Rotary Kiln Pengurangan Langsung Berbasis Batubara: Produksi Besi Berbiaya Rendah Tanpa Batubara Koks

Proses Tungku Putar Pengurangan Langsung Berbasis Batubara

Proses tungku putar pengurangan langsung berbasis batubara dikembangkan untuk mengonversi bijih besi secara langsung menjadi besi metalik tanpa peleburan materi. Proses ini memiliki keuntungan biaya modal rendah dan tidak memerlukan batubara koks. Besi metalik dalam proses ini dihasilkan oleh reduksi oksida besi di bawah suhu leleh bijih besi (1535 derajat C) dengan memanfaatkan materi karbonaceus yang ada dalam batubara non-koks. Karena bijih besi dalam kontak langsung dengan agen redutora selama proses reduksi, ia sering disebut sebagai besi terurangi langsung (DRI). Produk yang direduksi dengan tingkat metalisasi tinggi menunjukkan struktur 'rauan lebah', oleh karena itu sering disebut besi sponge.

Pabrik DRI berbasis batubara fleksibel dengan respecto lokasi pabrik karena batubara non-koks tersebar luas dalam endapan besar dan mudah diangkut. Sebagian besar pabrik menggunakan proses reduksi yang dilakukan dalam tungku putar rotary. Pabrik ini menggunakan berbagai macam bahan baku dan batubara non-koks. Kualitas bahan ini memiliki dampak langsung pada proses dan produk. Beberapa pabrik tidak menggunakan bijih besi secara langsung. Pabrik ini menggunakan pelet bijih besi dalam tungku putar rotary. Campuran bahan baku yang terdiri dari bijih besi, dolomit dan batubara non-koks diisi di satu ujung tungku putar rotary dan dipanaskan oleh pembakar batubara untuk menghasilkan DRI. Produk DRI bersama dengan char (kadang disebut char dolomit) diambil dari ujung lain tungku. Selain itu, udara primer dan udara sekunder disuplai ke tungku untuk memulai pembakaran dan mempertahankan proses reaksi dalam tungku.

Bahan Baku

Bahan baku utama untuk produksi DRI oleh proses tungku putar rotary adalah (i) bijih besi berukuran atau pelet bijih besi, (ii) batubara non-koks, dan (iii) dolomit dalam jumlah kecil untuk menyaring sulfur.

Bijih besi dengan kualitas yang tepat adalah input dasar untuk proses pengurangan langsung berbasis batubara. Sebagian besar pabrik pengurangan langsung berbasis batubara menggunakan bijih besi lumpur. Persyaratan kualitas utama adalah (i) kandungan Fe tinggi dengan gangue dan elemen merusak rendah seperti fosfor dan sulfur, (ii) properti penanganan yang baik (indeks tumbler dan indeks abrasi), (iii) kalibrasi ukuran dengan debu yang sedikit, (iv) kemampuan direduksi yang tinggi, (v) tendensi rendah untuk lengket dan disintegrasi selama pemanasan dan reduksi, dan (vi) kompatibilitas yang baik dengan batubara redutora yang digunakan.

Persyaratan kualitas bijih besi berukuran untuk memenuhi persyaratan fisik, metalurgi, dan kimia. Persyaratan fisik adalah kekuatan dan granulometri. Bijih harus keras dan memiliki kekuatan tinggi. Kekuatan tumbler optimum bijih adalah 90 persen minimum. Bergantung pada kemampuan direduksi, bijih kalibrasi dalam rentang ukuran 5 mm hingga 20 mm umumnya digunakan. Persyaratan metalurgi bijih meliputi kemampuan direduksi yang tinggi, stabilitas termal, dan tendensi rendah untuk lengket dan disintegrasi selama pemanasan dan reduksi. Persyaratan kimia bijih adalah karakteristik penting karena selain penghilangan oksigen, tidak ada perubahan kimia lain yang terjadi selama proses pengurangan langsung. Materi gangue dalam DRI, yang berasal dari bijih besi, yaitu silika dan alumina bersama dengan kandungan sulfur dan fosfor secara berdampak pada ekonomi dalam operasi pembuatan baja selanjutnya. Oleh karena itu, bijih harus tinggi dalam kandungan besi dan rendah dalam gangue. Spesifikasi fisik dan kimia yang diinginkan bijih adalah sebagai berikut.

Ukuran – 5 mm -20 mm
Ukuran terlalu besar dan terlalu kecil – kurang dari 5 persen maksimum masing-masing
Indeks tumbler – lebih dari 90 persen
Kontaminasi (laterit dll.) – kurang dari 5 persen
Total Fe – 65 persen minimum
Silika – kurang dari 3 persen
Silika + alumina – 5 persen maksimum
Sulfur – 0,01 persen maksimum
Fosfor – 0,05 persen maksimum
Kelembaban – 1 persen maksimum

Batubara non-koks yang digunakan dalam tungku putar rotary memiliki peran ganda. Ia menyediakan panas untuk proses dan juga bertindak sebagai agen redutora. Persyaratan kualitas utama batubara non-koks adalah (i) karakteristik non-koks, (ii) kandungan abu rendah, (iii) kandungan sulfur rendah, (iv) reaktivitas yang baik, (v) suhu leleh abu tinggi, dan (vi) materi mudah teruapkan sedang. Karakter non-koks batubara diperlukan karena reaksi cok mengarah pada pembentukan cincin di dalam tungku. Batas indeks cakung yang dapat diizinkan secara praktis untuk proses tungku putar rotary adalah 3 maksimum. Kandungan abu rendah batubara diperlukan karena abu tinggi mengakibatkan pemanfaatan volume tungku yang tersedia untuk reduksi yang tidak optimal. Ini juga meningkatkan konsumsi karbon tetap karena energi tambahan dikonsumsi untuk memanaskan massa abu iners ke suhu reaksi. Kandungan abu 20 persen maksimum adalah batas praktis untuk operasi yang efisien. Kandungan sulfur rendah diperlukan untuk mengontrol sulfur dalam DRI. Sulfur dalam batubara harus 0,01 persen maksimum. Reaktivitas yang baik batubara diperlukan karena langkah penting dalam proses reduksi padat adalah reaksi maju, di mana dioksida karbon yang dihasilkan dari pembakaran batubara bereaksi dengan batubara untuk meregenerasi karbon monoksida (reaksi Boudouard). Oleh karena itu, batubara harus memiliki reaktivitas yang cukup sehingga reaksi Boudouard berlangsung pada laju yang diinginkan. Batubara bituminous dan sub-bituminous biasanya menunjukkan reaktivitas yang baik yang cocok untuk produksi DRI. Suhu leleh abu adalah karakteristik penting lainnya. Batubara yang memiliki suhu leleh abu rendah mengarah pada massa lengket yang mengakibatkan operasi tungku tidak stabil karena terbentuknya akresi di dalam tungku yang mengurangi laju reduksi dengan pembentukan lapisan escoria pada permukaan bijih. Oleh karena itu, batubara dengan suhu leleh abu lebih dari 1400 derajat C diinginkan untuk operasi tungku putar rotary. Materi mudah teruapkan batubara harus optimum untuk proses tungku putar rotary berbasis batubara. Batubara dengan materi mudah teruapkan sangat rendah menghasilkan reaktivitas char yang sangat rendah, dan sehingga menghasilkan produk yang sedikit ter metalisasi. Batubara dengan materi mudah teruapkan sangat tinggi, meskipun menghasilkan char yang sangat reaktif, juga tidak disukai karena meningkatkan volume gas di dalam tungku. Biasanya untuk proses tungku putar rotary materi mudah teruapkan harus dalam rentang 25 persen hingga 30 persen. Batubara untuk reduksi langsung dalam tungku putar rotary perlu memiliki indeks pembengkakan rendah. Biasanya indeks pembengkakan kurang dari 1. Spesifikasi fisik dan kimia batubara non-koks adalah sebagai berikut.

Ukuran lumpur – 5 mm hingga 20 mm
Ukuran halus – kurang dari 5 mm
Kontaminasi (silikon, batu dll.) – kurang dari 3 persen
Karbon tetap – 45 persen minimum
Materi mudah teruapkan – 25 persen hingga 30 persen
Abu – 20 persen maksimum
Kelembaban – 8 persen maksimum

Dolomit digunakan untuk desulfurisasi dalam proses produksi DRI. Spesifikasi tipis dolomit adalah sebagai berikut.

MgO – 22 persen minimum
CaO – 28 persen maksimum
LOI – selisih

Reaksi Kimia

Reaksi kimia terjadi di dalam tungku putar rotary. Penampang silang tungku putar rotary ada pada Gambar 1.

Gambar 1 Penampang silang tungku putar rotary

Proses pengurangan langsung berbasis batubara didasarkan pada agen redutora padat yang merupakan batubara non-koks. Reaksi terjadi pada suhu tinggi (1000 derajat C hingga 1100 derajat C). Batubara berperan ganda di dalam tungku. Sebagian batubara digunakan sebagai bahan bakar untuk menyediakan panas yang diinginkan sehingga membawa bahan baku ke suhu yang diinginkan. Namun peran utama batubara adalah untuk menyediakan karbon untuk proses reduksi. Dolomit digunakan sebagai pemindot sulfur yang akhirnya keluar bersama dengan char. Char mengandung abu batubara dan kotoran lain dari bijih besi. Reaksi di dalam tungku terjadi dalam beberapa tahap selama reduksi bijih besi menjadi DRI. Bijih besi mengalami reaksi reduksi akhir berikut.

Fe2O3 + 3CO = 2 Fe + 3CO2

Reaksi menunjukkan bahwa karbon monoksida (CO) adalah gas redutora yang dihasilkan oleh pembakaran terkontrol batubara, sesuai reaksi Boudouard sebagai berikut.

C + O2 = CO2
C + CO2 = 2CO

Karbon monoksida yang dihasilkan di atas mengurangi oksida besi bijih besi menjadi besi metalik sesuai dengan reaksi yang diberikan di atas. Namun, reduksi dari oksida ke logam tidak terjadi dalam satu langkah, tetapi dengan penghilangan oksigen secara bertahap yang mengakibatkan berbagai oksida menengah. Urutan reduksi dapat diekspresikan sebagai Fe2O3 hingga Fe3O4 hingga FeO hingga Fe.

Reaksi yang terjadi di dalam kandang bijih besi dan batubara bersifat heterogen. Dua himpunan reaksi terjadi. Himpunan pertama reaksi terjadi antara batubara, dioksida karbon dan oksigen sementara dalam himpunan kedua reaksi adalah antara partikel bijih besi dan CO. Karena oksigen dari bijih besi dikeluarkan sebagai CO2, pelarian gas CO2 membuat produk DRI porous. Reaksi antara partikel bijih dan agen redutora gas dapat divisualisasikan terjadi dalam lima tahap berurutan berikut.

• Tahap 1 – Dalam tahap ini difusi reaktan gas terjadi melalui film yang mengelilingi partikel bijih ke permukaan padat.
• Tahap 2 – Dalam tahap ini, penetrasi dan difusi reaktan melalui selaput lapisan luar yang telah bereaksi terjadi ke permukaan inti yang belum bereaksi.
• Tahap 3 – Dalam tahap ini, reaksi reaktan gas terjadi dengan padat pada permukaan reaksi.
• Tahap 4 – Dalam tahap ini difusi produk gas terjadi melalui lapisan yang telah bereaksi ke permukaan eksterior padat.
• Tahap 5 – Dalam tahap ini difusi produk gas melalui film gas kembali ke tubuh utama gas.

Karena reaksi terjadi dalam beberapa tahap dan setiap tahap secara berurutan, tahap dengan laju paling rendah mengontrol laju reaksi. Baik laju difusi maupun laju reaksi terutama adalah fungsi dari tiga parameter yaitu: (i) konsentrasi reaktan, (ii) suhu antarmuka aktif, dan (iii) area reaksi aktif.

Proses Pengurangan Langsung

Proses pengurangan langsung dilakukan dalam tungku putar rotary di mana suhu operasi dipertahankan dalam rentang 1.000 derajat C hingga 1.100 derajat C. Produk tungku (campuran DRI dan char) kemudian didinginkan dalam rotary cooler dengan sistem pendinginan air eksternal. Produk tungku disaring dan dipisahkan secara magnetik. DRI yang magnetis tertarik dan dipisahkan dari char non-magnetik.

Bijih besi dan batubara yang dihancurkan dan disaring ke ukuran masing-masing diumpankan ke dalam tungku putar rotary melalui tabung pakan dalam rasio yang ditetapkan. Tungku putar rotary sedikit miring dengan sudut 2,5 derajat dan diputar oleh motor AC kecepatan variabel pada kecepatan variabel dari 0,2 rpm (revolusi per menit) hingga 1,0 rpm. Karena kemiringan dan gerakan putar tungku, bahan berjalan dari ujung pakan ke ujung pembuangan tungku dalam sekitar 7 jam hingga 8 jam.

Batubara halus ditiup dari ujung pembuangan untuk mempertahankan suhu yang diperlukan dan konsentrasi karbon dalam kandang. Tungku memiliki beberapa kipas udara cangkang yang dipasang di atas yang meniup udara di zona masing-masing untuk mempertahankan profil suhu yang diperlukan. Bahan dan gas panas bergerak dalam arah berseberangan, akibatnya bijih besi dipanaskan secara awal dan secara bertahan direduksi pada waktu mencapai ujung pembuangan.

Tungku putar rotary secara luas dibagi menjadi dua zona yaitu zona pemanasan awal dan zona reduksi (Gambar 2). Zona pemanasan awal merentang 40 hingga 50 persen panjang tungku. Di zona ini, kelembaban dalam beban dikeluarkan, dan materi mudah teruapkan dalam batubara, yang dilepaskan dalam rentang suhu 600 derajat C hingga 800 derajat C, dibakar dengan udara pembakaran yang disuplai melalui tabung udara di ruang kosong di atas beban. Panas dari pembakaran meningkatkan suhu lapisan dan permukaan kandang. Saat tungku berputar, lapisan mentransfer panas ke beban. Bahan beban, dipanaskan secara awal ke sekitar 950 derajat C memasuki zona reduksi. Suhu sekitar 1000 derajat C hingga 1100 derajat C dipertahankan di zona reduksi, yang merupakan suhu yang sesuai untuk reduksi keadaan padat oksida besi menjadi besi metalik. Termokopel yang dipasang sepanjang cangkang tungku menentukan profil termal tungku. Suhu di dalam tungku dikontrol dengan mengatur jumlah udara pembakaran yang dimasukkan ke dalam tungku melalui port dengan bantuan kipas yang dipasang pada cangkang tungku dan dengan injeksi batubara yang dikontrol. Oksida besi dari bijih direduksi menjadi besi metalik oleh karbon monoksida yang dihasilkan dalam tungku dari batubara.

Bahan yang telah direduksi dan panas dari tungku kemudian melewati rotary cooler melalui transfer chute untuk pendinginan. Cooler juga miring 2,5 derajat dan diputar pada kecepatan variabel 0,3 rpm hingga 1,2 rpm yang diputar oleh motor AC kecepatan variabel. Air disemprot di atas cangkang untuk pendingin secara tidak langsung bahan panas di dalam cangkang. Bahan didinginkan ke sekitar 100 derajat C dan dikeluarkan pada konveyor belt melalui katrol bandul ganda, yang bertindak sebagai segel dan mencegah udara atmosfer masuk ke dalam rotary cooler.

Produk dingin tungku setelah pembuangannya dari tungku putar rotary dikirim ke area pemisahan produk di mana DRI dipisahkan secara magnetik dari char dan disaring ke berbagai fraksi ukuran.

Gas yang mengalir dalam arah berseberangan dengan bahan di tungku bepergian ke kamar pengendapan debu (DSC) di mana partikel lebih berat menurun. Partikel ini secara kontinu dihilangkan oleh sistem penggaruk basah. Gas kemudian melewati kamar pembakar pasca (ABC) di mana karbon sisa atau CO dibakar oleh udara berlebih yang tersedia. Setelah ABC, gas berada pada suhu tinggi dan memiliki banyak energi panas yang biasanya digunakan untuk pembangkit uap melalui boiler pemulihan panas sisa (WHRB). Uap ini biasanya digunakan untuk pembangkit listrik. Gas didinginkan ke sekitar 200 derajat C pada pembuangan WHRB bepergian ke alat kontrol polusi seperti bag filter, scrubber, atau elektrostatis presipitator (ESP) untuk penghilangan partikel debu yang lebih halus. Gas bersih dibuang ke atmosfer di sekitar 80 derajat C melalui arsir.

Untuk menghindari pembentukan cincin tungku yang signifikan, suhu operasi di tungku harus dipertahankan dalam suhu 1.100 derajat C.

Karena proses tungku putar rotary membutuhkan waktu reduksi sekitar 7 jam hingga 8 jam, produktivitas proses terbatas dan biasanya dalam rentang 30.000 ton/tahun hingga 150.000 ton/tahun tergantung pada ukuran tungku. Tahapan penting proses dan konsep proses ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2 Tahapan penting dan konsep proses tungku putar rotary

Selanjutnya dalam proses pengurangan berbasis batubara rotary kiln sekitar 6 GCal energi bahan bakar diperlukan. Lebih dari 2 GCal energi dikeluarkan dari tungku sebagai gas buang. Sebagian energi ini dipulihkan dalam WHRB.

Diagram alir skematis tipis proses pengurangan langsung berbasis batubara ada pada Gambar 3.

Gambar 3 Diagram alir skematis proses pengurangan langsung berbasis batubara

Ada beberapa proses dan konsep proses yang telah dikembangkan di bidang ini selama separuh abad kedua abad ke-20. Beberapa dari mereka telah bertahan sementara yang lain tidak. Proses dan konsep proses yang telah bertahan memiliki beberapa fitur umum atau sedikit berbeda seperti yang diberikan di bawah ini.

• Metode segel untuk mencegah masuknya udara ke dalam tungku putar rotary.
• Metode untuk melempar atau mengincar batubara non-koks dari ujung pembuangan tungku putar rotary.
• Metode pemberian pakan, proporsi dan pengisian bahan baku.
• Metode untuk memperkenalkan jumlah udara yang terkontrol pada interval teratur sepanjang panjang tungku dengan cara yang tidak mengoksidasi produk yang direduksi dalam kandang.
• Metode untuk mengukur dan mencatat suhu pada interval teratur sepanjang panjang tungku.
• Metode pendinginan tidak langsung campuran DRI – char dalam cangkang silinder baja rotary dengan semprotan air di permukaan luar cangkang.
• Metode untuk pemisahan DRI dari campuran DRI-char.
• Metode untuk pengolahan gas buang dan mempertahankan profil aliran yang diinginkan melalui kontrol tekanan.
• Metode untuk pemulihan energi dari gas buang

Alat dan Fasilitas

Berikut adalah alat dan fasilitas yang diperlukan untuk proses tungku putar rotary pengurangan langsung berbasis batubara.

• Bagian persiapan bahan baku – Bagian ini berisi alat seperti pengumpan getar, crusher dan saringan. Penggerusan bijih besi biasanya tidak diperlukan karena bahan yang berukuran (5 mm hingga 20 mm) umumnya diperoleh. Bijih besi biasanya dibawa ke hopper tanah, dari mana diangkut ke saringan dengan bantuan pengumpan getar, di mana ukuran besar (+ 20 mm) dan ukuran kecil (- 5 mm) dipisahkan melalui saringan. Bahan ukuran besar diangkut ke crusher ukuran besar untuk mendapatkan bahan berukuran. Dalam kasus batubara non-koks, ukuran yang diterima biasanya -200 mm yang dihancurkan dengan crusher primer dan sekunder dalam saringan tertutup dengan saringan primer dan sekunder. Saringan memisahkan dua fraksi yaitu batubara lumpur untuk batubara pakan (5 mm hingga 20 mm) dan batubara halus (-5 mm) untuk batubara injeksi yang diperlukan untuk proses. Penggerusan dan saringan dolomit biasanya tidak diperlukan karena bahan yang berukuran (3 mm hingga 8 mm) umumnya diperoleh dan langsung diumpankan ke wadah harian melalui konveyor. Semua bahan baku dari titik pembuangan mereka diumpankan ke wadah harian melalui konveyor.
• Bagian penyimpanan bahan baku – Ini terdiri dari wadah penyimpanan (wadah harian). Untuk berbagai bahan baku, disediakan wadah penyimpanan terpisah. Wadah biasanya dirancang untuk penyimpanan bahan baku untuk minimal satu hari konsumsi.
• Sistem pemberian pakan bahan baku – Ini terdiri dari pengumpan bobot yang disediakan di bawah setiap wadah untuk menarik berbagai bahan baku dalam proporsi yang diperlukan dari wadah dan mengirimkannya ke konveyor untuk pemberian pakan ke tungku.
• Tungku putar rotary – Ini adalah jantung proses pengurangan berbasis batubara karena reaksi reduksi terjadi dalam reaktor ini. Diameter dan panjang tungku bergantung pada kapasitasnya. Tungku biasanya dilapis dengan castable refraktori alumina tinggi sepanjang panjangnya dengan bendungan di ujung pakan dan ujung pembuangan. Tungku biasanya miring 2,5 derajat ke bawah dan beristirahat pada dua hingga empat stasiun dukungan, tergantung pada ukuran tungku. Laju transportasi bahan melalui tungku dapat dikontrol dengan mengubah kemiringan dan kecepatan putarnya. Ada konus masuk dan keluar di ujung berseberangan tungku yang didinginkan oleh kipas masing-masing. Cangkang tungku dilengkapi dengan port pengambilan contoh kecil. Posisi longitudinal tungku pada cincin pengendirinya dikontrol oleh sistem hidrolik. Batubara dan bijih besi diukur ke ujung tinggi tungku yang miring. Sebagian batubara juga diinjeksikan secara pneumatik dari ujung pembuangan tungku. Beban pertama kali melewati zona pemanasan awal di tempat devolatilisasi batubara terjadi dan bijih besi dipanaskan ke suhu pemanasan awal untuk reduksi. Kontrol suhu dan proses di tungku dilakukan dengan memasang jumlah yang sesuai tabung injeksi udara yang terbuat dari baja tahan panas yang dijadwalkan merata sepanjang panjang tungku dan berseberangan dengan aliran bijih besi. Ujung tabung udara dilengkapi dengan penggerak internal khusus untuk meningkatkan keseragaman pembakaran. Pembakar pusat yang terletak di ujung pembuangan tungku digunakan dengan LDO (minyak diesel ringan) untuk memanaskan tungku dingin. Setelah pemanasan awal, pasokan bahan bakar dimatikan dan pembakar digunakan untuk meniup udara untuk pembakaran batubara. Suhu tungku diukur dengan termokopel tetap dan port 'termokopel respons cepat' (QRT). Termokopel tetap terletak sepanjang panjang tungku sehingga suhu di berbagai bagian tungku dapat dipantau. Termokopel tetap, terkadang dapat memberikan pembacaan yang tidak stabil jika mereka terlapisi abu, bijih atau akresi. Dalam hal ini QRT digunakan untuk memantau suhu tungku.
• Rotary cooler – Produk (DRI) bersama dengan abu batubara, dolomit yang telah dikalkin dan char sisa dikeluarkan dari tungku di sekitar 1000 derajat C. Chute tertutup di ujung pembuangan tungku yang dilengkapi dengan pemisah lumpur dan pintu akses untuk menghapus lumpur mentransfer DRI panas ke rotary cooler. Cooler adalah silinder berputar dengan ukuran yang sesuai yang miring 2,5 derajat. DRI didinginkan secara tidak langsung dengan semprotan air di permukaan atas cooler. Air pendingin dikumpulkan di parit di bawah cooler dan dipompa ke menara pendingin untuk didaur ulang bersama dengan air tambahan. Padat yang dikeluarkan ke cooler melalui chute tertutup didinginkan ke sekitar 100 derajat C tanpa kontak udara. Grizzly di chute menghapus akresi yang besar (lebih besar dari 50 mm) untuk menyekat atau merusak mekanisme pembuangan cooler. Lumpur akresi ini dikeluarkan secara terpisah melalui lump gate. Sisa bahan dikeluarkan pada konveyor melalui katrol klep ganda. Produk kemudian diangkut ke sistem pemisahan produk melalui konveyor.
• Bagian pemisahan produk – Ini terdiri dari saringan getar dan pemisah magnetik. Produk yang didinginkan diangkut ke bagian pemisahan produk oleh konveyor belt. Produk dari pembuangan cooler berisi DRI, char dan abu batubara. Di gedung pemisahan produk, produk pertama kali disaring dalam saringan double deck dengan saringan 3 mm dan 20 mm. Produk yang disaring diumpankan ke pemisah magnetik untuk pemisahan bagian magnetik dan non-magnetik. Produk disaring pertama untuk menghapus DRI lebih dari 20 mm. Ukuran kecil (campuran DRI, char dan abu batubara) disaring ke fraksi +/- 3 mm. Setiap fraksi melewati pemisah magnetik. Bagian non-magnetik fraksi lebih dari 3 mm sebagian besar char yang dapat didaur ulang ke tungku jika diinginkan atau dapat digunakan di boiler pabrik listrik sebagai bahan bakar. Bagian non-magnetik fraksi kurang dari 3 mm sebagian besar dolomit yang telah dikalkin, abu dan char halus dibuang. Bagian magnetik setiap fraksi adalah DRI. Fraksi lebih dari 3 mm dapat digunakan langsung untuk pembuatan baja dan fraksi yang lebih halus dapat dibriquet dan dikumpulkan dalam kantong.
• Bagian penyimpanan produk – Ini terdiri dari wadah penyimpanan. DRI lumpur (3 mm hingga 20 mm) dan DRI halus (-3 mm) disimpan dalam wadah penyimpanan yang berbeda. Wadah biasanya dirancang untuk memiliki penyimpanan minimal 1 hari produksi. Char yang dihasilkan di pabrik disimpan secara terpisah untuk digunakan sebagai bahan bakar di pabrik listrik.
• Sistem gas buang – Gas buang tungku pada suhu sekitar 850 derajat C hingga 900 derajat C melewati kamar pengendapan debu di mana partikel debu lebih berat menurun karena penurunan tiba-tiba kecepatan gas. Gas asap kemudian melewati kamar pembakar pasca di mana bahan bakar yang tidak terbakar dibakar dengan meniup udara berlebih. Suhu kamar pembakar pasca, terkadang, dikontrol oleh semprotan air. Gas yang telah dibakar kemudian melewati saluran bawah ke evaporasi cooler di mana suhu diturunkan dan melalui alat kontrol polusi yaitu ESP / bag filter/ scrubber di mana partikel debu sisa dipisahkan. Kemudian gas dibiarkan melarikan diri ke atmosfer melalui arsir melalui kipas induced draft (ID). Namun, diinginkan untuk melengkapi sistem gas buang dengan boiler pemulihan panas sisa (WHRB) untuk pemulihan energi sensitif yang dibawa oleh gas buang. Dalam hal ini gas asap setelah kamar pembakar pasca melewati saluran siku ke WHRB di mana panas sensitif gas diekstraksi. Gas kemudian dibuang ke atmosfer setelah melewati alat kontrol polusi seperti ESP /bag filter / scrubber, kipas ID dan arsir.
• Penyuplai utilitas – Udara terkompresi dan air pendingin adalah dua utilitas yang diperlukan untuk proses. Kompresor udara biasanya dipasang untuk pasokan udara terkompresi sementara untuk sistem air pendingin terdiri dari rumah pompa dan menara pendingin.

Pembentukan Akresi di Tungku Putar Rotary

Materi di dalam tungku berguling dan meluncur, dan lapisan debu tipis selalu terbentuk pada permukaan lapisan refraktori. Beberapa zona tungku mungkin cenderung terhadap akumulasi partikel dan efek gabungan kondisi termal dan aliran menghasilkan pembentukan depo silindris, atau cincin karena gerakan putarnya. Seiring berkembangnya cincin, pembukaan yang tersedia dari tungku berkurang, yaitu volume kerja tungku berkurang, mengakibatkan hambatan aliran produk dan gas asap melalui tungku. Cincin umumnya terletak dekat zona reduksi atau pembakar dan disebabkan oleh suhu sangat tinggi di area ini, terutama ketika lapisan refraktori terlalu panas karena impingemen langsung nyala pembakar. Ini adalah jenis cincin yang paling umum dan juga paling menimbulkan masalah.

Alasan utama pembentukan akresi di tungku putar rotary adalah pembentukan senyawa kompleks dengan titik leleh rendah dalam sistem FeO-SiO2-Al2O3, seperti wustite, fayalite, iron cordierite, hercynite, dan dalam sistem CaO-MgO-FeO-SiO2-Al2O3, seperti melilite atau anorthite, akermanite, iron-magnesium cordierite, spinel, dan iron-magnesium silicate. Keberadaan senyawa kompleks ini menurunkan suhu leleh beban tungku, yang pada gilirannya menempel pada dinding refraktori. Beberapa akresi juga terbentuk karena aglomerasi debu dekat ujung beban atau karena sintering DRI akibat suhu berlebihan dan/atau rasio karbon/besi rendah di ujung pembuangan tungku putar rotary.

Karena cincin ini tidak dapat dijangkau dari luar tungku, maka mereka tidak dapat dihilangkan selama operasi tungku. Dalam beberapa kasus, cincin tumbuh dengan cepat dan menyebabkan henti jadwal tungku. Telah diamati bahwa mayoritas henti tungku hanya karena pembentukan akresi.

Istilah yang Terkait dengan Produksi DRI

Beberapa istilah yang terkait dengan pengukuran efektivitas reaksi reduksi untuk DRI didefinisikan sebagai berikut.

Persentase total besi ‘Fe T’ adalah total besi dalam sampel, termasuk besi metalik dan besi yang secara kimia digabungkan dengan elemen lain seperti oksigen.

Fe T = (berat besi/berat sampel)*100

Persentase besi metalik ‘Fe M’ adalah besi yang tidak secara kimia digabungkan dan sebagai sementit (Fe3C).

Fe M = (berat besi metalik/berat sampel)*100

Oksida besi sisa adalah oksida besi yang tersisa yang ada dalam DRI baik dalam bentuk FeO, Fe3O4 atau Fe2O3, meskipun biasanya FeO biasanya satu-satunya oksida sisa yang ada.

Total karbon adalah total karbon yang ada dalam DRI dan sama dengan jumlah karbon bebas dan gabungan (sebagai sementit).

Kotoran adalah elemen/senyawa yang tidak diinginkan dalam DRI, sulfur dan fosfor yang paling umum di antaranya.

Metalisasi adalah ukuran konversi oksida besi menjadi besi metalik (bebas, atau dalam kombinasi dengan karbon sebagai sementit) oleh penghilangan oksigen karena tindakan agen redutora yang digunakan.

Tingkat metalisasi merujuk pada bagian dari total besi yang ada sebagai besi metalik.

Tingkat metalisasi = (berat besi metalik/berat total besi)* 100 = (Fe M/Fe T)*100

Metalisasi setara – Kandungan karbon dalam besi sponge pada tingkat metalisasi tertentu penting. Ia memiliki kapasitas untuk menghilangkan oksigen dari oksida besi yang tersisa selama pembuatan baja. Ini mengarah pada konsep metalisasi setara, yang didefinisikan sebagai berikut.

Metalisasi setara dalam % = Tingkat metalisasi (%) + 5 kali % total karbon dalam DRI

Persentase reduksi merujuk pada oksigen yang telah dihilangkan dalam produksi DRI dengan referencia besi awal sebagai Fe2O3.

% reduksi = {[(%O/% Fe T) dalam Fe2O3 – (%O/% Fe M) dalam DRI]/(%O/%Fe T) dalam Fe2O3}*100

% reduksi = [1- 2.327* (%O/%Fe T) dalam DRI]*100

Definisi ini memberikan keadaan besi yang terkandung dalam DRI. Kebingungan dapat timbul karena beberapa orang mendefinisikan persentase reduksi dengan referencia keadaan oksida awal bijih yang mungkin mencakup Fe3O4 dan FeO. Dalam hal itu, persentase reduksi mendefinisikan jumlah reduksi yang dilakukan dalam proses DRI.

Persentase gangue merujuk pada senyawa non-besi (SiO2, Al2O3, CaO, MgO, dll.) dalam DRI.

Gangue = 100 – %O dengan Fe – %Fe M – %C

Dasaritas quaternary adalah rasio CaO, MgO, dan Al2O3, SiO2, dan diekspresikan sebagai rasio (% CaO + % MgO)/(% Al2O3 + % SiO2).