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
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 0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
% P o sfo r d al am c ru d e F e N i
EF#1 EF#2 EF#3
2010
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
Neraca Posfor dan Prediksi
Kandungan Posfor dalam
Sumber posfor
Electric Furnace De – S KR Impeller RK LD Konverter RD Posfordi bijihPosfor di abu coal firing
Posfor di abu coal firing
Posfor di abu reduction coal
HC - FeNi LC - FeNi Slag Treatment Po sfo r di pas ir m et al, s plit m et al Posfordi abu elektroda grafit Po sfo r di s c rap
Posfordi oil sludge
(P2O5) + 5 [C] = 2 [P] + 5 {CO} (P2O5) + 5/
2 [Si] = 2 [P] + 5/2 (SiO2)
Ni
C Fe
P
7
% P2O5 dalam bijih nikel % P2O5 dalam abu batubara
Jumlah data 8 36 Maksimum 0,031 0,620 Minimum 0,009 0,020 Rata-rata 0,018 0,310 Deviasi standar 0,029 0,018
Sumber utama posfor pada proses peleburan ferronikel di PT Antam UBPN Sultra berasal dari batubara dan bijih nikel.
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
8
(beratposfordimetal/berat metal)*100%100% * terak) t terak/bera di posfor (berat P % %P LP
10.52 0.072
%CaO 0.3%MgO
2.5 log
%Fet
T 570 11 P % %P log Persamaan empirik, oleh Inoue & Suito, 1995
60 65 70 75 80 85 90 1450 1500 1550 1600 1650 1700 P er sen ta se P o sf o r d ar i "C h ar gi n g Ma ter ia l" ya n g ma su k ke d al am C ru d e FeN i Temperatur [oC]
Kenaikan P
2
O
5
dalam abu batubara
y = 0.036x + 0.066 R² = 1 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 % P o sf o r d i C ru d e Fe N i% 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 P
2
O
5
dalam bijih nikel
y = 3.690x + 0.011 R² = 1 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 % P o sf o r d i C ru d e FeN i % P2O5di BijihKenaikan P2O5 dari 0,009% hingga 0,031% dalam bijih dapat
Persentase P dari bijih dan batubara yang masuk ke furnace
Bijih Nikel 98% Batubara 2% Bijih Nikel 59% Batubara 41%a. P2O5 di bijih = 0,009% dan P2O5 di abu
batubara = 0,02%
b. P2O5 di bijih = 0,009% dan P2O5 di abu
batubara = 0,62% Bijih Nikel 99% Batubara 1% Bijih Nikel 83% Batubara 17%
c. P2O5 di bijih = 0,031% dan P2O5 di abu
batubara = 0,02%
d. P2O5 di bijih = 0,031% dan P2O5 di abu
Prediksi Posfor di crude FeNi
Temp. oC Fe SiO
2 MgO CaO [%P]Measured {(%P)/[%P]} [%P]Calc. 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
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.
Prediksi Posfor di crude FeNi
a. Data rata-rata Januari 2010 b. Data rata-rata April 2010
c. Data rata-rata Juli 2010 d. Data rata-rata Oktober 2010
0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070
EF1 EF2 EF3
% P os for di C rud e F e N i %P Calculated %P Measured 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070
EF1 EF2 EF3
% P os for di C rud e F e N i %P Calculated %P Measured 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070 0.080
EF1 EF2 EF3
% P os for di C rud e F e N i %P Calculated %P Measured 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070
EF1 EF2 EF3
% P os for di C rud e F e N i %P Calculated %P Measured
Deposforisasi di Ladle
dengan Slag Oksidatif
Deposforisasi Hot Metal di Industri Besi Baja
Hot metal
%C %Si %Mn %P %S Temp. liquidus [oC]
4,5 0,48 0,59 0,060 0,029 ~1170
Crude FeNi
%C %Si %Ni %P %S Temp. liquidus [oC] 1,44 2,35 21,45 0,070 0,52 ~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%
O2 -lancing 1 Slag Skimming Slag Skimming De-S HC - FeNi Tapping Electric Furnace Shot Making % P 0,03 % P > 0,03 O2 -lancing 2 Slag Skimming De-P Heating LF Shot Making HC - FeNi Slag Skimming Deposforisasi Slag SkimmingDeposforisasi dengan slag oksidatif
Gambar IV. 1: Plot komposisi slag untuk deposforisasi pada penambahan bijih
besi dan CaO (kapur bakar).
Temperatur oC 1500 1550 1600
Berat Lelehan FeNi kg 25000 25000 25000
Berat Flux kg 250 250 250
Konsumsi Flux kg/ton 10 10 10
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 Metal 300-350 ton
Flux Iron ore 200-400 kg/min
Lime 100 kg/min
Hot metal temperature 1380oC
Initial composition of metal [%C] 4.5 [%Si] 0.1-0.2 [%Mn] 0.3 [%P] 0.12 – 0.15
Carrier gas N2 3 Nm3/min
Prediksi posfor di akhir proses di Ladle
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 1480 1500 1520 1540 1560 1580 1600 1620 % P os for di a khi r pr os e s Temperatur [oC] 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 % P os for di a khi r pr os e sBerat Flux (CaO + FeO) yang harus ditambahkan [Kg]
Prediksi penurunan posfor sebagai fungsi waktu
.t k A W ] P [% ] P [% ] P [% ] P [% ] P [% ] P [% ] P [% ln m m m i f i f i f t T R 2,3 125000 -L * 100 H log 0,5 1,98 k log 2 m O . P * 48 . 1 H 1 log M T * V 23 . 14 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0 50 100 150 200 % P o sf o r d i me ta l Waktu [menit] Temperatur = 1500 C Temperatur = 1550 C Temperatur = 1600 Cwaktu 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
0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 P o sfo r set ela h L D -C o n ver ter (% )Posfor sebelum LD-Converter (%)
Hubungan antara kandungan posfor sebelum dan setelah LD-Konverter, data bulan Desember 2010.
Deposforisasi di LD Converter
0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 1400 1500 1600 1700 1800 P re d iks i [ % P ] d i akh ir L D -K o n ve rt e r Temperatur [oC] %P prediksi, B = 1,0 %P prediksi, B = 1,5 %P prediksi, B = 2,0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070 0.080 0.090 0.100 1400 1500 1600 1700 1800 P re d iks i [ % P ] d i akh ir L D -K o n ve rt e r Temperatur [oC] %P awal = 0,20 %P awal = 0,15 %P awal = 0,10 %P awal = 0,05Deposforisasi 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
• 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.
