ITMK 3: Kobe Steel’s Eco‑Friendly Iron Nugget Production Process

Proses ITmk3 Pembuatan Nugget Besi

Proses ITmk3 juga dikenal sebagai Iron making technologies (IT) mark 3 dan merupakan salah satu teknologi reduksi batu bara. IT mark 1 adalah proses pembuatan besi dengan tungku timur (BF) sementara IT mark 2 adalah pembuatan besi dengan direkt reduksi sebagian besar dengan proses reduksi berbasis gas (Gambar 1). Proses ini telah dikembangkan oleh Kobe Steel dan ramah lingkungan.

Gambar 1 Teknologi pembuatan besi

Sejarah Pengembangan

Pengujian laboratorium proses dilakukan selama 1996 hingga 1998. Selama periode 1999 hingga 2000 pabrik pilot kecil dengan kapasitas 3.000 ton per hari dibangun dan dioperasikan di Kakogawa Works Kobe Steel, Jepang. Pada tahun 2002 hingga 2004 pabrik demonstrasi pilot dengan kapasitas 25.000 ton per tahun dibangun dan dioperasikan di Minnesota, Amerika Serikat. Pembangunan pabrik komersial pertama dengan kapasitas 500.000 ton per tahun dimulai di Hoyt Lakes Minnesota pada 2007 dan operasi di pabrik ini dimulai pada Januari 2010.

Proses ITmk3

Proses ITmk3 adalah proses pembuatan besi yang cepat yang meliputi reduksi bijih, carburizing dan pencairan besi serta pemisahan escak, semuanya pada suhu relatif rendah. Proses empat langkah ini terdiri dari (i) agregasi bijih besi dan batu bara, (ii) reduksi dan pencairan agregat, (iii) pemisahan besi logam dari escak, dan (iv) treatment gas buang dan pemulihan panas.

Dalam proses ini, konsentrat bijih besi dan batu bara non-coking (agen pengurang), batu kapur (flux), dan bentonite (pengikat) dicampur bersama dan diagregasi menjadi pelet hijau self-reducing. Pelet ini diisi ke dalam rotary hearth furnace (RHF) di mana bola hijau yang self-reducing, fluxing, dan dikeringkan direduksi, carburized dan dilelehkan. Produknya adalah besi granular yang disebut nugget besi. Proses pada diagram fase besi-karbon (Fe-C) ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2 – Proses ITmk3 pada diagram fase besi-karbon

Proses ITmk3 menghasilkan besi granular murni tinggi (nugget besi) dengan menggunakan butiran bijih besi dan batu bara non-coking. Proses ini berbeda dengan reduksi, carburizing pencairan dan pemisahan escak (Gambar 3). Proses terjadi pada suhu yang lebih rendah (sekitar 1350 derajat C) dan oleh karena itu berbeda dari pembuatan besi konvensional dengan tungku timur (BF). Dalam proses ITmk3 reaksi reduksi berlangsung dalam 10 menit dibandingkan 8 jam di BF dan 6 jam dalam proses direkt reduksi berbasis gas.

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

Gambar 3 – Langkah proses selama reduksi dalam proses ITmk3

Fitur utama proses adalah sebagai berikut.

• Proses memanfaatkan butiran bijih besi kelas rendah yang digiling menjadi partikel halus dan diolah untuk menghasilkan konsentrat bijih besi kelas tinggi. Konsentrat ini dikonversi menjadi pelet hijau.
• Batu bara non-coking digunakan sebagai redusan.
• Pelet diisi ke dalam rotary hearth furnace (RHF), dipanaskan hingga 1350 derajat C, direduksi, dilelehkan dan dipisahkan menjadi logam dan escak.
• Besi cair menyeku menjadi nugget di dalam tungku, dikeluarkan setelah pendingin dan dipisahkan dari escak.
• Proses sederhana dan menggunakan peralatan konvensional. Selain itu, waktu tinggal yang pendek juga memfasilitasi startup dan pemadaman pabrik. Butiran bijih besi dan batu bara serbuk diagregasi menjadi pelet komposit.

Flowsheet untuk proses ITmk3 diberikan pada Gambar 4.

Gambar 4 – Flowsheet proses ITmk3

Reaksi antara bijih besi dan batu bara sama dengan proses pembuatan besi umum dan diberikan di bawah ini.

FexOy + yCO = xFe + yCO2
CO2 + C = 2CO
C(s) = C (carburized)
Fe(s) = Fe(l) (melt)

Dua reaksi terakhir adalah reaksi tambahan dalam proses ITmk3. Reaksi tambahan ini untuk pemisahan besi logam dari escak.

Produk Proses ITmk3

ITmk3 menghasilkan nugget besi bebas escak (Gambar 5) yang memiliki properti kimia dan fisik yang mirip dengan besi dapur. Ia memiliki kandungan besi logam dalam kisaran 96 % hingga 97 %, kandungan C dalam kisaran 1,7 % hingga 3,5 %. Kandungan sulfur nugget besi sekitar 0,5 %. Densitas nugget besi dalam kisaran 6,5 gram/kubik sentimeter (g/cc) hingga 7,0 g/cc. Nugget besi memiliki meltability yang lebih baik daripada besi dapur yang dihasilkan dari besi kasar panas BF karena memiliki titik leleh rendah dan konduktivitas termal yang lebih tinggi. Nugget besi memiliki ukuran yang membantu dalam transportasi dan penanganan yang mudah. Mereka tidak reoksidasi dan juga tidak menghasilkan fines selama penanganan. Fitur menguntungkan lainnya dari nugget besi adalah bahwa mereka dapat diisi secara kontinu ke dalam electric arc furnace (EAF) mirip dengan pengisian besi langsung direduksi (DRI) atau hot briquetted iron (HBI).

Gambar 5 – Nugget besi

Nilai Konsumsi Spesifik untuk Proses ITmk3

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

Kontrol Lingkungan

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

Tata Letak Tipikal Proses ITmk3

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

Gambar 6 – Tata letak pabrik tipikal untuk proses ITmk3

Keuntungan Proses ITmk3

Proses ITmk3 memiliki beberapa keuntungan dibandingkan proses pembuatan besi lainnya. Keuntungan ini mencakup (i) proses sederhana, (ii) proses memungkinkan direkt reduksi butiran bijih besi dengan batu bara non-coking, (iii) proses hemat energi karena mengkonsumsi sekitar 30 % lebih sedikit energi dari energi yang dikonsumsi selama pembuatan besi dengan BF, (iv) proses menghasilkan emisi CO2 yang lebih rendah, (v) proses memiliki investasi modal rendah karena menghilangkan pabrik sintrasi/pelet dan baterai oven coke, (vi) proses menggunakan bahan baku yang lebih murah seperti butiran bijih besi dan batu bara non-coking, (vii) proses menghasilkan nugget besi kelas tinggi dengan meltability yang lebih baik daripada besi dapur selama tahap pembuatan baja, (viii) proses menghilangkan kebutuhan penanganan besi cair, (ix) nugget besi bebas escak, bebas elemen tramp, bebas reoksidasi, dan tidak menghasilkan fines sehingga mudah diangkut, (x) operasi dan penyesuaian proses sederhana dan proses juga memfasilitasi penyesuaian produksi dengan memulai dan menghentikan, (xi) peralatan yang digunakan dalam proses sederhana dan memiliki keandalan teruji.