Slag Tanur Tinggi: Esensial untuk Operasi Tanur Optimal

Slag Tanur Tinggi dan Perannya dalam Operasi Tanur

Pentingnya slag tanur tinggi (BF) dalam mencapai operasi tanur yang lancar diilustrasikan oleh pepatah lama ‘jika Anda merawat slag, tanur akan merawat sisanya’. Terjumlah besar pekerjaan telah dilakukan pada slag BF untuk mempelajari properti, mekanisme pembentukan, dan dampaknya pada operasi tanur. Slag berkualitas baik diperlukan untuk menghasilkan logam panas berkualitas baik di BF.

Praktik slag BF diperlukan untuk memenuhi persyaratan tertentu untuk operasi BF yang efisien. Persyaratan tersebut meliputi (i) menyerap semua komponen non-volatil yang tidak direduksi dari beban dan menghapusnya dari BF, (ii) cair dengan viskositas rendah, (iii) mampu menyerap sulfur yang terutama terkandung dalam bahan bakar, (iv) mengandung sekecil mungkin oksida besi untuk meningkatkan hasil logam panas, (v) volume-nya seminim mungkin tanpa mempengaruhi desulfurisasi, (vi) rentang suhu di mana komponen beban menjadi kohesif sempit untuk memastikan permeabilitas kolom beban yang lebih baik, dan (vii) kualitasnya sedemikian sehingga dapat diproses menjadi bahan yang dapat dijual. Persyaratan ini sebagian melengkapi dan sebagian saling eksklusif. Oleh karena itu, perlu menyatakan prioritas.

Untungnya, ada hubungan umum yang memberikan pandangan yang lebih praktis tentang sifat slag yang dapat digunakan sehari-hari. Namun, penting untuk memiliki pemahaman dasar tentang sifat fundamental slag BF untuk memahami hubungan umum tersebut.

Fundamental Slag BF

Fundamental slag BF kompleks. Pada sekitar 40 %, oksigen adalah elemen tunggal terbesar dalam slag. Slag, oleh karena itu, adalah sistem oksida dan ionik dalam sifatnya. Karena sifat proses BF, pembentukan slag adalah proses multi-langkah yang melibatkan perubahan signifikan dalam komposisi dan suhu. Empat komponen utama slag BF adalah SiO2 (silika), CaO (kapur), MgO (magnesia), dan Al2O3 (alumina). Empat komponen slag BF ini membentuk banyak senyawa yang menghasilkan berbagai properti kimia dan fisik. Komponen lesser slag sangat menarik dengan respecto untuk kimia logam panas dan kontrol tanur serta menambah kompleksitas properti fisiko-kimia slag.

Fundamental slag BF mencakup isu terkait proses BF. Isu-isu ini mencakup pembentukan slag, aliran di hearth, struktur molekuler slag dan bagaimana struktur tersebut berhubungan dengan indeks kimia yang dikenal sebagai basicitas, pengerapan slag, dan dampak perubahan status termal tanur pada komposisi slag.

Pembentukan Slag

BF adalah reaktor packed bed gas-padat-cair bertekanan, pertukaran panas arus lawan, refluxing. Ia memiliki tiga fungsi utama, yaitu (i) reduksi oksida besi menjadi besi logam (ii) peluruhan besi logam dan oksida, yang menyediakan (iii) pemisahan pengotor dari beban dan bahan bakar dari besi cair. Karakteristik proses ini menghasilkan pembagian tanur menjadi tiga zona vertikal dengan respecto untuk slag (i) zona granular, (ii) zona pembentukan slag, dan (iii) zona hearth. Tiga zona ini dan beberapa reaksi spesifik untuk setiap zona diberikan dalam Fig 1.

Fig 1 Zona tanur tinggi dan reaksi zona

Zona granular terletak di bagian atas tanur di mana semua komponen yang dimuat dalam fase padat. Zona granular dibatasi oleh garis pemuatan di atas dan oleh awal pembentukan fase cair, zona kohesif, di bawahnya. Saat beban menurun melalui zona granular, ia dipanaskan oleh gas dari bagian bawah tanur dan sebagian dari reduksi oksida besi dilakukan. Jumlah reduksi yang terjadi di zona granular adalah fungsi dari sifat material yang mengandung besi, distribusi beban, dan komposisi serta pola aliran gas.

Zona pembentukan slag dimulai di zona kohesif, di mana pelunakkan beban dimulai, dan berlanjut hingga di bawah elevasi tuyere. Zona pembentukan slag oleh karena itu mencakup zona kohesif, zona koks aktif, deadman, dan raceway. Slag yang terbentuk di bagian atas zona pembentukan slag disebut slag ‘bosh’ atau ‘primer’, dan slag yang meninggalkan zona di bawahnya adalah slag ‘hearth’. Slag primer biasanya diasumsikan terdiri dari semua komponen slag beban termasuk oksida besi yang tidak direduksi di zona granular, tetapi tidak mencakup abu dari koks atau batu bara yang disuntik. Komposisi slag berubah saat ia menurun di tanur karena penyerapan abu koks dan abu batu bara, sulfur dan silikon dari gas, dan reduksi oksida besi. Suhu slag meningkat sekitar 500 derajat C saat ia menurun ke elevasi tuyere. Perubahan komposisi dan suhu ini dapat secara signifikan mempengaruhi properti fisik slag, secara spesifik suhu liquidus dan viskositas.

Zona ketiga adalah lapisan slag di hearth tanur. Slag yang diproduksi di zona pembentukan slag mengumpulkan di lapisan slag, mengisi celah di hearth koks dan ‘melayang’ di atas lapisan logam panas. Logam panas melewati lapisan slag untuk mencapai lapisan logam panas. Luas permukaan tinggi antara logam panas dan slag saat logam panas melewati lapisan slag meningkatkan kinetika reaksi kimia. Reaksi ini menghasilkan perubahan signifikan dalam kimia logam panas. Secara khusus, kandungan [Si] dan [S] sebelum memasuki lapisan slag jauh lebih tinggi daripada yang ada di lapisan logam panas. Pembentukan slag di zona pembentukan slag sangat spesifik terhadap tanur karena dampak properti beban dan operasi tanur.

Struktur Slag

Konseptualisasi struktur slag (Fig 2) didasarkan pada struktur yang dibentuk oleh silika. Pada level molekuler, atom silikon terletak di tengah tetrahedron yang dikelilingi oleh empat atom oksigen, satu atom oksigen di setiap sudut tetrahedron seperti yang ditunjukkan dalam Fig 2a. Setiap atom oksigen terikat dengan dua atom silikon dan oleh karena itu setiap atom oksigen adalah sudut dari dua tetrahedron. Pembagian atom oksigen menghasilkan polimer atau jaringan dalam tiga dimensi dalam keadaan kristal di mana semua sudut dibagi (Fig 2b). Saat silika dipanaskan, beberapa ikatan sudut terputus tetapi sifat polimer struktur dipertahankan bahkan saat cair seperti yang ditunjukkan dalam Fig 2c.

Fig 2 Konseptualisasi struktur slag

Penambahan oksida logam, seperti CaO dan MgO, menghancurkan struktur polimer. Oksida-oksida ini bertindak sebagai donatur oksigen, menggantikan atom oksigen di salah satu sudut tetrahedron dan memutus ikatan sudut tetrahedron-ke-tetrahedron (Fig 2d). Hancurnya struktur polimer berlanjut dengan penambahan lebih banyak oksida logam hingga rasio molar oksida logam terhadap silika sama dengan dua, titik di mana semua ikatan sudut tetrahedron-ke-tetrahedron terputus (Fig 2e). Rasio molar dua adalah komposisi orto-silikat, 2CaO-SiO2, 2MgO-SiO2, dan CaO-MgO-SiO2. Al2O3 bertindak secara serupa dengan SiO2 dalam membentuk polimer dan menerima atom oksigen dari oksida dasar. Oksida yang menerima oksigen, SiO2 dan Al2O3, disebut sebagai oksida asam. Oksida yang mendonasikan oksigen, CaO dan MgO disebut sebagai oksida dasar.

Dasar Slag

Sangat berguna saat menghubungkan properti sistem multi-komponen dengan komposisinya untuk mengembangkan indeks berdasarkan komposisi. Masalah dalam mengembangkan indeks adalah bagaimana mencerminkan signifikansi setiap komponen sistem dalam indeks. Sifat yang berbeda dari oksida asam (A) dan oksida dasar (B) telah digunakan dalam pengembangan indeks komposisi slag, biasanya disebut sebagai basicitas. Contoh indeks basicitas yang telah dikembangkan adalah (i) basis berlebih = {(CaO) + (MgO)} – {(SiO2) + (Al2O3)}, (ii) basicitas (B/A) = {(CaO) + (MgO)} / {(SiO2) + (Al2O3)}, (iii) rasio bell = {(CaO) + 0.7(MgO)} / {0.94(SiO2)+ 0.18(Al2O3)}, dan (iv) basicitas optik = {(CaO) + 1.11(MgO) + 0.915(SiO2) + 1.03 (Al2O3)} / {(CaO) + 1.42(MgO) + 1.91(SiO2) + 1.69(Al2O3)}.

Indeks basicitas dapat dikelompokkan ke dalam kategori umum yaitu (i) perbedaan antara jumlah basis dan asam, seperti yang ditunjukkan dalam persamaan (i) di atas, (ii) rasio basis terhadap asam berdasarkan persentase berat, seperti yang ditunjukkan dalam persamaan (ii) di atas, (iii) rasio basis terhadap asam berdasarkan konsentrasi molar, seperti yang ditunjukkan dalam persamaan (iii) di atas, dan (iv) jumlah basicitas setiap komponen dan konsentrasi molarnya, seperti yang ditunjukkan dalam persamaan (iv) di atas. Seperti yang diharapkan berdasarkan deskripsi sebelumnya tentang struktur slag, indeks yang mencerminkan sifat molekuler komposisi slag, persamaan (iii) dan persamaan (iv) cenderung menjadi prediktor yang lebih baik untuk properti slag. Namun, seperti indeks yang didefinisikan oleh persamaan (ii) mungkin adalah definisi yang paling umum digunakan.

Dampak Suhu – [Si], Dasar, dan Volume Slag

Ada peningkatan jumlah [Si] dengan peningkatan suhu logam panas di BF seperti yang ditunjukkan dalam Fig 3. Jumlah peningkatan [Si] untuk peningkatan suhu tertentu bervariasi dari tanur ke tanur, tetapi tren sama untuk semua tanur. Saat [Si] meningkat, (SiO2) menurun dan oleh karena itu dasar meningkat dan volume slag menurun. Jumlah peningkatan dalam dasar untuk peningkatan [Si] tertentu adalah fungsi dari volume slag. Fig 3a menunjukkan perubahan dalam B/A untuk volume slag awal 200 kgs/tHM (kilogram per ton logam panas) dan 300 kgs/tHM dan untuk hubungan [Si] dan suhu logam panas yang diberikan pada gambar. Tren normal yang ditunjukkan di sini adalah semakin besar volume slag, semakin kecil perubahan dalam B/A untuk perubahan [Si] atau suhu logam panas yang sama.

Fig 3 Dampak suhu dan pengeringan slag

Pengeringan Slag

Definisi umum suhu leleh hanya berlaku untuk sistem satu komponen seperti air, di mana hanya air cair yang ada di atas suhu leleh dan hanya air padat yang ada di bawah suhu leleh. Slag adalah sistem multi-komponen dan, oleh karena itu, tidak memiliki definisi umum suhu leleh kecuali pada komposisi tertentu. Mayoritas komposisi slag memiliki fase padat dan cair yang hadir dalam rentang suhu. Suhu terendah di mana hanya fase cair yang ada untuk komposisi tertentu disebut suhu liquidus.

Fig 3b menunjukkan jalur pengeringan slag diilustrasikan pada diagram fase sederhana. Mulai dengan slag komposisi Cstart pada suhu di mana hanya slag cair yang ada. Saat slag pendingin, bergerak secara vertikal ke bawah pada diagram, komposisi slag cair tidak berubah hingga persimpangan dengan ‘garis liquidus’. Persimpangan dengan ‘garis liquidus’ adalah suhu liquidus untuk komposisi Cstart. Sejumlah padat senyawa yang sangat kecil terbentuk pada suhu liquidus di kiri. Tiga perubahan berlanjut saat suhu lebih lanjut diturunkan di bawah suhu liquidus yaitu (i) lebih banyak padat senyawa terbentuk, (ii) jumlah slag cair menurun, dan (iii) komposisi slag cair berubah, bergerak ke kanan sepanjang ‘garis liquidus’. Dalam contoh, di mana senyawa yang terbentuk adalah 2CaO.SiO2, dasar slag cair menurun karena slag pendingin sejak 2CaO.SiO2 mengandung sekitar dua kali lebih banyak CaO daripada SiO2.

Jalur pengeringan menunjukkan bagaimana senyawa dapat terbentuk bahkan ketika komposisi slag cair sangat berbeda dari komposisi senyawa. Rasio berat CaO terhadap SiO2 = 1.86 untuk senyawa di-calcium silicate, 2CaO.SiO2. Meskipun tidak ada BF yang pernah berhasil dioperasikan menggunakan slag dengan rasio CaO terhadap SiO2 mendekati 1.86, jumlah besar di-calcium silicate dapat terbentuk dalam slag BF yang beroperasi. Pembentukan cukup di-calcium silicate menghasilkan slag padat yang hancur menjadi debu saat pendingin, dikenal sebagai slag ‘falling’ atau ‘dusting’. Hancurnya disebabkan oleh ekspansi volume 10 % dari di-calcium silicate saat ia melalui perubahan fase pada 675 derajat C. Pedoman yang dilaporkan untuk menghindari slag ‘falling’ adalah (CaO) kurang dari 0.9(SiO2) + 0.6(A2O3) + 1.75(S).

Penting untuk diingat bahwa diagram fase didasarkan pada kondisi kesetimbangan. Kondisi kesetimbangan berarti laju pendingin lamban relatif terhadap laju reaksi, seperti pembentukan di-calcium silicate. Jalur pengeringan yang dijelaskan di atas ‘dilewati’ jika laju pendingin sangat tinggi seperti dalam granulasi slag dan, dalam kurva yang lebih sedikit, peletisasi slag. Pendingin cepat mengunci komposisi dalam fase kaca padat, di mana kinetika reaksi terlalu lambat untuk senyawa terbentuk.

Aliran Slag di Hearth

Kontrol level slag di hearth penting untuk mempertahankan operasi tanur yang stabil, terutama karena tingkat produksi logam panas telah meningkat. Level slag tinggi menghasilkan peningkatan tekanan blast dan kerja dinding bosh, serta mengganggu penurunan seragam beban. Salah satu isu dalam mengontrol level slag adalah aliran slag di hearth selama tapping. Di hearth, aliran slag ke lubang tap lebih sulit daripada aliran logam panas ke lubang tap. Aliran logam panas memiliki gaya dorong yang lebih besar karena densitas logam panas yang lebih tinggi dibandingkan dengan slag. Jalur aliran logam panas dianggap terutama melalui wilayah ‘bebas koks’ di bawah dan / atau sekitar koks deadman. Jalur aliran slag ke lubang tap melalui koks deadman.

Fig 4 menunjukkan konfigurasi hearth dan urutan tahap hearth yang mungkin selama tapping yang mengarah pada kondisi hearth kiri palsu di akhir tapping. Permukaan logam panas dianggap tetap relatif datar di seluruh area hearth selama tapping karena densitas logam panas yang tinggi dan jalur ‘bebas koks’ ke lubang tap. Permukaan slag dapat jauh lebih rendah di wilayah sekitar lubang tap daripada di wilayah lain di hearth. Saat laju pengecoran slag lebih tinggi dari laju aliran slag di hearth ke wilayah lubang tap, terjadi depletasi slag di wilayah lubang tap dan permukaan slag mulai melengkung ke arah lubang tap seperti yang ditunjukkan pada tahap 4 dari Fig 4. Depletasi slag berlanjut hingga tidak ada slag di lubang tap dan tanur tampak kering ketika masih terdapat banyak slag yang tersisa di hearth seperti yang ditunjukkan pada tahap 5 dari Fig 4. Meminimalkan resistensi terhadap aliran slag di hearth meminimalkan slag yang tersisa di hearth di akhir pengecoran. Resistensi terhadap aliran slag di hearth berkurang saat porositas ranjang koks hearth ditingkatkan dan viskositas slag dikurangi.

Fig 4 Konfigurasi hearth dan urutan tahap yang mungkin dari hearth selama tapping

Sistem Oksida

Kira-kira 95 % slag terdiri dari SiO2, CaO, MgO, dan Al2O3. Persyaratan viskositas rendah dapat dipenuhi oleh berbagai komponen dalam sistem oksida kuaternier ini. Mengabaikan kehadiran MgO, diagram fase sistem oksida ternari CaO-Al2O3-SiO2 (Fig 5) menunjukkan wilayah suhu leleh rendah yang paralel dengan CaO-SiO2 biner dengan konten Al2O3 rendah. Wilayah ini mencakup dari konten SiO2 tinggi hingga isoterma saturasi untuk 2CaO.SiO2 dan kemudian untuk konten CaO yang pada dasarnya konstan menuju konten Al2O3 tinggi. Konten MgO dari slag tidak secara signifikan mempengaruhi posisi relatif dari wilayah suhu leleh rendah dan hanya mempengaruhi nilai mutlak dari suhu leleh.

Fig 5 Diagram fase sistem oksida CaO-Al2O3-SiO2

Sistem oksida yang menjadi dasar untuk slag BF adalah sistem kapur-silika-alumina (CaO-SiO2-Al2O3) yang dimodifikasi karena kehadiran persentase tertentu MgO dalam slag. Fig 6 menunjukkan diagram fase sistem CaO-Al2O3-SiO2-10 % MgO.

Fig 6 Diagram fase sistem CaO-Al2O3-SiO2-10 % MgO

Komposisi slag BF seperti yang dihadapi di bawah berbagai kondisi operasi ditunjukkan dalam Fig 7. Desulfurisasi logam panas meningkat dengan dasar slag, yaitu dengan peningkatan konten CaO dan / atau MgO, wilayah 1 di Fig 7 oleh karena itu hanya dapat digunakan untuk pengolahan beban sulfur rendah. Karena konstituen gangue biasanya membentuk slag dasar rendah, wilayah 1 sebagian besar mewakili komposisi slag tanpa penambahan flux. Tanur dapat dioperasikan pada suhu yang relatif rendah karena titik leleh yang rendah. Wilayah 2 tercapai untuk beban besi rendah dengan konstituen gangue asam. Mode operasi ini meluas, dan memerlukan desulfurisasi ekstensif dari logam panas di luar BF. Pencapaian dasar yang menghasilkan desulfurisasi yang memadai di dalam tanur memerlukan penambahan kapur (CaO) yang besar yang mengarah pada volume slag yang tinggi dan oleh karena itu laju koks yang lebih tinggi. Wilayah 3 mewakili komposisi slag yang disukai di seluruh dunia untuk tanur tinggi besar. Dalam hal ini, tergantung pada konten alumina, dolomit harus ditambahkan untuk memenuhi konten MgO yang diperlukan.

Fig 7 Komposisi slag BF seperti yang dihadapi di bawah berbagai kondisi operasi

Tab 1 menunjukkan komponen optimum dari slag BF. Slag dengan dasar yang lebih tinggi (B) seperti yang ditunjukkan dalam Tab 1 mendukung kondisi peluncuran optimum. Rentang peluncuran dan leleh konstituen gangue sekitar 80 derajat C hingga 130 derajat C untuk B= 0.5, dan sekitar 20 derajat C hingga 50 derajat C untuk B = 2. Karena suhu leleh yang lebih tinggi dari slag yang sangat dasar dan energi tambahan yang diperlukan karena jumlah flux yang lebih besar, dasar slag oleh karena itu dipertahankan pada sekitar 1.2.

Tab 1 Komposisi optimum slag BF
Al2O3 %	CaO %	MgO %	SiO2 %
5	43	16	36
10	44	14	32
15	44	12.5	28.5
20	45	11	24
25	48	8	19
30	56	5	9
35	54	4	7

Properti Slag

Properti fisik dan kimia slag terutama adalah fungsi dari komposisi slag dan suhu. Berikut ini menjelaskan hubungan ini untuk tujuan pengembangan tren umum.

Suhu Liquidus

Hubungan suhu liquidus dan komposisi untuk empat komponen utama slag direpresentasikan pada diagram fase kuaternier. Fig 8 telah dihasilkan dari bidang ternary dari diagram fase kuaternier. Gambar 8a dan 8b bukan diagram fase. Ada dua tren umum yang diambil dari gambar ini. Pertama adalah suhu liquidus meningkat dengan peningkatan (Al2O3) dan B/A, dan yang kedua adalah (MgO) dalam rentang 8 % hingga 14 % cenderung meminimalkan peningkatan suhu liquidus yang disebabkan oleh peningkatan (Al2O3) atau B/A.

Fig 8 Hubungan suhu liquidus, dasar, dan alumina

Viskositas

Viskositas adalah ukuran jumlah gaya yang diperlukan untuk mengubah bentuk suatu material dan dilaporkan dalam satuan yang disebut ‘poise’. Semakin tinggi viskositas, semakin banyak gaya yang diperlukan untuk menyebabkan cairan mengalir. Untuk tujuan perbandingan, mengingat bahwa pada 20 derajat C viskositas air adalah 0.01002 poise, viskositas slag yang biasanya dapat diterima sekitar 2 hingga 5 poise, dan viskositas SiO2 cair sekitar 100.000 poise. Viskositas tinggi dari SiO2 cair disebabkan oleh struktur polimer. Hancurnya struktur polimer oleh oksida dasar menurunkan viskositas. Penurunan viskositas semua slag cair dengan meningkatnya B/A ditunjukkan pada Fig 9a. Secara umum, viskositas dari semua campuran cair/padat meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah padat tersuspensi. Dampak suhu pada viskositas slag jauh lebih tinggi pada suhu di bawah suhu liquidus daripada di atas suhu liquidus seperti yang ditunjukkan pada Fig 9b.

Fig 9 Hubungan antara viskositas, B/A dan suhu

Ada dua tren umum yang terlihat untuk viskositas. Di atas suhu liquidus, viskositas slag cair menurun dengan peningkatan suhu dan B/A. Pada suhu di bawah suhu liquidus, viskositas menurun dengan peningkatan suhu, dan penurunan B/A.

Rasio Partisi Sulfur

Pembuatan besi BF adalah proses desulfurisasi yang sangat baik dibandingkan dengan proses pembuatan baja karena perbedaan potensi oksigen dari slag dari proses-proses tersebut. Dampak potensi oksigen pada desulfurisasi dapat ditunjukkan menggunakan persamaan (CaO) + [S] = (CaS) + (FeO), di mana potensi oksigen ditunjukkan oleh (FeO). Semakin tinggi (FeO), semakin reaksi dorong ke kiri dan semakin tinggi [S]. Slag pembuatan baja dengan (FeO) 15 % hingga 25 %, oleh karena itu, adalah slag desulfurisasi yang lebih lemah daripada slag hearth BF dengan (FeO) kurang dari 1 %.

Sederhananya semua sulfur ke dalam BF keluar dari tanur dalam logam panas dan slag. Sebuah hubungan untuk prediksi [S] dapat dikembangkan berdasarkan keseimbangan massa sulfur untuk satu ton logam panas, sesuai dengan persamaan (i) di bawah, dan istilah partisi sulfur yang didefinisikan sesuai dengan persamaan (ii) di bawah. Prediksi [S], oleh persamaan (iii) di bawah, diperoleh dengan substitusi [S] dari persamaan (i) ke persamaan (ii) dan kemudian menyelesaikan untuk [S].

Persamaan(i) adalah St = [S] /100 x 1,010 + (S) /100 x Svol di mana 1,010 adalah kgs logam panas dalam satu ton logam panas termasuk kerugian hasil 1 %, St adalah beban sulfur yang merupakan bobot total sulfur dalam kgs/tHM. Svol adalah volume slag yang merupakan bobot slag dalam kgs/tHM. Persamaan (ii) Sp = (S) /[S] di mana Sp adalah rasio partisi sulfur. Persamaan (iii) adalah [S] = St x 100 / (Sp x Svol + 1,010).

Slag Sp dapat diprediksi berdasarkan persamaan (iv) Sp = 147.7 x BB + 37.7 x [Si] – 190 dan persamaan (v) BB = {(CaO) + 0.7(MgO)} / {0.94(SiO2) + 0.18(Al2O3)}. Di sini BB adalah dasar sebagaimana didefinisikan oleh rasio bell. Perlu dicatat bahwa koefisien dalam persamaan (iv) telah dikembangkan dari analisis regresi dari tanur tertentu. Persamaan (iv) dan persamaan (v) telah digunakan untuk membangun Fig 10(a), dan persamaan (iii), persamaan (iv), dan persamaan (v) telah digunakan dalam pembangunan Fig 10 (b).

Fig 10 Partisi sulfur antara slag dan logam

Tren umum yang dapat diambil dari persamaan dan gambar di atas adalah (i) [S] menurun dengan penurunan St dan peningkatan Sp dan Svol, (ii) namun, Sp biasanya meningkat dengan B/A, (iii) CaO adalah desulfurizer yang lebih baik dari MgO, dan (iv) Al2O3 memiliki efek yang lebih kecil pada Sp daripada SiO2.

Kapasitas Alkali

Fenomena ‘refluxing’ atau ‘recycling’ terjadi di BF karena aliran arus lawan gas versus padat/cair, terutama untuk sulfur, seng, dan alkali. Recycling alkali kalium (K) ditunjukkan dalam Fig 11a. Fenomena recycling adalah ketika suatu elemen menembus ke bawah tanur dalam fase padat atau cair, bereaksi untuk membentuk spesies gas di wilayah suhu tinggi tanur, kemudian kembali ke atas tanur sebagai gas, di mana ia bereaksi dan diserap oleh fase padat/cair di wilayah suhu rendah tanur. Recycling menghasilkan konsentrasi internal yang jauh lebih tinggi dari elemen yang didaur ulang daripada konsentrasi yang masuk atau keluar dari tanur. Sebagai contoh, beban internal K dapat 10 kgs/tHM, ketika bahan yang dimuat hanya berisi 2 kgs/tHM.

Alkali tidak memiliki efek bermanfaat, tetapi banyak efek merusak pada BF. Alkali diserap oleh refraktori, koks, dan bijih yang menyebabkan degradasi refraktori dan koks, dan pembengkakan bijih. Alkali juga dapat membentuk scabs yang dapat terkelupas mengganggu kondisi termal tanur, atau menumpuk dan menyempitkan aliran beban dan gas. Alkali tidak dapat dihindari karena terkandung dalam semua batu bara, koks, dan dalam kurva yang lebih sedikit bijih. Beban alkali harus diminimalkan sebanyak mungkin.

Sebagian alkali keluar dari tanur dalam gas atas, jumlahnya adalah fungsi dari profil suhu atas. Sisa alkali harus dihapus dalam slag. Kemampuan slag untuk menghapus alkali dari tanur disebut sebagai kapasitas alkali slag. Hubungan kapasitas alkali dengan komposisi slag dan suhu ditunjukkan dalam Fig 11b. Secara umum, kapasitas alkali meningkat dengan B/A yang lebih rendah, dan dengan suhu yang lebih rendah.

Fig 11 Recycling alkali dan kapasitas alkali slag

Aktivitas Silika

[Si] yang dihasilkan tergantung pada bahan beban, operasi tanur, dan kimia slag. Dampak kimia slag ditunjukkan dalam persamaan [Si] = (SiO2) x GSiO2 / GSi x Keq / (P pangkat 2)co. Di sini CO adalah karbon mono-oksida. Persamaan ini dikembangkan dari konstanta kesetimbangan, persamaan Keq = {ASi x (P pangkat 2)co} / { ASiO2 x Ac}, untuk reaksi yang diberikan dalam persamaan (SiO2) + 2C = [Si] + 2COgas, definisi aktivitas dari (SiO2) dan [Si], persamaan ASiO2 = (SiO2) x GSiO2 dan persamaan ASi = [Si] x GSi, dan mengasumsikan bahwa aktivitas karbon di hearth sama dengan satu. Tren yang diimplikasikan oleh Persamaan [Si] = (SiO2) x GSiO2 / GSi x Keq / (P pangkat 2)co adalah bahwa [Si] menurun seiring dengan penurunan (SiO2).

Faktor Desain Slag

Di beberapa BF, komposisi slag tipis yang terbentuk dari gangue dalam bijih dan abu koks adalah 9 % CaO, 5 % MgO, 75 % SiO2, dan 10 % Al2O3. Slag dengan komposisi ini memiliki suhu liquidus sekitar 1.600 derajat C dan tidak mengalir dengan baik bahkan di atas suhu liquidusnya. Oleh karena itu, CaO dan MgO ditambahkan ke beban untuk ‘flux’ gangue dan abu sehingga menghasilkan suhu liquidus yang dapat diterima dan karakteristik aliran.

Desain slag dasar adalah pemilihan jenis dan jumlah flux yang akan digunakan dengan beban dan koks untuk menghasilkan slag dengan properti yang dapat diterima. Pemilihan beban dan koks sebagian besar didorong oleh isu ekonomi seperti sumber lokal versus impor dan tingkat beneficiasi. Gaya dorong ekonomi ini telah menghasilkan berbagai komposisi slag di seluruh dunia.

Faktor umum yang harus dipertimbangkan dalam merancang slag untuk operasi normal adalah (i) suhu liquidus, yaitu, slag harus sepenuhnya cair di hearth dan cast house, (ii) viskositas, yaitu, slag harus memiliki viskositas rendah, fluida tinggi, sehingga dapat mengalir dari hearth dan turun ke corong cast house, (iii) kapasitas sulfur yaitu Sp harus cukup untuk menghasilkan logam panas dengan kandungan sulfur dalam spesifikasi, (iv) kapasitas alkali, yaitu, kapasitas alkali slag harus cukup untuk mencegah penumpukan alkali di tanur, (v) kontrol silicon logam panas, yaitu, efek kimia slag terhadap [Si] harus dipertimbangkan, (vi) volume slag, yaitu, volume slag harus cukup tinggi untuk berkontribusi pada stabilitas properti slag dan kualitas logam panas, tetapi tidak begitu tinggi sehingga membutuhkan bahan bakar berlebihan atau berkontribusi pada ketidakstabilan tanur, (vii) properti yang tangguh, yaitu, properti slag harus sepelem mungkin terhadap variasi normal dalam operasi tanur, secara spesifik suhu logam panas, dan (viii) penggunaan akhir, yaitu, persyaratan penggunaan akhir slag harus dipertimbangkan.

Desain slag harus mengenali bahwa faktor-faktor di atas tidak independen dan desain selalu melibatkan penyeimbangan faktor-faktor di atas untuk menyelesaikan tren yang bertentangan (Tab 2).

td>

Tab 2 Tren bertentangan normal
Parameter yang diinginkan	Dasar	Al2O3
Suhu liquidus lebih rendah	Lebih rendah	Lebih rendah
Viskositas lebih rendah	Lebih tinggi
Pengelolaan K lebih tinggi	Lebih rendah	Lebih rendah
[S] lebih rendah	Lebih tinggi	Lebih tinggi
[Si] lebih rendah	Lebih tinggi	Lebih tinggi

Dua contoh desain slag dijelaskan di bawah ini. Dalam contoh pertama (Tab 3), isu adalah meningkatkan pengelolaan alkali tanpa meningkatkan [S]. Resolusi isu adalah meningkatkan volume slag melalui penggunaan SiO2 tambahan dalam beban, sambil menurunkan dasar slag.

Tab 3 Contoh desain slag untuk peningkatan pengelolaan K2O
Dasar B/A	Volume slag kgs/tHM	K2O %	K2O yang dihilangkan kgs/tHM	(S) %	S yang dihilangkan kgs/tHM
1.10	225	0.47	1.30	1.82	5.00
1.05	282	0.55	1.55	1.77	5.00
1.00	290	0.63	1.85	1.72	5.00
0.95	298	0.71	2.10	1.68	5.00

Isu dalam contoh kedua (Tab 4) adalah menurunkan [Si] tanpa mempengaruhi negatif properti slag dan operasi tanur lainnya. Resolusi isu adalah menurunkan (SiO2) dengan meningkatkan (Al2O3) menggunakan kuarsit, bahan beban dengan (Al2O3) tinggi, sambil mempertahankan (CaO) dan (MgO) konstan. Perubahan kimia slag menghasilkan penurunan baik [Si] maupun [S].

Tab 4 Contoh desain slag dengan [Si] lebih rendah
Periode	Satuan	Base	Nomor 1	Nomor 2	Nomor 3
Dasar		1.12	1.13	1.13	1.12
(MgO)	%	11.8	11.5	11.7	11.5
(Al2O3)	%	7.8	10.2	10.3	11.7
[Si]	%	0.76	0.53	0.54	0.49
[S]	%	0.043	0.031	0.029	0.026

Slag setelah BF

Penggunaan slag BF didorong oleh ekonomi pengolahan dan permintaan pasar. Di tempat, di mana pemrosesan dan pemasaran dilakukan oleh organisasi yang menghasilkan slag, pasar cenderung lokal dengan pemrosesan minimal. Menurut tren saat ini, organisasi independien mengambil kepemilikan slag cair di akhir corong slag yang telah mengarah pada pasar yang lebih luas dengan pemrosesan yang lebih ekstensif. Produk slag dapat diklasifikasikan berdasarkan laju pendingin.

Slag pendingin udara adalah yang dihasilkan dengan laju pendingin rendah. Ini adalah slag yang mengeras di lobang dan sering dipanaskan dengan spre air. Penggunaan terbesar untuk slag pendingin udara adalah dalam konstruksi jalan, balast kereta api, dan agregat. Slag pendingin udara juga telah digunakan dalam produksi semen, insulation wol mineral, atap, dan kaca.

Slag pelet dan granulat adalah yang dihasilkan dengan laju pendingin tinggi. Slag pelet diproduksi dengan tuang slag cair ke dalam drum berputar, terkadang dengan air. Slag granulat diproduksi dengan tuang slag cair langsung ke dalam lobang air yang besar atau melalui penggunaan spre air tekan tinggi yang memecah slag menjadi titik-titik. Slag pendingin cepat telah digunakan untuk aplikasi yang sama seperti slag pendingin udara. Konten kaca yang tinggi dari slag pendingin cepat membuatnya sangat cocok untuk produksi semen Portland.