Rumah Stok Tungku Blast: Pengelolaan Bahan Baku untuk Produksi Logam Panas
Tungku blast (BF) membutuhkan berbagai jenis bahan baku untuk produksi logam panas (HM), yaitu: (i) bahan baku mengandung besi seperti sinter, pelet, dan bijih besi terkalibrasi atau dikenal juga sebagai bijih besi ukuran, (ii) bahan bakar dan reduksan seperti koks BF, koks kacang, dan bubuk batubara halus, (iii) bahan flux seperti batu kapur, dolomit, dan kuarsit, serta (iv) bahan baku bervariasi (disebut juga 'aditif') seperti bijih manganese, dan bijih besi titaniferous, dll. Semua bahan ini, kecuali bubuk batubara yang diuntikan ke dalam tungku blast pada tingkat tuyere, dimuat ke dalam tungku dari atas dan dielola melalui rumah stok.
Sistem pengisian tungku blast terdiri dari dua area utama, yaitu sistem rumah stok dan peralatan pengisian di atas. Tujuan sistem pengisian tungku blast adalah memungkinkan bahan baku ditempatkan di dalam tungku secara akurat dan konsisten dengan cara yang dapat diprediksi dan dikontrol. Di sistem rumah stok, pemuatan dan pembagian bahan baku dilakukan untuk pengiriman ke peralatan pengisian di atas. Peralatan pengisian di atas berfungsi untuk mengirimkan bahan baku tungku blast ke puncak tungku dan mendistribusikan bahan-bahan tersebut ke dalam tungku. Tujuan rumah stok adalah untuk mengirimkan jumlah yang tepat koks, bahan mengandung besi, bahan flux, dan aditif ke tungku secepat mungkin untuk menjaga kinerja operasional tungku blast pada puncak.
Sejarah dan Perkembangan Rumah Stok
Rumah stok adalah area di mana tipe bahan baku individu disimpan dan kemudian diukur dalam urutan yang ditetapkan untuk pengiriman ke puncak tungku blast. Rumah stok tungku blast typikal pada awal 1900-an dibangun sebagai lubang dalam tanah dan mobil rel dipindahkan di atasnya lalu melepaskan bahan baku ke dalam wadah penyimpanan. Rumah stok dikelompokkan menjadi tiga bagian wadah penyimpanan, biasanya terdiri dari wadah koks, wadah bahan mengandung besi, dan wadah bahan flux serta aditif. Biasanya masing-masing tipe wadah bahan ini dibagi menjadi bagian simetri di setiap sisi garis pusat tungku. Pada 1920-an hingga 1950-an, ukuran rumah stok meningkat dan dibangun sebagai struktur yang sebagian di atas dan sebagian di bawah tanah untuk menampung lebih banyak tipe wadah bahan serta kuantitas yang lebih besar.
Sejak awal 1900-an, metode pengukuran bahan baku dan pengiriman mereka ke mobil skip dilakukan melalui mobil timbangan bergerak yang bergerak di bawah wadah bahan. Seorang operator secara manual membuka pintu wadah dan menimbang jumlah bahan baku yang diperlukan, lalu melanjutkan ke wadah berikutnya untuk mengumpulkan jumlah bahan yang dibutuhkan. Seiring meningkatnya permintaan produksi pada tungku blast pada 1980-an, rumah stok mobil timbangan yang ada ditingkatkan untuk mengurangi waktu yang diperlukan untuk mengumpulkan bahan. Operasi gerbang wadah dimekanisasi dan dalam banyak kasus mobil timbangan ditautkan ke sistem komputer yang melacak bahan berdasarkan bobot, memberikan kontrol dan akurasi yang ditingkatkan serta menghilangkan sejumlah besar pekerjaan fisik. Penambahan wadah penahan antara mobil timbangan dan mobil skip memungkinkan operator mobil timbangan lebih banyak waktu untuk mengumpulkan berbagai bahan tanpa menunda gerakan mobil skip.
Tipe Rumah Stok Otomatis
Rumah stok otomatis biasanya terdiri dari dua tipe yang berbeda. Tipe pertama adalah penggantian mobil timbangan di bawah wadah bahan baku dengan sistem pengumpan dan conveyor belt. Conveyor terpisah disediakan untuk setiap tipe bahan baku (koks, bahan mengandung besi, dan bahan flux serta aditif, dll) di atasnya barisan wadah penyimpanan dipasang, dengan pengumpan getaran untuk melepaskan beban dari wadah penyimpanan ke conveyor. Untuk koks dan bahan mengandung besi, layar getaran terletak pada pengosongan setiap conveyor untuk saringan bahan dan memberikan bahan ini ke hopper timbangan. Tipe sistem ini terus mengisi hopper timbangan di depan mobil skip. Susunan typikal rumah stok otomatis untuk tungku blast dengan pemakaian mobil skip ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Susunan typikal rumah stok otomatis dengan mobil skip
Tipe kedua rumah stok otomatis adalah struktur besar wadah penyimpanan yang dibangun sepenuhnya di atas tanah dan cukup jauh dari tungku blast. Ini biasanya dilakukan untuk tungku blast di mana conveyor belt digunakan untuk membawa beban ke puncak tungku alih-alih mobil skip. Metode pengisian wadah penyimpanan biasanya melalui sistem conveyor belt. Bahan baku ditarik dari wadah penyimpanan oleh pengumpan getaran dan conveyor belt ke hopper timbangan. Hopper timbangan kemudian melepaskan bahan ke conveyor utama melalui conveyor pengumpan. Hopper timbangan diprogram untuk menimbang bahan baku dalam urutan yang benar ke conveyor belt utama menuju puncak tungku.
Otomatisasi rumah stok secara signifikan meningkatkan kapasitas produksi, meningkatkan efisiensi operasional, dan menghilangkan variansi operasional yang disebabkan oleh operator dan peralatan. Namun, dalam praktiknya, rumah stok otomatis modern dapat cukup kompleks. Rumah stok itu sendiri dapat diisi oleh conveyor, yang kemudian melepasnya ke conveyor tripping untuk mendistribusikan bahan ke berbagai wadah. Tata letak conveyor dan peralatan di rumah stok dapat diatur dalam sejumlah besar cara.
Baik koks maupun bahan mengandung besi biasanya disaring dan conveyor lain menghilangkan partikel halus. Bahan dapat diambil sampel, dianalisis, dan dilacak oleh komputer, memungkinkan operator untuk mengontrol variasi kimia secara presisi dalam bahan input tungku. Kelembaban koks dipantau dan koreksi penimbangan dilakukan untuk memastikan bobot kering yang diinginkan dalam muatan. Pemantauan ini baik pada bahan mengandung karbon maupun bahan mengandung besi memungkinkan kontrol yang lebih baik terhadap kondisi termal tungku blast dan membantu dalam menurunkan tingkat bahan bakar secara keseluruhan. Susunan sederhana peralatan di rumah stok ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2 Susunan peralatan sederhana di rumah stok
Diagram alur skematik typikal rumah stok diberikan pada Gambar 3.
Gambar 3 diagram alur skematik rumah stok
Fungsi dan Fasilitas Typikal di Rumah Stok
Rumah stok bersama dengan sistem peralatan pengisian puncak tungku blast adalah fasilitas kunci untuk mencapai distribusi beban yang diinginkan dalam tungku blast modern. Peran rumah stok adalah untuk memungkinkan pengukuran multi-fraksi koks dan beban besi, termasuk bahan di bawah ukuran yang disaring atau tidak disaring, serta pembagian fleksibel berbagai ukuran butir dari bahan-bahan ini. Ini adalah dasar untuk penerapan efisien sistem pengisian di atas yang merupakan prasyarat untuk operasi tungku blast canggih saat ini.
Fungsi rumah stok adalah (i) menerima berbagai bahan dari unit penyimpanan atau produksi masing-masing sebagian besar melalui conveyor, (ii) menyediakan penyimpanan untuk durasi yang cukup, (iii) melakukan pembuangan beban dalam urutan yang diinginkan dan pada tingkat yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan BF, (iv) menyiapkannya dengan saringan, dan menempatkannya dalam kuantitas dan lapisan yang diinginkan pada conveyor untuk mengangkutnya ke peralatan (mobil skip atau conveyor) yang membawa bahan-bahan ini dari rumah stok ke peralatan pengisian puncak tungku blast.
Bahan baku yang ditimbang dikumpulkan dalam mode batch yang diatur oleh program muatan dan dikirimkan ke puncak tungku baik oleh mobil skip atau conveyor belt. Ukuran tungku blast, persyaratan produktivitasnya, dan rencana sitel yang tersedia berpengaruh pada penentuan apakah mobil skip atau sistem conveyor belt adalah sarana untuk membawa bahan baku ke puncak tungku blast. Bahan baku kemudian ditempatkan ke dalam tungku oleh peralatan pengisian di atas yang juga dikontrol oleh program muatan.
Rumah stok tungku blast memainkan peran yang sangat penting dalam operasi efisien tungku blast karena produksi tingkat logam panas yang diinginkan dalam tungku blast sebagian besar tergantung pada kualitas, konsistensi, dan kuantitas bahan baku serta urutan pemasokannya.
Bahan beban diterima di rumah stok melalui rumah persimpangan. Koks BF biasanya ditangani oleh dua conveyor (satu cadangan) dengan lebar dan kapasitas yang diperlukan. Demikian pula, bahan beban mengandung besi biasanya ditangani oleh dua conveyor (satu cadangan) dengan lebar dan kapasitas yang diperlukan. Bahan flux dan aditif biasanya ditangani oleh conveyor cadangan dengan lebar dan kapasitas yang diperlukan. Rumah stok biasanya memiliki sejumlah wadah penyimpanan dengan kapasitas total yang diperlukan untuk masing-masing bahan beban.
Koks dan bahan mengandung besi disaring di layar dengan kapasitas yang diperlukan untuk menghilangkan partikel halus. Layar getaran biasanya digunakan untuk tujuan ini. Untuk bahan flux dan aditif biasanya tidak ada layar getaran tetapi hanya ada pengumpan untuk pengosongan dari wadah dan penempatan bahan pada conveyor. Untuk koks dan bahan mengandung besi, di beberapa tungku blast disediakan pengaturan saringan ganda. Untuk saringan koks, ayakan plate lubang biasanya digunakan. Saringan bahan mengandung besi biasanya dilakukan dengan ayakan jenis grate.
Bahan yang sudah disaring dikirim ke conveyor miring untuk penanganan beban ke atas melalui conveyor horizontal. Setiap bahan dikirim secara simultan oleh dua hopper timbangan sesuai dengan program pengisian tungku yang ditetapkan. Conveyor atau mobil skip untuk penanganan beban ke atas memiliki kapasitas yang dibutuhkan dan beroperasi secara kontinu. Dalam hal conveyor, bahan ditempatkan pada conveyor dalam batch terpisah pada interval tertentu dan dalam urutan tertentu sesuai dengan program. Sistem otomatis biasanya disediakan untuk pembagian, penimbangan, dan pengiriman beban ke puncak tungku. Semua peralatan di rumah stok dirancang berdasarkan perhitungan yang mencakup filosofi kontrol serta siklus timing.
Rumah stok juga dilengkapi dengan semua peralatan kontrol polusi yang diperlukan untuk mengontrol debu sesuai dengan norme kontrol polusi. Udara buang biasanya diarahkan ke pembersih udara dengan kapasitas yang diperlukan untuk pembersihan sebelum dibuang ke lingkungan. Pembersih udara biasanya dilengkapi dengan precipitator elektrostatis. Kandungan debu udara biasanya diturunkan menjadi 0,1 gram /kubik meter. Debu yang terkumpul biasanya dibentuk bola di pabrik granulasinya untuk digunakan di pabrik sinter.
Pertimbangan Desain untuk Perencanaan Rumah Stok pada Tungku Blast Besar
Berbagai langkah yang perlu diikuti untuk pengukuran peralatan rumah stok adalah sebagai berikut.
- Kapasitas logam panas dalam ton/hari ditentukan berdasarkan volume berguna dan produktivitas tungku blast.
- Kualitas dan tipe bahan baku yang digunakan seperti bijih besi terkalibrasi, sinter, pelet, koks, koks kacang, batu kapur, dolomit, bijih manganese, dan bahan lainnya seperti bijih besi titaniferous yang akan dimuat ke dalam tungku blast ditentukan. Dalam tungku blast besar biasanya dua ukuran sinter digunakan. Ukuran sinter ini adalah ukuran normal 10 mm hingga 30 mm dan ukuran kecil 5 mm hingga 10 mm. Untuk koks tungku blast juga, dua ukuran biasanya digunakan. Ukuran ini adalah 50 mm hingga 75 mm untuk pengisian pusat dan 25 mm hingga 50 mm untuk pengisian periferal. Koks untuk pengisian periferal dimuat pada conveyor belt terlebih dahulu dengan koks untuk pengisian pusat diikuti segera. Peralatan puncak tanpa lonceng mengindeks dari dinding tungku blast ke pusat tungku dan mendistribusikan koks untuk pengisian periferal ke dinding dan koks untuk pengisian pusat ke pusat tungku sesuai kebutuhan. Ukuran bijih besi terkalibrasi biasanya 10 mm hingga 30 mm. Ukuran pelet biasanya 8 mm hingga 16 mm. Ukuran koks kacang biasanya 8 mm hingga 25 mm. Ukuran batu kapur, dolomit dan kuarsit berada dalam rentang 6 mm hingga 30 mm.
- Untuk memiliki fleksibilitas dalam pengisian beban besi, ketiga bahan baku mengandung besi dipertimbangkan dalam perhitungan dengan rasio typikal sinter : bijih : pelet sebagai 70:15:15. Perhitungan perlu dilakukan dengan mempertahankan kualitas bahan mengandung besi dan konsumsi spesifik yang diharapkan.
- Nilai untuk tingkat bahan bakar total (kg/tHM) juga perlu dipertimbangkan. Karena tiga bahan bakar digunakan dalam tungku blast, tiga alternatif perlu dipertimbangkan yaitu (i) nilai untuk tingkat koks tanpa injeksi bubuk batubara, (ii) nilai untuk tingkat koks dengan injeksi bubuk batubara, dan (iii) tingkat pengisian koks kacang.
- Urutan pengisian perlu dipertimbangkan saat merencanakan fasilitas di rumah stok. Biasanya satu muatan terdiri dari dua batch. Sementara batch satu terdiri dari koks baik untuk pengisian pusat maupun periferal, batch dua terdiri dari bahan mengandung besi, bahan flux, koks kacang, dan aditif.
- Ketebalan lapisan bijih dan koks (dalam mm) pada diameter tenggorokan tungku blast adalah pertimbangan penting dalam desain fasilitas rumah stok. Biasanya lapisan bijih dianggap 700 mm. Dalam hal koks, biasanya dianggap 700 mm mempertimbangkan muatan 'semua koks'. Namun, dalam hal injeksi bubuk batubara, ketebalan lapisan koks biasanya dianggap 500 mm. Karena ini, volume bahan baku juga menjadi penting. Karena produksi logam panas tergantung pada bobot bahan baku yang dimuat, jumlah muatan per hari yang akan dimuat di tungku blast menjadi faktor penting dalam desain rumah stok. Jumlah muatan juga menentukan waktu yang tersedia di rumah stok untuk membentuk setiap batch muatan.
- Jumlah wadah dan penguraiannya di rumah stok tergantung pada berapa volume penyimpanan (berdasarkan jumlah hari konsumsi) yang dibutuhkan untuk masing-masing bahan baku.
- Wadah juga harus disediakan untuk partikel halus yang dihasilkan di rumah stok setelah saringan.
- 'Catch-up rate' atau 'force filling factor' didefinisikan sebagai rasio antara jumlah muatan yang tersedia per hari berdasarkan desain peralatan rumah stok dan jumlah muatan yang diperlukan per hari untuk produksi logam panas target. Nilai typikal yang biasanya dipertimbangkan untuk rasio ini adalah 1,3.
- Berdasarkan waktu yang tersedia untuk pembentukan setiap batch untuk koks serta bahan mengandung besi, jumlah total peralatan (pengumpan getaran, layar getaran, hopper timbangan, dll) yang beroperasi pada satu waktu dari total yang terpasang ditentukan.
- Pengembangan siklus timing mempertimbangkan operasi peralatan pengisian di atas (puncak tanpa lonceng) dan waktu operasi semua peralatan rumah stok dilakukan. Siklus timing disiapkan setelah menghitung waktu operasi semua peralatan di rumah stok dan waktu total yang diperlukan untuk setiap batch. Biasanya dua siklus timing disiapkan, satu dengan 'tingkat normal' dan yang lain dengan 'catch-up rate'.
- Penguraian semua peralatan seperti gerbang, pengumpan getaran, layar getaran, hopper timbangan, conveyor belt termasuk conveyor pengisian utama yang akhirnya mengirim ke hopper penerima peralatan pengisian di atas dilakukan. Peralatan dirancang berdasarkan opsi pengisian koks yang diinginkan yaitu dengan atau tanpa injeksi bubuk batubara dan fleksibilitas disediakan untuk opsi lainnya dalam desain.
Manajemen Beban di Rumah Stok dan Puncak Tungku
Saat ini tungku blast modern dipasang dengan cukup banyak variasi dalam bahan beban kadang-kadang menjadi perlu untuk menggunakan sekitar 50 tipe bahan alternatif dalam sistem pengisian. Operator diharapkan untuk mengonfigurasi matriks pengisian mempertimbangkan aturan berbasis pabrik yang diprogram dalam perangkat lunak aplikasi.
Kompleksitas matriks operator rumah stok biasanya divalidasi oleh berbagai aturan validasi sebelum diunduh ke program pengisian aktif dengan memperhatikan entri yang salah serta semua kondisi abnormal di rumah stok. Matriks operator dapat diunduh ke matriks aktif pada setiap tahap operasi. Koks tambahan dapat dimuat pada setiap tahap operasi. Setiap batch dapat didistribusikan dalam 11 posisi ke dalam tungku dan distribusi ini diparameterkan di layar HMI matriks rumah stok oleh operator.
Ada beberapa set matriks cadangan untuk kondisi tungku yang berbeda yang terpasang dalam perangkat lunak yang menambah fleksibilitas dalam operasi. Ada juga fleksibilitas untuk mengambil bahan apa pun dalam wadah apa pun; oleh karena itu, rumah stok dapat beroperasi dalam kondisi hopper nonaktif dengan menyesuaikan pengambilan bahan di hopper aktif. Hopper timbangan dapat dipilih secara otomatis selama eksekusi batch apa pun. Sistem pengisian puncak rumah stok sepenuhnya otomatis oleh sistem penanganan bahan baku memungkinkan sistem pakan tungku blast untuk beroperasi dengan lancar.
Bergantung pada desain rumah stok sistem dapat dioperasikan dengan 'filosofi timbang masuk' atau 'filosofi timbang keluar'. Perangkat lunak mengatasi kompensasi kesalahan timbangan dalam urutan pengisian pada batch berikutnya untuk bahan tertentu. Operator juga dapat memilih filosofi pengisian sandwich saat melepas bahan dari hopper timbangan. Pengendalian jarak antara dua batch berturut-turut yang ditentukan oleh operator dapat dimasukkan untuk mengoptimalkan waktu transportasi pengisian ke minimum dan menghindari trip conveyor pengisian utama.
