BAB IITINJAUAN PUSTAKAThermodynamic of Steel MakingParameter
thermodinamika Enthalpi (H) : Energi yang terlibat dalam suatu
proses, secara praktis digunakan perubahan Entalpi (H). Jika suatu
reaksi H negatif maka reaksi akan menghasilkan panas, begitu
sebaliknya. Jika H positif maka reaksi akan menyerap panas. Energi
Bebas Gibbs (G) : secara defenisi G adalah H dikurang entropi (s),
yaitu suatu besaran termodinamika definisi perubahan energi bebas
Gibbs. (G) yang merupakan ukuran kemudahan suatu proses terjadi , G
negatif maka proses atau reaksi semakin mudah terjadi.Horeaksi = Ho
(PRODUK) - Ho (REAKTAN)Go = 0Reaksi dalam kesetimbanganGo <
0Reaksi Spontan ke kananGo > 0Porses ReduksiSlag yang baru
terbentuk secara umum terdiri dari kapur (CaO), CaF2 (sebagai
fluidizer slag) yang ditambahkan pada proses ini formasi kondisi
reduksi stadart (basic reducing conditions).Fungsi dari slag ini
adalah menjaga baja cair dari sulfur dan penyerapan oksidasi, yang
terbentuk sebagai hasil dari deoksidasi.Pada reaksi reduksi tidak
langsung produk akhir CO2:3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2-52.854
KJ/mol..................(1)3Fe3O4 + CO 3FeO + CO2+36.463
KJ/mol.................(2)FeO + CO Fe + CO2 -17.128
KJ/mol..................(3)Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 -27.520
KJ/mol..................(4)Reaksi ini butuh panas tinggi (endoterm
: reaksi Boudouard). Secara termodinamika reaksi diatas menyatakan
bahwa reaksi terjadi secara spontan ke arah kanan atau produk
karena nilai G < 0.Gambar 2.1 Diagaram hubungan antara komposisi
gas dengan temperatur untuk Fe-Carbon-oksigen (Ross,1980)Diagram
diatas menjelaskan bahwa secara termodinamik Fe metal pertama kali
terbentuk pada perpotongan garis Boudouard dengan garis
kesetimbangan FeO + CO Fe + CO2, pada suhu 710 oC, CO = 60 %. Titik
ini dapat bergeser pada T rendah atau T tinggi tergantung pada
tekanan . Jika campuran gas = 40 % CO dengan suhu 675 oC reduksi
yang terjadi Fe3O4 + CO = 3 FeO + CO2. Jadi Fe dapat tereduksi
sempurna oleh CO pada temperatur 6750 C. Dan akan menjadi baja
sesuai dengan kadar karbon yang diinginkan (low carbon steel
0,10-0,30% C, medium carbon steel 0,30-0,60% C dan high carbon
steel 0,60-1,7% C ).Steel Making Process & Practice in BOF1.
Fedding system
Gambar 2.2 Gambar sistem pemberian umpan pada BOF2. Metode
Pengisian ScrapGambar 2.3 Gambar pemberian scrapPertama-tama HBI
dimuat dan ditempatkan di bagian belakang ladle scrap. Sisa muatan
scrap, paduan dan gilingan scrap akan meleleh berat, kemudian
dimuat ke ladle. Prosedur ini sangat penting untuk menghindari
kontak antara HBI dan terak tetap di bawah tungku saat pengisiana.
Baja Scrap ditempatkan di wadahnyaa diikuti oleh besi cair langsung
dari blast furnace.
Gambar 2.4 Gambar Penuangan Baja Scrap pada Ladleb. Wadah
tersebut berdiri tegak dan batang air-cooled diturunkan dari atas
dan oksigen ditiupkan ke permukaan dengan kecepatan tinggi. Karbon
dalam besi dioksidasi menjadi CO dan CO2:C (S) + O2 (g) > CO2
(g) .(5)CO2 (g) + C (S) > 2CO (g) ..(6)2CO (g) + O2 (g) >
2CO2 (g) (7)
Gambar 2.5 Gambar Peniupan Oksigen pada Ladle di BOFc. Setelah
beberapa menit oksigen dihentikan. Sebuah fluks kalsium fluorida
(fluorspar, CaF2) dan kemudian ditambahkan kalsium klorida
(CaO).Kalsium oksida dibentuk dengan memanaskan kalsium karbonat
sampai :CaCO3 (s) > CaO (s) + CO2 (g) ..(8)dan menghasilkan
terak. d. Batang tersebut diturunkan lagi untuk tumbukan oksigen
lainnya, isi wadah untuk dianalisis dan melihat apakah langkah 3
harus diulang. Jika semuanya OK kemudian:e. Wadah tersebut
dimiringkan
Gambar 2.6 Gambar pemiringan Ladle untuk Penghilangan Terakf.
Setelah itu terak dihilangkan dengan memiringkan wadah dengan arah
yang berlawanan. Proses ini membutuhkan waktu sekitar 45
menit.Gambar 2.7 Gambar penuangan terak
3. Manfaat praktek pengisianLatihan pengisian ini mencegah HBI
Skulling pada atas bawah tungku dan memungkinkan praktek mencuci
terak harus dilakukan dan diikuti dengan baik, mempertahankan slag
atau tidak mempertahankan slag. Latihan untuk tidak mempertahankan
slag membutuhkan operator untuk menguras slag keluar dari tungku
setelah mencuci slag selesai. Lama pengeringan terak diperlukan
dengan ketentuan sebagai berikut: Slag teroksidasi; Mengecilkan C /
Mn; Terjadinya reblow; Logam panas tinggi Si / Ti dalam biaya
berikut:BHP memiliki pengalaman pengisian hingga 10% HBI di BOF 280
ton di Port Kembla pabrik baja menggunakan sistem ladle
scrapPengisian HBI sebagai sebuah CoolantKebanyakan toko BOF lebih
suka menggunakan sisa scrap rendah sebagai pendingin. Spesifikasi
khas untuk pendingin scrap digunakan di toko-toko produk datar,
sebagai berikut: Typical Coolant Scrap, Spesifikasi kimianya :
Element Max. Wt. % C0.3, Mn1.0, Si1.0, P0.04, S0.04, Cu0.004,
Ni0.004, Sn0.004, Mo0.004.Seperti dapat dilihat, persyaratan,
sisanya sangat rendah dan bisa hanya dipenuhi oleh kualitas premium
scrap atau unit besi murni. Sejak BoodarieTM, sisa element besi
rendah memenuhi persyaratan yang kuat.Pengisian HBI untuk Coolanta.
Pengisian Praktek ketika HBI digunakan sebagai in-blow
Coolant.Ketika BoodarieTM Besi digunakan sebagai pendingin di-blow,
proses pengisian dapat mulai sebelum pengisian logam panas dan
berlanjut selama penghembusan oksigen. meraca ladle scrap harus
disesuaikan untuk memungkinkan harga HBI. Tinggi batang dan
kuantitas oksigen juga harus disesuaikan untuk HBI. HBI dan
kuantitas yang digunakan harus dipertimbangkan untuk penambahan
fluks. Pabrik BHP Pelabuhan Kembla memiliki pengalaman dalam
pengisian HBI hingga 24 ton ke kapal BOF 280 ton. Dalam BHP praktek
bagian dari HBI ditambahkan sebelum memulai pukulan (maksimal 4 ton
/ batch) dan sisanya batched di saat pukulan (maksimal 2 ton /
batch). Meningkatkan ukuran batch yang dapat menyebabkan pembakaran
berlebihan. Tidak ada HBI dibuang ketika Dekarburisasi pada
puncaknya.b. Pengisian Praktek Ketika HBI digunakan sebagai
End-Point CoolantKetika HBI digunakan sebagai titik akhir
pendingin, proses pengisian dapat dimulai segera setelah sublance
di-blow sampel diambil dan perhitungan keseimbangan panas telah
dilakukan dengan menggunakan model dinamis. Ditemukan selama
persidangan di Pelabuhan Kembla bahwa untuk menghindari pembakaran
ukuran bets harus dibatasi maksimal 2 ton / batch.
Penggunaan HBI sebagai sebuah CoolantDi toko BOF, di mana
produktivitas dibatasi oleh kapasitas ladle scrap, mungkin untuk
menambahkan sejumlah besar HBI ke dalam tungku melalui sistem bin
overhead. Hal ini dapat dilakukan saat pengisian dan pengeluaran.
Toko-toko lain menggunakan Metallics sebagai pendingin di-blow
dimana mereka dribble-fed selama pengeluaran oksigen. Bijih besi
pelet atau batu kapur sering ditambahkan setelah selesai
pengeluaran oksigen utama untuk menyesuaikan suhu logam panas
(akhir-titik pendingin), karena waktu tidak mengizinkan berat yang
tepat dari scrap yang akan dikenakan untuk mengimbangi panas yang
dihasilkan dalam pengeluarannya. Dibandingkan dengan pendingin
konvensional (seperti pelet bijih besi, reklamasi Metallics scrap,
dan kapur), HBI akan memberikan keuntungan yang lebih baik dalam
hasil dan produktivitas untuk jumlah yang sama pendinginan. Pada
batu kapur dan bijih besi memiliki efek pendinginan yang jauh lebih
besar dibandingkan dengan HBI.Coolant Practical Cooling Effect
Relative to Scrap Scrap 1.0, Iron Ore 2.0-3.0, Limestone 3.0-4.0,
HBI 1.2. Efek pendinginan dari HBI lebih tinggi dari scrap karena
reaksi endotermik yang terjadi ketika oksida besi berkurang selama
peleburanPengilangan Oksidasi dari Beberapa Elemena. Oksidasi
Karbon (1)Oksidasi karbon, atau Dekarburisasi, adalah reaksi yang
paling penting selama pembuatan baja oksigen. Logam panas memiliki
kandungan karbon biasanya lebih dari 4,0% dan ini dikurangi menjadi
kurang dari 0,1%. Oksigen diberikan melalui tombak atas, tuyeres
bawah atau kombinasi keduanya. Ada beberapa periode yang berbeda
dari oksidasi karbon: Periode pertama, ditandai dengan rendahnya
tingkat Dekarburisasi dan didominasi oleh oksidasinya. Ini
berlangsung hanya beberapa menit (blow awal). Pada akhir periode
ini, baja tersebut sudah benar-benar dioksidasi dan sebagian besar
diberikan untuk terak. Periode kedua ditandai dengan tingkat
Dekarburisasi yang terus meningkat. Periode ini adalah periode yang
dominan. Pada periode ini, tingkat Dekarburisasi dibatasi oleh
tingkat di mana oksigen dapat diberikan, yang pada gilirannya
mengatur produktivitas BOF. Periode ini juga ditandai dengan
tingginya tingkat evolusi CO yang membantu menghilangkan gas
terlarut seperti nitrogen dan hidrogen, dan juga mempromosikan
homogenisasi termal . Selama periode ini beberapa pengurangan FeO
dalam terak terjadi karena posting reaksi pembakaran dalam massal
terak. Periode ketiga ditandai oleh rendahnya tingkat Dekarburisasi
dan dimulai ketika konten karbon jatuh sekitar 0,3%. Pada periode
ini, tingkat Dekarburisasi diatur oleh laju perpindahan massa
karbon dari mandi untuk antarmuka reaksi. Sebagian besar oksigen
yang dipasok akan bereaksi dengan besi untuk membentuk oksida besi
yang akan menyebabkan menghasilkan kerugian. Sebagai tingkat karbon
ruangan berkurang, tingkat FeO terak akan terus meningkat. Titik
akhir karbon dan kontrol suhu adalah tugas utama periode ini.b.
Oksidasi SilikonDalam pembuatan baja BOF, silikon dibawa oleh logam
panas dan skrap akan benar-benar teroksidasi selama periode bertiup
awal. Reaksi oksidasi silikon sangat eksotermis dan membantu
menaikkan suhu logam panas sangat cepat di awal. Produk oksidasi
silikon adalah silika yang merupakan bagian besar dari slag make.
Silica adalah asam dan sangat agresif terhadap refraktori dolomitic
dasar. Oleh karena itu, pembentukan awal dari kapur seperti slag
cair sangat penting untuk meminimalkan serangan silika pada
refraktori tungku. Volume Slag sebagian besar tergantung pada
silika terbentuk sebagai produk reaksi atau dibawa sebagai gangue
dalam bahan pakan. Semakin besar volume terak, semakin tinggi
kehilangan hasil dan juga derajat miring, oleh karena itu
diinginkan untuk membatasi jumlah formasi silika. Di sisi lain,
terak yang lebih besar membantu dephosphorization. Oleh karena itu,
setiap operasi perlu untuk mengoptimalkan pembentukan terak. Dalam
operasi BOF dimana persentase yang tinggi penggunaan HBI
direncanakan, penting untuk mempertimbangkan fraksi volume terak
yang dihasilkan dari gangue tersebut.c. Deposporisasi Oksidasi
fosfor dimulai pada awal pukulan. Ketika isi terak FeO berkurang
selama periode Dekarburisasi utama beberapa pengembalian fosfor
terjadi. Tingkat fosfor tetes menjelang akhir pukulan ketika slag
FeO naik lagi karena karbon ruangan rendah. Perubahan ini terjadi
selama pukulan Reaksi oksidasi seperti yang ditunjukkan di bawah
ini. Reaksi ini eksotermis. 2 [P] +5 (FeO) = (P2O5) + 5 [Fe]
..(9)Hal ini penting untuk memiliki terak pengoksidasi (FeO tinggi)
untuk reaksi ini terjadi dan untuk mempromosikan pembentukan P2O5.
P2O5 adalah oksida sangat tidak stabil dan dengan adanya kapur
membantu membentuk fosfat lebih stabil: 3(CaO) + (P2O5) =
(3CaO.P2O5) (10)Menggabungkan dua reaksi, reaksi bersih untuk
dephosphorization adalah: 2 [P] +5 (FeO) + 3 (CaO) = (3CaO.P2O5) +
5 [Fe] .....(11)
d. DesulfurisasiTingkat penghapusan belerang cukup kecil dalam
proses BOF. Hal ini karena rasio partisi sulfur, (S) / [S] sangat
rendah (4-8) dalam BOF karena kondisi yang sangat pengoksidasi.
Dalam BOF, beberapa sulfur dalam biaya (sekitar 10-20%) langsung
bereaksi dengan oksigen membentuk SO2 gas. Sisanya masuk ke dalam
larutan dan adanya kapur slag yang kaya akan bereaksi sesuai dengan
persamaan berikut: [S] + (CaO) + [Fe] = (CAS) + (FeO)(12)Tidak
banyak sulfur dapat ditangkap oleh fase slag karena tingkat FeO
terlalu tinggi untuk jumlah yang signifikan dari terjadinysa
partisi. Ketika memproduksi baja sulfur rendah adalah penting untuk
tidak mengisi potongan besar dari scrap sulfur yang tinggi karena
sebagian besar sulfur akan melaporkan kepada baja. Dalam Boodarie
Besi sulfur biasanya kurang dari 0,018%. Itu jauh lebih rendah
daripada di scrap yang paling komersial. Oleh karena itu, Boodarie
Iron dapat digunakan menguntungkan dalam produksi baja sulfur
rendah.Operation Oxygen Blowing Control and Furnace SlopsGambar 2.8
Sloping pada BOFOxygen Blowing Control and Furnace SlopsLiquid
foaming slag sebagai media untuk menahan tetesan logam yang
dikeluarkan dari pancaran rongga yang dibentuk oleh oksigen tombak.
Slag berbuih mencegah deposito di tombak pada sistem pemulihan
limbah panas dan melindungi unsur-unsur dari kerusakan. Juga buih
slag mencegah korosi dari lapisan tahan api BOF dari keausan korosi
oleh oksigen bebas. Oleh karena itu, cairan berbusa slag sangat
penting untuk proses BOF.Oleh karena itu, cairan buih slag sangat
penting untuk proses BOF. Namun berbuih berlebihan menyebabkan
tumpahan atau limpahan terak dari BOF. Tungku miring dalam operasi
BOF mengarah ke pengolahan yang berkepanjangan dan dipercepat
memakai lapisan tungku. Alasan untuk tungku miring adalah ekspansi
yang berlebihan pada volume terak (berbusa) karena adanya
pembentukan sejumlah besar gelembung gas kecil di terak.
Gambar 2.9 Pembentukan dan Emisi BOFBOF Roof Emissions Emisi
atap BOF biasanya terjadi selama baik pengisian panas logam
(pengisian emisi) atau bertiupnya oksigen (pembakaran emisi).
Pemilihan ukuran batch yang terlalu besar dapat menyebabkan HBI
sekering menjadi benjolan besar pada awal panas dan kemudian hasil
peleburan kemudian selama pukulan, ketika suhu ruangan meningkat
dengan cepat. Ini melepaskan sejumlah besar gas CO karena reaksi
oksidasi. Oleh karena itu, penting untuk menentukan ukuran batch
yang benar HBI untuk meminimalkan pembakaran.Tabel 2.1 Tabel
Keseimbangan Panas dan End-Point Temperature Control
Heat Balance and End-Point Temperature Control Slag Design and
Flux Addition PracticeDalam operasi BOF, penting untuk memahami
efek pendinginan dari setiap materi muatan dalam rangka mencapai
suhu keran yang benar. Operator BOF menggunakan kedua model statis
dan dinamis untuk secara akurat memprediksi suhu ruangan. Model
dinamis memprediksi suhu titik akhir berdasarkan pengukuran
sebenarnya dari sampel di-blow.Pelabuhan BHP Kembla pabrik baja
dilakukan uji coba untuk memahami efek pendinginan dari HBI dengan
sampai 6% HBI di charge. Percobaan ini menunjukkan bahwa efek
pendinginan dari HBI adalah sekitar 7 C per ton HBI dan tidak
berbeda secara signifikan dari baja scrap. Percobaan ini
menunjukkan bahwa pengendalian titik akhir tidak terpengaruh ketika
biaya HBI kurang dari 10 ton per panas (kurang dari 3% dari biaya).
Kontrol suhu memburuk ketika biaya HBI meningkat menjadi lebih dari
10 ton (lebih dari 3% dari biaya). Temuan ini bisa disebabkan oleh
kehilangan panas yang berlebihan akibat pembakaran emisi diamati
ketika HBI jawab yang lebih besar dari 3%. Untuk tingkat yang lebih
tinggi HBI jawab beberapa penyesuaian untuk model dinamis
diperlukan.Material yang Digunakan pada saat Pembuatan Baja di BOF
(Basic Oxygen Furnace)Material Input : Besi Mentah Cair : 90 %
Scrap C : 10 % (Sebagai Proteksi Refraktoris)Material Output : Baja
Karbon Rendah s/d 0.25 % Pelat/ Kaleng, Material Kosntruksi, Kawat/
Paku, Pipa Baja Karbon Medium 0.25 0.60 % Komponen/ Peralatan: Roda
Gigi, Komponen Otomotiv, Tempa/Cor Baja Karbon Tinggi 0.60 1,7 %
Perkakas/ Tool: Martil, Tang, Kikir, Pahat, Obeng, Anvil, Gergaji,
Gunting, KapakKapasitas: 150 300 Ton (di Jepang) Fungsi Utama BOF:
Menurunkan Kadar Karbon Dengan O2 Murni Proses: O2 Murni
diinjeksikan dengan kecepatan tinggi ke permukaan hot metal O2
bereaksi dengan [C] --- {CO} Hanya 20 Menit untuk menurunkan 4,3 %
C ke 0,04 % C (Untuk 200 Ton Baja Cair) High Productivity,
Menggeser fungsi Open Hearth Furnace (lambat)
Reaksi: Si Teroksidasi pertama kali, kemudian C Jika kadar C
sekitar 1%, terjadi oksidasi Fe Oksidasi Fe semakin tinggi, jika C
mencapai < 0.1% Hal tsb diatasi dengan cara penggunaan lance
dengan multiple holes, shg tak terjadi supply O2 yang
terpusatBOTTOM BLOWN OXYGEN FURNACE BOTTOM BLOWN OXYGEN FURNACEPada
Top Blow, Kecuali Dekarburisasi Rendah Jika C< 0.1% Dikembangkan
Bottom Blown Oxygen Process O2 diinjeksikan dari bawah Terjadi
Stirring Hot Metal yang Tinggi Mencegah Over Oxidation Of Slag
Dekarburisasi effektif, untuk mencapai target C yang rendah
sekaliJenis Top Bottom Blown O2 diinjeksikan dari atas
Gambar 2.10 Gambar Operasi BOF
