Proses Pembuatan Besi Baja - Proses ITmK3

ITmk3® ([Ai Ti:] Mark Three)

ITmk3® merupakan proses pembuatan besi generasi ketiga setelah Mydrex dan Blast Furnace yang menggunakan prinsip Rotary Hearth Furnace yang menghasilkan pig iron dengan kualitas yang prima dalam bentuk iron nugget. Prinsip kerja dari ITmk3® mirip dengan prinsip kerja dari Fastmelt.

Pada awal tahun 1990, perusahaan Midrex dan Kobe Steel menggunakan teknik Heat Fast Process untuk memproduksi Direct Reduced Iron yang merupakan teknologi pertama dalam menggunakan batu bara sebagai pereduksi bijih besi tersebut. Cara tersebut menggunakan prinsip Rotary Hearth dengan proses Fastmet. Pada tahun 1996, Kobe Steel melakukan suatu penelitian terhadap pengembangan suatu proses pembuatan besi baja generasi ke tiga, yaitu ITmk3®. Proses penelitian yang dilakukan terdiri dari dua bagian, yaitu:

· Bagian 1 (Juli 1996 – Juni 1998) untuk mempelajari mekanisme reaksi dan teknologi dasar yang dipergunakan.

·  Bagian 2 (setelah bagian 1 selesai) membuat dan menkonstruksi suatu pabrik percontohan.

Pada bulan September 2001, perusahaan Mesabi Nugget menjalankan pabrik percontohan tersebut. Dan akhirnya Mesabi Nugget mendirikan pabrik di Minesotta, USA dengan produksi 500.000 tpa dan digunakan pada akhir tahun 2009 untuk memulai operasi menggunakan proses ITmk3®.

Prinsip Dasar ITmk3®

Prinsip dasar dari ITmk3® adalah Rotary Heart Furnace (RHF). Prinsip reduksi dari RHF diilustrasikan pada gambar di bawah ini:

Pada RHF, besi oksida yang tereduksi akan membentuk suatu lapisan tipis pada bagian tungku perappian (Furnace Hearth). Bijih besi dapat berbentuk pellet ataupun fine ore. Bagian bawah (bed) akan bergerak secara lambat selama proses reduksi berlangsung menggunakan gas CO dan H₂ sebagai reduktor. Pusat perhatian pada RHF terletak pada perpindahan panas yang terjadi pada bagian bawah dari RHF. Produktifitas dari proses RHF biasanya diekspresikan sebagai massa dari produk yang terproduksi per satuan area per satuan waktu.

RHF dapat dibagi menjadi tiga zona, yaitu 1) Pre-heating zone, di mana material yang ada di bagian bawah dipanaskan dari temperature kamar hingga 600⁰C, 2) Pre-reduction zone, pada zona ini besi oksida tereduksi menjadi FeO, dan 3) Final reduction zone, di mana FeO tereduksi menjadi Fe. Laju dari proses reduksi tergantung pada tebal lapisan pada hearth, ukuran pellet.

Jika feed yang dimasukkan ke dalam RHF berbentuk pellet yang multilayer, lapisan teratas akan tereeduksi terlebih dahulu dan lapisan yang paling belakang akan memiliki waktu reduksi yang lebih lama. Secara skematik dapat direpresentasikan sebagai berikut:

Dan yang lebih terpenting lagi bahwa proses RHF ini secara signifikan mengurangi emisi CO₂ yang dibuang ke udara, dibandingkan dengan proses Blast Furnace. 

ITmk3® Flow Sheet

                Prinsip pembuatan besi nugget menggunakan ITmk3® hamper sama dengan Fastmet. Pertama fine ore akan direduksi oleh batu bara yang telah dihancurkan (konsumsi sebesar 500 kg/t). Feed dari proses ini adalah fine ore ditambahkan dengan batu bara yang telah dihancurkan, lalu dilakukan proses aglomerisasi antara ore dengan batu bara sehingga dihasilkan composite pellet.  Pada tahap ini dapat ditambahkan suatu bahan pengikat untuk menambah kekuatan mekanik dari pellet tersebut. setelah itu pellet dikeringkan dan dilewatkan ke mesin screening untuk mendapatkan pellet dengan ukuran 17-19 mm. Bijih dengan ukuran yang lebih dari 19 mm dan kurang dari 17 mm, akan di sirkulasikan kembali ke dalam pelletizer.

                Setelah kering, pellet didistribusikan ke dalam mesin RHF dan pellet dipanaskan pada temperature 1350-1400⁰C. selanjutnya batu bara akan mengalami devolatilisasi sehingga besi oksida mengalami reduksi. Kontak yang terjadi antara besi oksida dengan karbon pada suhu yang tinggi akan menghasilkan laju reaksi yang cepat dan biasanya sebesar 6-10 menit. Dengan memanaskan komponen gangue dan debu akan meningkatkan kelembutan dari hasil yang didapat. Setelah pemanasan di dalam RHF biasanya akan terbentuk rongga dan akan terbentuk metalised iron shell serta pada bagian bawah pada rongga terdapat butir-butir terak cair. Lalu produk yang panas tersebut (hot product) akan dimasukkan ke dalam melter untuk memisahkan iron nuggets dari terak.

                Pada saat proses berlangsung terjadi beberapa reaksi yaitu:

                Keunikan dari ITmk3® yaitu temperature operasinya relative tinggi sehingga sebagian besar dari gangue akan hilang. Serta nuggets yang terbentuk biasanya memiliki ukuran sebesar 5-25 mm dengan densitas yang tinggi yaitu sekitar (7,4-7,6 Kg/m³). Dan nuggets dari proses tidak akan mengalamai oksidasi kembali sehingga dapat langsung dimasukkan ke dalam Electric Arc Furnace untuk dijadikan baja. 

Hasil Akhir Proses ITmk3®

Hasil akhir dari proses ini adalah iron nuggets dengan kemurnian yang tinggi. Dan kandungan FeO yang tersisa sangat sedikit, serta terjadinya erosi pada refraktrori dalam melter furnace sangat kecil. Iron nuggets sendiri dapat menjadi pengganti yang baik untuk pig iron dalam proses pembuatan baja dengan  EAF.

Komposisi dari iron nuggets

Element	Percentage
C	2,5 - 3,0
P	0,01 - 0,02
S	0,05 - 0,07
Fe	96,0 - 97,0

Dan satu hal lagi yang harus diperhitungkan bahwa proses ini lebih ramah lingkungan dan membutuhkan konsumsi energy yang lebih rendah.

Silahkan Download Artikel di atas Dalam Bentuk:

DOC | PDF

Daftar Pustaka

[1] Chatterjee, Amit. 2010. Sponge Iron Production by Direct Reduction of Iron Oxide. New Delhi: PHI Learning Private Limited

[2] www.kobelco.co.jp/english/ktr/pdf/ktr_29/077-084.pdf

[3] www.midrex.com/uploads/.../MidrexITmk3brochure1-13.pdf