Menguasai Sintrasi: Bagaimana Operasi Pabrik Sintrer Membentuk Produksi Besi

Memahami Sintrer dan Operasi Pabrik Sintrer

Sintering adalah proses aglomerasi partikel mineral halus menjadi massa berpori dan kasar melalui peluluhan awal yang disebabkan oleh panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar padat di dalam massa itu sendiri. Proses sintering adalah langkah pre-treatment dalam produksi besi, di mana partikel halus bijih besi dan juga limbah oksida besi sekunder (debu yang dikumpulkan, mill scale, dll.) bersama dengan flux (kapur, batu kapur, dan dolomit) diaglomerasi oleh pembakaran. Aglomerasi halus diperlukan untuk memungkinkan aliran gas panas selama operasi blast furnace.

Sintering telah disebut sebagai seni membakar bahan bakar yang dicampur dengan bijih dalam kondisi yang dikontrol. Ini melibatkan pemanasan bijih besi halus dengan flux dan halus cocok atau batu bara untuk menghasilkan massa setengah cair yang mengeras menjadi potongan sintrer berpori dengan karakteristik ukuran dan kekuatan yang diperlukan untuk diumpankan ke blast furnace.

Meskipun sederhana dalam prinsip, pabrik sintering memerlukan sejumlah faktor penting dalam desain dan operasinya harus diperhatikan untuk mencapai kinerja optimal. Diagram alir skematis sederhana dari proses sintering ada di Fig 1.

Fig 1 Diagram alir sederhana dari proses sintering

Ada dasarnya tiga jenis sintrer berikut ini.

• Sintrer non flux atau asam – Dalam sintrer ini tidak ada flux yang ditambahkan ke bijih besi dalam mempersiapkan campuran sintrer. Sintrer non flux sangat jarang diproduksi saat ini.
• Sintrer self fluxing atau dasar – Ini adalah sintrer di mana cukup flux ditambahkan ke campuran sintrer untuk menghasilkan slag dengan dasaritas yang diinginkan (CaO/SiO2) di blast furnace dengan memperhitungkan oksida asam dalam beban blast furnace.
• Sintrer super flux – Ini adalah sintrer di mana cukup flux ditambahkan ke campuran sintrer untuk menghasilkan slag dengan dasaritas yang diinginkan di blast furnace dengan juga memperhitungkan oksida asam dari abu cocok selain oksida asam lainnya dalam beban blast furnace.

Sintrer fluxed memiliki properti suhu tinggi yang superior di blast furnace dibandingkan dengan bijih lump dan sintrer asam. Peningkatan ini mencakup suhu pelerahan dan peluahan yang lebih tinggi serta tingkat kemampuan reduksi yang lebih tinggi.

Fleksibilitas proses sintering memungkinkan konversi berbagai materi, termasuk bijih besi halus alami, bijih halus dari operasi penyaringan, debu yang tertangkap, konsentrat bijih, halus kembali yang tidak cocok untuk pemrosesan downstream, materi lain yang mengandung besi dengan ukuran partikel kecil (sludge, mill scale, dll.), dan limbah serta saringan kapur, batu kapur, dan dolomit menjadi aglomerasi seperti klinker yang cocok untuk digunakan di blast furnace.

Pabrik sintering telah menjadi keberhasilan luar biasa dalam memberikan peningkatan fenomenal dalam produktivitas dan penghematan kadar cocok di blast furnace. Sintrer fluxed mewakili bahan blast furnace yang ditingkatkan dibandingkan dengan bijih sized. Peningkatan telah diperoleh dengan memasukkan flux blast furnace ke dalam sintrer alih-alih memuatnya secara terpisah di atas furnace, seperti yang perlu dilakukan saat memuat hanya bijih sized. Menurut aturan jempol, penggunaan sintrer fluxed menunjukkan bahwa untuk setiap 100 kg batu kapur per ton net hot metal yang dihilangkan dari beban blast furnace dan dimuat ke pabrik sintrer untuk membuat sintrer fluxed, sekitar 20-35 kg cocok metalurgi per ton hot metal dihemat dan sekitar 3 % hingga 5 % peningkatan produktivitas blast furnace dicapai. Penghematan cocok terutama berasal dari calcining batu kapur di grate sintering alih-alih di blast furnace.

Kualitas Sintrer

Dua properti penting dari sintrer adalah dasaritas, yang dikontrol oleh jumlah batu kapur/kapur, dan kekuatan, yang dikontrol oleh kandungan cocok.

Blast furnace menuntut sintrer dengan kekuatan dingin yang tinggi, indeks degradasi reduksi (RDI) yang rendah, dan indeks kemampuan reduksi (RI) yang tinggi , dalam rentang variasi kimia yang sangat sempit, dengan kandungan halus yang paling rendah, dan ukuran rata-rata yang baik. Komposisi kimia dan struktural sangat penting dalam sintrer, dan baik untuk sintrer stabil sehingga baik slag primer maupun akhir memiliki karakteristik yang memadai dalam hal suhu pelerahan dan peluahan, suhu cairan, dan viskositas untuk operasi stabil blast furnace.

Penting untuk memiliki kandungan besi yang tinggi, kandungan gangue yang rendah, dan dasaritas sebesar 1,6-2,1. Kemampuan reduksi sintrer, dan kualitas sintrer secara umum, meningkat dengan tingkat hematit yang lebih tinggi daripada magnetit, dan strukturnya meningkat dengan tingkat hematit primer atau sisa yang lebih tinggi daripada hematit sekunder atau yang tersedot.

Kandungan FeO adalah parameter kontrol penting di pabrik sintrer. Ketika komposisi kimia campuran bijih ditetapkan, FeO dapat memberikan indikasi kondisi sintering, khususnya kadar cocok. Peningkatan 2 % kandungan FeO dalam sintrer ditemukan dapat menurunkan (memperbaiki) RDI sebesar 8 poin. Namun, kandungan FeO yang lebih tinggi berdampak negatif pada kemampuan reduksi. Penting untuk menemukan kandungan FeO optimum untuk meningkatkan RDI tanpa mengubah properti sintrer lainnya.

Kandungan alumina memiliki efek paling berbahaya. Ia merusak RDI sintrer, yang meningkat seiring dengan peningkatan kandungan alumina. Kekuatan dan kualitas sintrer menurun seiring dengan peningkatan kandungan alumina. Alumina mempromosikan pembentukan silico ferrite kalsium dan aluminium (SFCA). Alumina meningkatkan viskositas leleh primer yang terbentuk selama proses sintering, menghasilkan struktur sintrer yang lebih lemah dengan pori yang saling terhubung tidak teratur.

Kemampuan reduksi sintrer ditentukan oleh komposisi kimia dan mineralogi serta struktur pori.

MgO memberikan kondisi slag blast furnace yang optimum baik dari segi aliran yang baik maupun desulfurisasi. Penambahan MgO ke campuran baku meningkatkan RDI.

Telah ditentukan bahwa penggantian CaO dengan MgO dalam bentuk dolomit untuk dasaritas 1,6-1.9 mengarah pada pengurangan kecil dalam kekuatan, kemampuan reduksi, dan produktivitas sintrer. CaO bereaksi dengan oksida besi untuk membentuk senyawa dengan titik leleh rendah yang mendukung pembentukan leleh primer, tingkat minimum yang diperlukan untuk memproduksi sintrer yang kuat. Senyawa ini adalah Fe2O3·CaO (1205 deg C) dan FeO·CaO (1120 deg C).

Silica (SiO2) bereaksi dengan FeO dan CaO untuk membentuk senyawa dengan titik leleh rendah yang mendukung pembentukan leleh primer. Senyawa ini adalah FeO·SiO2 (1180 deg C), 2FeO·SiO2 (1205 deg C), dan FeO·SiO2·CaO (1223 deg C). Peningkatan kandungan silica dan dasaritas halus yang menempel menyebabkan suhu pembentukan leleh primer menurun, yang menguntungkan untuk reaksi assimilasi berikutnya di antara antarmuka cair-padadari halus dan partikel inti.

Setelah dibuang dari grate di mesin sintering, kue sintrer dihancurkan dan diayak panas. Distribusi granulometri adalah parameter proses penting untuk kualitas sintrer. Fraksi 10-30 mm dikirim langsung ke tong penyimpanan blast furnace, fraksi yang lebih besar dihancurkan untuk mendapatkan fraksi ukuran lebih kecil, dan fraksi minus 5 mm (halus kembali) direcycle ke tong pabrik sintrer. Untuk operasi proses yang baik, penting untuk menjaga keseimbangan antara generasi dan daur ulang halus kembali.

Kemampuan reduksi adalah karakteristik penting dari sintrer yang mengukur kemampuan untuk mentransfer oksigen selama reduksi di blast furnace, memberikan gambaran kebutuhan konsumsi bahan bakar di furnace. Porositas dan struktur sintrer serta fasa mineralnya berkaitan erat dengan kemampuan reduksinya. Struktur heterogen lebih dapat direduksi daripada struktur homogen.

Degradasi sintrer ditentukan oleh indeks degradasi suhu rendah (LTDI) dan RDI. Degradasi berasal, hinggaCertain tingkat, dari transformasi yang terjadi selama reduksi hematit menjadi magnetit, disertai dengan peningkatan volume, yang menghasilkan keberadaan stres struktural dalam sintrer. Degradasi sintrer di blast furnace terjadi selama reduksi di zona suhu rendah, dan memiliki efek buruk pada kekuatan beban di furnace, dengan konsekuensi kehilangan permeabilitas untuk gas pengurang dan peningkatan konsumsi cocok. Nilai rendah degradasi sintrer selama reduksi pada suhu rendah diinginkan.

RDI adalah parameter yang sangat penting yang digunakan sebagai referensi dalam semua pekerjaan sintering dan berfungsi untuk memprediksi perilaku degradasi sintrer di bagian bawah tumpukan blast furnace. Ada hubungan yang kuat antara RDI dan suhu lingkungan luar di pabrik sintrer. RDI juga sangat bergantung pada kandungan Ti dalam sintrer, meski ini sangat kecil. Tidak ada hubungan dengan alumina tetapi rasio cocok dalam campuran sintrer adalah variabel kontrol paling penting dengan regard terhadap RDI.

Kekuatan dingin sintrer ditentukan oleh indeks tumbler, dan bergantung pada kekuatan setiap komponen bijih individu, kekuatan komponen matriks perekat, dan komposisi bijih. Indeks ini menentukan pengurangan ukuran karena impact dan abrasi dari sintrer selama penanganan, transportasi, dan dalam proses blast furnace. Kekuatan mekanis dingin berhubungan langsung dengan kecenderungan terbentuknya halus selama transportasi dan penanganan antara mesin sintering dan tenggorokan blast furnace.

Porositas sintrer adalah parameter penting yang secara signifikan mempengaruhi propertinya, khususnya perilaku reduksinya. Terlihat bahwa diameter pori perlu lebih besar dari 0,01 mikrometer untuk gas pengurang memiliki akses yang cukup ke pori untuk memuaskan reduksi sintrer. Saat pori mikro bergabung menjadi pori dengan ukuran lebih dari 1 hingga 5 mikrometer, luas permukaan spesifik dari sintrer menurun dan demikian pula reduksinya. Penghapusan penggabungan pori mikro dan peningkatan jumlah pori kecil memungkinkan untuk meningkatkan luas permukaan sintrer dan mendapatkan peningkatan besar dalam kemampuan reduksinya. Ferrit mengstabilkan pori mikro dan mengarah pada kenaikan porositas, sehingga mencapai kemampuan reduksi yang lebih tinggi.

Diberikan keragaman komponen mineral yang menyusun campuran sintrer, serta heterogenitas campuran, dapat dipahami bahwa struktur sintrer kompleks dan terbentuk terutama oleh grain oksida besi dan ferrit kalsium yang ditempel oleh matriks gangue. Ferrit, yang jumlahnya meningkat dengan dasaritas sintrer, mudah direduksi, dan dengan meningkatkan keawetan mekanis sintrer ke tingkat tertentu dianggap komponen yang sangat berguna. Ferrit adalah tipe SFCA dan terbentuk dari reaksi padat-cair antara hematit dan leleh Fe2O3·CaO, dengan assimilasi SiO2 dan Al2O3 yang berikutnya ke dalam leleh. Gangue terdiri dari silikat kalsium, besi, dan magnesium yang sulit direduksi, dan menjadi bagian dari slag di blast furnace.

Operasi Pabrik Sintrer

Sebuah pabrik sintrer tipikal terdiri dari sejumlah unit operasi berurutan dengan mesin sintering di jantung pabrik.

Produksi sintrer kualitas target memerlukan pemuatan yang akurat dari bahan baku (bijih, cocok, aditif, dll.). Untuk memodifikasi resep campuran baku, penambahan cocok, dasaritas sintrer, analisis bahan baku, dan pengaruhnya pada parameter sintrer perlu dipertimbangkan. Prosedur ini kompleks. Tujuan perhitungan campuran baku adalah untuk menetapkan komposisi campuran baku, untuk secara otomatis mencapai nilai target yang ditetapkan untuk penambahan cocok, dasaritas sintrer, total Fe, keseimbangan SiO2, keseimbangan alumina, dan keseimbangan MgO.

Proses sintering dimulai dengan persiapan campuran baku. Bahan yang terdiri dari bijih halus, flux, limbah dalam pabrik, bahan bakar, dan halus kembali disimpan dalam tong penyimpanan. Mereka dicampur dalam proporsi yang benar menggunakan hopper timbang/pengumpan cakram, satu per tong penyimpanan. Untuk halus kembali terkadang meter impact digunakan sebagai gantinya. Penimbangan berkelanjutan, seperti seluruh proses sintering. Bahan yang telah ditimbang melalui konveyor ke drum campuran primer di mana air ditambahkan secara manual atau sebagai persentase yang dihitung dari bobot bahan yang masuk ke drum campuran.

Cocok breeze perlu dihancurkan (biasanya dalam crusher empat gulungan) untuk mendapatkan ukuran partikel yang benar (0,25 mm hingga minus 3 mm) untuk meningkatkan produktivitas sintering dan kemampuan reduksi. Ukuran cocok kurang dari 0,25 mm memiliki efek negatif pada produktivitas, sementara fraksi ukuran – 3,15 mm hingga + 1,00 mm menunjukkan hasil yang lebih baik.

Flux yaitu batu kapur dan dolomit dihancurkan (biasanya dalam crusher palu) untuk mendapatkan minimal 90 % fraksi – 3 mm.

Pencampuran intim dari bahan umpan adalah salah satu yang paling penting. Campuran primer (biasanya disebut base mix) dari bijih sintering, oksida limbah pabrik baja, flux, dan bahan bakar padat dibuat dalam drum campuran primer yang berputar kemudian dipindahkan ke yard pencampuran base mix terbuka. Base mix yang dicampur kemudian dilengkapi dengan jumlah kecil flux dan bahan bakar. Campuran umpan total ini tunduk pada penambahan air dalam perangkat pencampuran seperti drum forming atau disc. Mixer ini dioperasikan untuk menghasilkan nodul kecil atau pelet yang secara signifikan meningkatkan permeabilitas saringan sintrer. drum forming juga disebut drum campuran sekunder dan nodulizing.

Jumlah primer air yang ditambahkan berbanding lurus dengan bobot base mix yang masuk ke drum forming. Penambahan air dalam mixer forming sekarang dikontrol secara otomatis saat ini. Set point umpan air sekunder sering diambil sebagai proporsi dari belt weigher base mix.

Proses sintering berkelanjutan dilakukan pada travelling grate dari mesin sintering yang mengangkut lapisan campuran yang disiapkan (campuran sintrer). Campuran sintrer diangkut dengan hati-hati ke mesin sintering untuk memastikan permeabilitas terjaga. Dalam pemindahan campuran sintrer dari mixer forming ke grate dari mesin sintering, penting untuk memberi umpan bahan dengan hati-hati untuk memberikan lapisan yang seragam dan homogen dan mencegah padatnya lapisan. Untuk menghindari jatuh langsung umpan ke grate, lapisan hearth dari sekitar 25 mm hingga 50 mm bahan kasar (yang sudah disinter) diumpankan terlebih dahulu ke travelling grate. Perangkat umpan biasanya termasuk roll feeder bersama dengan chute yang bertindak untuk menghindari padatnya campuran sintrer. Desain tong umpan dan pengumpan untuk mendistribusikan campuran sintrer yang disiapkan ke dalam tong ini sama pentingnya karena, jika campuran sintrer padat atau segregasi selama penanganan dan pemuatan ke grate (pellet), semua keuntungan yang diperoleh melalui persiapan umpan yang baik mungkin hilang. Setelah ini campuran sintrer dihaluskan.

Kedalaman lapisan diatur dan dijaga konstan dengan menyesuaikan plate cut-off yang dilengkapi dengan probe untuk merasakan kedalaman bahan dan secara otomatis mengubah kecepatan roll feeder. Jumlah bahan di tong umpan itu sendiri dijaga konstan oleh penyesuaian otomatis laju umpan dari tong campuran sintrer individual.

Setelah campuran sintrer diisi ke travelling grate, batang logam atau rod yang sudah dimasukkan secara longitudinal di sepanjang grate untuk jarak sekitar 2 m hingga 4 m membantu untuk melegakan campuran untuk meningkatkan permeabilitas.

Selanjutnya permukaan campuran sintrer dihidupkan di dekat ujung kepala atau umpan travelling grate menggunakan gas campuran (gas oven cocok dan gas blast furnace), atau hanya gas oven cocok atau hanya gas blast furnace. Dalam kasus hanya gas blast furnace, biasanya dipanaskan terlebih dahulu. Penyalaan yang tepat dari campuran sintrer penting. Penyalaan yang buruk menghasilkan pembakaran bertaburan dan mungkin meninggalkan materi yang tidak disinter di atas permukaan lapisan. Sebaliknya, nyala penyalaan yang terlalu intens dapat menghasilkan slag di atas lapisan dan mengurangi laju sintering. Furnace ignition hood radiant memberikan penyalaan yang baik. Nilai kalor campuran gas dan suhu hood yang diatur dikontrol. Sistem kontrol terpisah disediakan untuk menjaga tekanan hood tetap dengan menyesuaikan dampan wind box segera di bawah hood penyalaan.

Saat campuran sintrer bergerak di sepanjang travelling grate, udara disedot ke bawah oleh kipas dorong melalui lapisan campuran sintrer yang telah dihidupkan untuk membakar bahan bakar oleh pembakaran turun. Saat grate bergerak terus-menerus di atas wind boxes menuju ujung pembuangan strand, front pembakaran di lapisan bergerak secara progresif ke bawah. Ini menciptakan panas dan suhu yang cukup, sekitar 1300 deg C hingga 1480 deg C, untuk menyinter partikel bijih halus bersama menjadi clinker berpori. Rangkaian gas harus bocor penuh, tidak memungkinkan udara palsu disedot oleh sistem. Ini menghemat daya dalam rangkaian gas buangan.

Bagian penting dari proses sintering adalah burn-through. Lokasi di sepanjang travelling grate di mana front pembakaran menyentuh dasar lapisan disebut titik burn-through. Titik burn-through sebaiknya terjadi di dekat akhir strand. Ini dikontrol dengan mengubah kecepatan strand. Sejumlah variabel mempengaruhi titik burn-through, seperti kedalaman strand, kandungan air, dan kualitas sintrer. Burn-through biasanya terdeteksi oleh probe suhu di bawah lapisan sintrer. Burn-through harus dicapai tetapi tidak boleh terjadi terlalu cepat setelah hood penyalaan. Draught pada strand dijaga pada nilai yang ditetapkan dengan mengontrol louvre kipas utama dari pengukuran tekanan di wind main. Ini mengatur titik di mana burn-through terjadi.

Kecepatan strand dikontrol secara manual, atau dengan mengukur suhu gas buangan sebagai indikasi titik burn-through. Jika terjadi terlalu cepat, suhu gas buangan rata-rata naik. Jika terjadi terlalu lambat, suhu gas buangan menurun dan kecepatan strand diperlambat untuk mengkompensasi. Suhu wind box dapat digunakan untuk meningkatkan pemantauan.

Sedotan yang dihasilkan oleh kipas utama bervariasi oleh louvre dekat inlet kipas, yang dikontrol oleh pengontrol sedotan kipas. Jika suhu gas buangan meningkat di atas batas kerja yang aman, tombol selektor memungkinkan pengontrol suhu berlebih gas buangan untuk memosisikan louvre.

Bergantung pada karakteristik materi bijih dan kondisi sintering, laju produksi rata-rata harian 22,5–44 ton/sq m/hari dari area grate diharapkan dari mesin sintering.

Setelah akhir travelling grate, sintrer melewati crusher roll berduri dan ayakan panas ke sintrer cooler. Sejumlah kipas biasanya digunakan untuk pendinginan, dan kecepatan cooler harus cocok dengan kebutuhan travelling grate dan ditentukan oleh kecepatan travelling grate dan kedalaman lapisan. Halus yang dihapus oleh ayakan panas diangkut ke tong halus kembali.

Pendinginan sintrer di bawah 150 deg C, sehingga dapat ditangani pada konveyor, adalah bagian penting dari operasi. Sintrer cooler dapat berupa rotary cooler atau straight line cooler. Rotary cooler lebih umum digunakan. Diinginkan untuk menghindari quenching air karena quenching secara buruk mempengaruhi properti sintrer. Udara buangan dari cooler ini digunakan untuk pemulihan panas di beberapa pabrik sintrer.

Setelah pendinginan, sintrer dimasukkan ke tong pembuangan. Pada tahap ini, tingkat dikontrol dengan mengubah laju keluar umpan (biasanya vibro feeder). Sintrer kemudian melewati area penyaringan dingin, di mana melalui crusher dan ayakan untuk pemisahan produk sintrer, bedding, dan halus kembali. Halus kembali, yang tidak cocok untuk pemrosesan downstream, diangkut ke tong untuk daur ulang dalam proses sintering.

Penggunaan sintrer yang diukur diinginkan untuk peningkatan laju produksi di blast furnace. Lebih lanjut, menghancurkan sintrer ke ukuran 30 mm di pabrik sintrer menghasilkan sintrer yang lebih stabil karena fraksi ukuran yang lebih kecil lebih tahan terhadap degradasi.

Stasiun pengawasan mengontrol semua langkah proses sintering. Dari ruang kontrol, operator memiliki kontrol penuh atas seluruh pabrik melalui terminal PC.

Artikel lainnya tentang sintrer dan proses sintering tersedia di bawah tautan berikut

https://www.ispatguru.com/the-sintering-process-of-iron-ore-fines-2/

https://www.ispatguru.com/technologies-for-improvement-in-sintering–

https://www.ispatguru.com/sinter-quality-and-process-of-sintering-iron-ores/

https://www.ispatguru.com/iron-ore-sinter/