Penggunaan Oksigen Pada Electric Arc Furnace (3)

Bagian ketiga dari tulisan ini meliputi kegunaan ketiga oksigen di EAF, yaitu post combustion.

Post combustion

• Dalam energy balance pada modern EAF, sebanyak lebih dari 40% energy losses yaitu ke slag enthalpy, hilang ke cooling system furnace, radiasi, dan yang terpenting: energy losses oleh off-gas.
• Kehilangan energy pada off-gas ini terbagi jadi 2 kategori yaitu sensible heat dan potential energy.
• Sensible heat adalah komponen fisik (misal: temperature, dll) di dalam energy off-gas. Energi ini dimanfaatkan dengan scrap preheating.
• Potensial energy pada uap, adalah penting untuk membakar CO dan H₂ di dalam furnace dan ditransfer hasil panasnya ke baja cair
• Tahap secondary combustion dari CO ke CO₂ pada fasa gas di dalam furnace ini disebut post combustion. Selain itu juga oksidasi proporsional H₂ menjadi H₂O
• Untuk menggambarkan komposisi off gas terkait dengan pencapaian post combustion, diperoleh dari “post combustion ratio” (PCR) dengan persamaan berikut:

PCR = (p_CO2 + p_H2O) / (p_CO + p_CO2 + p_H2 + p_H2O)

• Dengan asumsi reaksi utama pada post combustion pada EAF adalah pembentukan CO2 oleh reaksi antara oksigen dan CO di atmosfer furnace, post combustion ration, ditulis sebagai:

PCR = %CO₂ / (%CO + %CO₂)

• Reaksi post combustion adalah:

CO + 0.5 O₂ --> CO₂

• Selain meningkatkan PCR, yang juga penting adalah memastikan heat transfer ke baja cair atau scrap secara efektif (HTE).
• Pertimbangan praktis dan teknis terkait dan efek pembatasan PCR dan HTE adalah:
• CO cenderung bereaksi dengan NO pada temperature tinggi
• Jika level CO di furnace dikurangi hingga di bawah 5%, akan sulit menyelesaikan pembakaran CO pada offgas system.
• CO₂ mempunyai kapasitas panas lebih besar dari CO sehingga pada temperature offgas yang sama, CO₂ akan membuang heat per Nm³ yang lebih besar
• Dengan tingginya input oksigen, oksidasi slag akan meningkat. Untuk meminimalisir slag reduction oleh carbon atau CO.
• Viskositas slag (terkait foamability) menjadi rendah dengan meningkatnya temperature.
• Post combustion pada EAF mengurangi heatload di system offgas tetapi meningkatkan heatload di furnace shell.
• Ada dua jenis teknik yang dikembangkan untuk post combustion pada EAF, yaitu “foamy slag” dan “free space”.
• “Foamy slag” dilakukan dengan menyemburkan oksigen di bagian bawah furnace di daerah dimana CO dihasilkan dan di dekat slag.
• “free space” dilakukan dengan menyemburkan oksigen di bagian atas furnace dan panas diperoleh dari transfer melalui scrap.
• Masih menjadi perdebatan apakah “foamy slag” atau “free space” yang menjadi metode terbaik. Namun referensi cenderung menulis foamy slag sebagai metode yang lebih baik terkait dengan hasilnya. Namun post combustion pada slag adalah proses yang rumit dan sulit untuk dikontrol.

Penggunaan Oksigen Pada Electric Arc Furnace (2)

Bagian kedua tulisan ini menuliskan dua kegunaan dari oksigen di EAF.

Oxygen lances

• Injeksi Oksigen digunakan untuk keperluan refining dan pembentukan foaming slag.
• Process lancing ini bisa dilakukan secara manual menggunakan pipa panjang yang akan terkonsumsi seiring dengan waktu dan kemudian didorong ke dalam melalui slag door. Selain itu bisa menggunakan lance yang didukung oleh water cooled sehingga lance tersebut tidak terkonsumsi
• Untuk consumables lances, kelemahannya adalah terkait safety karena harus ada pekerja yang berada di depan furnace untuk mendorong oxygen lance seiring dengan waktu, selain itu, lance yang terkonsumsi merupakan biaya yang harus dikeluarkan oleh perusahaan , dan terakhir , diperlukan tempat di lantai area furnace tempat menyimpan lance cadangan. Tetapi karena consumable lances didesain untuk penetrasi hingga ke baja cair, maka akan efektif dalam membentuk reaksi kimia yang diinginkan. Namun juga oksigen harus dibatasi karena bisa berpengaruh pada kehilangan iron yield akibat dari over oksidasi. Namun tentu saja jumlah karbon juga mempengaruhi oksidasi ini
• Untuk water cooled lance, walaupun compact dan simple, salah satu kelemahan utamanya adalah pada air tersebut. Karena diperlukan air yang banyak dan tekanan yang besar dan jika terjadi kebocoran pada lance tersebut maka akan menjadi sangat berbahaya. Proses melting di awal harus diperhatikan agar tidak merusak ujung dari lance.
• Kekurangan terbesar dari lancing lewat slag door adalah meningkatnya kemungkinan infiltrasi udara yang menyebabkan tiga masalah utama:

1. Penurunan pada produktivitas furnace dan konsumsi energy akibat keluarnya panas
2. Peningkatan pada kebutuhan system offgas
3. Kandungan nitrogen pada udara akan menyebabkan pembentukan NO_x

Burners

Alasan-alasan utama penggunaan oxy-fuel burners adalah:

• Peningkatan produktivitas furnace dengan adanya tambahan energy dari pembakaran bahan bakar fosil
• Pemanasan spot dingin di AC furnaces, sehingga meningkatkan thermal simetri.
• Pemanasan bagian-bagian yang dingin di dalam vessel, seperti bagian eccentric part di EBT furnace atau di area pintu
• Peningkatan energy pada proses meltdown

Secara umum, ada tiga model burners:

• Slag door burners: biasanya digunakan untuk furnaces ukuran kecil ke medium dengan single burner bisa memanaskan ke hamper semua area
• Sidewall burners: mempunyai kelebihan mudah dipindahkan ketika tidak digunakan dan efektif untuk pemanasan spot dingin. Namun rentan terhadap percikan slag atau metal
• Roof burners: kelebihannya adalah menghindari kerusakan atau clogging oleh slag dan percikan metal

Efisiensi energy dari burners adalah sekitar 45%-65%.

Penggunaan Oksigen Pada Electric Arc Furnace (1)

Pada posting kali ini, saya ingin menulis tentang penggunaan oksigen pada Electric Arc Furnace (EAF). Sebenarnya materi ini merupakan terjemahan dan ringkasan dari paper yang dibuat oleh UCAR Carbon Europe S.A, yaitu produsen electrode. Tulisannya terbagi menjadi beberapa bagian dan ini bagian pertamanya.

Introduction

• Saat ini EAF digunakan untuk sekitar 30% produksi baja dunia dengan grade baja yang bervariasi
• Perkembangan teknologi baru untuk EAF terkait dengan fleksibilitas raw material dan waktu operasi
• Salah satu karakter EAF modern adalah dengan subtitusi energy listrik oleh bentuk energy lain dan dengan meningkatkan input oksigen
• 10-15 tahun yang lalu, input oksigen antara 8-10 Nm³/t sudah cukup. Saat ini, input oksigen berkisar pada 40-50 Nm³/t adalah hal yang wajar

 

The use of oxygen for electric arc furnaces

Penggunaan oksigen di EAF secara umum terbagi dalam 3 aplikasi:

• Lances (watercooled atau consumable), dengan menginjeksikan oksigen ke baja cair atau ke ke lapisan slag
• Burners, dioperasikan dengan bantuan bahan bakar (biasanya natural gas) dan oksigen diperlukan untuk menyempurnakan pembakaran dengan jumlah yang cukup secara stokiometri.
• Post combustion, oksigen diinjeksikan ke dalam atmosfer furnace atau ke dalam lapisan slag untuk mendapatkan secondary combustion CO ke CO₂.