4.2.1        Proses Reduksi Tidak Langsung (Indirect Reduction)

Pada proses ini menggunakan tungku tanur tinggi (blast furnace) dengan porsi 80%

diproduksi dunia. Besi kasar dihasilkan dalam tanur tinggi. Diameter tanur tinggi sekitar 8m

dan tingginya mencapai 60 m. Bahan baku yang terdiri dari campuran bijih, kokas, dan batu

kapur, dinaikkan ke puncak tanur dengan pemuat otomatis, kemudian dimasukkan ke dalam

hopper. Hematit akan dimasukkan ke dalam blast furnace, disertai denganbeberapa bahan

lainnya seperti kokas (coke), batu kapur(limestone), dan udara panas. Bahan baku yang

terdiri dari campuran biji besi, kokas, dan batu kapur, dinaikkan ke puncakblast furnace.

Bahan baku tersebut disusun secara berlapis-lapis.

Setelah bahan-bahan dimasukkan ke dalam blast furnace, lalu udara panas dialirkan

dari dasar tungku dan menyebabkan kokas terbakar sehingga nantinya akan membentuk

karbon monoksida (CO). Reaksi reduksi pun terjadi, yaitu sebagai berikut :

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

Dengan digunakannya udara panas, dapat dihemat penggunaan kokas sebesar 30%

lebih. Udara dipanaskan dalam pemanas mula yang berbentuk menara silindris, sampai

sekitar 500ºC. Kalor yang diperlukan berasal dari reaksi pembakaran gas karbon monoksida

yang keluar dari tanur. Udara panas tersebut memasuki tanur melalui tuyer yang terletak tepat

di atas pusat pengumpulan besi cair.

Maka didapatlah besi (Fe) yang kita inginkan. Namun besi tersebut masih

mengandung karbon yang cukup banyak yaitu 3% – 4,5%, padahal besi yang paling banyak

digunakan saat ini adalah yang berkadar karbon kurang dari 1% saja. Besi yang mengandung

karbon dengan kadar >4% biasa disebut pig iron.

Batu kapur digunakan sebagai fluks yang mengikat kotoran-kotoran yang terdapat

dalam bijih-bijih besi dan membentuk terak cair. Terak cair ini lebih ringan dari besi cair dan

terapung diatasnya dan secara berkala akan disadap. Besi cair yang telah bebas dari kotoran-

kotoran dialirkan kedalam cetakan setiap 5 – 6 jam.

Terak dapat dimanfaatkan sebagai bahan bangunan (campuran beton) atau sebagai

bahan isolasi panas. Gas panas dibersihkan dan digunakan untuk pemanas mula udara, untuk

membangkitkan energi atau sebagai media pembakar dapur-dapur lainnya.

Perlu diperhatikan bahwa bijih besi yang akan dimasukkan ke dalam blast

furnaceharuslah digumpalkan terlebih dahulu. Hal tersebut berguna agar aliran udara panas

bisa dengan mudah bergerak melewati celan-celah biji besi dan tentunya akan mempercepat

proses reduksi. Komposisi besi kasar dapat dikendalikan melalui pengaturan kondisi operasi

dan pemilihan susunan campuran bahan baku.

4.2.2 Proses Reduksi Langsung (Direct Reduction)

Proses ini biasanya digunakan untuk merubah pellet menjadi besi spons (sponge iron). Juga

disebut besi spons dihasilkan dari reduksi langsung dari bijih besi (dalam bentuk gumpalan,

pelet atau denda) dengan mengurangi gas yang dihasilkan dari gas alam atau batubara. Gas

pereduksi adalah mayoritas campuran hidrogen (H2) dan karbon monoksida (CO) yang

bertindak sebagai pereduksi. Proses langsung mengurangi bijih besi dalam bentuk padat

dengan mengurangi gas disebut reduksi langsung.

Proses reduksi langsung dianggap lebih efisien daripada tanur tiup . Karena beroperasi pada

suhu yang lebih rendah, dan ada beberapa faktor lain yang membuatnya ekonomis. Berikut

adalah contoh proses reduksi langsung antara lain :

4.2.3 HYL proces

HYL Direct Reduction Proses (reduksi langsung) adalah hasil usaha riset yang dimulai oleh

Hojalata y L.Mina, S.A., pada permulaan tahun 1950-an. Usaha ini muncul dari tekanan

kebutuhan yang semakin meningkat dan harus memperoleh bahan baku yang cukup mutu dan

pada harga yang stabil untuk produksi lembaran baja(sheet steel).

Dalam proses ini digunakan gas reduktor dari LNG (Liquid Natural Gas), gas alam cair ini

direaksikan dengan uap air panas (H2O).

4.2.4 Midrex Proces

Proses ini didasarkan pada tekanan rendah, udara bergerak berlawanan arus ke bijih oksida

besi pelet padat. Di dalam proses reduksi langsung ini, bijih besi direaksikan dengan gas alam

sehingga terbentuklah butiran besi yang dinamakan besi spons. Besi spons kemudian diolah

lebih lanjut di dalam sebuah tungku yang bernama dapur listrik (Electric Arc Furnace). Di

sini besi spons akan dicampur dengan besi tua (scrap), dan paduan fero untuk diubah menjadi

batangan baja, biasa disebut billet. Proses ini sangat efektif untuk mereduksi oksida-oksida

dan belerang sehingga dapat dimanfaatkan bijih besi berkadar rendah.

Proses reduksi langsung ini salah satunya dipakai oleh P.T. Karakatau Steel. Fungsi dari gas

alam itu sendiri sebenarnya adakalah sebagai gas reduktor, dimana gas alam mengandung CO

dan H2, yang dapat bereaksi dengan bijih menghasilkan besi murni (Fe) berkualitas tinggi.

Keuntungan dari proses reduksi langsung ketimbang blast furnace adalah :

a. Besi spons memiliki kandungan besi lebih tinggi ketimbang pig iron, hasil blast furnace.

b. Zat reduktor menggunakan gas (CO atau H2) yang terkandung dalam gas alam, sehingga

tidak diperlukan kokas yang harganya cukup mahal.

Perbedaan proses reduksi langsung dan reduksi tidak langsung

1. Reaksinya berbeda,pada reduksi tidak langsung Fe diperoleh dari beberapa tahap

reaksi, pada reduksi langsung dengan1 tahap reaksi sudah dapat diperoleh Fe murni.

2. Hasil akhirnya berbeda, Output dari reduksi tidak langsung adalah berupa Fe dalam

keadaan cair (pig iron) , sedangkan output dari reduksi langsung adalah Fe dalam

keadaan padat (sponge iron)

3. Sumber gas reduktornya berbeda, indirect reduction menggunakan kokas untuk

menghasilkan gas reduktor CO, sedangkan direct reduction menggunakan CH4

4. Kualitasnya berbeda, reduksi langsung menghasilkan besi dengan kualitas yang lebih

baik daripada reduksi tidak langsung. Karena reduksi tidak langsung menggunakan

kokas untuk menghasilkan gas reduktor. Kokas berasal dari batubara yang

mengadung sulfur, dimana S tersebut dapat ikut masuk kedalam besi hasil reduksi,

yang mengakibatkan besi mengalami retak panas (hot shortness).

Rotary kiln, atau reaktor tungku putar terbuat dari baja yang berbentuk selinder horisontal dan pada bagian dalamnya dilapisi oleh bata tahan api (refractory brick). Kemiringan tungku

dijaga pada sudut antara 3 – 4 persen yang ditentukan dari sisi tempat masuk umpan (feed end) sampai sisi keluaran produk (discharge).

Di bagian sisi keluaran produk dipasang burner yang befungsi sebagai sumber panas awal proses. Pulverized coal atau injection coal, atau bahan bakar minyak ditambahkan pada burner yang beroperasi dengan kondisi kekurangan oksigen. Penambahan batubara atau bahan bakar ini untuk menjaga atmosfir tungku selalu dalam kondisi reduksi.

Proses reduksi bijih besi menjadi sponge besi dimulai dengan proses pengumpanan bijih besi, batubara dan batu kapur ke unit pencampuran (mixing). Campuran homogen dari ketiga bahan ini kemudian diumpan secara kontinyu ke dalam rotary kiln dari sisi feed end. Akibar putaran dan kemiringan tanur, semua material padatan bergerak ke arah discharge end.

Semua umpan bergerak melalui dareah pre-heating. Material dipanaskan sampai temperatur sekitar 900 Celcius. Pada daerah ini,  batubara akan tervolatilisasi, fluks terkalsinasi dan bahan lainnya terpanas juga, sehingga  material akan mencapai  temperatur proses reduksi. Panjang daerah pre-heating adalah 40 – 50 persen dari panjang kiln.

Selanjutnya semua material masuk dalam daerah reduksi yang bertemperatur antara 1000 sampai 1100 Celcius. Ketika bijih besi mencapai temperatur lebih dari 900 Celcius, maka biji besi mulai terreduksi menjadi sponge besi. Bijih besi terreduksi mengikuti reaksi berikut:

Fe2O3 + C = 2 FeO + CO

3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO = 3 FeO + CO2

FeO + CO =  Fe + CO2

CO2 + C = 2 CO

Dari arah yang berlawanan, batubara halus diinjeksikan ke dalam kiln secara pnematik. Injeksi batubara ini bertujuan untuk mempertahankan reduktor yang dibutuhkan dalam kiln dan pemanfaatan volatile mater untuk pemanasan disekitar discharge end.

Sponge besi beserta kapur bakar dan arang atau sisa batubara keluar dari sisi satunya, yaitu discharge end tempat keluarnya produk rotary kiln. Produk ini bertemperatur antara 1020 – 1040 Celcius.  Produk kemudian masuk ke dalam rotary cooler untuk didinginkan sampai temperatur antara 80 – 100 Celcius. Pada temperatur ini sponge sudah aman untuk dipindahkan dan simpan.

Produk yang sudah dingin ini kemudian diumpan dalam unit magnetic separator agar sponge iron dapat dipisah dari char dan kapur bakar. Char sisa dapat digunakan lagi sebagai bahan reduktor tambahan yang diumpankan bersama dengan batubara pada feed end.