Dapur Tinggi (Blast Furnace)

Dapur tinggi umumnya digunakan untuk mengolah bijih yang nantinya dijadikan besi kasar. Besi kasar yang dihasilkan oleh dapur tinggi diolah kembali kedalam dapur, untuk dijadikan baja atau baja tuang; juga besi tuang.Bahan yang digunakan dalam proses dapur tinggi untuk menghasilkan besi kasar dari dapur tinggi diperlukan bahan-bahan antara lain : Bijih besi, batu kapur, bahan bakar dan udara panas.1. Bijih Besi.Bijih besi didapat dari tambang setelah melalui proses pendahuluan. Bijih besi merupakan bahan pokok dari dapur tinggi.2. Batu Kapur.Batu kapur digunakan untluk mengikat bahan-bahan yang ikut campur dalam cairan besi untuk menjadikan terak.Proses pengikatan bahan yang ikut dalam cairan besi antara lain dapat dilihat pada reaksi kimia sebagai berikut :Dengan adanya terak yang terletak di permukaan cairan-besi ini, maka, terjadinya oksidasi oleh udara dapat dihindari. Sebagai bahan tambahan biasanya digunakan batu kapur (CaCO3) murni, terkadang juga dolomit yang merupakan campuran dari CaCO3 dan MgCO3.3. Udara panas.Udara panas digunakan untuk mengadakan pembakaran dengan bahan bakar menjadi CO2 dan gas CO guna menimbulkan panas,juga untuk mereduksi bijih-bijih besi. Udara panas dihembuskan dengan maksud agar pembakaran sempurna, hingga kebutuhan kokas berkurang. Pemanasan udara dilakukan pada dapur pemanas cowper.4. Bahan Bakar.Bahan bakar yang diqunakan dalam proses dapur tinggi ialah kokas, arang kayu, juga antrasit,

Bahan bakar yang masuk ke dalam dapur banyaknya dikontrol oleh temperaturdalam dapur, antara lain pirometer radiasi dan temperatur atap dapur. Biladibaca terlalu tinggi, maka jumlah bahan bakar harus dikurangi dan seterusnya.• Kontrol PembakaranPengaturan bahan bakar/udara digunakan flow meter yang disambungkandengan mekanisme servo pada katup kontrol otomatis.• Kontrol AliranMenjaga kesetimbangan aliran pemasukan udara/bahan bakar dan pengeluarangas asap.Petunjuk kepada Operator

Di bawah ini beberapa petunjuk yang akan membantu para Operator dalammenangani beberapa jenis oven.

Oven dengan bahan bakar batubara.1. Kedalaman api ± 15 inchi dari pintu.Pemasukan batubara ± 1.5-2 sekop penuh tiap sqft luas pembakaran. Bilakebanyakan menghasilkan asap dan boros bahan bakar.2. Kisi-kisi pembakaran harus selalu tertutup oleh bahan bakar, dijaga ketinggian nyalaapi, garukan digunakan bila perlu.3. Bara api yang tertutup abu harus dicegah dengan membersihkan api secara hati-hati. Setelah pembersihan nyala api akan bersih kembali.4. Jarak batangan penyangga api harus teratur dan bila bengkok harus segeradiluruskan.5. Pemasukan udara dijaga agar nyala api baik.6. Kebocoran oven harus dicegah agar tidak ada udara luar masuk.Oven dengan bahan bakar gas.1. Burner harus selalu bersih dan dipelihara secara rutin. Semua bagian pengatur harusmudah digerakkan. Pengontrol udara pada injektor seringkali macet olehkotoran/korosi atau rusak.2. Penutup oven harus bebas, bekerja baik dan rapat, agar udara luar tidak masuk.3. Pengendalian udara yang tepat harus selalu dijaga agar nyala api baik. Untuk lebihtepat dilakukan analisa gas asap. Akan lebih membantu para Operator bila dilengkapi alat pencatat CO2.4. Pada blast furnace yang umumn ya bekerja dengan nyala api non luminous, nyala api yang panjang dan lemah, menunjukkan terlalu banyak gas. Aliran gas harusdikecilkan, hingga nyala api lebih pendek dan berwarna kekuning-kuningan. Atau menambah suplai udara hingga terdengar nyala api terkuat. Nyala api kekuning-kuningan dan cerah adalah yang paling baik. Makin cerah makin baik.5. Sekali burner disetel dengan menghasilkan nyala yang baik, jangan diubah-ubahlagi.6. Klep pada cerobong harus disetel untuk memperoleh kesetimbangan aliran dalamdapur.7. Bila oven tidak dipakai, saluran gas, udara dan damper harus ditutup.Cara pengetesan:Hembuskan asap/dekatkan nyala api kecil pada lubang di dinding oven. Bila asaptidak terisap masuk atau lidah api nyala tidak menuju ke lubang, maka letak“damper” betul.Oven dengan bahan bakar minyak.1. Viskositas minyak harus benar.2. Minyak harus bebas air, karena dapat menunda pembakaran dan membentuk asap

tebal.3. Burner harus dilengkapi dengan katup berskala yang menunjukkan besar-kecilnyaaliran minyak4. Burner harus dibuka dan dibersihkan secara teratur, sebaiknya tiap penggantian shift.5. Bila oven dimatikan, burner harus dipindahkan untuk melindungi dari panas radiasi.6. Celah lubang burner harus dicek secara periodik.Aturan umum untuk penghematan bahan bakar:1. Dengan alat yang ada harus dibuat rencana agar beban oven selalu penuh.2. Nyala api harus selalu dijaga berada dalam oven. Agar dicegah terjadinyapembakaran di luar oven atau pada aliran gas asap.3. Pintu-pintu harus selalu dijaga dalam kondisi baik dan tertutup rapat/tidak bocor.4. Penggunaan bahan bakar harus disesuaikan dengan kondisi pembakaran.5. Jumlah bahan bakar harus selalu dicatat, demikian juga dengan berat bahan yangdipanaskan.6. Kebocoran pada dinding oven adalah penyebab besarnya kehilangan panas.Dinding oven harus selalu disemir dengan bahan tertentu antara lain campuran tanah liat dan semen api untuk mencegah bocoran udara.

A. Bahan Bakar CairBahan bakar cair yang biasa dipakai dalam industri, transportasi maupun rumah tangga adalah fraksi minyak bumi. Minyak bumi adalah campuran berbagai hidrokarbon yang termasuk dalam kelompok senyawa: parafin, naphtena, olefin, dan aromatik. Kelompok senyawa ini berbeda dari yang lain dalam kandungan hidrogennya. Minyak mentah, jika disuling akan menghasilkan beberapa macam fraksi, seperti: bensin atau premium, kerosen atau minyak tanah, minyak solar, minyak bakar, dan lain-lain. Setiap minyak petroleum mentah mengandung keempat kelompok senyawa tersebut, tetapi perbandingannya berbeda. Perbedaan minyak mentah yang utama ialah:- minyak aspaltik, yang terdiri sebagian besar naphtena dan aromatik,- minyak prafin, sebagian besar berupa parafin (lilin).Bensin atau Gasolin atau PremiumGasolin dibuat menurut kebutuhan mesin, seperti avgas (aviation gasoline), premium dan gasolin biasa, terdiri dari C4 sampai C12. Sifat yang terpenting pada gasolin adalah “angka oktana”. Angka oktana adalah angka yang menyatakan besarnya kadar isooktana dalam campurannya dengan normal heptana. Isooktana mempunyai angka oktana = 100, sedang normal heptana mempunyai angka oktana = 0. Makin tinggi angka oktana gasolin semakin baik unjuk kerjanya.KerosenTermasuk kerosen adalah:- Bahan bakar turbin gas pada pesawat terbang.- Minyak bakar, biasa dipakai untuk dapur rumah tangga, bahan bakar kapal laut, dan penerangan lampu kereta api di masa lalu.

Mutu kerosen tergantung pada sifatnya dalam uji lamu (lamp test) dan uji bakar, seperti timbulnya asap dan kabut putih. Asap disebabkan oleh hidrokarbon aromatik sedang kabut putih oleh disulfida.Bahan Bakar DieselBahan bakar diesel atau minyak diesel dipakai untuk mengoperasikan mesin diesel atau “compression ignition engine”. Mutunya ditentukan oleh angka cetana. Makin tinggi angka cetana, makin tinggi unjuk kerja yang diberikan oleh bahan bakar diesel. Angka cetana adalah besarnya kadar volume cetana dalam campurannya dengan metilnaphtalen. Cetan murni mempunyai angka cetana = 100, sedang aromatic mempunyai angka cetana = 0. Unjuk kerja adalah persentase rata-rata daya yang dapat diperoleh dari mesin dengan bahan bakar tertentu dibandingkan dengan daya yang diperoleh dari bahan bakar yang mempunyai angka cetana = 100.

Minyak ResiduMinyak residu biasa digunakan pada ketel uap, baik yang stasioner maupun yang bergerak. Dalam hal instalasinya, pemakaian minyak residu dalam ketel uap akan lebih murah dibanding batubara. Disamping itu, pemakaian minyak residu tidak menimbulkan masalah abu. Akan tetapi pada ketel uap tekanan tinggi dan suhu tinggi dapat menimbulkan korosi dan kerusakan pada “superheater tube”. Pemakaian minyak residu kecuali dalam ketel uap antara lain:- Tanur dalam industri baja, tanur tinggi dalam industri semen dan industri lain yang mempunyai kaitan dengan semen, serta berbagai dapur dalam industry petroleum dan industri kimia.- Mesin diesel, kecuali pada mesin diesel kecepatan tinggi seperti pada truk dan lokomotif, pada mesin diesel kapal serta mesin diesel berkecepatan rendah untuk pembangkit tenaga listrik.- Turbin gas.

B. Bahan Bakar GasTermasuk dalam bahan bakar gas antara lain:AsetilinGas asetilin digunakan dalam pengelasan dan pemotongan logam, yang memerlukan suhu nyala yang tinggi, dapat juga dipakai untuk lampu karbida. Gas asetilin dapat membentuk asetilida yang eksplosif jika dicampur dengan tembaga (Cu), terlebih-lebih dengan udara.“Blast Furnace Gas”Gas ini merupakan hasil samping peleburan bijih besi dengan kokas dan udara panas di dalam “blast furnace”. Dibuat dari reaksi antara kukus (steam) dengan karbon padat yang dipanasi pada suhu tinggi, merupakan campuran antara gas H2 dan gas CO.Gas BatubaraGas batubara disebut juga gas kota, dibuat dari dis tilasi destruktif batubara dalam retort tertutup dengan pemanasan tinggi.Gas Alam

Gas alam tersusun dari parafin hidrokarbon, khususnya gas metana bercampur dengan nitrogen, N2, dan karbon dioksida, CO2, diperoleh dari tambang dengan pengeboran tanah melalui batuan kapur atau batuan pasir. Kandungan metananya di atas 90%.Gas PetroleumGas petroleum diperoleh dari fraksionasi minyak bumi mentah, dan dapat juga dari gas alam, mengandung propana dan butana sebagai komponen terbesar.

Teknologi Blast Furnace dalam Pembuatan Besi

Pada umumnya pembuatan besi dapat dikategorikan dua macam, yaitu pembuatan besi secara konvensional dan non konvensional. Pembuatan besi secara konvensional yaitu pengolahan bji besi di reduksi secara tidak langsung, umumnya adalah Blast Furnace (yang akan dibahas dalam tulisan ini). Untuk pembuatan besi secara non konvensional yaitu mereduksi bijih besih secara langsung dengan menggunakan gas pereduksi seperti gas H2 dan CO, pengembangan teknologi ini yang terbesar adalah Midrex kemudian Hylsa.

Blast furnace digunakan untuk mengolah bijih besi untuk dijadikan besi kasar. Besi kasar yang dihasilkan oleh dapur tinggi diolah kembali kedalam dapur, untuk dijadikan baja atau baja tuang; juga besi tuang. Flowsheet teknologi ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Bahan yang digunakan dalam proses dapur tinggi untuk menghasilkan besi kasar dari dapur tinggi diperlukan bahan-bahan antara lain:

1.Iron ore : hematite umumnya, merupakan besi oksida Fe2O3

Bijih besi didapat dari tambang setelah melalui proses pendahuluan. Bijih besi merupakan bahan pokok dari blast furnace.

2.Limestone : berupa kalsium karbonat, CaCO3

Batu kapur digunakan untluk mengikat bahan-bahan yang ikut campur dalam cairan besi untuk menjadikan terak. Proses pengikatan bahan yang ikut dalam cairan besi antara lain dapat dilihat pada reaksi kimia sebagai berikut :

CaCO3 ====> CaO + CO2

(terak)

FeS + CaO + C =====> Fe + CaS + CO

(terak)

Dengan adanya terak yang terletak di permukaan cairan-besi ini, terjadinya oksidasi oleh udara dapat dihindari. Selain menggunakan batu kapur (CaCO3) murni, dapat juga menggunakan dolomit yang merupakan campuran dari CaCO3 dan MgCO3

3.Hot air : pembakaran yang terjadi di bagian bawah furnace untuk menyediakan panas dan oksigen

4.Coke : berasal dari batu bara yang kadar karbonnya tinggi

Karakteristik coke dapat digolongkan menjadi dua yaitu sifat fisik dan sifat kimia.

Sifat fisik seperti kekuatan coke, kestabilan coke dan kekuatan coke setelah reaksi.

Sifat kimia yang paling penting adalah kandungan air, fixed carbon, abu, sulfur, phosphor dan alkali. Spesifikasi kualitas coke dari salah satu Blast Furnace terbesar di Amerika Utara seperti ditunjukkan pada tabel di bawah ini:

Proses reduksi bijih besi yang berlangsung dalam blast furnace dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Proses dalam blast furnace:

1.Bahan baku dimasukkan dalam blast furnace melalui tutup yang berbentuk kerucut yang bersusun

2.Pemanasan cepat secara simultan di bagian bawah furnace

3.Pembakaran coke

Coke dibakar menggunakan udara panas menghasilkan karbon dioksida dan panas.

C + O2 ====> CO2 + Heat

4.Produksi karbon monoksida (agen reduksi)

Karbon dioksida bereaksi kembali dengan coke menghasilkan karbon monoksida.

CO2 + C ====> 2CO

5.Reduksi hematite

Karbon monoksida yang terbentuk mereduksi hematite menjadi besi

Fe2O3 + 3CO ====> 2Fe + 3CO2

6.Dekomposisi limestone

Limestone terdekomposisi dengan panas yang dihasilkan membentuk kalsium oksida dan karbon diksida

CaCO3 ====> CaO + 3CO2

7.Pembentukkan slag

Kalsium oksida yang terbentuk bereaksi dengan pasir (impuritis asam) membentuk kalsium silica yang disebut dengan slag

CaO + SiO2 ====> CaSiO3

Besi yang terbentuk mengendap dibagian bawah furnace dan lapisan slag berada di atasnya sehingga melindungi besi dari oksidasi.

Besi yang diperoleh dari proses ini disebut dengan pig iron.