen dari semburan udara panas. Injeksi oksigen ke ledakan udara mengurangi aliran spesifik gas menyebabkan penurunan suhu atas dan peningkatan suhu adiabatik (RAFT) di tuyeres. Efek ini dikompensasikan dengan injeksi bahan bakar pengganti. Jadi injeksi gabungan oksigen dan bahan bakar pada tingkat tuyere menurunkan laju kokas dalam tanur tinggi. Satu ton injeksi batu bara bubuk menggantikan sekitar 0,9 hingga 1,0 ton kokas BF. Pengurangan serupa dalam tingkat kokas BF terjadi dengan injeksi bahan bakar lainnya. Injeksi oksigen saja tidak mengurangi tingkat kokas BF tetapi meningkatkan produktivitas BF.

• Bahan baku – Pada dasarnya ada dua jenis bahan baku utama yang dimasukkan ke dalam tanur tinggi.

1. Yang pertama adalah material bantalan besi yaitu sinter, pellet dan bijih besi terkalibrasi (CLO). Kandungan besi (Fe) yang lebih tinggi dalam bahan-bahan ini berarti bahan gangue yang lebih rendah masuk ke dalam tungku yang perlu difluks untuk pembentukan terak. Oleh karena itu, kandungan Fe yang lebih tinggi membantu dalam pengurangan volume terak dan laju kokas. Sesuai aturan praktis, peningkatan 1% dalam kandungan Fe mengurangi tingkat kokas sebesar 0,8 %n menjadi 1,2 %.
2. Bahan baku kedua adalah jenis fluks yang berbeda (batu kapur, dolomit dan kuarsit, dll.). Batu kapur dan dolomit ketika diisi dalam tanur tinggi akan dikalsinasi di dalam tanur tinggi. Reaksi kalsinasi ini membutuhkan panas yang mengakibatkan peningkatan konsumsi kokas. Jika fluks ini dibebankan melalui sinter atau pelet maka reaksi kalsinasi berlangsung di luar tanur tinggi dan volume kerja tanur tinggi lebih efektif digunakan oleh bahan bantalan besi. Hal ini pada gilirannya mengurangi tingkat kokas tanur sembur. Umumnya pengurangan 100 kg fluks pada beban meningkatkan laju kokas sebesar 20 hingga 35 kg/tHM.
3. Untuk mencapai laju kokas yang lebih rendah dalam tanur tinggi, bahan beban harus menyediakan permeabilitas dan homogenitas yang tinggi di semua zona suhu dan reaksi tungku. Selanjutnya bahan beban harus memiliki reducibility tinggi untuk mempromosikan waktu retensi yang singkat. Material beban juga harus memiliki kandungan elemen tramp yang rendah seperti seng, timbal dan alkali untuk menghindari gangguan proses.
4. Tingkat Coke juga tergantung pada kualitas sinter. Sinter harus memiliki distribusi butir yang optimal, kekuatan tinggi, reducibility tinggi, porositas tinggi, suhu pelunakan lebih besar dari 1250 derajat C, kandungan FeO konstan dalam kisaran 7% hingga 8% dan kebasaan konstan.

• Kontrol distribusi beban memainkan peran penting dalam pengurangan laju kokas dalam tanur tinggi. Kontrol distribusi beban memastikan penurunan beban yang stabil, menyesuaikan aliran gas di dinding (ini menghindari beban panas yang tinggi tanpa menghasilkan zona tidak aktif) dan membantu mencapai kontak gas padat yang baik.
• Penurunan kandungan silikon dalam logam panas memiliki efek positif pada tingkat kokas. Penurunan kandungan silikon dicapai karena hubungan bijih-kokas yang lebih baik dan pergerakan area kohesif ke bawah. Ini menghasilkan volume yang lebih rendah untuk transfer silikon ke logam panas. Penurunan kandungan silikon dalam logam panas sebesar 1% meningkatkan tingkat kokas sebesar 5% hingga 15%.
• Sifat terak memiliki pengaruh yang cukup besar pada tingkat kokas. Volume spesifik terak yang lebih rendah dengan viskositas yang lebih rendah meningkatkan laju kokas tanur tinggi.
• Praktek penyadapan juga memiliki peran penting dalam pengurangan laju kokas dalam tanur tinggi. Praktik sadap yang baik meliputi panjang lubang sadap yang baik, pembukaan sadapan yang tepat waktu, pengendalian kecepatan sadap, drainase tungku yang tepat, dan penutupan sadapan setelah tungku menjadi kering. Kualitas massa lubang keran sangat penting untuk praktik penyadapan yang baik.
• Pengendalian proses otomatis meningkatkan produktivitas tungku karena meminimalkan konsumsi reduktor, menghindari gangguan proses tungku seperti menggantung, tergelincir, perancah, penyaluran gas, dll melalui penangkalan langsung oleh sistem, menstabilkan logam panas dan parameter terak, dll. Efeknya kontrol proses otomatis pada laju kokas tanur sembur berada dalam kisaran 3% hingga 5%.
• Suhu ledakan adalah parameter lain yang mempengaruhi laju kokas dalam tanur tinggi. Laju kokas tanur sembur berkurang sekitar 2% dengan suhu ledakan meningkat 100 derajat C.
• Tekanan atas yang tinggi juga mengurangi laju kokas di tanur tinggi. Dengan setiap peningkatan tekanan atas tanur sembur sebesar 0,1 kg/cm2, ada pengurangan sekitar 0,1% dalam laju kokas.
• Penurunan kandungan butiran halus dalam bahan pengisi meningkatkan laju kokas tanur sembur dalam kisaran 0,4% hingga 0,7%.