Mini Tanur Tinggi: Produksi Besi Efisien untuk Operasi Skala Kecil
Mini Tanur Tinggi dan Pembuatan Besi
Mini tanur tinggi (MBF) secara umum dianggap versi miniatur dari konvensional tanur tinggi besar (BF). Tanur ini ideal untuk operasi skala kecil. Faktanya, mereka pada dasarnya adalah pendahulu dari konvensional tanur tinggi modern dan oleh karena itu telah beroperasi selama waktu yang lebih lama. MBF terletak di banyak negara tetapi mayoritas MBF terletak di China, India, Brazil, dan Indonesia. Ketersediaan pabrik serta kesempurnaan yang dicapai dalam teknologi ini telah membuat MBF menjadi jalur yang diterima untuk pembuatan besi. Selain itu, saat ini, sebagian besar teknologi desain, beban, dan operasi yang telah menjadi norma untuk tanur besar modern saat ini juga telah diadopsi dalam MBF.
MBF adalah tanur shaft vertikal dengan dapur seperti crucible. Bahan beban yang terdiri dari bijih besi, arang atau arang kayu yang digunakan sebagai agen reduktor dan bahan bakar, serta fluks, biasanya batu kapur atau dolomit, dimuat ke bagian atas tanur. Tanur bekerja berdasarkan prinsip reaktor aliran berlawanan. Saat beban menurun melalui shaft, dipanaskan dan prereduksi oleh gas panas yang naik dari dasar tanur. Gas dihasilkan dengan memasukkan blast udara panas yang diperkaya oksigen melalui tuyere. Blast panas membakar agen reduktor, menghasilkan gas rediktor dan panas yang diperlukan untuk proses reduksi yang berlangsung di dalam tanur. Bahan beban yang telah direduksi meleleh untuk membentuk HM (besi cair) yang terpenuhi dengan karbon dan menurun ke dapur. Fluks berikutan dengan pengotor dalam bahan beban untuk menghasilkan scoria cair yang menumpuk di atas besi cair di dapur. Besi cair dan scoria cair secara berkala ditap dari tanur.
MBF menunjukkan fleksibilitas dan daya saing dan cocok untuk produksi logam panas (HM) dasar dan grade pabrik cetak. Ciri khas penting MBF mencakup kesederhanaan dan ekonomi. Fitur-fitur MBF lainnya adalah sebagai berikut.
- Teknologi dan peralatan yang terbukti.
- Desain dan peralatan yang lebih sederhana daripada konvensional tanur tinggi besar.
- Fleksibilitas dalam beban bijih dengan beban bijih dapat bervariasi dari 100 % bijih besi lump ke setiap campuran bijih besi lump dan aglomerat (sinter atau pellet) dalam komposisi beban.
- Ragam agen reduktor dapat digunakan termasuk arang berkualitas rendah dan arang kayu.
- Kualitas HM yang dihasilkan mirip dengan konvensional tanur tinggi besar.
- Operasi dan pemeliharannya mirip tetapi lebih fleksibel daripada konvensional tanur tinggi besar.
- Biaya modal rendah serta biaya pemeliharaan peralatan yang lebih rendah.
- Sumber HM yang ekonomis dan andal untuk pabrik cetak besi serta di pabrik baja mini di mana digunakan dalam integrasi maju dengan bengkel pembuatan baja yang terdiri dari tanur induksi / tanur lampu api / tanur pengoptimasi energi dan terkadang bahkan dengan tanur oksigen kecil.
Seperti namanya, ukuran MBF kecil dengan volume internal bervariasi dari 35 cum hingga 600 cum. MBF biasanya tanur shaft rendah dengan tinggi efektif tanur bervariasi dari kurang dari 12 m hingga sekitar 20 m. MBF biasanya mencapai tingkat produktivitas dalam rentang 2 ton/cum/hari hingga di atas 3 ton/cum/hari.
Ciri Penting MBF
MBF adalah tanur tipe shaft dengan tumpukan vertikal di atas dapur seperti crucible. Kompleks MBF terdiri dari tanur BF yang sebenarnya, tanur pembakar blast, atas dan sistem pengisian MBF, beberapa platform pemeliharaan, sistem gudang stok dengan beberapa bin untuk bahan beban, platform tuyere dan rumah cetak, sistem granulasi scoria, sistem gas, sistem pembersih gas BF, sistem pasokan bahan baku dan bahan bakar, sistem pasokan daya listrik dan utilitas lainnya serta stasiun puing dan sistem circulated air BF dll. Tata letak MBF biasanya sangat kompak dengan sebagian besar fasilitas yang mendukung produksi HM dipasang sangat dekat dengan tanur yang sebenarnya. Lembar alur proses typikal dari MBF dengan pabrik pembersih gas kering ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Lembar alur proses typikal MBF dengan pabrik pembersih gas kering
Tanur sebagai reaktor pemroses, berpartisipasi dalam sistem produksi besi dengan cara berikut.
- Menerima bahan beban yang telah disiapkan dari penyimpanan melalui sistem pemakanan.
- Menerima blast panas yang dihasilkan oleh puing di stasiun puing dan dipanaskan di tanur pembakar blast. Blast panas biasanya diperkaya dengan oksigen.
- Mengasilkan dan menyampaikan HM dan scoria cair.
- Menyampaikan gas BF mentah ke sistem pembersih gas.
- Menerima air pendingin dan udara terkompresi melalui sistem pendinginan dan utilitas.
- Dibekali daya listrik oleh sistem listrik.
- Dikontrol melalui sistem komando dan kontrol.
MBF secara umum memiliki struktur bingga mandiri dengan empat kolom yang mendukung 6 platform dan skip-bridge (dalam kasus pengisian skip) berdiri langsung pada fondasi RCC. Kulit tanur biasanya dibuat dari plat baja struktural dengan ketebalan yang berbeda.
Profil typikal dari dua MBF China diberikan pada Tabel 1.
| Tabel 1 Profil Typikal Mini Tanur Tinggi China |
|---|
| No. | Parameter | Satuan | Nilai |
|---|
| 1 | Volume efektif | cum | 50 | 320 |
| 2 | Diameter dapur | m | 2,25 | 4,9 |
| 3 | Diameter perut | m | 3,05 | 5,7 |
| 4 | Diameter leher | m | 2 | 3,7 |
| 5 | Tinggi lapis mati | m | 0,35 | 0,6 |
| 6 | Tinggi dapur | m | 1,8 | 2,7 |
| 7 | Tinggi bahu | m | 2,3 | 2,9 |
| 8 | Tinggi perut | m | 1 | 1 |
| 9 | Tinggi shaft | m | 5,3 | 9,2 |
| 10 | Tinggi leher | m | 1,27 | 1,6 |
| 11 | Tinggi efektif | m | 12,02 | 17,4 |
| 12 | Sudut tumpukan | Derajat | 84,27 | 83,79 |
| 13 | Sudut bahu | Derajat | 81,57 | 82,15 |
| 14 | Rasio tinggi/diameter | - | 3,58 | 3,05 |
| 15 | Jumlah tuyere | Buah | 6 | 12 |
Dalam MBF modern, blok karbon semi-grafit biasanya digunakan untuk dasar BF dan blok karbon cetak untuk dapur. Blok karbon dengan konduktivitas panas yang baik dan resistensi erosi dapat melindungi dasar dan dapur BF secara efektif. Struktur cup keramik biasanya digunakan untuk dinding dalam dapur dengan lining alumina. Batu korundum dan batu alumina digunakan di area lubang tap dan area kerucut scoria masing-masing. Bahu, perut dan sebagian area tumpukan biasanya dilapisi batu alumina. Batu fireclay padat digunakan di area tumpukan atas untuk lining. Kulit dalam tanur biasanya disemprotkan dengan castable alumina untuk memiliki ketebalan 70 mm. Untuk lining dalam leher dan tutup atas BF, pengelasan ancor dan satu lapisan castable tahan panas dan aus digunakan. Tergantung pada desain lining tanur, umur kampanye MBF yang diharapkan bervariasi dalam rentang 5 tahun hingga lebih dari 10 tahun.
Peningkatan suhu blast panas adalah salah satu upaya utama untuk meningkatkan volume injeksi bubuk batu bara di MBF dan mengurangi tingkat arang di MBF. Desain sistem blast panas biasanya dilakukan sedemikian rupa sehingga suhu blast panas dapat dipertahankan pada 1200 derajat C dengan menggunakan gas BF sebagai bahan bakar. Saat ini, MBF dilengkapi dengan 3 buah tanur pembakar blast dengan desain pembakaran dome tangensial rotary.
Tuyere diisi blast panas dari bustle main melalui pipa puing. Tuyere dipasang bersama pendingin tuyere. Keduanya terbuat dari tembaga. Jumlah tuyere yang dipasang di MBF tergantung pada volume berguna MBF dan dirancang untuk kecepatan blast optimal yang biasanya dalam rentang 210 m/detik hingga 230 m/detik dalam kondisi operasi.
Saat ini MBF modern memiliki satu lubang tap dari mana logam panas dan scoria mengalir. Mereka dipisahkan oleh pelat skimmer, yang terletak dengan tepat di saluran HM yang ditempatkan di platform kerja. Di beberapa MBF terdapat kerucut scoria terpisah untuk tapping scoria cair. Logam panas mengalir ke ladle atau mobil torpedo, sementara scoria cair diangkut ke sistem granulasi scoria.
Pendingin staf digunakan dalam MBF dengan 3 bagian staf permukaan datar yang digunakan di dasar dan dapur dan staf dengan refraktori dimasukkan di dalamnya digunakan di bahu dan zona perut. Step-staves digunakan untuk area tumpukan untuk mendukung lining batu tumpukan bawah secara efektif dan mengurangi pembukaan kulit BF untuk meningkatkan ketatnya MBF. Staf besi cor nodular ferrit biasanya digunakan untuk tumpukan tengah dan bawah. Tabung baja seamless dicetak di dalam staf dan plat tulangan pada permukaan panas staf. Bahan karbon diisi di dalam selokan. Pendinginan air biasanya digunakan untuk dasar MBF. Sistem tuyere didinginkan oleh sistem pendinginan air khusus.
Peralatan pendukung lainnya untuk tanur BF yang sebenarnya adalah (i) 2 tahap pelapis leher, (ii) ‘kamera inframerah leher’ yang dipasang di dekat garis stok leher untuk mendeteksi distribusi stok di area leher, dan (iii) perangkat pemadaman dan pendinginan air atas yang digunakan saat suhu atas sangat tinggi.
Biasanya MBF dilengkapi dengan sistem pengisian skip. Di beberapa MBF pengisian konveyor digunakan sebagai pengganti pengisian skip. Untuk pengisian atas di MBF kedua sistem yaitu (i) dua bel dengan distributor, dan (ii) sistem atas tanpa bel, digunakan. MBF modern dilengkapi sistem atas tanpa bel.
Dalam kasus tanpa bel biasanya dua jenis distribusi yaitu (i) tipe cincin (cincin tunggal, multi-cincin, dan (ii) tipe titik tetap, digunakan. Dalam kasus distribusi tipe cincin, material di hopper beban dimasukkan ke dalam tanur melalui lerang distribusi melalui cincin konsentrik tunggal (cincin tunggal) atau multi cincin konsentrik (multi cincin). Dalam kasus distribusi tipe cincin tunggal, lerang distribusi tetap pada sudut kemiringan yang ditetapkan saat pengisian. Dalam kasus distribusi multi-cincin, sudut kemiringan dapat diubah beberapa kali saat pengisian. Satu lingkaran atau multi-lingkaran distribusi pada setiap posisi sudut dapat dilakukan. Dalam kasus distribusi tipe tetap, lerang distribusi ditempatkan sesuai sudut kemiringan yang ditetapkan untuk mendistribusikan material ke titik yang ditetapkan. Distribusi sektor juga dapat dilakukan dengan alat pengisian atas tanpa bel. Biasanya gas nitrogen digunakan untuk tujuan pengsetaraan.
Tinggi muatan di dalam tanur (garis stok) dikontrol oleh dua batang stok. Deteksi tingkat beban kontinu dilakukan secara otomatis selama produksi normal melalui batang stok yang secara otomatis diturunkan beserta tingkat beban. Batang stok diangkat saat mencapai tingkat yang ditetapkan. Tingkat muatan ditunjukkan di ruang kontrol.
Rumah cetak biasanya berbentuk persegi panjang dengan atap baja dengan kemiringan 1:12 dan kolom RCC. Jendela ventilasi biasanya disediakan dalam desain atap. Rumah cetak dilengkapi dengan mud gun yang dioperasikan hidrolik dan mesin bor lubang tap yang dioperasikan hidrolik/pneumatik. Rumah cetak biasanya sepenuhnya difilter debu oleh sistem filter tas.
Gas BF yang dihasilkan dalam MBF diambil oleh 4 buah off takes, kemudian 4 buah uptakes, dan kemudian 2 buah uptakes yang berkumpul menjadi 1 buah down comer yang akhirnya pergi ke dust catcher. Gas atas BF memiliki suhu normal dalam rentang 100 derajat C hingga 300 derajat dengan maksimum 400 derajat C. Kedua uptake di atas tanur dilengkapi dengan 1 buah valve blood yang biasanya dioperasikan oleh silinder hidrolik. Dust catcher bekerja berdasarkan prinsip gravitasi dan menghilangkan debu kasar dari gas BF. Gas BF dari dust catcher kemudian dibersihkan lebih lanjut baik dalam sistem pembersih gas basah yang terdiri dari saturator dan scrubber primer dan sekunder atau dalam sistem pembersih gas kering yang terdiri dari filter tas debu tekanan rendah menggunakan gas nitrogen untuk back blow debu.
Operasi MBF mirip dengan konvensional tanur tinggi besar. Ketika bahan beban, yaitu beban besi (sinter/pellet dan bijih lump), agen reduktor (arang kayu atau arang BF) dan fluks (batu kapur dan dolomit), dimuat ke atas tanur tinggi, menurun melalui tumpukan, mereka dipanaskan oleh gas panas yang naik dari dapur dan oleh blast panas yang diperkenalkan melalui tuyere yang terletak di dasar shaft, tepat di atas dapur.
Udara yang dipanaskan membakar sebagian besar arang BF yang dimuat dari atas untuk menghasilkan panas yang diperlukan oleh proses dan menyediakan gas rediktor yang menghilangkan oksigen dari beban bijih. Besi yang direduksi meleleh dan mengalir ke dasar di dapur. Fluks berikutan dengan pengotor dalam bijih untuk menghasilkan scoria, yang juga meleleh dan menumpuk di atas besi cair di dapur. Sesekali, besi cair dan scoria cair dirakit keluar dari tanur melalui lubang tap.
Saat ini MBF dilengkapi dengan injeksi bubuk batu bara (PCI) yang dilakukan pada tingkat tuyere. MBF modern dapat memiliki tingkat PCI hingga 150 kg/ton HM. Parameter operasi umum MBF diberikan pada Tabel 2.
| Tabel 2 Parameter Operasi MBF |
|---|
| No. | Parameter | Satuan | Nilai |
|---|
| 1 | Ketersediaan tanur | jumlah hari | 330 – 350 |
| 2 | Sinter dalam beban | % | Sekitar 80 |
| 3 | Tingkat bijih | kg/tHM | 1600-1700 |
| 4 | Tingkat bahan bakar | kg/tHM | 550-600 |
| 5 | Tingkat arang BF | kg/tHM | 420-450 |
| 6 | Tingkat PCI | kg/tHM | 120-150 |
| 7 | Suhu blast | Derajat C | 1100-1200 |
| 8 | Tekanan atas | kg/sq cm | 0.3 -1.0 |
| 9 | Tingkat scoria | kg/tHM | 300-380 |
| 10 | Produktivitas BF | tons/cum/day | 2-3 |
| 11 | Pengayaan oksigen blast udara | % | Sekitar 3 |
Konsumsi utilitas typikal di MBF diberikan pada Tabel 3.
| Tabel 3 Konsumsi Utilitas Typikal dalam MBF |
|---|
| No. | Parameter | Satuan | Nilai |
|---|
| 1 | Blast udara | N cum/tHM | Sekitar 1800 |
| 2 | Pembangkitan gas BF | N cum/tHM | Sekitar 900 |
| 3 | Uap | kg/tHM | Sekitar 50 |
| 4 | Listrik | kWh/tHM | Sekitar 120 |
| 5 | Nitrogen | N cum/tHM | Sekitar 2 |
| 6 | Udara terkompresi | N cum/tHM | Sekitar 0,3 |
Sistem otomatisasi MBF umumnya memiliki karakteristik fungsi yang kuat, performa standar tinggi, keandalan tinggi, kemampuan ekspansi mudah, kemampuan komunikasi komprehensif, struktur implementasi dan distribusi mudah, dan operasi mudah. Sistem ini biasanya memiliki tingkat tinggi anti gangguan elektromagnetik dan anti getaran serta kapasitas pemrosesan modular dan kapasitas refleksi instan.
Kontrol dan supervisi operasi seluruh MBF biasanya dilakukan dari ruang kontrol MBF yang biasanya terletak di dekat platform kerja MBF. Sistem kontrol biasanya terdiri dari stasiun supervisi, PLC utama, alarm, interlock dan perlindungan. Satu stasiun jarak jauh juga biasanya dipasang di ruang kontrol penanganan bahan baku. Sistem terhubung melalui jaringan. Sistem supervisi biasanya digunakan untuk mengontrol parameter proses, pencatatan tren dan pencatatan alarm. Sejumlah instrumen lapangan dipasang untuk mengukur dan mengontrol semua parameter proses. Beberapa pengukuran penting meliputi (i) pengukuran tekanan, (ii) pengukuran suhu, (iii) pengukuran aliran, (iv) pengukuran tingkat debu gas BF, (v) pengukuran tingkat stok, sudut lerang dan derajat pembukaan klep throttle, dan (vi) pengukuran beban bahan beban dan banyak lagi. Kabin kontrol untuk operasi peralatan rumah cetak terletak di dalam rumah cetak itu sendiri di tempat yang aman dari mana operator dapat melihat peralatan.
Sistem pendinginan air MBF biasanya memerlukan air industri secara kontinu di area yang meliputi (i) pendinginan kulit tanur tinggi, (ii) pendinginan tuyere dan pendingin tuyere, (iii) sistem pembersih gas dalam kasus pembersihan gas basah, (iv) granulasi scoria, (v) pendinginan sistem hidrolik atas BF, (vi) pendinginan sistem hidrolik mud gun/mesin bor. Semua air didaur ulang. Tangki air atas biasanya disediakan untuk mengatasi kebutuhan darurat selama pemadaman listrik. Parameter utama terkait semua sistem air dipantau melalui sistem supervisi dari ruang kontrol.
