Mengenal Blast Furnace

Industrial Engineering Teknik Material dan Metalurgi
#1

image
Gambar : Blast furnace No. 6 and 7 of Tata Steel in IJmuiden, The Netherlands. Sumber: Tata Steel Europe, IJmuiden (photographer: Vincent Bloothoofd).

Selama dua abad terakhir, proses blast furnace merupakan metode pembuatan besi yang mendominasi untuk pembuatan bahan baku pada industri steelmaking . Saat ini, lebih dari 93% dari total produksi besi dari bijih dilakukan menggunakan blast furnace . Blast furnace menggunakan bijih besi sebagai bahan baku bantalan, kokas dan batu bara sebagai agen pereduksi dan sumber panas, serta batu kapur sebagai flux . Tujuan utama pembuatan besi blast furnace adalah untuk menghasilkan logam panas dengan kualitas yang konsisten untuk proses pembuatan baja basic oxygen furnaces (BOF). Biasanya untuk pembuatan baja membutuhkan hot metal dengan spesifikasi 0.3–0.7% Si, 0.2–0.4% Mn, dan 0.06–0.13% P, dan temperatur setinggi mungkin (1480–1520 C pada taping ). Blast furnace besar dan modern memiliki diameter hearth 14–15 m, dan tinggi 35 m dengan volume internal sekitar 4500 m3. Satu blast furnace sebesar itu dapat menghasilkan 10.000 ton logam panas per hari.
image
Gambar : Ilustrasi Proses Blast Furnace (Sumber : Babich D, 2008)

Babich (2008) juga menjelaskan bahwa tujuan dari proses dalam blast furnace adalah untuk mereduksi secara kimiawi dan secara fisik mengubah oksida besi menjadi molten metal yang disebut " hot metal ". Blast furnace adalah tungku poros yang beroperasi terus menerus berdasarkan prinsip counter flow . Di bagian atas kokas dan beban (sinter, pelet , lump ore , dan fluks) diubah dalam lapisan yang berbeda. Muatan material turun karena pengaruh gravitasi. Bahan bakunya membutuhkan 5 sampai 7 jam untuk turun ke dasar furnace dimana material akan menjadi produk akhir. Di bagian bawah blast furnace panas (1000-1300 C) yang diproduksi diinjeksi melalui tuyere . Di depan setiap tuyere , ledakan panas bereaksi dengan kokas. Kemudian akan terbentuk karbon monoksida yang akan naik ke furnace untuk mereduksi bijih besi. Gas pereduksi yang dihasilkan di depan tungku tuyere naik ke atas dalam 5-10 detik setelah melalui berbagai reaksi kimia. Di dasar tungku molten metal akan dikumpulkan. Selain logam panas, akan terbentuk slag yang mengalir karena kepadatannya yang lebih rendah pada hot metal bath . Logam cair panas (1500 C) dan slag (1550 C) disadap secara teratur. Produk dari proses blast furnace adalah logam panas atau pig iron , slag , top gas dan fine dust .

Bagian blast furnace dapat dilihat pada gambar berikut :
image
Gambar : Bagian Bagian Blast Furnace

Referensi :
Babich, D. 2008. Ironmaking Textbook. RWTH Aachen Departmen of Ferrous Metallurgy : Germany
Seetharaman, Seshadri. Treatise on Process Metallurgy Vol 3 . 2014. Elsevier : USA

#2

Proses Pengolahan Besi
Secara umum proses pengolahan besi dari bijihnya dapat berlangsung dengan urutan sebagai berikut:
A. Bahan – bahan dimasukkan ke dalam tanur melalui bagian puncak tanur.Bahan – bahan ini berupa:
1.)Bahan utama yaitu bijih besi yang berupa hematit (Fe2O3 ) yang bercampur dengan pasir (SiO2) dan oksida – oksida asam yang lain (P2O5 dan Al2O3). Batuan – batuan ini yang akan direduksi.
2.)Bahan – bahan pereduksi yang berupa kokas (karbon).
3.)Bahan tambahan yang berupa batu kapur (CaCO3) yang berfungsi untuk mengikat zat – zat pengotor.

B. Udara panas dimasukkan di bagian bawah tanur sehingga menyebabkan kokas terbakar.
C(s) + O2(g) -> CO2(g) DH = - 394 kJ
Reaksi ini sangat eksoterm (menghasilkan panas), akibatnya panas yang dibebaskan akan menaikkan suhu bagian bawah tanur sampai mencapai 1.900o C.

C. Gas CO2 yang terbentu kekmudian naik melalui lapisan kokas yang panas dan bereaksi dengannya lagi membentuk gas CO.
CO2(g) + C(s) -> 2 CO(g) DH = +173 kJ
Reaksi kali ini berjalan endoterm (memerlukan panas) sehingga suhu tanur pada bagian itu menjadi sekitar 1.300o C.

D. Gas CO yang terbentuk dan kokas yang ada siap mereduksi bijih besi (Fe2O3). Reuksi ini dapat berlangsung dalam beberapa tahap, yaitu:1.)Pada bagian atas tanur, Fe2O3 direduksi menjadi Fe3O4 pada suhu 500o C.
Fe2O3(s) + CO(g) -> 2 Fe3O4(s) + CO2(g)
2.)Pada bagian yang lebih rendah, Fe3O4 yang terbentuk akan direduksi menjadi FeO pada suhu 850o C.
Fe3O4(s) + CO(g) -> 3 FeO(s) + CO2(g)
3.)Pada bagian yang lebih bawah lagi, FeO yang terbentuk akan direduksi menjadi logam besi pada suhu 1.000o C.
FeO(s) + CO(g) -> Fe(l) + CO2(g)

E. Besi cair yang terbentuk akan mengalir ke bawah dan mengalir di dasar tanur.

F. Sementara itu, di bagian tengah tanur yang bersuhu tinggi menyebabkan batu kapur terurai menurut reaksi:
CaCO3(s) -> CaO(s) + CO2(g)

G.Kemudian di dasar tanur CaO akan bereaksi dengan pengotor dan membentuk terak (slag) yang berupa cairan kental. Reaksinya sebagai berikut:
CaO(s) + SiO2(s) -> CaSiO3(l)
3 CaO(s) + P2O5(g) -> Ca3(PO4)2(l)
CaO(s) + Al2O3(g) -> Ca(AlO2)2(l)

H.Selanjutnya, besi cair turun ke dasar tanur sedangkan terak (slag) yang memiliki massa jenis lebih rendah daripada besi cair akan mengapung di permukaan dan keluar pada saluran tersendiri.

#3

Waah, ternyata prosesnya cukup panjang ya kak, tapi menarik sekali :smiley:

Saya mau nanya… apakah ada kegunaan dari slag yang terbentuk dari besi cairnya kak? Karena setahu saya, slag hanyalah byproduct yang terbentuk dari prosesnya?

#4

Komposisi kimia yang terkandung dalam slag sangat menyerupai kandungan kimia pada semen yaitu didominasi oleh CaO (kapur) berkisar 32-45 persen dan SiO2 (silika) berkisar 25-30 persen, sehingga sangat baik digunakan sebagai subsitusi semen dalam pembuatan mortar atau beton. Slag yang digunakan dalam penelitian dilakukan variasi ukuran partikel yaitu 80 mesh, 100 mesh dan 120 mesh yang digunakan sebagai subsitusi semen sebanyak 10 persen, 20 persen dan 30 persen pada pembuatan mortar.