KAJIAN NERACA POSFOR DAN STUDI KEMUNGKINAN UNTUK MELAKUKAN PROSES DEPOSFORISASI DI LADLE PADA PABRIK PELEBURAN FERRONIKEL PT ANTAM TBK Zulfiadi Zulhan2), Tri Hartono1), Faisal Alkadrie1), Sunara Purwadaria2) 1) Pabrik Peleburan Ferronikel, Unit Bisnis Pertambangan Nikel (UBPN) Sultra, PT Antam Tbk 2) Program Studi Teknik Metalurgi, FTTM – Institut Teknologi Bandung
Pendahuluan
Latar belakang Produk
%Ni
%C
%Si
%Cr
%P
%S
%Fe
HC – FeNi
20,53
1,52
1,78
0,69
0,025
0,02
75,09
LC – FeNi
22,70
0,02
0,10
0,10
0,02
0,02
76,70
0.140
%Posfor dalam crude FeNi
0.120
EF#1
EF#2
EF#3
0.100 0.080 0.060 0.040 0.020 0.000
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
2010
Produk LC-FeNi Posfor di-remove di LD-Konverter.
Sep
Oct
Nov
Dec
Tujuan • Menganalisis penyebab naiknya kandungan posfor pada produk ferronikel. • Melakukan perhitungan / simulasi proses dephosphorisasi untuk mendapatkan teknik dephosphorisasi di ladle yang dapat diintegrasikan dengan proses pemurnian di Pabrik Ferronikel PT Antam UBPN Sulawesi Tenggara.
Neraca Posfor dan Prediksi Kandungan Posfor dalam crude FeNi
Sumber posfor Posfor di bijih Posfor di abu coal firing Posfor di abu coal firing
Posfor di abu elektroda grafit
RK
Electric Furnace De – S KR Impeller
HC - FeNi LD Konverter
Posfor di scrap
Posfor di abu reduction coal Posfor di oil sludge
Slag Treatment
LC - FeNi (P2O5) + 5 [C] = 2 [P] + 5 {CO} (P2O5) + 5/2 [Si] = 2 [P] + 5/2 (SiO2) (P2O5) + 5 [Fe] = 2 [P] + 5 (FeO)
Posfor di pasir metal, split metal
RD
Ni
P
Fe
Si
C
Posfor dalam bijih nikel dan abu batubara 7
Sumber utama posfor pada proses peleburan ferronikel di PT Antam UBPN Sultra berasal dari batubara dan bijih nikel. % P2O5 dalam bijih nikel
% P2O5 dalam abu batubara
8
36
Maksimum
0,031
0,620
Minimum
0,009
0,020
Rata-rata
0,018
0,310
Deviasi standar
0,029
0,018
Jumlah data
Posfor dalam abu batubara > Posfor dalam bijih Kebutuhan batubara dan jumlah abu batubara yang terbentuk pada proses pembuatan ferronikel < dibandingkan dengan kebutuhan bijih nikel
Prediksi persentase posfor di crude FeNi Persamaan empirik, oleh Inoue & Suito, 1995
%P 11570 10.52 0.072 % CaO 0.3% MgO 2.5 log %Fe t %P T %P (berat posfor di terak/berat terak) * 100% LP %P (berat posfor di metal/berat metal) * 100%
log
Persentase Posfor dari "Charging Material" yang masuk ke dalam Crude FeNi
8
90 85 80 75 70
65 60
1450
1500
1550
1600
Temperatur [oC]
1650
1700
Kenaikan P2O5 dalam abu batubara % Posfor di Crude FeNi
0.120 0.100
0.080
y = 0.036x + 0.066 R² = 1
0.060 0.040 0.020 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
% P2O5 di Abu Batubara
Kenaikan P2O5 dalam abu batubara dari 0,02% hingga 0,62% dapat meningkatkan kandungan posfor dalam crude FeNi sebesar ~33%.
Kenaikan P2O5 dalam bijih nikel % Posfor di Crude FeNi
0.140 0.120 0.100
0.080
y = 3.690x + 0.011 R² = 1
0.060 0.040 0.020
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
% P2O5 di Bijih
Kenaikan P2O5 dari 0,009% hingga 0,031% dalam bijih dapat meningkatkan kandungan posfor dalam crude ferronikel hingga ~182%
Persentase P dari bijih dan batubara yang masuk ke furnace Batubara 2%
Batubara 41%
Bijih Nikel 59%
Bijih Nikel 98%
a. P2O5 di bijih = 0,009% dan P2O5 di abu b. P2O5 di bijih = 0,009% dan P2O5 di abu batubara = 0,02% batubara = 0,62% Batubara 1%
Batubara 17%
Bijih Nikel 99%
Bijih Nikel 83%
c. P2O5 di bijih = 0,031% dan P2O5 di abu d. P2O5 di bijih = 0,031% dan P2O5 di abu batubara = 0,02% batubara = 0,62%
Prediksi Posfor di crude FeNi Temp. oC
Fe
SiO2
MgO
CaO
EF1
1522
6.65
52.04
28.56
8.31
0.045
0.157
0.045
EF2
1537
8.76
53.35
27.53
3.74
0.072
0.123
0.078
EF3
1577
9.75
53.88
28.18
1.77
0.039
0.088
0.062
[%P]Measured {(%P)/[%P]}
[%P]Calc.
Dengan mengetahui kandungan posfor dalam bijih, batubara serta split metal / pasir metal serta jumlah konsumsinya, maka kandungan posfor dalam crude FeNi pada tapping electric furnace dapat diprediksi.
0.070
0.070
0.060
0.060
0.050
0.040
%P Calculated
0.030
%P Measured
0.020
% Posfor di Crude FeNi
% Posfor di Crude FeNi
Prediksi Posfor di crude FeNi
0.010
0.040
%P Calculated
0.030
%P Measured
0.020 0.010
0.000
0.000 EF1
EF2
EF3
EF1
a. Data rata-rata Januari 2010 0.080
0.070
0.070
0.060
0.060
0.050 %P Calculated
0.040
%P Measured
0.030 0.020
0.040
0.000
c. Data rata-rata Juli 2010
%P Measured
0.020
0.000 EF3
%P Calculated
0.030
0.010
EF2
EF3
0.050
0.010
EF1
EF2
b. Data rata-rata April 2010
% Posfor di Crude FeNi
% Posfor di Crude FeNi
0.050
EF1
EF2
EF3
d. Data rata-rata Oktober 2010
Deposforisasi di Ladle dengan Slag Oksidatif
Deposforisasi Hot Metal di Industri Besi Baja
%C
%Si
%Mn
4,5
0,48
0,59
%C
%Si
%Ni
1,44
2,35
21,45
Hot metal %P %S 0,060
0,029
Crude FeNi %P %S 0,070
0,52
Temp. liquidus [oC] ~1170
Temp. liquidus [oC] ~1320
Kondisi Ideal: • Temperatur rendah • Potensial oksigen tinggi • Basisitas terak tinggi
Usulan Rute pembuatan HC-FeNi dari crude FeNi P 0,03% dan P > 0,03% Tapping Electric Furnace
O2lancing 1 Slag Skimming
Deposforisasi
De-S Slag Skimming % P 0,03 Shot Making
O2lancing 2
% P > 0,03 Heating LF
Slag Skimming
Slag Skimming
HC - FeNi
Kandungan Silikon dalam crude FeNi < 0,1%
Slag Skimming De-P
Shot Making HC - FeNi
Deposforisasi dengan slag oksidatif Metal Flux
Iron ore Lime
Hot metal temperature
1380oC
Initial metal
Y. Hino, dkk., ISIJ International, Vol 45 (2005), No. 6,
300-350 ton
composition
Carrier gas
200-400 kg/min 100 kg/min
of [%C] [%Si] [%Mn] [%P]
4.5 0.1-0.2 0.3 0.12 – 0.15
N2
3 Nm3/min
Temperatur
o
C
1500
1550
1600
Berat Lelehan FeNi
kg
25000
25000
25000
Berat Flux
kg
250
250
250
kg/ton
10
10
10
Konsumsi Flux FeO
%
64.30
64.30
64.30
CaO
%
35.70
35.70
35.70
Fe total
%
49.97
49.97
49.97
[P] awal
%
0.120
0.120
0.120
[P] akhir
%
0.0024
0.005
0.0102
Prediksi posfor di akhir proses di Ladle 0.012
0.008 0.006
0.006
0.005
0.004 0.002 0.000 1480
1500
1520
1540
1560
Temperatur [oC]
1580
% Posfor di akhir proses
% Posfor di akhir proses
0.010
0.004 0.003 0.002 1600
1620
0.001 0 0
200
400
600
800
1000
1200
Berat Flux (CaO + FeO) yang harus ditambahkan [Kg]
temperatur proses 1550oC
1400
Prediksi penurunan posfor sebagai fungsi waktu [%P]t - [%P]f [%P]i [%P]f ln [%P]i [%P]i - [%P]f
Wm - k m .t m A
H2 125000 logk m 1,98 0,5 log 100 * L 2,3 R T
0.14 0.12
% Posfor di metal
. H V * T 14.23 log 1 M 1 . 48 * P O
Temperatur = 1500 C Temperatur = 1550 C
0.1
Temperatur = 1600 C
0.08
0.06 0.04 0.02 0 0
50
100
Waktu [menit]
150
200
waktu yang dibutuhkan untuk deposforisasi adalah lebih dari 200 menit, sehingga deposporisasi dengan menggunakan metoda ini tidak praktis untuk diaplikasikan
B.J. Monaghan, dkk., Metallurgical and Materials Transactions B, Vol. 29B, February 1998. S. Kitamura, dkk. ISIJ International, Vol 31 (1991), No. 11
Deposforisasi di LD Converter
Deposforisasi di LD Converter Posfor setelah LD-Converter (%)
0.070 0.060 0.050 0.040
0.030 0.020 0.010 0.000 0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
0.120
Posfor sebelum LD-Converter (%)
Hubungan antara kandungan posfor sebelum dan setelah LD-Konverter, data bulan Desember 2010.
Deposforisasi di LD Converter %P prediksi, B = 1,0 0.050
0.040
%P prediksi, B = 1,5 %P prediksi, B = 2,0
0.030 0.100
0.020
0.010
0.000 1400
1500
1600
Temperatur [oC]
1700
Prediksi [% P] di akhir LDKonverter
Prediksi [% P] di akhir LDKonverter
0.060
0.090
%P awal = 0,20
0.080
%P awal = 0,15
0.070
%P awal = 0,10
0.060
%P awal = 0,05
1800 0.050 0.040 0.030 0.020 0.010 0.000 1400
1500
1600
Temperatur [oC]
1700
1800
Deposforisasi di LD Converter
Rute pembuatan baja di POSCO
S: W. Gebert, J. Mueller, M. Hiebler, Worldwide Trends and Developments in LD Converter Steelmaking, Ironmaking & Steelmaking, Paper No. 5.1, Linz, Austria, 2006.
Kesimpulan
Kesimpulan •
Meningkatnya kandungan posfor dalam crude FeNi lebih dominan disebabkan oleh meningkatnya posfor dalam bijih nikel.
•
Kandungan posfor dalam crude ferronikel dapat diprediksi dengan mengetahui jumlah posfor yang terdapat dalam charging material ke electric furnace.
•
Metoda deposforisasi dengan slag oksidatif tidak praktis untuk dilakukan karena rute proses menjadi lebih panjang serta waktu proses menjadi lebih lama.
•
Deposforisasi dilakukan di LD-Konverter dengan produk LC-FeNi paling feasible untuk dilakukan dalam usaha mengatasi permasalahan tingginya kandungan posfor dalam crude FeNi.
Terimakasih
