bab 3 qc bahan mentah & kf
TRANSCRIPT
Bab 3. Pengendalian Kualitas Bahan Mentah, Raw Meal & Kiln Feed
Quality Control
Parameter Kualitas Bahan Mentah
1. Komposisi kimia dan mineralogidilihat dari
Ketersediaan :Limestone : CaCO3
Pasir silika : SiO2
Clay : SiO2, Al2O3
Pasir besi :Fe2O3
Jenis mineralVariasi komposisi
2. Moisture contentAir bebas (moisture content) : air yang terikat denganmaterial secara fisika (fisically bound) padapermukaan partikel (surface moisture) atau celah-celah (kapiler) antar partikel (inherent moisture).Air kristal : air yang terikat dengan material secarakimia (chemically bound). Disebut juga air hidratKandungan air tertentu jumlahnyaDapat dihilangkan dengan penguapanGangguan pada operasi
- Crushing- Blocking - Fluktuasi proportioning - Kebutuhan panas besar
Parameter Kualitas Bahan Mentah
3. KekerasanUmur geologiProses pembentukanDiukur dengan skala Mohs’ dari 1- 10Dalam satu lokasi tambang kekerasan batuanrelatif tidak jauh berbedaUntuk kepentingan pemilihan peralatanGangguan pada operasi :
- Size reduction mahal- Tingkat keausan tinggi
Parameter Kualitas Bahan Mentah
4. Ukuran BahanBerpengaruh terhadap proses size reductionTergantung dari crusherGangguan pada operasi :
- Efektifitas crusher berkurang- Kapasitas mill akan berkurang- Tailing produk di raw mill banyak
Parameter Kualitas Bahan Mentah
Pengendalian Kualitas Bahan Mentah
1. Perencanaan penambanganData analisaQuarry mapping : jumlah deposit, sifat bahan, dllPeta kualitas
- Metode yang dipakai- Peralatan yang dipakai- Scheduling- Pre-mixing
2. Pre-MixingTergantung dari :
Kompleksitas bahanCara penambanganData yang tersediaPeralatan yang digunakan
BlastingHaulingCrushingStoraging
Longitudinal stocpilingCircular stockpiling
Pengendalian Kualitas Bahan Mentah
3. Sampling controlAkurasi data: sangat mempengaruhi tindakan yang harus diambil untuk kelancaran operasiSampling methode : kontribusi 60 % kesalahan
Grab samplingCross belt samplingBucket samplingAutomatic sampling
Pengendalian Kualitas Bahan Mentah
No Sampel Samplingpoint Sampling Sample
Prep. Analisa Frequensi
Quarry Manual-Grab SplittingDryingGrinding
Komposisikimia
Bila dibutuhkan
Conveyor Manual-BucketAuto-Belt
SplittingDryingGrinding
Komposisikimia
H2O
1-2/shift
Pile Manual-Grab SplittingDryingGrinding
Komposisikimia
H2O
Bila dibutuhkan
Quarry Manual-Grab SplittingDryingGrinding
Komposisikimia
Bila dibutuhkan
Conveyor Manual-BucketAuto-Belt
SplittingDryingGrinding
Komposisikimia
H2O
1-2/shift
Pile Manual-Grab SplittingDryingGrinding
Komposisikimia
H2O
Bila dibutuhkan
2
Clay
1
Limestone
Sampling Point
No Sampel Samplingpoint Sampling Sample
Prep. Analisa Frequensi
QuarryTruck
Manual-Grab SplittingDryingGrinding
Komposisikimia
Bila dibutuhkan
Conveyor Manual-BucketAuto-Belt
SplittingDryingGrinding
KomposisikimiaH2O
1-2/shift
Pile Manual-Grab SplittingDryingGrinding
KomposisikimiaH2O
Bila dibutuhkan
Truck Manual-Grab SplittingDryingGrinding
Komposisikimia
Bila dibutuhkan
Conveyor Manual-BucketAuto-Belt
SplittingDryingGrinding
KomposisikimiaH2O
1-2/shift
Pile Manual-Grab SplittingDryingGrinding
KomposisikimiaH2O
Bila dibutuhkan
4
Iron ore
3
Sand
Sampling Point
Pengendalian Kualitas Raw Meal & KF
Tujuan Proses di Raw Mill
Untuk mendapatkan ukuran butir dan kadar air yang sesuaiRaw meal : 10-12 % residu 90 mikron 2,5 % residu200 mikronKadar air raw meal 0,5-1 % (jika terlalu rendah sulitdikontrol aliran materialnya, jika terlalu tinggimenyusahkan pada saat transportasi berpotensimenyebabkan penggumpalan dan kebuntuan)
Tujuan Homogenisasi
Meningkatkan keseragaman materialMengurangi fluktuasi komposisiMeningkatkan stabilitas operasi
Standar Deviasi CaO selama Proses Penyiapan Bahan Mentah
Komposisi kimia utama raw-mix (tepung baku)
♣ CaO ( oksida kalsium )♣ SiO2 (oksida silika )♣ Al2O3 (oksida alumina )♣ Fe2O3 (oksida besi )
Parameter-parameter pengendalian dalam raw mixdesign akan lebih sederhana dan mudah dimengerti
komposisi kimia dalam bentukmodulus dan faktor
Modulus-Modulus
1. Modulus Hidrolik (Hydraulic Modulus)
32322 OFeOAlSiOCaOHM
++=
(1)
Contoh perhitungan :Diketahui komposisi umpan kiln sebagaiberikut :CaO : 42,72 %SiO2 : 13,38 %Al2O3 : 3,51 %Fe2O3 : 2,10 %MgO : 0,58 %K2O : 0,20 %LOI : 34,21 %
HM = 42.7213.38+3.51+2.10
= 2.25
Batasan nilai HM adalah 1,7 – 2,3
Pengaruh HM > 2,3o Raw-mix sulit dibakar, kebutuhan energi
tinggi.o Karakteristik semen yang dihasilkan adalah
mempunyai kadar CaO bebas yangcenderung tinggi, kuat tekan awal dan panashidrasi tinggi, tidak tahan terhadap senyawaasam dan stabilitas volume yang rendah.
Pengaruh HM < 1,7o Raw-mix mudah dibakar, kebutuhan energi
rendah.o Karakteristik semen yang dihasilkan adalah
mempunyai kadar CaO bebas rendah, kuattekan rendah.
2. Lime Saturation Factor (LSF)
32322 65,018,18,2100
OxFeOxAlxSiOxCaOLSF
++=
Pengaruh LSF > 99o Raw-mix sulit dibakaro Sulit membentuk coatingo Temperatur gas keluar kiln naiko Kadar CaO bebas cenderung naiko Kadar C3S naik, sehingga kuat tekan awal dan
panas hidrasi naiko mengantisipasi kadar abu dan komposisi
kimia kadar abu batubara yang tinggi
Batasan nilai LSF adalah 90 – 99
Pengaruh LSF < 90o Raw-mix mudah dibakaro Fasa cair di burning zone berlebihan,
cenderung membentuk ring dan coatingwashing
o Klinker berbentuk bola-bola dan sulit digilingo Kadar CaO bebas rendaho Kadar C3S turun dan kadar C2S naik secara
proposionalo Panas hidrasi semen cenderung rendah
3. Modulus Silika
3232
2
OFeOAlSiOSM+
= (3)
Batasan nilai SM adalah 1,9 – 3,2
Pengaruh SM > 3,2o Raw-mix sulit dibakaro Fase cair rendah, thermal load tinggi, klinker
dusty dan kadar CaO bebas cenderung tinggi.o Sifat coating tidak stabilo Merusak bata tahan api.o Memperlambat pengerasan semen.o Kuat tekan semen cenderung tinggi
Pengaruh SM < 1,9o Selalu membentuk ringo Klinker sangat keras dan sulit digilingo Waktu pengikatan semen pendek dan panas
hidrasi naiko Kuat tekan awal semen (3 – 7 hari) rendaho Kiln tidak stabil, kebutuhan energi rendaho Mudah dibakar, fasa cair tinggi, menyerang
bata tahan api
4. Modulus Alumina ( AM ) atau Modulus Besi ( IM )
32
32
OFeOAlAM = (4)
Pengaruh IM > 2,5o Raw-mix sulit dibakaro Viskositas fasa cair pada temperatur tetap
akan naiko Semen yang dihasilkan mempunyai kuat
tekan awal tinggi, waktu pengikatan pendek,panas hidrasi tinggi, ketahanan terhadapsulfat rendah.
o Kadar C3A naik, C4AF turun, sedangkan C3Sdan C2S naik.
Pengaruh IM < 1,5o Fase cair mempunyai viskositas rendaho Semen yang dihasilkan mempunyai
ketahanan terhadap sulfat tinggi, kuat tekanawal rendah, panas hidrasi rendah
o IM yang rendah dan tidak adanya SiO2 bebasdalam raw-mix menyebabkan klinkermenjadi lengket dan membentuk bola-bolabesar.
5. Fasa cair (Liquid Phase)
LP = 3,0 Al2O3 + 2,25 Fe2O3 + MgO + (Na2O+ K2O)
(5)
Fasa cair yang normal adalah 23 % - 28 %Fasa cair yang ideal adalah 25 - 26 %
Fasa cair < 23 % :o Klinker cenderung berdebu (halus)o Gejala sirkulasi alkali meningkat, preheater
cenderung tersumbat secara periodiko Pembentukan dust ring di zona transisi
Fasa cair > 28 % :o Klinker cenderung padato Serangan terhadap bata basic di burning zone
6. Hardening Ratio
SCSCM
2
3E =
(6)
Pengaruh :Peningkatan initial strength, kenaikan panashidrasi dan penurunan durability semen
7. Modulus Caloric
AFCSCCSCM
42
33K
++
=A (7)
Harga MK di dalam portland cement 0,3 -1,8
Semakin tinggi harga MK akan menyebabkankenaikan panas hidrasi semen.
Tujuan evaluasi raw-mix :♣ mendapatkan informasi mengenai desain
raw-mix yang sesuai♣ operasi kiln yang smooth♣ kualitas klinker yang baik
Parameter-parameter kualitas raw-mix1. Mineralogi Bahan BakuUrutan reaktivitas mineral raw-mix dari yang mudahbereaksi sampai yang susah secara berurutan :
Calcite (aragonite) – dolomite – ankeriteKaolinite - Illite - chlorite - Montmorillonite - MuscoviteSilica amorph (glassy slags) - Silika mica danamphiboles silica (dari clay minerals) – silica dari felspars– ά-tridymite – ά-cristobalite – opal – chacedony - quartz
Tujuan Pengendalian Kualitas Raw Mix
2. Komposisi Kimia dan Modulus Raw-mixPengaruh komposisi kimia dalam proses pembakarandapat ditunjukkan dengan nilai-nilai modulus raw-mixseperti LSF, HM, IM, SM, dan liquid phase
3. Kehalusan Raw-Mix
k = A exp (-E/RT )Ukuran butiran yang sangat berpengaruh dalamraw-mix adalah mineral quartz dan calcite
1% Quartz > 100 μm = 6% Calcite > 100 μm
Raw-mix yang baik :Mineral Silika R200 μm < 0.5%
Mineral Silika φ90-200 μm < 1%atau
φ maksimum 44 μm untuk mineral quartz125 μm untuk mineral calcite
Target kehalusan raw-mix
12 % tertahan pada ayakan no. mesh 170 ( 90μm ) 2,5 % tertahan pada ayakan no. mesh 72 ( 212μm )
4. Temperatur Pembakaran
Temperatur pembakaran secara empirik diperkirakandengan persamaan :
oC = 1300 + 4,51 C3S – 3,74 C3A – 12,64 C4AFKecepatan pemanasan yang tinggi lebih disukaikarena:
- Ukuran partikel kasar masih dapatdiatasi
- Distribusi ukuran partikel yang tidakmerata masih dapat ditangani
- Pembentukan cristal C2S yang relatifkecil sehingga mempermudahinteraksinya dengan CaO bebasmembentuk C3S di dalam fasa liquid
Kenaikan waktu tinggal :
Kenaikan kandungan C3A dan penurunan C4AF Kenaikan C3S dan penurunan C2S Kuat tekan awal berkurang dan kuat tekan akhirbertambah Panas hidrasi awal berkurang Kualitas klinker relatif baik
Burnability dan Klinkerisasi
Burnability = f(T,θ)Mengukur CaO bebas pada selang waktu yang tetap dan temperatur tertentu. Semakin tinggi nilai CaO bebasberarti semakin rendah burnability.Mengukur waktu pada temperatur tetap untuk CaO bebas ≤ 2 . Semakin lama waktu yang dibutuhkanberarti semakin rendah burnability
Hal-hal yang mempengaruhi :
Mineralogi bahan bakuKomposisi kimia tepung bakuGranulometri tepung bakuPerlakuan panas terhadap Raw Mix
1. Burnability akan turun sebanding dengan naiknya kadarmineral calcite dan quartz yang terdapat dalam tepungbaku
2. 1 % quartz yang berukuran lebih besar dari 100 mikronsama pengaruhnya dengan 6 % mineral calcite dengan ukuran yang sama
3. Senyawa-senyawa minor seprti CaF2, Na2SiF6, Ca3(PO4)2 akan memperbaiki burnability
Mineralogi
Burnability dipengaruhi oleh perbandingan komposisioksida-oksida utama tepung baku, LSF, HM, SM danIM.
Komposisi Kimia
1. Semakin halus tepung baku, burnability semakin baik.2. Mineral silika yang berukuran antara 90 – 200 mikron
tidak lebih dari 1 %3. Ukuran maksimum yang masih diijinkan adalah 44 mm
untuk mineral quartz dan 125 mikron untuk mineral calcite
4. Ukuran ideal tepung baku adalah 10 -12 % tertahanpada ayakan no. mesh 170 (90 mikron) dan max 2,5 % tertahan pada ayakan no mesh 72 ( 212 mikron ).
5. Semakin homogen ukuran butir, burnability semakinbaik.
Granulometri
Perlakuan Panas
kenaikan temperatur dari 1360 oC menjadi 1420 oC mengakibatkan penurunan waktu tinggal menjadi setengahnya
T(C) = 1300 + 4,51 C3S – 3,74 C3A – 12,64 C4AF
5. BurnabilityPenentuan burnability dengan 2 cara, yaitu :
1. Mengukur CaO bebas = f (T , t).2. Mengukur waktu = f (Ttetap, CaO bebas ≤ 2)
Secara Kuantatif : Burnability Index dan Burnability Factor
Persamaan-persamaan :
a. BI1 = A3CAF4CS3C
+
b. BI2 = O2NaO2KMgOA3CAF4CS3C
++++
c. BF1 = )O2NaO2KMgO(3SM10LSF ++−+
d. BF2 = )O2NaO2KMgO(3)2SM(6LSF ++−−+
e. Bth = 55,5 + 11,9 R+90 + 1,58 (LSF3-90)2 – 0,43 Liq2
LSF3 = 3O2Fe65,03O2Al18,12SiO8,2
)MgO75,0CaO(100++
+
R+90 = Persen massa raw mix yang tertahanayakan 90 mikron
Liq = Persen liquid phase dalam raw mix
LSF = 98SM = 2,5R90 = 17 %
LSF = 98SM = 2,5R90 = 12 %
LSF = 94SM = 2,5R90 = 12 %
Gambar 1. Pengaruh perubahan raw-mixterhadap burnabillity
Kenaikan kehalusan partikel dari 17 % residuayakan 90μ menjadi 12 % residu ayakan 90μ,akan memperbaiki burnability raw-mix.
5. Temperatur Pembakaran
Temperatur pembakaran maksimum teoritisadalah 1450 oC - 1500 oC
Gambar 2. Prosentase Liquid phase terhadap temperatur
Pengaruh Modulus Kiln Feed thd Temperatur Klinkerisasi
Pengaruh Modulus Kiln Feed thd Temperatur Klinkerisasi
Pengaruh Modulus Kiln Feed thd Proses Klinkerisasi
Daily
Hourly samples
Monthly
Daily averages
LSF σ < 1.2 < 1.0SM σ < 0.04 < 0.03AR σ < 0.04 < 0.03
Raw meal LSF σ < 3.6 < 1.0
Kiln feed (or clinker)
Contoh Target Raw Meal dan Kiln Feed
Raw Mix Desain
Pengaruh Bahan Bakar PadatPengaruh abu dalam proses pembentukan clinker di dalam kiln adalah penurunan LSF dan peningkatan ALM, peningkatan liquid content diikuti dengan penurunan viskositas dan peningkatan mobilitas ion pada fase cair
Bahan bakar cair dan gas tidak mempengaruhikomposisi kilnker yang dihasilkan
- Sebagai regulator kiln feed- Sebagai inputan dalam raw mix design
kuantitas maupun kualitas dust perlu diketahui.
Pengaruh EP Dust
Evaluasi
Rata-rata dan range Standar Deviasi
Waktu
Kom
posi
siKi
mia
average
max
min
Waktu
Kom
posi
siKi
mia
σσ
The Range
x max ; x min
( ) ∑=
=+++=N
1i1N21 X
N1X....XX
N1X
The Mean
N21 X,......X,X Satu set pengukuran
N21 X,......X,X Satu set pengukuran
Interpretasi range dan rata-rata
99.7 %95.5 %68.3 %
XNumber of Samples
Standar DeviasiPenyimpangan dari nilai rata-ratanya
( ) ( ) ( )1N
XX....XXXXS2
N2
22
1
−−++−+−
=
atau
( )1
1
2
−
−=∑=
N
XXs
N
IN
Interpretasi Standar Deviasi
Blending Factor
Rasio antara standar deviasi input dan standardeviasi output
erroroutmeasuredout
errorinmeasuredin
corrout
corrin
ssss
ss
BF,,
,,
,
,
22
22
−
−==
Contoh Indikator Pengendalian Mutu
Variability IndicatorsPlant:Basis: Individual analyses performed every day, e.g 2-hourly analyses
Kiln feed Clinker
Month Day avg std avg std avg std avg std n avg std avg std avg std avg std n avg std avg std avg std avg std n avg range n
1234
28293031
avgstdn
Key Performance Indicator
Performance Indicators
Free limeSRLSFAR XY XYSRLSF ARSRLSFAR XY
Raw meal
QCX System
QCXOnstream
CF Silo
QCXProportioner
QCXLaboratory
RAW MATERIALS FEEDER
COMPUTER
Registration ofraw material
consumptions raw mix productions
Calculation of analysis
Calculation of deviation in raw mix quality requirements
Calculation of newraw material proportions
Raw mix sample preparation
Raw mix quality requirements
Plant operating constraints
X - RAY
RAW MILLWeighFeedersignals
HOMOGENIZATION SILO
SILO SILO
X - Ray measurements
Flow Diagram QCX System
QCX Control