SIMULASI NUMERIK PENDINGIN TEMBAGA DAN SIRKUIT AIR PADA LAPISAN REFRAKTORI TANUR LISTRIK

• Main Author: Santoso, Hengki
• Format: Final Project
• Language: Indonesia
• Online Access: https://digilib.itb.ac.id/gdl/view/63959
• Institution: Institut Teknologi Bandung

Indonesia merupakan salah satu penghasil bijih nikel laterit terbesar di dunia. Pengolahan nikel berbahan baku bijih ini umumnya dilakukan dengan jalur Rotary Kiln – Electric Arc Furnace (tanur putar - tanur listrik). Proses ekstraksi ini melibatkan temperatur lelehan yang tinggi hingga mencapai 1600 oC. Reaktor dilapisi dengan lapisan pelindung tahan panas, disebut juga refraktori, yang memisahkan lelehan dengan kerangka baja tanur. Interaksi refraktori dan lelehan dalam waktu yang lama dapat meningkatkan resiko kegagalan. Maka dari itu, sistem pendingin tembaga yang didinginkan dengan air seringkali dipasang di sepanjang dinding tanur untuk menurunkan temperatur rata-rata dari refraktori. Sistem ini juga memungkinkan terbentuknya lapisan slag beku sehingga transfer panas ke lingkungan dapat dihambat. Transfer panas yang terjadi di sepanjang lapisan refraktori dapat dimodelkan dengan simulasi numerik sehingga hal tersebut dapat membantu dalam proses mendesain tanur listrik. Namun begitu studi tentang refraktori dan pendingin ini sangat terbatas. Oleh karena itu, investigasi pendingin tembaga pada distribusi temperatur refraktori tanur listrik perlu diperdalam lebih lanjut seperti yang telah dilakukan pada studi ini. Serangkaian simulasi dilakukan dengan ANSYS Simulation Pack. Geometri tiga dimensi tanur listrik memiliki tinggi 7 meter, tidak termasuk struktur penopang, serta diameter internal terkecil dan terbesarnya masing-masing 17,66 meter dan 18 meter. Geometri tersusun atas balok magnesia, balok alumina, fireclay, pendingin tembaga, pipa monel, kerangka baja, dan air. Kondisi batas berupa temperatur yang konstan diterapkan pada permukaan bagian dalam tanur sedangkan pada bagian luar diasumsikan terjadi perpindahan panas secara konveksi dan radiasi menuju 25 oC. Hasil simulasi menunjukkan bahwa desain sirkuit yang berbeda mempengaruhi performa dari pendingin tembaga. Penambahan sirkuit air dapat mengurangi temperatur rata-rata dari pendingin tembaga secara signifikan. Adapun variasi pada peletakan pendingin tembaga akan menghasilkan profil temperatur yang berbeda pada lapisan refraktori. Temperatur maksimal pada lapisan baja berkurang sekitar 8,8 oC dengan penambahan satu baris pendingin tembaga. Adapun balok tembaga memiliki panjang (dalam - luar), lebar, dan tinggi masing-masing (798 - 849) milimeter, 580 milimeter, 140 milimeter. Kebalikannya, pengurangan satu baris pendingin waffle dengan dimensi panjang (dalam - luar), lebar, dan tinggi sebesar (798 - 829) milimeter, 430 milimeter, dan 360 milimeter menyebabkan kenaikan temperatur sekitar 10 oC dari balok tembaga dan area panas pada bagian bawah tanur semakin lebar.