Teknologi Canggih untuk Meningkatkan Efisiensi Sintrasi Bijih Besi

Teknologi untuk Peningkatan Proses Sintrasi

Proses sintrasi digunakan untuk mengaglomerasi campuran bijih besi halus, fines kembali, flux, dan arang coklat, dengan ukuran partikel kurang dari 10 mm, sehingga sinter yang dihasilkan, dengan ukuran saring 5 mm hingga 30 mm, dapat menahan kondisi tekanan dan suhu di alto blast furnace (BF). Proses sintrasi bijih besi halus dikembangkan terutama untuk mengonversi fines yang dihasilkan dalam pertambangan dan mengonversi bijih halus ini menjadi produk dengan granulometri yang sesuai, kualitas fisik, komposisi kimia, dan properti mekanik yang sesuai untuk dimuat ke dalam BF.

Proses sintrasi dilakukan pada mesin sintrasi yang diisi dengan beban campuran sintrasi yang telah disiapkan. Bahan bakar dasar untuk proses sintrasi bijih besi adalah arang coklat, penggunaannya dapat didukung oleh bahan bakar substitusi (mis. antrakit). Campuran sintrasi disiapkan dengan homogenisasi dan granulasikan campuran mentah (juga disebut campuran sintrasi) dari bijih besi halus, batu kapur, dolomit, pasir dan kuarsa halus (flux), bahan bakar padat (arang coklat atau antrakit), dan limbah metalurgi (debu yang dikumpulkan, sludge, dan scale pabrik dll) dalam drum berputar dengan 7 % hingga 8 % air dengan tujuan untuk mendapatkan produk yang sudah pre-aglomerasi (campuran sintrasi), yang kemudian diantar sebagai lapisan di atas grate atau strand yang terus bergerak dari mesin sintrasi.

Proses sintrasi adalah proses metalurgi yang dilakukan pada mesin sintrasi. Ini adalah proses aglomerasi termal. Proses sintrasi adalah proses yang intensif energi, di mana sejumlah parameter harus dipertimbangkan. Proses kompleks dan melibatkan berbagai fenomena fisik dan kimia seperti transfer panas, massa, dan momentum yang dikaitkan dengan reaksi kimia. Fenomena ini terjadi secara bersamaan yang meningkatkan secara signifikan kompleksitas proses.

Sintrasi pada dasarnya adalah langkah pre-treatment selama pembuatan besi untuk menghasilkan material charge yang disebut sinter untuk BF. Aglomerasi dalam proses sintrasi dicapai melalui pembakaran. Dalam proses ini udara dihisap di strand sintrasi melalui lapisan campuran sintrasi. Partikel bahan bakar pada lapisan permukaan atas pertama kali dinyala-kan dalam tungku dan seiring strand bergerak maju, front pembakaran atau ignited proceed bertahap ke bawah melalui lapisan hingga akhir tercapai.

Selama proses sintrasi, panas disediakan oleh arang coklat dalam campuran sintrasi untuk meningkatkan suhu lapisan untuk mencapai partial fusion dan diffusion bonding. Laju aliran udara dan kecepatan front nyala dalam proses sintrasi ditemukan untuk mengarahkan kinerja pabrik sintrasi dan parameter ini terutama bergantung pada permeabilitas lapisan sintrasi. Kecepatan front nyala adalah salah satu parameter operasi penting. Produktivitas sinter sangat bergantung pada permeabilitas campuran sintrasi dari lapisan padat campuran sintrasi. Ini adalah karena semakin cepat kemajuan reaksi selama sintrasi, semakin tinggi laju aliran gas yang melewati lapisan padat campuran sintrasi. Laju aliran gas dikontrol oleh permeabilitas campuran sintrasi. Flowsheet proses sintrasi ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 Flowsheet proses sintrasi

Tujuan utama keseluruhan dari proses sintrasi adalah untuk mencapai output tinggi dari kualitas sinter yang seragam dengan biaya operasional rendah. Sebagai komponen utama dalam beban BF, produksi sinter berkualitas tinggi dengan granulometri yang tepat, properti fisik, komposisi kimia, dan kekuatan mekanis sangat penting untuk memastikan produktivitas BF yang tinggi dan stabil dengan konsumsi redusan yang rendah. BF membutuhkan sinter dengan kekuatan tinggi, RDI (reduction degradation index) rendah, RI (reducibility index) tinggi, kandungan fines rendah, ukuran sinter kalibrasi rata-rata yang baik, dan sedikit variasi dalam komposisi kimia untuk beroperasi dalam regime steady state. Kontrol kualitas sinter, melalui sintrasi yang memadai, penting untuk mengoperasikan BF pada tingkat bahan bakar rendah dan regime operasi stabil. Dalam beberapa dekade terakhir, beberapa teknologi telah dikembangkan yang tidak hanya menghasilkan perbaikan besar dalam proses sintrasi tetapi juga telah meningkatkan kualitas sinter. Utama dari teknologi ini dijelaskan di bawah ini.

Penggunaan kapur terkal sebagai pengganti batu kapur

Dalam campuran sintrasi, batu kapur dan dolomit ditambahkan sebagai flux dasar. Oksida flux dalam sinter diperlukan untuk memodifikasi kimia slag BF dengan cara sehingga memiliki karakteristik yang diinginkan. Flux dasar yang ditambahkan ke campuran sintrasi bertindak sebagai pengikat dalam campuran sintrasi dan meningkatkan aglomerasi partikel halus. Flux meningkatkan produktivitas mesin sintrasi dan mengurangi konsumsi bahan bakar padat spesifik. Distribusi ukuran flux penting untuk produktivitas sintrasi. CaO bereaksi dengan oksida besi untuk membentuk senyawa dengan titik leleh rendah yang mendukung pembentukan primary melt, tingkat minimum yang diperlukan untuk menghasilkan sinter yang kuat. Senyawa ini adalah Fe2O3·CaO (1.205 deg C) dan FeO·CaO (1.120 deg C).

Kapur terkal (CaO) adalah pengikat aktif karena terhidrasi menjadi {Ca(OH)2} sebagai hasil reaksi hidrasi dengan air. Sebagai pengikat, mempromosikan properti quasi particle dalam campuran sintrasi. Ini membantu dalam meningkatkan input micro fines melalui bijih besi halus. Dengan granulasikan campuran sintrasi yang lebih baik, meningkatkan produktivitas sinter. Selain properti pengikat, kapur terkal juga mengurangi tingkat arang coklat karena pengurangan kalinasi batu kapur selama proses sintrasi. Penggunaan kapur terkal juga mengurangi beban menghancurkan dan saringan batu kapur mentah yang lebih keras dan dengan itu menghemat energi.

Nilai kelembaban granulasikan optimal

Sebuah studi telah dilakukan di Jepang untuk menentukan nilai kelembaban granulasikan optimal dari bahan mentah sintrasi, menguji efek penambahan kelembaban untuk enam jenis bijih yang disesuaikan ke distribusi ukuran partikel yang sama. Nilai kelembaban optimal untuk mencapai permeabilitas lapisan padat maksimum telah ditentukan untuk setiap jenis bijih. Dari hasil yang dicapai, metode penentuan nilai kelembaban optimal telah diadopsi, berdasarkan hipotesis bahwa kelembaban tidak mempengaruhi kelembaban optimal untuk bahan campuran, dan rata-rata terbobot telah ditentukan untuk kelembaban optimal untuk proporsi campuran setiap jenis bijih dan bahan bantu. Penerapan kelembaban optimal memungkinkan nilai kelembaban tambahan untuk dikurangi dibandingkan dengan metode konvensional. Permeabilitas lapisan padat di pabrik sintrasi meningkat dan produktivitas naik sebesar 11 ton per jam.

Sistem pencampuran dan granulasikan intensif

Bahan mentah untuk sintrasi yang mengandung bijih besi halus, agen flux, dan limbah berasal dari berbagai sumber dan memiliki karakteristik yang berbeda. Mereka perlu dicampur untuk membentuk campuran yang homogen. Produktivitas sinter langsung berkaitan dengan permeabilitas lapisan. Ganti, permeabilitas berkaitan dengan distribusi ukuran granula dan ukuran granula rata-rata, yang tergantung pada penambahan kelembaban. Permeabilitas naik ke nilai maksimum sebagai fungsi dari kelembaban.

Sistem pencampuran dan granulasikan intensif memungkinkan persiapan campuran sintrasi yang optimal dengan homogenisasi feed bahan mentah dan menghilangkan kebutuhan area blending. Sistem ini pada dasarnya terdiri dari mixer agitasi kecepatan tinggi dan drum granulasikan. Sistem ini menghasilkan tingkat granulasikan yang meningkat, perbaikan permeabilitas lapisan, zona burn through yang lebih seimbang, dan kontrol titik burn through yang optimal. Dengan sistem ini, campuran sintrasi yang lebih homogen disiapkan yang mengurangi konsumsi arang coklat hingga 5 % dan meningkatkan produktivitas sinter hingga 2 %. Sistem memfasilitasi penggunaan persentase ultra fines yang lebih tinggi dalam campuran sintrasi.

Sebelumnya dengan sistem pencampuran dan granulasikan intensif, tahap granulasikan awal yang terdiri dari mixer dengan tingkat pengadukan tinggi diikuti oleh drum mixer juga digunakan di beberapa pabrik sintrasi. Sistem granulasikan dua tahap ini telah memungkinkan untuk mengolah bijih besi halus sambil meningkatkan kecepatan front nyala, permeabilitas, dan produktivitas proses.

Granulasikan selektif

Proses granulasikan selektif digunakan untuk memungkinkan sintrasi bijih besi dengan kandungan alumina tinggi, yang jika tidak sulit untuk disintrasi karena reaktivitas rendah material yang mengandung alumina dan viskositas tinggi primary melts. Granulasikan selektif terdiri dari saringan bijih dan mengirim fraksi ukuran lebih besar yang memiliki kandungan alumina lebih rendah ke sirkuit granulasikan konvensional, sementara fraksi ukuran lebih kecil dengan kandungan alumina lebih tinggi dipeletkan menjadi granula 2 mm hingga 5 mm yang dimasukkan ke sirkuit granulasikan konvensional. Fraksi ukuran lebih kecil mengandung bijih tanah liat yang tinggi alumina dan memerlukan suhu leleh yang lebih tinggi.

Studi skala laboratorium, yang telah dilakukan menggunakan bijih besi dengan kandungan Al2O3 0,2 % hingga 3,2 % Al2O3 untuk mempelajari pembentukan primary melt yang dihasilkan dari reaksi bijih halus dengan batu kapur, telah menunjukkan bahwa granulasikan selektif mencapai granula inti dengan kandungan alumina lebih tinggi daripada granulasikan konvensional. Dengan proses ini, halus telah menempel pada inti, dengan kandungan alumina lebih rendah, dengan bereaksi dengan batu kapur dan mempromosikan pembentukan primary melt pada suhu yang lebih rendah. Gambar 2 menunjukkan aliran proses khas dari proses granulasikan selektif.

Gambar 2 Aliran proses khas dari proses granulasikan selektif

Granulasikan pelapis

Membuat keuntungan untuk meningkatkan proses granulasikan konvensional, terutama saat menggunakan bijih goethite dan limonite yang biasanya memiliki kandungan Al2O3 lebih tinggi daripada hematite dan menyebabkan deteriorasi properti sinter. Dalam hal ini, studi telah menunjukkan bahwa sintrasi meningkat ketika tahap granulasikan konvensional dalam drum mixer diikuti oleh tahap kedua. Dalam tahap pertama campuran bijih besi dan fines kembali ditempatkan dalam drum. Dalam tahap kedua, arang coklat plus batu kapur plus dolomit ditambahkan ke campuran yang dihasilkan dari tahap pertama dan granula yang diperoleh dibentuk oleh inti yang terdiri sebagian besar dari bijih besi yang dikelilingi oleh arang coklat dan flux.

Proses granulasikan pelapis meningkatkan reaksi pembentukan flux karena segregasi CaO dari batu kapur pada Fe(besi) dari bijih besi. Ini membuat sintrasi terjadi pada suhu yang lebih rendah, meningkatkan permeabilitas dan produktivitas, dan mengurangi pembentukan hematite sekunder, dengan perbaikan yang konsekuen dalam RDI. TI (tumbler index) dan reducibility juga meningkat, karena pembentukan lebih banyak mikro-pori, yang juga mencegah propagasi retakan yang bertanggung jawab terhadap deteriorasi RDI.

Waktu pencampuran dalam drum dalam tahap kedua sangat penting, dan sekitar 50 detik telah ditetapkan sebagai waktu optimal. Waktu yang lebih pendek tidak memungkinkan inti untuk terbalut dengan baik oleh arang coklat plus flux. Waktu yang lebih lama menyebabkan kerusakan quasi-partikel, karena inklusi arang coklat dan flux dalam granula (inti), dan menghasilkan quasi-partikel yang mirip dengan yang didapat dalam granulasikan konvensional satu tahap.

Proses sintrasi bijih besi return fine – mosaic embedding

Untuk meningkatkan permeabilitas lapisan sintrasi untuk produktivitas bijih sinter, proses 'return fine – mosaic embedding iron ore sintering' (RF-MEBIOS) telah dikembangkan. Proses RF-MEBIOS, yang merupakan teknik return fine dengan melewati granulasikan. Dalam proses ini return fine sebagai partikel kering ditambahkan ke bahan mentah yang telah digranulasikan dan kemudian dimuat ke dalam mesin sintrasi yang menghasilkan peningkatan produktivitas mesin sintrasi.

Peningkatan produktivitas disebabkan oleh peningkatan ukuran pseudo-partikel pada granulasikan dan dengan menurunkan densitas massa lapisan sinter padat setelah pemuatan. Yang pertama dicapai dengan kandungan kelembaban yang lebih tinggi dalam bahan mentah pada granulasikan. Yang kedua dicapai dengan gesekan yang lebih tinggi dalam lapisan sintrasi yang terdiri dari gabungan partikel kering dan basah, yang memiliki peran untuk menurunkan densitas massa. Dengan meningkatkan rasio return fine bypass dan ukuran, kecepatan sintrasi dan produktivitas sinter meningkat.

Gambar 3 menunjukkan aliran material khas di pabrik sintrasi. Pengangkutan return fines divergen menjadi dua rute oleh divergence damper. Satu adalah ke return fine bin yang ada dan yang lain ke return fine bin bypass baru. Return fines dari return fine bin yang ada dan bahan mentah sintrasi lainnya dicampur dan digranulasikan bersama dengan air dalam mixer. Return fines dari return fine bin bypass ditambahkan setelah mixer. Bagian yang diberikan pada sisi kanan Gambar 3 menunjukkan hubungan posisi antara damper dan belt conveyor. Posisi damper disesuaikan untuk mengontrol rasio return fines bypass. Damper dapat memisahkan return fines antara lapisan atas (return fines bypass) dan lapisan bawah (return fines granulasikan). Belt conveyor melepaskan partikel kasar sebagai lapisan atas, sehingga partikel yang relatif besar diangkut ke return fine bin bypass.

Gambar 3 Tata letak khas rute pengangkutan return fine di pabrik sintrasi

Permeabilitas meningkat oleh dua faktor yaitu (i) rasio pseudo-partikel halus rendah (kurang dari 0,25 mm) dan (ii) densitas massa rendah. Yang pertama disebabkan oleh granulasikan dengan kandungan kelembaban tinggi karena penambahan return fines kering setelah granulasikan ketika kandungan kelembaban pada pemuatan konstan.

Pemuatan dua lapis

Dengan pemuatan campuran sintrasi yang seragam pada strand sintrasi dapat menyebabkan suhu tinggi yang menyebabkan fusion campuran sintrasi. Ini membatasi aliran udara turun dan proses sintrasi. Dalam pemuatan dua lapis, material charge ukuran butir lebih kecil dengan konsentrasi arang coklat lebih tinggi dimuat di lapisan atas. Material ukuran butir lebih besar (bijih dan return sinter) dengan konsentrasi arang coklat lebih rendah dimuat di lapisan bawah. Ini memastikan peluasan panas yang tepat di lapisan bawah, permeabilitas lapisan yang tinggi, dan penggunaan bahan bakar yang efisien.

Peningkatan peralatan pemakaian campuran sintrasi

Pemuatan terpemisah campuran sintrasi menghasilkan partikel besar di bawah campuran sintrasi pada pelet sementara partikel kecil di atas campuran sintrasi pada pallet strand mesin sintrasi. Pemuatan terpemisah membantu dalam permeabilitas campuran dan dengan itu membantu dalam meningkatkan produktivitas mesin. Ada beberapa desain sistem pemuatan untuk pemuatan terpemisah. Beberapa di antaranya adalah (i) pemasangan layar tambahan pada chute miring konvensional, (ii) feeder sifting yang diintensifkan, (iii) slit wire terpemisah, dan (iv) feeder breaking magnetik. Gambar 4 menunjukkan sistem pemuatan tanpa sistem pemuatan terpemisah serta sistem pemuatan dengan berbagai tipe sistem pemuatan campuran sintrasi.

Gambar 4 Sistem pemuatan campuran sintrasi

Multi slit burner di Tungku Ignition

Saat menyala atas lapisan campuran sintrasi pada mesin sintrasi di tungku ignition, stabilitas nyala burner sangat penting. Multi slit burner membantu menghasilkan satu nyala lebar besar stabil yang menghilangkan area tanpa nyala dan menyediakan input panas minimum untuk ignition. Ini ganti menghasilkan penghematan input energi di hood ignition. Dilaporkan di pabrik Jepang bahwa total input panas untuk ignition dengan multi slit burner telah dikurangi sekitar 30 % dibandingkan dengan burner konvensional. Outline multi slit burner ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5 Outline multi slit burner

Stand support sintering

Teknik sintrasi baru yang disebut 'stand support sintering', untuk mendukung sinter cake dengan stand baja (bar atau plate) yang terpasang pada pallet telah dikembangkan di Jepang. Teknik ini meningkatkan shrinkage, porosity, dan reducibility rates. Karena sistem stand support, produktivitas mesin sintrasi meningkat secara signifikan dan mesin berjalan lebih stabil.

Dalam metode stand support sintering, beban sinter cake di bagian atas lapisan campuran sintrasi didukung oleh stand baja selama proses sintrasi. Beban sinter cake pada zona melting combustion di bawahnya menyebabkan lapisan campuran sintrasi menyusut (bed compaction), dan dengan itu secara signifikan merusak permeabilitas lapisan. Stand support yang terpasang di dalam pallet sintrasi mulai mendukung beban sinter cake di atas saat bagian lapisan campuran sintrasi di sekitar puncak stand mulai membeku setelah pemanasan dan melting. Proses sintrasi bagian bawah lapisan berlanjut di bawah beban yang dikurangi, dan jaringan permeasi berkembang baik di bagian tersebut untuk meningkatkan permeabilitas.

Pemulihan panas buang

Pemulihan panas di pabrik sintrasi adalah sarana untuk meningkatkan efisiensi proses pembuatan sinter. Sinter panas harus didinginkan. Panas yang dipulihkan dari sinter cooler digunakan untuk memanaskan pr combustion air untuk burner di tungku ignition atau untuk menghasilkan uap tekanan tinggi yang dapat digunakan untuk generasi listrik. Dalam kasus generasi uap tekanan tinggi, konfigurasi fasilitas sistem pemulihan energi gas buang terdiri dari hood, dust catcher, boiler pemulihan panas, circulation fan, dan de-aerator.

Pabrik sintrasi terdiri dari dua bagian pengukuran yaitu (i) bagian sintrasi, dan (ii) bagian pendinginan sinter panas. Pemulihan panas dari kedua bagian telah dikembangkan dari gas buang bagian sintrasi dan dari gas pendinginan bagian pendinginan. Gambar 6 menunjukkan distribusi suhu gas kedua bagian. Seperti yang ditunjukkan dalam gambar, terdapat perbedaan suhu yang besar tergantung pada posisi bagian. Suhu gas rata-rata kedua bagian berada dalam rentang 100 deg C hingga 150 deg C yang terlalu rendah untuk pemulihan panas yang efektif. Pemulihan panas terbatas pada zona suhu gas tinggi, bagian akhir dari bagian sintrasi dan bagian awal dari bagian pendinginan, di mana suhu gas 300 deg C atau lebih tersedia. Meskipun zona pemulihan panas terbatas, volume gas proses sintrasi cukup besar untuk pemulihan panas praktis yang komersial berkelanjutan. Juga, karena korosivitasnya, suhu gas setelah pemulihan panas harus dipertahankan di atas titik asam gas.

Gambar 6 Pemulihan panas buang di pabrik sintrasi

Pemulihan panas gas buang mesin sintrasi dapat dikategorikan menjadi tipe sirkulasi dan non-sirkulasi (Gambar 6). Dalam tipe sirkulasi, gas setelah pemulihan panas didistribusikan kembali ke mesin sintrasi sebagai pengganti gas pendingin, sedangkan dalam tipe non-sirkulasi, gas setelah pemulihan panas diarahkan langsung ke fasilitas pengolahan gas. Tipe sirkulasi diadopsi untuk meningkatkan efisiensi pemulihan panas.

Selain pemulihan panas, sistem ini membantu dalam pengurangan emisi SOx, NOx dan partikel serta dalam meningkatkan produktivitas, yield dan kekuatan dingin sinter. Pemulihan energi hingga tingkat 30 % telah dicapai dengan metode ini.

Sistem sintrasi teroptimasi emisi

Volume gas buang yang besar dan konsentrasi rendah elemen yang harus dibersihkan selalu menjadi salah satu masalah pabrik sintrasi. Tujuan dasar dari sistem sintrasi teroptimasi emisi (EOS) adalah untuk mengurangi volume gas yang harus dibersihkan (potensialmente mencapai pengurangan hingga 50 %) dengan menempatkan hood di atas grate sintrasi yang diisi dengan udara bersih dan udara sirkulasi dari wind boxes. Gambar 7 menunjukkan strand sintrasi dengan sistem EOS.

Gambar 7 Strand sintrasi dengan sistem sintrasi teroptimasi emisi

Pengendalian emisi debu

Peningkatan produksi di mesin sintrasi menghasilkan peningkatan pembentukan debu yang berarti emisi partikel yang lebih tinggi. Emisi ini mengandung debu dan beraneka ragam polutan udara berbahaya organik dan logam berat (HAPs). Dengan mengirim gas buang ke electrostatic precipitators melalui pipa bermuatan negatif, partikel partikulat dalam aliran gas buang menjadi bermuatan negatif. Merouting aliran ini melewati piring bermuatan positif kemudian menarik dan mengumpulkan partikel partikulat bermuatan negatif, sehingga menghasilkan gas buang bersih dan meningkatkan jumlah pemulihan uap. Debu kasar dihapus dalam dust catcher kering dan didaur ulang. Penggunaan ESP (electro static precipitator) mengurangi tingkat debu dari off-gases.

Proses EFA

Proses ini dikenal sebagai 'entrained flow absorber (EFA). Ini dikembangkan oleh Paul Wurth. Proses EFA dipasang di akhir proses pabrik sintrasi. Ini pada dasarnya terdiri dari entrained flow absorber dan filter jenis tas. Menggunakan peralatan ini, dari off-gas pabrik sintrasi, debu, oksida sulfur, asam hidroklorik, asam hidroflorik, dioksin dan furan ditangkap. Absorber beroperasi dengan kapur terkal (calcium hydroxide) dan coklat batubara cokelat untuk menyerap dioksin dan furan. Kondisi reaksi optimal tercapai dengan cara memompa air ke reaktor pada tekanan tinggi dan mempertahankan suhu dalam rentang 80 deg C hingga 110 deg C. Air yang diinjeksikan menguap dan debu dari off-gas dikumpulkan dalam filter jenis tas. Kandungan sulfur lebih rendah dari 50 mg per cum di STP, kandungan debu lebih rendah dari 5 mg per cum di STP dan kandungan furan/dioksin lebih rendah dari 0,1 nano gram per cum di STP.

Proses MEROS

Proses maximized emission reduction of sintering (MEROS) adalah teknologi inovatif yang dikembangkan oleh Primetals Technologies untuk mengurangi emisi pencemaran dari pabrik sintrasi. Dengan penggunaan aditif spesifik, komponen pencemaran dalam aliran gas digabungkan dan dipisahkan dalam fabric filter yang terhubung. Proses ini 'semi-dry' dan oleh karena itu 100 % bebas limbah cair.

Proses MEROS adalah proses pembersihan untuk penghapusan debu, gas asam, logam toksik dan senyawa organik dalam beberapa tahap. Proses ini terdiri dari tiga langkah yaitu (i) injeksi adsorban berbasis karbon dan agen desulfurisasi ke aliran gas off sinter dalam arah kontra-arus untuk mengikat logam berat dan senyawa organik, (ii) sirkulasi aliran gas melalui reaktor kondisi di mana gas dilembabkan dan didinginkan ke suhu sekitar 100 deg C melalui kabut halus yang diinjeksikan (mempercepat reaksi kimia yang diperlukan untuk mengikat dan menghapus SO2 dan komponen gas asam lainnya, dan (iii) aliran gas off yang keluar dari reaktor kondisi melewati filter tas di mana debu dengan polutan yang tertangkap dihapus.

Dalam proses ini, debu, gas asam, logam berbahaya, dan senyawa organik yang ada dalam gas sintrasi dieliminasi dengan tingkat efisiensi tinggi. Pada 2007, instalasi pertama mulai beroperasi di Linz (Austria), dengan kapasitas pengolahan gas 1 juta N cum per jam. Emisi debu dengan proses MEROS diturunkan ke kurang dari 5 mg per N cum. Emisi merkuri, timah, senyawa organik (seperti dioksin dan furan (PCDD/F)), HCl, HF, dan total VOC yang dapat dikondensasi (volatile organic compounds) diturunkan ke kurang dari 0,1 nano gram per N cum. Salah satu karakteristik paling luar biasa dari proses MEROS adalah bahwa memenuhi peraturan lingkungan saat ini dan dapat bekerja dalam batasan yang dapat ditetapkan di masa depan yang dapat diprediksi. Flowsheet dasar proses MEROS ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 8 Flowsheet dasar proses MEROS

Sistem sirkulasi gas buang selektif

Selama proses sintrasi, volume udara yang dihisap biasanya lebih tinggi dari yang diperlukan untuk pembakaran lengkap bahan bakar untuk memungkinkan kecepatan front nyala yang tinggi. Gas buang sintrasi oleh karena itu biasanya mengandung sekitar 12 % hingga 15 % oksigen sisa. Ini juga pada suhu yang jauh di atas titik embun kritis. Ini cukup untuk sirkulasi kembali ke proses sintrasi setelah penambahan sejumlah kecil udara tambahan.

Dalam 'sistem sirkulasi gas buang selektif', off-gas dari zona terpilih mesin sintrasi dicampur dengan off-air pendingin dan kemudian disirkulasi kembali ke strand sintrasi. Sistem sirkulasi gas buang selektif dikembangkan awalnya untuk menjaga volume off-gas pada tingkat konstan sambil meningkatkan kapasitas sintrasi dan mengurangi emisi spesifik. Ini memungkinkan biaya investasi dan operasional untuk fasilitas pembersihan gas untuk dipertahankan pada tingkat yang dapat diterima.

Diagram skematik khas dari sistem sirkulasi gas buang selektif diberikan pada Gambar 9. Dalam gambar ini, gas buang panas dari bagian pertama dan ketiga mesin sintrasi dicampur dengan off-air sinter cooler dan udara ambien dan disirkulasi kembali ke bagian kedua mesin sintrasi. Sebagian gas buang diulang kembali ke hood yang mencakup sebagian strand sintrasi.

Gambar 9 Diagram skematik khas sistem sirkulasi gas buang selektif

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

Modelling proses sintrasi

Selama proses sintrasi, beberapa reaksi kimia dan transformasi fase terjadi, tidak hanya karena perubahan front panas, tetapi juga karena modifikasi komposisi gas lokal dan suhu leleh awal dari campuran bahan mentah. Ketika suhu lokal dan komposisi padat tercapai, sebagian besar transformasi fase didorong oleh pasokan panas dan difusi yang terjadi dalam kandungan partikel dengan mekanisme pembentukan cairan yang memainkan peran utama. Material secara meleleh sebagian ketika suhu lokal mencapai suhu leleh dan saat bergerak, kontak dengan gas dingin mempromosikan pembekuan ulang dan dengan itu, aglomerasi partikel membentuk lapisan sinter pori yang berkelanjutan. Properti akhir lapisan sinter sangat bergantung pada siklus termal, komposisi kimia awal bahan mentah, dan properti termo-fisik yang dikembangkan selama sintrasi. Model matematis proses sintrasi mensimulasikan fenomena yang terjadi dalam mesin sintrasi dalam produksi industri sinter untuk blast furnace.

Metode untuk modelling proses sintrasi mesin strand industri didasarkan pada persamaan transportasi momentum, massa, dan energi multi-phase, dan multi-komponen untuk fase gas, padat dan cair dengan mempertimbangkan fenomena lokal pembentukan sinter pori (Gambar 10). Model mempertimbangkan fase yang berinteraksi secara bersamaan dan spesies kimia dari setiap fase dihitung berdasarkan persamaan konservasi spesies kimia. Deskripsi yang akurat dari pertukaran laju untuk momentum, energi, dan reaksi kimia esensial untuk akurasi keseluruhan model.

Gambar 10 Transfer momentum, massa, dan energi multi-phase yang dipertimbangkan untuk model sintrasi

Spesies kimia secara individu dipertimbangkan dengan menyelesaikan persamaan transportasi setiap spesies kimia dari fase gas dan padat. Fase padat mencakup campuran feed bijih besi sinter, fine sinter (returned fine sinter), arang coklat (atau bahan bakar padat lainnya), scales (fines dari pabrik baja), dan fluxes. Fase cair terdiri dari komponen yang dilelehkan dan terbentuk dalam fase cair. Fase yang telah membeku kembali terdiri dari cairan yang membeku kembali dan fase yang terbentuk selama proses pembekuan ulang dan sangat bergantung pada komposisi cairan lokal dan pertukaran panas. Lapisan sinter akhir terbentuk oleh campuran bahan ini dan kualitasnya bergantung pada komposisi akhir dan fraksi volume setiap bahan serta distribusi mereka dalam struktur mosaik sinter.

Dalam model proses sintrasi, diasumsikan bahwa fase cair yang terbentuk bergerak bersama dengan fase padat yang tersisa karena viskositas dan mengingat bahwa cairan terbentuk melekat pada permukaan partikel yang tidak dilelehkan, dengan demikian, persamaan untuk transfer momentum dan enthalpi padat mempertimbangkan campuran cair viskos dan bahan padat. Dalam model, properti termo-fisik yang bergantung pada suhu-komposisi diasumsikan mengikuti aturan campuran untuk mempertimbangkan properti fase individu yang dipondera oleh fraksi volume fase masing-masing.

Sistem otomatisasi dan kontrol

Dengan tujuan akhir untuk mengstabilkan proses sintrasi, meningkatkan produktivitas, dan menurunkan biaya produksi, sistem otomatisasi dan kontrol diperlukan di pabrik sintrasi untuk memastikan operasi optimal dan stabil selama proses sintrasi. Untuk tujuan ini, beberapa upaya telah dilakukan untuk memahami fenomena dalam kandungan dan mengarahkan proses menuju operasi optimal. Teknik kontrol utama dalam sintrasi adalah kontrol densitas charge untuk mencapai sintrasi yang seragam di seluruh lebar strand dan kontrol kecepatan pallet untuk mempertahankan produktivitas dan kualitas sinter optimal.

Sistem otomatisasi dan kontrol untuk pabrik sintrasi adalah sistem hierarki tiga level yang menggunakan distributed control system (DCS), centralized process computer system (PCS), dan central computer systems (CCS) pabrik baja. DCS melakukan fungsi seperti pengukuran distribusi kecepatan angin dan distribusi suhu gas sepanjang strand sintrasi, dan juga 'direct digital control' (DDC). PCS melakukan fungsi seperti kontrol proses untuk mengoptimalkan operasi pabrik sintrasi, dan layanan informasi untuk operator. CCS melakukan fungsi seperti perencanaan, manajemen, dan analisis data produksi dan operasi berdasarkan database umum. Gambar 11 menunjukkan sistem otomatisasi dan kontrol untuk pabrik sintrasi.

Gambar 11 Sistem otomatisasi dan kontrol untuk pabrik sintrasi

Sistem expert closed-loop sintrasi dirancang sehingga operator harus mengambil 'se sedikit tindakan mungkin, sebanyak yang diperlukan' dengan target untuk mengaktifkan operasi sinter yang dioptimalkan dengan interaksi operator minimal. Sistem expert, yang dirancang sebagai sistem keputusan berbasis aturan, melawan fluktuasi proses yang disebabkan oleh perubahan komposisi dan kualitas campuran mentah, faktor manusia, atau kondisi proses. Semakin cepat sistem merespons situasi proses yang abnormal atau berubah, semakin mulusnya operasi sinter keseluruhan. Timing yang akurat dari aktivitas kontrol dan antisipasi gangguan sangat penting untuk menghindari kondisi proses kritis dan untuk mempertahankan tingkat produksi tinggi dengan biaya rendah.

Dengan sistem otomatisasi dan kontrol, kondisi kontrol proses optimal tercapai karena penyelarasan yang sempurna dari parameter proses terjadi. Sistem otomatisasi level 2 terintegrasi di pabrik sintrasi, deviasi standar parameter kualitas dapat dikurangi sekitar 5 % hingga 10 %. Sistem ini juga membantu dalam pengurangan konsumsi arang coklat dapat dikurangi sekitar 3 % dan produktivitas dapat ditingkatkan sekitar 3 % hingga 5 %.