Tiga Jalur Hemat Energi di Dapur Baja: Preheat Scrap di EAF, Optimasi Oksigen BOF, dan Panen Panas Buang

Di pabrik baja, panas adalah mata uang. Setiap kilowatt‑jam yang tak kembali ke logam cair adalah biaya yang terbakar. Tiga strategi—pra‑pemanasan scrap di electric arc furnace (EAF, tanur busur listrik), optimasi oxygen blowing di basic oxygen furnace (BOF, konverter oksigen dasar), dan pemulihan panas buang dari gas serta slag—menawarkan penghematan terukur, dari puluhan kWh/t hingga beberapa GJ/t, plus pemangkasan CO₂ yang langsung terasa di neraca energi.

Ukuran hasilnya sudah terpetakan: pra‑pemanasan scrap secara konvensional menghemat 40–60 kWh per ton baja (kWh/t, kilowatt‑jam per ton) dan memangkas waktu tap‑to‑tap (waktu antar‑tuang) 5–8 menit menurut 1library.net. Optimalisasi tiupan oksigen menaikkan efisiensi termal BOF, sementara gas buang panas dan slag membawa kantong energi laten yang besar—sebagian besar masih bisa dipanen dengan waste‑heat boiler (WHB) atau skema pemanfaatan lain (degruyter.com).

Pra‑pemanasan scrap pada EAF

Pra‑pemanasan scrap (memanaskan scrap dengan off‑gas sebelum dicairkan) adalah praktik matang untuk menurunkan konsumsi listrik EAF. Metode bucket preheating menaikkan suhu scrap ke ~315–450 °C dan lazimnya menghemat listrik sebesar 40–60 kWh/t baja (1library.net).

Sistem modern memberi hasil lebih besar. Single‑shaft furnace (tipe Fuchs) memanaskan ~⅓ muatan dan menurunkan kebutuhan daya EAF hingga ~18% (~77–110 kWh/t) (1library.net). Sistem continuous feeding seperti Consteel memanaskan scrap secara kontra‑arus di atas konveyor oleh off‑gas, mencapai ~~360 kWh/t~~ total energy use (dibanding ~420–450 kWh/t pada EAF lama) dan penghematan ~60 kWh/t (iipinetwork.org). Dalam praktik, pra‑pemanasan scrap sering memangkas listrik spesifik 10–25% (misal 110 kWh/t ≈25% dari baseline 440 kWh/t) dan memperpendek tap‑to‑tap 5–8 menit (1library.net, 1library.net). Keuntungan ikutannya: reduksi konsumsi elektroda ~0,3 kg/t dan refraktori ~1 kg/t (1library.net).

Ekonominya menarik. Retrofit Consteel pada EAF 500 ktpy (kiloton per tahun) diperkirakan menelan biaya ~$7,8/t‑steel dengan penghematan ~$3/t (≈1,3 tahun payback) (iipinetwork.org), sementara shaft preheaters bisa balik modal ~1 tahun (iipinetwork.org).

Konteks Indonesia menambah urgensi: EAF di Indonesia sudah menggunakan ~75% scrap feed (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), sehingga upgrade memberi potongan energi instan. Contoh, penambahan hot‑metal panas ke muatan (proksi panas scrap) menurunkan daya busur dari 87,4 MWh ke 72,9 MWh pada EAF 130 t (≈16% penurunan) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), dan implementasi pembakaran lanjut CO (post‑combustion) berpotensi memangkas konsumsi ~30% lagi (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Di sisi keandalan operasi, injeksi kimia yang presisi untuk sirkuit pendingin atau penukar panas didukung oleh peralatan seperti dosing pump. Untuk filtrasi industri bertekanan, housing baja seperti steel filter membantu menjaga kebersihan sirkuit tertutup tanpa menjadi bottleneck pada laju alir.

Optimasi oxygen blowing pada BOF

BOF (basic oxygen furnace) mengandalkan jet oksigen supersonik untuk mengoksidasi impuritas; “lance” (pipa tiup) memproyeksikan O₂ ke permukaan bath. Dalam operasi konvensional, hanya ~8–12% energi kimia karbon yang tertangkap di lelehan—sisanya keluar sebagai gas kaya CO (mdpi.com).

Strategi kunci adalah meningkatkan post‑combustion (membakar CO jadi CO₂ di dalam furnace) agar lebih banyak panas kembali ke logam dan memperpendek waktu tiup. Dual‑flow post‑combustion lances—dua nosel konsentris, jet dalam untuk dekarburisasi dan jet luar untuk membakar CO di atas bath—yang dioptimasi lewat CFD menggandakan konversi CO→CO₂ dari ≈10% menjadi ≈17% dari CO, sambil mentransfer sebagian besar panas ke baja cair (mdpi.com). Dampaknya, efisiensi termal BOF naik dan scrap bisa ditambahkan lebih tinggi.

Di ArcelorMittal Dofasco, combined‑blowing BOF (dengan bottom tuyeres yang menyuntikkan off‑gas ke shaft) menaikkan both scrap charging dan post‑combustion, memungkinkan kenaikan scrap rate 4% dan penurunan CO₂ yang sebanding (mdpi.com, mdpi.com). Studi di AS memperkirakan kontrol post‑combustion canggih dapat mengurangi kebutuhan energi total BOF ~30% (iipinetwork.org).

Pengadukan gas dari bawah (submerged tuyeres) juga menurunkan kebutuhan flux/O₂ dan meningkatkan yield. Pada uji BOF 80 t, pengaturan tinggi lance atas‑bawah yang dioptimasi menurunkan end‑point C dan O ~20% (dari 0,0032 ke 0,0026) dan memotong kehilangan Fe ke slag sebesar 2,2%—indikasi oksidasi dan kehilangan panas yang lebih rendah (onlinelibrary.wiley.com). Secara keseluruhan, manajemen O₂ yang ketat serta koordinasi tiupan (mis. variable lance height, multi‑port injection, post‑combustion jets) menekan kelebihan O₂ dan kehilangan energi (mdpi.com, iipinetwork.org).

Pemulihan panas dari off‑gas dan slag

Baik EAF maupun BOF menghasilkan off‑gas bersuhu tinggi dan slag cair yang membawa panas dapat dipulihkan. Pada EAF, gas buang panas (~1.100–1.200 °C) membawa ~15–30% panas proses. Analisis massa‑energi menunjukkan campuran ~50–50 antara energi kimia (dari CO) dan panas sensible di gas EAF. Untuk 50% hot‑metal charging, Yang dkk. memperkirakan ~274 kWh/t panas di gas (dan ~43 kWh/t di slag) (degruyter.com).

Memanen sebagian saja sudah besar dampaknya. WHB atau siklus uap pada EAF 150 t dapat merebut ≈130 kWh/t (pada ~30% efisiensi) (iipinetwork.org). Simulasi proses menunjukkan skema optimal (menggabungkan utilitas off‑gas dan pra‑pemanasan scrap) bisa memanen ~170 kWh/t, memangkas ~58 kg CO₂/t baja (degruyter.com). Dalam praktik, panas off‑gas EAF dipakai untuk memanaskan scrap (seperti di atas), menghasilkan uap jenuh, atau menggerakkan oxy‑fuel burners. Potensi pemulihan ~2,8–15,1 MWh/tahun listrik dari EAF 150 t dinilai layak secara teknis (iipinetwork.org)—memberi penghematan CO₂ hingga ~12–73 kt/tahun—meski tergantung durasi operasi dan penanganan off‑gas.

Integrasi WHB menuntut kualitas air umpan yang stabil; di utilitas pabrik, pengolahan air demineralisasi untuk feedwater lazim ditangani dengan perangkat seperti demineralizer atau produksi ultra‑pure water kontinu via EDI. Kestabilan kimia air boiler didukung bahan kimia seperti oxygen scavengers dan program alkalinity control untuk menjaga pH, yang umumnya diinjeksi dengan dosing pump berakurasi tinggi.

Di sisi pendinginan, sirkuit cooling tower untuk gas cooler/scrubber memerlukan program cooling tower chemical yang memadai; kontrol pertumbuhan hayati dengan biocides dan pencegahan kerak lewat scale control membantu menjaga performa heat exchanger konsisten.

BOF juga menghasilkan debit off‑gas besar (~3.000–4.000 Nm³/t, normal meter kubik per ton) pada ~900–1.000 °C, kaya CO. Banyak pabrik membersihkan dan membakar gas ini. Data NEDO (2008) menunjukkan 0,125–0,92 GJ/t panas gas BOF dapat dipulihkan (via uap atau ekspor gas) (iipinetwork.org). Di ArcelorMittal Ghent, gas BOF yang dipulihkan menggantikan ~0,7 GJ/t (≈700 kWh/t) bahan bakar eksternal, memangkas konsumsi energi total pabrik ~3% (iipinetwork.org). Reuse gas BOF menghindari ~50 kg CO₂ per ton baja (iipinetwork.org), dan skala globalnya berpotensi menekan ~25 MtCO₂/tahun (estimasi IEA). Implementasi tipikal melibatkan scrubber, pembersihan, dan sistem uap/daya onsite; biaya modal bisa ~$20/t‑capacity dengan payback sekitar satu dekade (iipinetwork.org).

Terakhir, slag ferrous (produk samping cair dari EAF/BOF) menyimpan panas sensible dan kimia yang signifikan. Pada saat tapping (~1.200 °C), energi dalam slag mencapai ~1–2 GJ/t (mdpi.com). Desain penukar panas baru seperti “RecHeat” mendinginkan slag dari ~1.200 °C ke ~300–400 °C sembari memanaskan udara atau fluida proses dari ~125 °C ke ~340 °C (mdpi.com). Secara teoretis, mengoksidasi FeO residu di slag (mis. chemical looping) juga bisa melepaskan panas atau menghasilkan fuel gas. Meski belum luas, pemulihan panas slag berpotensi menyumbang puluhan kWh per ton baja bila ditangkap (mis. tiap 10% dari “panggang” slag 1,5 GJ ≈ ~150 kWh). Intinya, mengintegrasikan pemulihan panas gas (boiler/pembangkit) dan penukar panas slag adalah salah satu peluang efisiensi terbesar di pembuatan baja—berpotensi memangkas energi beberapa GJ/ton sambil menurunkan CO₂ (degruyter.com, mdpi.com).

Sumber dan rujukan

Sumber: studi dan data industri otoritatif. Untuk pra‑pemanasan scrap dan data EAF, lihat survei industri dan laporan teknis (1library.net, iipinetwork.org, degruyter.com). Untuk perbaikan BOF, lihat Primetals («Green LD») dan ringkasan iipinetwork (mdpi.com, iipinetwork.org, onlinelibrary.wiley.com). Angka panas buang diambil dari analisis neraca panas dan studi kasus (degruyter.com, iipinetwork.org). Semua nilai dan contoh berasal dari literatur peer‑reviewed, laporan industri, atau basis data teknologi teragregasi (lihat citasi).