BAB II OPERASI POT REDUKSI
2.1
Aliran Proses Produksi Aluminium
Pabrik peleburan aluminium PT. INALUM beroperasi dengan kapasitas terpasang 510 pot 510 pot , terbagi dalam tiga gedung, sehingga di masing-masing gedung terdapat 170 pot . Arus listrik searah yang digunakan 170 ~ 186 KA, dengan tegangan tiap pot tiap pot sekitar sekitar 4,3 volt. Pot volt. Pot satu satu dengan pot dengan pot lainnya lainnya dihubungkan secara listrik seri dan diletakkan bersisian. Daya yang digunakan untuk satu pot adalah adalah 800kw, ini kira-kira setara dengan 1600 rumah berdaya listrik 500 watt. Pot reduksi dapat dilihat pada gambar II.1
Anode bus bar
Alumina hopper
Gas HF ducting Anode rod
blade
Side cover
bath
Anode Side block
Raming paste
Fire brick
Molten aluminium
Cathode bar Cathode Block
Gambar II.1 Pot reduksi reduksi
Siklus tungku reduksi dapat dikategorikan dalam 6 kelompok sebagi berikut: 2.1.1
Pot Rekonstruksi Rekonstruksi asteni ni ng (CF ) 2.1.1.1 Cathode F aste
Cathode fastening adalah pekerjaan penggabungan antara cathode block dan cathode bar menjadi satu bagian batang katoda
20
21
utuh (cathode (cathode assembly) sebelum digunakan dalam rekonstruksi pot dengan menggunakan besi tuang. Besi tuang berfungsi untuk menyambungkan cathode block dancathode dancathode bar . Bahan-bahan yang dipakai untuk mencampuran besi tuang yaitu pig iron sebagai bahan utama dengan bahan-bahan tambahan seperti: Ferro Ferro Silica, Ferro Phosphor, dan Carbon. Pekerjaan cathode fastening terdiri dari 7 langkah proses, yaitu : 1.
Proses pemeriksaan bahan yang akan digunakan. Dalam proses pemeriksaan ini biasanya dilakukan dilakukan joint inspection dengan seksi SMP. Bahan-bahan yang digunakan dalam cathode fastening antara antara lain : a.
Cathode block
b. b.
Cathode bar
c.
Pig iron
d. Ferro silica e.
Ferro phospor
f.
Bahan aditif flux dan flux dan carbon powder
2.
Pembersihan cathode bar
3.
Dilakukan dengan menggunakan shot blast machine, machine, dimana bertujuan untuk menghilangkan korosi-korosi yang terdapat pada cathode bar.
4.
Setting cathode block dan dan cathode bar. Setting dilakukan pada heating frame.
5.
Pemanasan Pemanasan ini dilakukan selain untuk menghilangkan kadar air juga untuk memanaskan cathode bar sehingga mencapai temperatur ± 650 OC untuk menghindari crack akibat thermal shock pada pada saat penuangan cast iron.
6.
Peleburan pig Peleburan pig iron didalam induction furnace Sebelum dilebur pig irondipanaskan iron dipanaskan untk menghilangkan kadar air. Kemudian pig iron dilebur dengan menambahkan menambahkan ferro
21
utuh (cathode (cathode assembly) sebelum digunakan dalam rekonstruksi pot dengan menggunakan besi tuang. Besi tuang berfungsi untuk menyambungkan cathode block dancathode dancathode bar . Bahan-bahan yang dipakai untuk mencampuran besi tuang yaitu pig iron sebagai bahan utama dengan bahan-bahan tambahan seperti: Ferro Ferro Silica, Ferro Phosphor, dan Carbon. Pekerjaan cathode fastening terdiri dari 7 langkah proses, yaitu : 1.
Proses pemeriksaan bahan yang akan digunakan. Dalam proses pemeriksaan ini biasanya dilakukan dilakukan joint inspection dengan seksi SMP. Bahan-bahan yang digunakan dalam cathode fastening antara antara lain : a.
Cathode block
b. b.
Cathode bar
c.
Pig iron
d. Ferro silica e.
Ferro phospor
f.
Bahan aditif flux dan flux dan carbon powder
2.
Pembersihan cathode bar
3.
Dilakukan dengan menggunakan shot blast machine, machine, dimana bertujuan untuk menghilangkan korosi-korosi yang terdapat pada cathode bar.
4.
Setting cathode block dan dan cathode bar. Setting dilakukan pada heating frame.
5.
Pemanasan Pemanasan ini dilakukan selain untuk menghilangkan kadar air juga untuk memanaskan cathode bar sehingga mencapai temperatur ± 650 OC untuk menghindari crack akibat thermal shock pada pada saat penuangan cast iron.
6.
Peleburan pig Peleburan pig iron didalam induction furnace Sebelum dilebur pig irondipanaskan iron dipanaskan untk menghilangkan kadar air. Kemudian pig iron dilebur dengan menambahkan menambahkan ferro
22
silica, ferro phospor, flux dan carbon powder untuk membentuk cast iron. 7. Puring atau penuangan cast iron Penuangan cast iron ini bertujuan untuk menyatukan cathode block dengan cathode bar dengan dengan temperatur cast iron antara 1260-1340 oC. 8.
Pendinginan Untuk menghindari pendinginanyang tiba-tiba maka setelah dituang, cathode assembly assembly (lihat gambar 4.2) ditutup dengan menggunakan heat cover yang yang dibuat secara khusus dari bahan kao wool dan dan dilapisi dengan wire mesh yang mesh yang disebut fine flex. Pendinginan ini berlangsung selama 8 jam.
Gambar II.2 Alur Proses Cathode Fastening 2.1.1.2
Cath ode Paste (CP)
Cathode paste merupakan salah satu sub seksi yang bertanggung jawab dalam pot rekonstruksi.Terdapat 4 jenis blok katoda ditinjau dari bahan baku dan proses pembuatannya, yaitu : 1.
Blok katoda Amorphous, Amorphous, bahan bakunya antrasit: dibaking di baking pada temperatur ±1200 oC.
23
2.
Blok katoda semi Graphitic, bahan bakunya grafit: dibaking pada temperatur ±1200 oC.
3.
Blok katoda semi Graphitized, bahan bakunya grafit: mengalami proses heat treatment sampai temperatur ±2300 oC.
4.
Blok katoda Graphitized, bahan bakunya kokas: mengalami gravitasi sampai temperatur ±3000 oC. Pemilihan jenis blok katoda ini ditentukan oleh desain pot
dan arus listrik yang digunakan. Cathode lining
adalah proses
rekonstruksi pot yang telah mati, baik secara keseluruhan ( full repair )maupun secara sebagian ( partial repair ) termasuk didalam pekerjaan setting bottom dan sidewall brick maupun pekerjaan ramming. Adapun untuk kegiatan kerjanya adalah sebagai berikut : 1. Bottom castable Pemasukan castable C-13 sebanyak ± 1900 kg kedalam dasar pot berfungsi sebagai penahan panas dan untuk meratakan permukaan katode blok. 2.
Pemasangan bottom brick Pemasangan brick B-1 sebanyak ± 4500 buah dan pot ongan 1 set pada lapis-1 dan 2; brick C-1 sebanyak ± 1250 buah pada lapis-3 (keduanya sebagai isolite) serta batu tahan api SK32(lihat gambar 4.3) pada lapis-4. Disamping itu juga dilakukan pemasangan superwool 607 sebanyak 4 roll antara sisi samping brick yang sudah terpasang dengan sisi sel pot . Kecuali brick B1, diantara brick diberi mortar HS ± 80 kg untuk isolite brick dan mortar HF ±200 kg untuk fire brick yang berfungsi untuk menutup celah yang ada antar brick. Pemasangan bottom brick berfungsi untuk menahan panas keluar dari sisi bawah pot .Dibawah
ini terdapat beberapa spesifikasi brick yang
digunakan untuk rekontruksi pot . 3.
Setting cathode block
24
Cathode block 16 buah yang akan dipasang adalah elektroda bermuatan negatif, yang akan ditangkai dengan kolektor bar (cathode assembly). Sisi katoda blok berbentuk sirip-sirip yang berguna sebagai pengait ikatan saat dilakukan slot ramming . Sebelum pemasangan diletakan seal plat besi dan plat non asbestos pada kedua ujung kolektor bar . Pemasangan katoda blok dilakukan di atas bottom brick yang telah dilapisi dengan pasta karbon sebanyak ± 1200 kg. Jarak antar katoda blok terpasang
35
-
45
mm.
Kegiatan
pemasangan
ini
menggunakan Anode Changing Crane (ACC). 4.
Castable under upper collector bar Pemberian castable 13 N sebanyak 950 kg berguna untuk mengisi sisi bawah dan atas kolektor bar dan berfungsi untuk menahan agar panas dari sisi bawah tidak terbuang.
5.
Pemasangan brick dinding samping ( sidewall brick ) Setelah selesai pemasangan castable dibawah dan diatas kolektor bar, dipasang brick B-1 sejumlah ± 400 buah dan brick B-1 potong/ cutting brick 1 set (934 buah) diantara celah kolektor bar . Baru kemudian dipasang brick tahan api SK-32 sejumlah ± 2860 buah. Pemasangan ini bertujuan untuk menghindari kehilangan panas dari sisi samping pot .
6.
Setting rand block Rand block yang dipasang terdiri type A ± 52 buah, type B ± 8 buah, type C ± 4 buah, type D ± 4 buah total 68 buah yang terbuat dari silicon carbide. Diantara rand block yang terpasang dilapisi oleh SIC mortar setebal ± 2 mm dengan total pemakaian ± 100 kg. Pemasangan rand block ini sebagai penyekat batu dinding
damping
juga
berfungsi
untuk
menahan
atau
mengurangi panas yang keluar dari sisi samping. Terdapat spesifikasi randblock yang digunakan di pot reduksi. 7.
Slot ramming (C-Ramming )
25
Pada saat pemasangan katoda blok, terdapat celah antara satu blok dengan blok yang lain dengan jarak se Maka dilakukan ramming
pada celah tersebut dengan
mengisikan pasta dengan jumlah total ± 1900 kg yang bertujuan untuk melapisi tiap – tiap parit antara katoda blok yang ada didalam pot reduksi dengan katoda pasta agar nantinya cairan alumunium dan material bath yang ada diatas permukaan katoda blok tidak bocor kebawah. 8.
Sidewall ramming Sidewall ramming (R- Ramming ) dilakukan untuk melapisi dinding samping antara sisi ujung katoda blok dengan brick samping dengan menggunakan material pasta katoda sebanyak ± 9800 kg. Hal ini dilakukan setelah selesai pekerjaan slot ramming .
9.
Castable upper randblock Castable yang dipasang adalah castable HC-AL sebanyak ± 950 kg yang berguna manahan panas yang keluar melalui plat deck.
10. Sealing ataupenyekatan kolektor bar Material yang digunakan adalah fire proof plastic sebanyak ± 50 kg. Penyekatan kolektor bar d ri setelah start-up bertujuan agar panas tidak keluar dari sela kolektor bar dan mencegah oksidasi udara masuk melalui sela kolektor bar . Tidak semua potcut out akan direkontruksi secara keseluruhan ( full repair ). Beberapa diantaranya dilakukan rekontruksi (lihat gambar II.3) sebagian ( partial repair ) dengan syarat- syarat sebagai berikut: 1.
Umur Pot 2200 hari
2.
Jumlah kolektor bar yang putus 1 buah
3.
Kolektor bar cooling 1 buah
4.
Kelengkungan blade maksimum 100mm
26
5.
Tambal kolektor bar maksimum ukurannya 200 x 200 mm dan maksimum 2 lokasi yang berbeda Perbaikan pot partial untuk mempersiapkan secepatnya pot
cut out untuk dapat di start-up kembali tanpa mengganti lapisan brick dasar dan cathode block . P/R partial pada bagian katoda biasanya menggunakan bahan yang merupakan bahan hasil recycle dari bahanyang tak terpakai dari hasil pembongkaran cathode block yang direkontruksi secara total atau cathode block yang reject . Blok yang reject atau sisa ini kemudian dihancurkan di Rodding Plant untuk dibuat sebagai bahan penambal kerusakan yang terjadi pada cathode block . Sedangkan untuk firebrick, side blocks dan ramming paste yang mengalami kerusakan kecil maka akan direkontruksi dengan mengganti bagian yang rusak tersebut dengan bagian yang baru. Urutan kegiatan diantaranya adalah: 1.
Setting sidewall brick Penggantian sidewall brick adalah pada lokasi yang rusak, akan diganti dengan brick yang baru maupun yang bekas (kondisi yang masih digunakan).
2.
Setting rand block Setting rand block juga menggunakan campuran blok yang baru (jika kerusakan rand block melebihi 150 mm) dan yang bekas kondisi yang masih digunakan).
3.
Penempelan permukaan cathode block (patching) Permukaan katoda blok dibersihkan dahulu dari bath beku dan material lainnya. Pada saat pembersihan dilakukan pengamatan dan terhadap tinggi permukaan, keretakan, kondisi kanal slot ramming ,
metal yang
menyusup
ke
kanal
dan
katoda
blok.Bersamaan dengan itu, material carbon powder, soft pitch (10 – 12,5% dari berat carbon powder ) , hard pitch (4,5 – 5% dari berat carbon powder ), anthracene oil (0,75% dari berat carbon powder ), dicampur dan dipanaskan sampai temperatur
27
150 ± 5
o
C dan dibawa ke lokasi penambalan ( pot ). Juga
dilakukan pemanasan kepada rammer dan soft pitch untuk perekat. Permukaan cathode block dipanaskan ± 45 menit sampai temperatur 60 ± 5 oC. Setelah persiapan selesai maka dilakukan penambahan permukaan cathode block. 4.
Sidewall ramming Pasta yang digunakan untuk sidewall ramming partial sebanyak 8500 kg.
5.
Castable upper randblock
6.
Sealing
Gambar II.3 Pot yang telah direkonstruksi
2.1.2 Baking (Preheating )
Baking adalah pemanasan permukaan blok katoda secara bertahap, tujuannya menghindari thermal shock yang mungkin terjadi bila pot yang masih dingin tiba-tiba dioperasikan pada temperatur tinggi. Secara umum ada dua metoda proses baking yang digunakan saat ini, yaitu : 1. Reduction Cell Electrical Bake-out atau Resistance Preheating atau Coke Bed Preheating Dalam prosesnya, metoda ini diterapkan terhadap pot yang telah direkonstruksi
sebagian
atau
penuh
( partial
or
full
reconstruction) tanpa ada sisa bath dan metal beku di dalam
28
pot tersebut. Pemanggangan dilakukan dengan menggunakan arus listrik dan shunt resistor dan berlangsung sampai distribusi temperatur pada permukaan katoda mencapai ± 800-900 oC (± selama 72 jam, tergantung dimensi pot dan kuat arus yang dipakai). Selain itu metoda ini juga menggunakan coke (kokas) sebagai media penghantar arus/panas dari anoda ke katoda dan sebagai isolasi terhadap oksidasi. 2. Reduction Cell Fuel Bake-out atau Fuel Fired Baking atau Thermal Preheating Metoda kedua ini adalah metoda baking yang menggunakan bahan bakar minyak atau gas LPG sebagai bahan bakar dan dilengkapi
dengan
burner
(semacam
nozzle
untuk
menginjeksikan nyala api/panas ke dalam pot ). Gas Baking System
termasuk
ke
dalam
kelompok
metoda
ini
dan
menggunakan gas LPG sebagai bahan bakar di dalam prosesnya. Pada umumnya, pabrik peleburan aluminium (alumunium smelter ) di negara maju yang krisis energi listrik banyak menggunakan metoda gas baking pada setiap proses baking sehingga mereka tidak lagi menggunakan arus listrik pada saat baking tetapi memanfaatkan arus tersebut untuk meningkatkan produktivitas (produksi aluminium cair). Apalagi jika smelter tersebut tidak memiliki fasilitas pembangkit listrik sendiri, mereka akan cenderung menggunakan metoda gas baking untuk proses pemanggangan pot . Hal ini disebabkan karena harganya (total cost ) jauh lebih murah dan hasilnya cukup memuaskan apabila ditinjau dari segi distribusi temperatur pada permukaan lining pot. PT. INALUM dari awal pengoperasiannya menggunakan metoda electric baking untuk proses pemanggangan pot . Sejak tanggal 23~26 April 2002 dilakukan uji coba metoda gas baking dengan hasil yang cukup memuaskan. Hingga saat ini, PT. INALUM menggunakan electric dan gas baking system untuk pemanggangan pot . Pemilihan metoda baking tergantung pada ketersediaan energi listrik dan LPG.
Gas baking
29
systemyang
dilakukan
PT.
INALUM
saat
ini
bertujuan
untuk
mempersiapkan suatu sistem restart-uppotcut-out (menghidupkan kembali pot yang sudah mati) yang cepat, aman, dan biaya rendah dalam mengantisipasi gangguan terhadap arus listrik untuk jangka waktu yang lama, dimana sejumlah besar pot harus di-cut-out (dimatikan).
2.1.3
Start-up
Setelah operasi baking yang berlangsung selama 72 jam (3 hari) atau pada akhir masa operasi baking , temperatur blok katoda sekitar 750 0C dan siap untuk start-up. Metode start-up dibagi atas dua bagian berdasarkan jenis pemanggangan awal ( preheating ) pot , yaitu : 1. Metode start-upuntuk gas baking a. Gas LPG dimatikan kemudian burner yang ada di dalam pot dikeluarkan. b. Cover yang ada disekeliling pot dibuka, kemudian arus diturunkan sampai 130 KA. c. Serbuk kriolit ditaburkan di sekeliling dinding pot , hal ini dilakukan agar panas tidak banyak yang hilang. d. Dimasukkan bath cair (ladle pertama dan kedua) sebanyak ± 10 ton kemudian Pasak Hubung Singkat (PHS) dicabut, diatur posisi busbar anoda sehingga terjadi funken atau Anode Effect (AE) dan arus dinaikkan kembali hingga normal. e. Dimasukkan alumina ke dalam pot . f. Pertahankan funken selama 10 – 15 menit dan setelah itu funken dimatikan dengan jalan menyemprotkan udara kering ke dalam bath cair dengan menggunakan pipa AE g. Dimasukan bathcair (ladle ketiga) sebanyak ± 5 ton. h. Hood ditutup seluruhnya kemudian peralatan dikembalikan ke tempat yang telah ditentukan. i. Setelah satu hari, dilakukan metal charging yaitu pemasukkan metal cair ke dalam tungku sebanyak 12 ton.
30
j. Dicatat data-data operasi start-up. 2. Metode start-upuntuk electric baking a. Kokas isolasi dikeluarkan dengan menggunakan ladle kokas. b. PHS (Pasak Hubungan Singkat) dimasukkan untuk memutus arus listrik, alat kontrol Anode Current Distribution Device (ACDD) dilepas dan diletakkan ditempat yang telah ditentukan. c. Posisi busbar diatur pada 280 mm kemudian anoda diangkat ±100 mm dan anoda diklem menggunakan ACC. d. Dengan menggunakan motor jack posisi busbar dinaikkan ke posisi 100 mm. e. Kokas dasar didorong kebagian sisi panjang arus masuk dengan menggunakan sapu kokas yang dibantu dengan forklift putar dan kokas dasar dihisap dengan ladlekokas sampai habis. f. Busbar diturunkan ke posisi 360 mm kemudian arus diturunkan sampai 130 KA. g. Dimasukkanbath cair (ladle pertama dan kedua) ±10 ton yang diambil dari pot penyedia bath lalu dituang ke dalam pot dengan menggunakan ladlebath. h. PHS dicabut dan posisi busbar diatur hingga terjadi Anoda Effect (AE) dan arus dinaikkan kembali hingga normal. i. Dimasukkan sodium karbonat dan alumina ke dalam pot . j. Funken dipertahankan selama 10 - 15 menit dan setelah itu funken dimatikan dengan jalan menyemprotkan udara kering ke dalam bath cair dengan menggunakan pipa AE. k. Bath cair (ladle ketiga) sebanyak ± 5 ton dimasukkan ke dalam pot . l. Hood ditutup seluruhnya kemudian peralatan dikembalikan ke tempat yang telah ditentukan. m. Setelah satu hari, dilakukan metal charging yaitu pemasukan metal cair kedalam pot tersebut sebanyak 12 ton dan dicatat data-data yang diperlukan
31
2.1.4
Transisi
Transisi adalah masa peralihan dari start-up menuju operasi normal. Selama transisi, komposisi bath, tinggi metal dan tinggi bath, harus dijaga sesuai dengan standarnya. Pada masa transisi ini, terjadi pembentukan kerak samping yang berguna sebagai pelindung dinding samping dari serangan bath yang korosif. Pada akhir masa transisi, heat balance di dalam pot diharapkan sudah stabil. Meskipun masa transisi hanya berlangsung 35 hari pengaruhnya terhadap umur dan kestabilan pot cukup besar.
2.1.5
Operasi Normal
Saat memasuki operasi normal kondisi pot diharapkan sudah stabil. Pekerjaan-pekerjaan utama yang biasa dilakukan antara lain: a.
Penggantian anoda dan penaikanbusbar anoda Anoda di dalam pot berjumlah 18 buah, dengan masa pakai tiap
anoda 28 hari. Agar tegangan pot tetap stabil, penggantian anoda harus diatur, tiap harinya 1 anoda yang boleh diganti. Untuk anoda pojok (A, H dan J atau 18, 1 dan 9), 1 hari berikutnya tidak ada penggantian anoda. Busbar anoda adalah batangan aluminium penghantar listrik, tempat menjepitkan rod anoda. Busbar anoda dapat bergerak turun naik menggerakkan seluruh anoda. Karena dilakukan metal tapping setiap 4 shift , maka busbar anoda akan turun. Secara berkala (± 14 hari sekali) busbar anoda harus dinaikkan pada posisinya semula. Pada saat ini penggantian anoda dan penaikan busbar ini dilakukan dengan bantuan ACC ( Anode Changing Car ).
Gambar II.4 Nomor anoda dari tap ke duct
32
Tabel II.1 Jadwal penggantian anoda Hari
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Anoda
A
-
B
C
D
E
-
F
G
-
H
-
I
-
Hari
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
J
-
K
L
M
N
-
O
P
-
Q
-
R
-
Anoda
b.
Pengambilan metal cair (metal tapping – MT) Metal cair hasil proses produksi, setiap hari diambil dengan dihisap
dengan menggunakan ladlemetal yang digantungkan pada ACC. Banyaknya metal yang diambil dari setiap pot disesuaikan dengan tinggi metal nya dan kondisi pot itu sendiri, besarnya ± 1,4 ton perhari atau 1,8 – 1,9 ton per 32 jam.. c.
Pemasukan material AlF3 merupakan aditif yang dimasukkan setiap hari, untuk
mengimbangi penguapan gas fluorida dan menjaga komposisi bath tetap stabil. Fungsi utamanya menurunkan temperatur bathcair, sehingga pot bisa dioperasikan pada temperatur yang lebih rendah. Pemasukan AlF 3 ke dalam pot , dilakukan dengan AlF 3 car . d.
Pemecahan kerak tengah dan pemasukan alumina Pemecahan
kerak
tengah
dilakukan
oleh
blade,
sedangkan
pemasukan alumina ke dalam bath sebanyak kira-kira 20 kg dilakukan melalui gate alumina di bagian tengah pot . Pekerjaan ini dikontrol secara kontinyu oleh komputer. e.
Pengontrolan voltage dan penanggulangannoise Agar temperatur pot tetap terjaga, maka tegangan pot yang
sebanding dengan energi input perlu dikontrol terus menerus. Pekerjaan pekerjaan di atas dikontrol oleh komputer. f.
Pengukuran parameter 1) Pengukuran tinggi bath (s) dan tinggi metal (m) dan metal clear (mc)
33
Tinggi bath, metal dan metal clear diukur setelah pengisapan metal (metal tapping ) dan dilakukan oleh shift berikutnya.Standar tinggi bath cair (s) rata-rata saat ini 21.5 cm. Bila tinggi bath cair () ≥ 2 c, bath cair (s) harus dikeluarkan (ditimba manual dengan kereta bath) dan sebaliknya bila tinggi tinggi bath cair (s) ≤ 7 c, u bath cair. Sedangkan untuk standar tinggi metal cair (m) saat ini adalah 25 cm. 2) Pengukuran keasamanbathdan kandungan CaF 2 Keasaman bath dinyatakan dengan kelebihan kandungan AlF 3 di dalam bath, satuannya persen AlF3. Untuk CaF 2 satuannya persen CaF2. Pengukuran kedua parameter ini dilakukan dua kali per minggu. 3) Pengukuran kemurnian metal (kadar silika dan Fe) Pengukuran kemurnian metal setiap pot dilakukan dua kali per minggu. Sedangkan untuk metal yang akan ditapping, kemurnian metal dihitung di bagian casting sebagai TPM (Total Produk Managemen) untuk setiap pot . 4)
Pengukuran
distribusi
tegangan pot,
tinggi
lumpur
dan
jumlahmetal Pengukuran-pengukuran di atas dilakukan secara random satu pot per block satu kali perbulan, berguna untuk mengetahui kondisi pot secara umum. 5) Pengukuran temperatur bath Temperatur bath diukur 5 kali seminggu, berguna untuk mengetahui rata-rata temperatur pot dan sebagai pemasukan AlF 3.
2.1.6
CutOut Pot
Cut out atau mematikan pot dilakukan bila kondisi pot sudah memburuk dan tidak memungkinkan untuk dioperasikan lagi. Tanda-tanda pot mulai memburuk diantaranya:
34
a)
Kadar Fe atau Si dalam metal cair naik dan tidak bisa diturunkan kembali Bila blok katoda retak atau berlubang, baja kolektor bar di bawah
blok katoda dapat tererosi dan larut di dalam metal cair, menyebabkan kandungan Fe di dalam metal cair naik. Demikian pula bila dinding samping tererosi, Si yang terkandung di dalam bata isolasi akan larut, sehingga kandungan Si di dalam metal aluminium naik, menyebabkan kualitas metal yang dihasilkan turun. Bila erosi dan lubang yang terjadi ini tidak bisa ditanggulangi dengan baik, pot bisa mengalami kebocoran. b)
Operasi pot yang sulit Bila noise sulit dikendalikan, temperatur dan tegangan pot sering
naik dan sulit diturunkan, AE yang timbul sulit dihentikan, operasi manual banyak dilakukan sehingga memberatkan operator maka pot tersebut bisa dikatakan sulit dioperasikan. Kondisi seperti ini biasanya terjadi pada pot tua yang lumpurnya tinggi. Dengan memakai alat Pasak Hubung Singkat (PHS) arus listrik ke pot yang dicut out diputuskan. Pot yang mati ini selanjutnya direkonstruksi sehingga di waktu mendatang bisa dioperasikan kembali.
2.2
Diagram Alir Bahan Baku
Bahan-bahan untuk keperluan produksi aluminium didatangkan melalui pelabuhan. Bahan-bahan tersebut adalah alumina, hard pitch, kokas ( petroleum coke). Alumina akan dimasukkan ke dalam silo alumina yang berkapasitas 20.000 ton per silo dan ada 3 silo yang tersedia yakni silo A, B dan C. Untuk pembuatan anoda karbon kokas dimasukkan ke dalam silo kokas dan hard pitch dikirim ke pitchstorage
house. Pengiriman bahan-bahan tersebut menggunakan
belt
conveyor . Alumina yang berada di dalam silo alumina kemudian dibawa ke dryscrubber system ( DSS ) menggunakan sistem air slide untuk direaksikan dengan gas HF yang merupakan gas hasil operasi pot.Dry scrubbing system ini adalah sebuah sistem untuk mengurangi kadar gas HF sebelum dilepaskan ke
35
udara bebas melalui cerobong gas cleaning system. PT.INALUM menetapkan standar pelepasan gas buang HF sebesar 1 mg-F/Nm 3 dari 10 mg-F/Nm 3 yang ditetapkan pemerintah. Hasil dari reaksi ini adalah reacted alumina yang langsung disimpan dalam reacted alumina bin ( RA Bin). Dan reacted alumina nantinya akan dicampur dengan return crust di bath material mixing center ( BMMC ) yang menghasilkan mixed alumina. Kemudianmixed aluminadibawa ke day bin menggunakan belt conveyor. Proses ini disebut gas cleaning.
Dengan
menggunakan anode changing crane ( ACC ) dari day bin, mixed alumina didistribusikan ke setiap pot dengan memasukkannya ke hopper pot yang nantinya secara berkala akan diumpankan ke pot reduksi. Kokas yang ada di dalam silo kokas akan dicampur dengan butt (puntung anoda) dan akan mengalami pemanasan. Kemudian dicampur dengan hard pitch yang berfungsi sebagai perekat. Campuran ketiga bahan ini akan dicetak menggunakan shaking machine di anode green plant dan selanjutnya mengalami pemanggangan pada baking furnace. Hasilnya adalah anode block di anode baking plant. Blok-blok anoda kemudian akan dipasangi tangkai (anode asssembly) di anode rodding plant . Anoda tersebut kemudian akan dikirimkan ke anode baking plant untuk dipanggang. Setelah itu barulah dikirim ke reduction plant dengan anode transport car ( ATC ) untuk keperluan proses elektrolisis alumina menjadi aluminium. Setelah ± 28 hari anoda diganti dan sisa-sisa anoda (butt ) dibersihkan. Butt ini kemudian akan dihancurkan dan dimasukkan ke silobutt . Butt kemudian dipakai kembali (recycle) sebagai bahan pembuatan anoda bersama kokas dan pitch. Pada tungku reduksi akan terjadi proses elektrolisis alumina. Aluminium cair yang dihasilkan pada tungku kemudian dibawa ke casting shop menggunakan metal transport car (MTC). Di casting shop, aluminium cair dimasukkan ke holding furnace, lalu dituangkan ke casting machine untuk dicetak menjadi ingot aluminium dengan berat masing-masing ingot berkisar 22,7 kg (50lbs).
36
Gambar II.5 Aliran proses aluminium PT. INALUM 2.2.1
Spesifikasi Bahan Baku 2.2.1.1 Bahan Baku Utama
Bahan baku utama dalam proses elektrolisis aluminium di PT. INALUM sebagai berikut: 1.
Alumina Alumina (Al2O3) diperoleh dari pengolahan bijih bauksit
(Al2O3.H2O)dengan proses Bayer.Proses bayer terdiri dari tiga tahap reaksi yaitu: 1. Ekstraksi Al2O3.xH2O + 2NaOH
2 NaAlO2 + (x +1)H 2O...(4.1)
2. Dekomposisi 2NaAlO2 + 4 H2O 2 NaOH +Al 2O3.3H2O.....(4.2) 3. Kalsinasi Al2O3.3H2O + kalor
Al2O3+ H2O...............…()
37
Pada proses kalsinasi akan dihasilkan jenis alumina sandy jika operasi berlangsung pada temperatur rendah dan jenis alumina floury untuk operasi pada temperatur tinggi. PT. INALUM mengimpor alumina dari negara Australia. Spesifikasi alumina yang dipakai PT. INALUM untuk peleburan aluminium dipaparkan pada tabel 4.2 Tabel II.2 Spesifikasi Alumina Item
Satuan
Spesifikasi
Loss on Ignition (300-1000C)
%
0,90 maks
SiO2
%
0,015 maks
Fe2O3
%
0,012 maks
TiO2
%
0,005 maks
Na2O
%
0,400 maks
CaO
%
0,030 maks
Al2O3 (dalam keadaan kering)
%
98,70 maks
Spesific Surface Area
m /g
60 – 80
+ 100 mesh
%
2,0 maks
+ 150 mesh
%
22-35 maks
- 325 mesh
%
8,5 maks
Water Contents 110oC
%
0,76 maks
Tamped Density
Gr/cc
1,2 maks
Untamped Density
Gr/cc
1,0 maks
Angle of Repose
Deg
33 maks
Particle Size
2.
Anoda Karbon Anoda karbon berfungsi sebagai reduktor dalam proses
elektrolisis alumina. Anoda karbon diproduksi pada pabrik karbon (carbon plant ). Komposisi karbon terdiri dari 60% petroleum coke, 15% hard pitch, dan 20% butt (puntung anoda). Sifat-sifat anoda karbon yang dipakai adalah sebagai berikut :
38
1. Tahan terhadap perubahan panas (thermal shock ) sehingga tidak mudah retak saat beroperasi pada temperatur tinggi. 2. Angka muai panas yang rendah agar anoda sulit terlepas dari tangkai anoda pada temperatur tinggi. 3. Memiliki konduktivitas panas tinggi agar segera mencapai temperatur tinggi pada proses pemanasan (baking ). 4. Konduktivitas listrik tinggi (0,0036-0,0091 Ohm.cm) agar aliran listrik efektif. 2.2.1.2 Bahan Baku penunjang
Bahan baku penunjang dalam proses elektrolisis aluminium di PT. INALUM sebagai berikut: 1.
Kriolit Kriolit dapat mengandung CaF 2 dan AlF3 yang dapat
membentuk kriolit Na3AlF6. Sifat-sifat yang diperlukan untuk kriolit adalah: 1. Temperatur kristalisasi primer rendah. 2. Konduktivitas listrik baik. 3. Stabil dalam keadaan cair 4. Dapat melarutkan alumina dalam jumlah yang besar. 5. Berat jenis atau densitasnya lebih kecil dari pada alumnium, sehingga aluminium akan mengendap di bawah, atau terpisah dari bath. Untuk memperbaiki sifat kriolit tersebut, bath biasanya ditambah dengan beberapa bahan tambahan seperti fluorida, alkali metal , AlF3 dan CaF2. Kriolit berfungsi sebagai larutan elektrolit dalam proses elektrolisis alumina. 2.
Aluminium Fluorida Aluminium fluorida berfungsi menjaga keasaman bath dan
merupakan bahan yang dituangkan secara manual jika kekurangan
39
AlF3 di dalam bath. Spesifikasi AlF3 yang digunakan
tercantum
pada tabel 4.3 Tabel II.3 Spesifikasi Aluminium Fluorida Item
Unit
Spesifikasi
AlF3
%
93 Min
SiO2
%
0,25 Max
P2O5
%
0,02 Max
Fe2O3
%
0,07 Max
Moisture (Water Content)
%
0,35 Max
Loss of Ignition 300-1000 oC
%
0,85 Max
Bulk density (untamped )
gram/cc
0,7 Min
Particle Size (Tyler Mesh)
3.
Typical
+ 150 mesh
%
25 – 60
+ 200 mesh
%
50 – 75
+ 320 mesh
%
75 min
Soda Abu (Na 2CO3) Soda abu berfungsi memperkuat struktur katoda dan
dinding samping agar sulit tererosi. Lapisan dinding samping dengan Na2CO3dilakukan pada tahap start-uppot untuk membantu proses pembentukan kerak samping. Selain mencegah erosi oleh bath, soda abu juga berfungsi sebagai isolasi termal. Adapun spesifikasi soda abu yang digunakan tercantum pada tabel 4.4 Tabel II.4 Spesifikasi Soda Abu Komposisi
Loss
on
Fe2O3
NaCl
Ignitation
Isoluble
Na2CO3
Water
2.2.2
1,0 max.
Unit
Density (gr/cm3)
( Lo I )
Kemurnian
App.
0,01max
0,5 max
0,2 max
Distribusi Bahan Baku Produksi
99,0 min
1,0 min
%
40
Distribusi bahan bakuproduksi ditangani oleh gas cleaning dan transportasi. Gas cleaning berperan sebagai pembawa bahan baku utama yaitu alumina ke dalam pot reduksi dan menurunkan kadar gas HF hasil proses di pot reduksi sebelum dilepaskan ke udara bebas. Fasilitas utama di gas cleaning sebagai berikut: 1. Fresh Alumina Handling System Sistem ini menangani penyimpanan fresh alumina di dalam silo alumina dan pengirimannya ke Dry Scrubbing System (DSS). Banyaknya alumina yang dikirimkan diukur dengan flowmeter . 2. Dry Scrubbing System Sistem ini berfungsi menyaring debu dan mengadsorbsi gas fluorida yang berasal dari pot reduksi. Fresh alumina dari silo, dialirkan melalui air slide ke dalam reaktor dan direaksikan dengan gas buang dari pot reduksi. Gas ini diisap dari pot reduksi dengan menggunakan main exhaust fan. Debu dan alumina yang bereaksi ini kemudian disaring di dalam bag filter . Udara yang sudah bersih dibuang ke atmosfer melalui exhaust stack.Untuk menjaga tekanan di dalam bag filter stabil, alumina dan debu yang menempel di kain bag filter perlu dihembus secara periodik dengan udara bertekanan rendah yang diatur melalui dumper . Udara ini berasal dari reverse flow fan. Alumina yang jatuh kemudian ditampung di dalam hopper bag filter , dialirkan dan disirkulasikan kembali ke dalam reaktor untuk bereaksi kembali dengan gas buang. Dengan cara demikian, kontak antara gas buang dengan alumina di dalam reaktor lebih efektif.Setelah reaksi adsorbsi selesai melalui sistem overflow, alumina dari hopper bag filter dikeluarkan dan dialirkan memakai air slide menuju bin reacted alumina. 3. Reacted Alumina Handling System Sistem ini menangani penyimpanan sementara reacted alumina di bin reacted alumina.Reacted alumina kemudian dialirkan menuju Bath Material Mixing Centre (BMMC)yang berfungsi untuk
41
mencampur reacted alumina dengan return crust (crust : bath beku: dross). Campuran alumina dan return crust kemudian disimpan sementara di day-bin melalui belt conveyor . Campuran ini selanjutnya digunakan di pot reduksi sebagai bahan baku.
Gambar II.6 Alur Distribusi Alumina
Transportasi bertugas sebagai pembawa bahan baku penunjang proses produksi(auxiliary material ). Tugas dari transportasi sebagai berikut: 1. Pembuatan rencana pemakaian anodeassembly Jadwal pemakaian anoda terdiri atas 2 (dua) macam yaitu: a. Jadwal pemakaian anoda harian yang dipergunakan sebagai kertas kerja setiap shift . b. Jadwal pemakaian anoda bulanan yang akan dikirim ke rodding setiap bulannya. Untuk antisipasi jika terjadi trouble atau overhaul di Rodding Plant maka harus disediakan stok 700-1000 buah anode assembly untuk kebutuhan 2-3 hari. Pemakaian anoda berdasarkan dari jumlah pot yang beroperasi dan AC cycle yang ditentukan dalam AMP ( Annual Monthly Planning ). 2. Pengisian AlF3 ke dalam pot reduksi
42
Pengisian AlF3 ke pot bertujuan untuk memenuhi kebutuhan AlF 3 pada tungku reduksi sesuai permintaan pot operasi. Pelaksanaan distribusi AlF3 ke pot dilakukan pada shift 3 dan shift 1. Pengisian AlF 3 dari Bin S51 ke dalam hopper AF Car selalu dilakukan pada shift 2 setiap harinya, namun apabila diperlukan dapat juga dilakukan pada shift 3 atau shift 1. 3. Pengelolaan Recycle Material Recycle material adalah material-material bukan metal yang dihasilkan dari operasi yang dihasilkan dari operasi reduksi sebagai beri kut: a. Butt crust yaitu kerak yang menempel pada butt anoda. Pengiriman butt crust secara otomatis diangkut ke Rodding bersamaan dengan pengangkutan butt anoda. b. Solidified bath yaitu kriolit yang sudah dibekukan. Bath diambil dari dalam pot , jika sudah melebihi standard ketinggian yang ditentukan. Solidified bathdipecah dengan ukuran
±
50 mm di simpan di Bath
Center (BC). Digunakan sebagai bath beku yang dibutuhkan pot operasi, untuk pot penyedia bath, pot transisi, dan pot abnormal. c. Rand crust yaitu kerak yang berasal dari sisi samping pot yang jatuh saat penggantian anoda dan kerak yang berasal dari pembongkaran pot . Rand crust dikumpul dan dikirim ke Rod ding untuk di crushing dan dikembalikan ke pot dalam bentuk return crust melalui belt conveyor masuk silo S-53. d. Fallen anode yaitu sompelan (pecahan) anoda yang dikeluarkan dari pot saat penggantian anoda. Fallen anode dan carbon dust dikumpulkan untuk diminta pembuangannya melalui seksi SMB. e. Ladle dross yaitu kerak yang masih mengandung metal aluminium dari hasil pembersihan ladel. Sebelumnya dipisahkan antara dross dan metal beku. Dross yang telah dibersihkan dikumpulkan LCS laludiambil oleh TRP untuk dibawa ke Rodding sebagai bahan campuran return crust.
43
f. Debu alumina yaitu debu yang disapu dan dikumpulkan oleh sweeper car dari lantai gedung reduksi diangkut untuk dimasukkan ke dalam pot .
2.3
Proses Elektrolisis 2.3.1
Reaksi Penangkapan Gas HF
Gas HF dapat terbentuk selama
proses elektrolisis. Reaksi
pembentukan gas HF adalah sebagai berikut: Na3AlF6(l) + 3/2 H2
Al(l) + 3NaF(l) + 3HF................(4.4)
Potensial listrik 1,53 volt pada suhu operasi. Gas HF juga dapat terbentuk melalui reaksi: 2AlF3(l) + 3H2O
Al2O3(l) + 6HF..........................(4.5)
Gas HF selanjutnya akan bereaksi dengan alumina (Al 2O3). HF AlF3+H2O Al203
Al203
Al203
HF AlF3
AlF3
Al203
Gambar II.7 Reaksi Penangkapan Gas HF
Keterangan : Reaksi (1)
: adsorbsi HF pada permukaan alumina
Reaksi (2)
: reaksi kimia antara HF dan Al2O3 menghasilkan aluminiumfluorida (AlF3) dan H2O
Reaksi difusi : reaksi difusi ion flour ke dalam alumina dan menghasilkan AlF3
2.3.2 Reaksi Anodik
44
Dalam proses elektrolisis reaksi yang dapat terjadi pada anoda adalah: C(s) + O2 (g)
CO2 (g)......................................................(4.6)
2C(s) + O2(g)
2CO(g)....................................................(4.7)
Jika pada potensial sel elektrolisis lebih besar dari 1,02 volt maka reaksi yang dapat terjadi: Al2 O3 (sat) + 3C (s)
4Al (l) + 3 CO2(g).........................(4.8)
2.3.3 Reaksi Katodik
Reaksi yang dapat terjadi di sekitar katoda adalah dekomposisi ion AlF3 dari kriolit menjadi ion Al 3+ dan F-: Na3AlF6
3NaF + AlF3.......................................................(4.9)
AlF3Al3+ + 3F-…………………...................................(4.10) Reaksi Al3+: Al3+ + 3 e-Al (l).................................................................(4.11) Dan reaksi antara natrium dan kriolit dengan Al: Al (l) + 3 Na+3Na + Al3-...................................................(4.12)
2.3.4
Reaksi Utama Elektrolisis Alumina
Al2O3 yang didapatkan dicampur dengan Na 3AlF6 dan kemudian garam lelehnya dielektrolisa.Reaksi dalam sel elektrolisa itu rumit.Kemungkinan besar awalnya Al2O3 bereaksi dengan Na 3AlF6 dan kemudian reaksi elektrolisa berlangsung. Al2O3+4AlF63-→A2OF62-+6F-.........................................(4.13) Reaksi elektrodanya adalah sebagai berikut: Elektroda positif:2Al2OF62-+12F-+C→AF63-+CO2+4e-........(4.14) Elektroda negatif:AlF63-+3e-→A+6F-..........................................(4.15) Reaksi keseluruhan pada industri elektrolisis alumina dengan menggunakan anoda karbon adalah sebagai berikut : 2Al2O3 (l) + 3C (s)
4 Al (l) + 3CO2 (g).......................(4.16)
45
Reaksi ini berlangsung pada temperatur sekitar 977 oC, beda pot ensial 1,18 volt. Mekanisme reaksi yang paling sering terjadi adalah reduksi Al 2O3 secara langsung dengan reaksi : Al2O32Al 3++ 3O2-.............................................................(4.17) Reaksi katodik : Al3+ + 3 e-3 Al.................................................................(4.18) Al akan mengalami reduksi dan tertarik menuju kutub katoda dan mengendap sebagai molten metal . Reaksi anodik : 2 O2-O2 + 4 e-..................................................................(4.19) Oksigen akan mengalami oksidasi sehingga tertarik ke arah kutub anoda dan bereaksi dengan anoda (karbon) dan menjadi gas CO 2, berikut adalah reaksinya : C + O2CO2......................................................................(4.20) Reaksi di atas adalah reaksi utama, reaksi ini tidak mengabaikan fakta bahwa Na mengendap pada katoda
2.3.5 Gaya Magnetik
Adanya arus searah dan medan magetik yang timbul oleh susunan pot akan menimbulkan gaya magnetik. Gaya magnetik tersebut akan menimbulkan pergerakan dan konversi aluminium cair di dalam pot . (gaya magnetik) F B (medan magnetik) kerak I
(arus listrik)
arus Blok katoda
Gambar II.8 Gaya Magnetik Pada Tungku Reduksi
46
Intensitas gaya magnetik ditentukan oleh distribusi metal pada katoda dan komponen arus horizontal pada katoda. Untuk menghilangkan arus horizontal adalah dengan membuat kerak samping.
(a)
(b)
Gambar II.9 Pengaruh kerak samping pada arah aliran arus (a) tanpa
kerak samping (b) dengan kerak samping 2.3.6 Efisiensi Arus (Curr ent Efi ciency )
Efisiensi arus adalah persentase perbandingan antara aluminium aktual yang dihasilkan dengan aluminum yang dihasilkan secara teoritis. ( )
u e Au u e e
.....................(4.21)
Efesiensi arus rata-rata pada industri aluminium sekitar 8594%.Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi arus adalah sebagai berikut : 1.
Temperatur operasi Temperatur operasi yang tinggi mempercepat laju reaksi kabut metal denganCO2 : 2Al + 3CO2Al2O3…………………….............(4.22) Hal ini menurunkan viskositas bath dan meningkatkan turbulensi aliran bath.
2.
Jika sel dioperasikan pada jarak interpolar yang dekat maka transfer kabut metal dari katoda ke anoda meningkat.
3.
Komposisi bath Elektrolit yang banyak mengandung sodium fluorideakan meningkatkan CE karena bathseperti ini biasanya mengandung AlF3, LiF, MgF2 dan CaF2 adalah aditif yang dapat menaikkan
47
CE. Konsentrasi AlF3 yang tidak sesuai pada bathakan menurunkan CE. 4.
Rapat arus (current density) Rapat arus yang tinggi akan menaikkan CE, karena kuantitas metal (aluminium) hilang yang terlarut ke bath tidak meningkat secara proporsional terhadap rapat arus. Persamaan empirik untuk menghitung efisiensi arus adalah : 1
d .m
= k
......................................................................(4.23)
= efisiensi arus (%)
m = jarak anoda - katoda (cm) d = rapat arus (A/cm2) k = konstanta k = 0,698: bath kelebihan AlF3 0,550 :bathnetral AlF3 0,388 :bath kelebihan NaF
2.3.7
Konsumsi Energi
Proses elektrolisis ini mengikuti hukum faraday, yaitu 96500 Coulomb menghasilkan 9 gram aluminium. Produksi aluminium mengikuti persamaan : P = 0,3354 . I. η. 10-5............................................................... (4.24) Dengan : P = produksi aluminium (kg) I = arus listrik (A) H = waktu (jam) η = efisiensi arus (%) Energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan aluminium W= I. V . H . 10 -3......................................................................(4.25) Dengan : W= energi yang dibutuhakan (kWh)
48
V = voltage operasi pot (volt) Sehingga energi yang dibutuhkan untuk memproduksi 1 ton aluminium: QDC =W/P = I.V.H.10-3/0.3354.I.H.η.10-5.10-3.........................(4.26) QDC = V.10-5/ η ...........................................................(4.27)
2.3.8 Efek anoda (An ode Ef fect )
Efek anoda atau funken adalah peristwa naiknya tegangan listrik pot secara tiba-tiba sampai >10 volt karena kandungan alumina di dalam bath eu ed (≤ ) A dp de deg eb alumina ke dalam bath sambil menurunkan anoda, sehingga gas-gas di bawah anoda dapat keluar. Sistem proses komputer akan secara otomatis mengindentifikasi keadaan ini untuk kemudian melakukan pengatasan untuk menghentikan AE tersebut. Namun jika sistem ini gagal melakukan pengatasan maka sistem akan memberikan peringatan agar penghentian AE dilakukan dengan cara manual. Pada proses elektrolisa kandungan alumina di dalam bathakan turun dibawah 1%. Pada keadaan ini menyebabkan terbentuknya flourin bebas yang akan bereaksi dengan carbon pada anoda sehingga tebentuk gas perflourocarbon (PFC) yaitu (CF4) dan C2H6. Pada permukaan anoda lapisan ini akan menghalangi aliran arus. Selain itu menurunnya kadar alumina di dalam bathakan menyebabkan elektrolit berhenti membasahi anoda dan gelembunggelembung gas akan bebas berkumpul di permukaan anoda. Bila lapisan ini pecah akan timbul nyala busur listrik. Kejadian seperti ini disebut dengan efek anoda yaitu terhambatnya aliran arus dari anoda ke katoda. Efek
anoda
( funken)
akan
mengakibatkan
peningkatan
tegangan
permukaan pada anoda atau lapisan elektrolit berada pada kerapatan arus kritis. Selain itu kekentalan juga mempengaruhi terjadinya efek anoda karena gelembung gas pada anoda sulit bergerak ke luar. Kekentalan yang tinggi terjadi karena rendahnya temperatur operasi.
49
Anoda
CO2
gelembung gas (normal)
(funken)
Gambar II.10 Proses pembentukan gas anoda
2.4
( LCS ) L adle Cleani ng Shop
Pekerjaan utama di LCS adalah : 1. Membersihkan bagian dalam ladle. Tujuannya adalah mengeluarkan dross dari dalam ladlemetal yang over weight meliputi
bagian
dinding
dan
spout
nozel
( discharge
nozzle)dengan menggunakan konkrit breaker . Dan juga melakukan pemeriksaan batu tahan api dan bagian-bagian dari ladle. 2. Mengganti nozel Pekerjaan ini bertujuan untuk membongkar dan mengganti nozel ladlemetal yang mengalami masalah atau tersumbat sewaktu operasi metaltapping . 3. Membersihkan nozel Pembersihan ini menggunakan chipper udara untuk mengeluarkan dross dalam nozel. Metal yang ada di dalam nozel dikeluarkan dengan membakarnya di dalam dapur berkapasitasmenggunakan LPG selama 7-8 jam. Kapasitas per dapur maksimum 26 nozel. 4. Assembly ladle Penggabungan badan ladle, tutup ladle dan nozel ladel menjadi satu bagian utuh. Badan ladle yang sudah dicleaning akan digabung kembali dengan tutupnya, lalu ditest vakummya (standar > 500 mmHq) kemudian Nozel 2 – Nozel 4 disambungkan ke ladle tersebut. Ladle dibagi menjadi 3 jenis yaitu : 1. MT ladle, yang berfungsi untuk menghisap molten aluminium dari pot
50
2. Bathladle, yang berfungsi untuk menghisap bath dari pot yang telah ditentukan untuk keperluan start-up. 3. Coke ladle, yang berfungsi untuk menghisap kokas yang telah digunakan pada saat baking sebelum pot di start-up. Klasifikasi jenis ladle di atas dapat dilihat pada tabel di bawah ini: Tabel II.5 Jumlah ladle No
Ladle
Jlh.
Vacum
Kapasitas
Tekanan 2
1
MT ladle
56
> 500 mmHg/2 menit
7.5 Ton/unit
7 Kg/Cm
2
Bathladle
3
> 450 mmHg/1 menit
6 Ton/unit
7 Kg/Cm2
3
Coke ladle
3
> 450 mmHg/0.5 menit
2 Ton/unit
7 Kg/Cm2
2.5
Transportasi
Kendaraan yang dipakai di gedung peleburan adalah sebagai berikut : 1. Anode Changing Crane (ACC) ACC dianggap sebagai kendaraan. ACC berfungsi untuk mengganti anoda, metal tapping , pengisian alumina (dari day bin ke pot ), pemecahan kerak (breaking ), dan lain-lain. 2.
Traverser Traverser dianggap juga sebagai kendaraan dan berfungsi untuk membawa ACC apabila mau dipindahkan ke pot line yang lain.
3. Metal Transport Car ( MTC ) MTC berfungsi sebagai mobil pengangkut ladle metal dari pot operasi ke bagian casting . Pengontrolan mobil ini dilakukan oleh SCA. 4. Anode Transport Car (ATC) ATC digunakan untuk membawa anoda dari gedung karbon ke pot operasi dan membawa anoda bekas (butt) dari gedung peleburan ke gedung karbon. Pengontrolan mobil ini dilakukan oleh SCP. 5.
Mobil Aluminium Fluorida ( AF Car )
51
Mobil Aluminium Fluorida digunakan untuk mengangkut aluminium fluorida ke tungku reduksi dan memasukkannya ke dalam pot. 6. Forklift ( F ) Forklift dapat digunakan untuk mengangkut barang-barang dan material ke pot operasi atau daerah kerja lainnya. 7.
Shovel car ( S ) Shovel car berfungsi untuk mengangkut kerak atau dross dari gedung reduksi ke Bagian Rodding.
8.
Truk besar Untuk mengangkut katoda blok ke pot operasi dan mengangkut cell untuk rekonstruksi pot.
9. Motoruc Motoruc berfungsi untuk membawa sampel metal serta barang-barang kecil untuk keperluan operasi pot. 10. Mobil penyapu ( Sweeper Car / SW ) Mobil penyapu digunakan untuk membersihkan debu-debu yang tersebar pada lantai gedung peleburan. 11. Sepeda Kendaraan yang digunakan dari stasiun ke kantor atau sebaliknya. Perawatan dan pemeliharaan semua jenis kendaraan yang digunakan di gedung peleburan dilakukan secara berkala sesuai dengan jadwal bulanan (monthly schedule) yang sudah diatur berdasarkan pertimbangan keadaan kendaraan pada bulan sebelumnya. Jika kendaraan yang dipergunakan di bagian peleburan mengalami kerusakan maka seksi SRP akanmengkoordinasikannya ke bagian SGM untuk diperbaiki.
2.6
Sistem Kontrol Pot Reduksi
Kondisi pot bersifat dinamis dan bisa berubah-ubah setiap saat. Kondisi pot di lapangan dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti : temperatur, keasaman bath, tegangan pot, jarak anoda-katoda, tinggi metal dan bath dalam pot, gerakan metal karena gaya magnetik busbar , arus, dan sebagainya. Oleh sebab itu diperlukan
52
sebuah sistem kontrol yang dapat menjaga kondisi pot agar selalu berada dalam keadaan stabil. Selain menjaga agar kondisi pot tetap stabil diperlukan juga sistem pencatatan kondisi pot setiap saat sehingga pot tersebut dapat dianalisa dan diprediksi keadaannya pada waktu yang akan datang. Pekerjaan-pekerjaan tersebut dilakukan dengan menggunakan Sistem Kontrol Proses atau Process Computer (Procom).
2.6.1
Arsitektur Sistem Kontrol
Arsitektur sistem kontrol PT. INALUM saat ini adalah Semi Desentralisasi, yang dibagi menjadi 3 level, yaitu: 1.
Level 1 : Control Network Sistem pengendalian proses pot terjadi pada level ini. Sistem ini
terdiri dari suatu unit kontrol berupa komputer/mikrokontroler, sensor voltage, arus dan posisi beam dan aktuator berupa motor penggerak beam, breaker dan suplai alumina (hopper gate). 2.
Level 2 : Supervisory Network Pada level ini, terdapat suatu sistem supervisi alat kontrol level-1
yang bertugas mengumpulkan data dari alat kontrol (berupa kondisi dan kinerja pot), menyediakan antarmuka (interface) bagi personil untuk melakukan intervensi parameter dan mengirimkan order perubahan parameter ke alat kontrol. 3.
Level 3 : Business Network Level ini merupakan jaringan komputer bisnis yang berada diluar
sistem komputer proses. Sistem supervisi menyediakan data ke Level-3 untuk diproses lebih lanjut dalam hal pembuatan laporan dan sebagainya.
53
FRONT-END SERVER
Reduction PC
Carbon PC
Other PC
INALUM LAN
BACK-END SERVER
Maintenance WS (1 unit)
Firewall
Casting WS (1 unit)
Lab WS (1 unit)
Reduction WS (16 units)
LEVEL-2 LAN
LEVEL-2 HOST
Bitbus Gateway
Peripherals LEVEL-1 Network
PL-1 PCU (88 units)
PL -2 P CU (88 uni ts)
P L-3 P CU (88 u ni ts)
S im ul ator P CU ( 1 u ni t)
Gambar II.11 Skema arsitektur sistem kontrol di PT. INALUM
2.6.2
Fungsi Setiap Level
Fungsi setiap levelnya adalah sebagai berikut: 1.
Level 1: Control Network Sebuah unit PCU dapat mengontrol 2 pot secara bersamaan dan
antarmuka manusianya memungkinkan petugas lapangan mengetahui dengan cepat kondisi Pot , PCU dan memberikan masukan untuk operasi rutin di lapangan dan proses perawatan. PT. INALUM memiliki total 224 PCU yang mengontrol 510 pot . PCU ditempatkan dekat dengan bagian duct Pot dan terhubung dengan sensorsensor dan aktuator pot Secara umum, fungsi dari PCU antara lain: a)
Kendali Voltage Voltage pot yang didapat dari sensor voltage secara matematis
dianalisa dan dievaluasi dengan memperhitungkan kondisi pot untuk menghasilkan tindakan terhadap pot antara lain: Kendali Anode Cathode Distance (ACD): menggerakan beam untuk menjaga voltage tetap didalam control banddisekitar set point voltage yang ditentukan lewat parameter. Lebar control band diset
54
cukup lebar untuk menghindar variasi kecil konduktifitas bath yang menyebabkan perubahan posisi beam yang tidak diinginkan. Namun, pada situasi tertentu, control band dibuat sempit untuk memastikan setting optimal jarak interpolar . Batasan-batasan terhadap frekuensi, total dan jarak gerakan beam ditetapkan lewat parameter. Deteksi dan koreksi noise: noise pot dideteksi berdasarkan ketidakstabilan voltage pot. Ketika voltage melampaui nilai yang ditentukan oleh parameter, PCU berusaha menjaga efisiensi arus dan menstabilkan pot dengan menaikkan set point voltage kendali ACD berdasarkan nilai yang terkait noise. Proses ini berulang hingga nilai koreksi maksimum tercapai. Situasi noise dan koreksi maksimum noise akan memicu alarm. Pengontrolan pengambilan metal : memantau voltage pada saat proses pengambilan metal dan menjaga voltage pot berada didalam control band voltage pengambilan metal . Ketika jumlah metal yang telah ditentukan berhasil diambil, PCU akan memberikan sinyal untuk operator agar menghentikan proses pengambilan. Sinyal yang sama juga akan berlaku jika arus terputus, terjadi AE, dan lain-lain. Penentuan konsentasi alumina: mendeteksi kenaikan pseudoresistance karakteristik yang terjadi seiring penurunan konsentrasi alumina dan mengirimkan informasi kepada sistem kendali pemasukan alumina. b)
Kendali Pemasukan Alumina Setelah menentukan kebutuhan alumina berdasarkan berbagai
parameter, seperti anode effect , konduktifitas, penggantian anoda, perubahan arus dan lan-lain, PCU akan menggerakkan motor untuk membuka gate alumina yang ada disetiap pot . c) Anode Effect PCU mendeteksi awal dan akhir dari anode effect , menghitung durasi, maksimum voltage AE dan energi yang digunakan saat AE. PCU juga melakukan tindakan penghentian AE dengan menggerakkan
55
beam untuk membantu pelepasan gelembung gas dari anoda dan melarutkan alumina. d) Beam Raising PCU menaikkan beam hingga ke titik yang diinginkan pada saat reset posisi beam. e)
Laporan proses PCU mengirimkan informasi proses secara berkala atau setelah
kejadian tertentu ke Sistem Supervisi. Dengan demikian, sistem supervisi dapat menampilkan informasi kondisi pot secara grafik atau historis. 2.
Level 2: Supervisory Sistem supervisi diaplikasikan berupa sebuah sistem server cluster.
Sistem ini berfungsi: a. Mendownload program PCU, parameter dan informasi lainnya. b. Menerima data proses dari PCU, menyimpannya dan mengirimkan ke sistem lain seperti sistem Alarm dan basis data di Level-3. c. Menampilkan data historis proses atau visualisasi grafis data-data tersebut. d. Menerima masukan parameter proses pot dari supervisor e. Menerima dan menyimpan data dari sumber selain PCU seperti data logger f. Membantu perawatan sistem, integritas operasional dan parameter kendali proses, dan lain-lain. 2.6.3
Sistem Komunikasi dan Perangkat Keras 2.6.3.1 Sistem Komunikasi
Sistem komunikasi yang digunakan untuk menghubungkan antar jaringan adalah: 1.
Level-1 Level-2 : RS-485 (Fisik) dan BITBUS (protokol) Perangkat komunikasi yang digunakan pada komunikasi ini
antara lain:
56
a. Kabel RS-485: digunakan untuk menghubungkan antar PCU hingga ke Section Panel sebagai terminal di lapangan. b. Bitbus Repeater : digunakan pada Section Panel dan CPU room, berfungsi mengubah sinyal elektrik menjadi sinyal optis yang akan ditransmisikan lewat kabel Fibre Optik. Pada CPU room, sinyal optis diubah kembali menjadi sinyal elektris dengan alat yang sejenis. c. Kabel Fibre Optik: digunakan untuk menghubungkan antar bitbus repeater yang berada di Section Panel dengan yang berada di CPU room. d. Bitbus Gateway: berfungsi untuk membungkus protokol bitbus yang diterima dari bitbus repeater yang ada di CPU room kedalam protokol TCP/IP dan mentransmisikan ke server. e. Kabel
Unshielded
Twisted
Pair
(UTP):
berfungsi
menghubungkan antara bitbus gateway ke server melalui switch utama. 2.
Level-2 Peripheral/Level-3:UTP(Fisik) dan TCP/IP (protokol) Perangkat komunikasi yang digunakan pada komunikasi ini
antara lain: a. Kabel UTP: secara umum menghubungkan antar perangkat yang ada di level-2 ke Switch. b. Switch: merupakan switch elektronis yang merutekan secara elektronis data dari dan ke perangkat yang terhubung dengannya atau antar switch. c. Kabel Fibre Optik: menghubungkan antar Switch yang ada di office, CPU room, stasiun-stasiun, Casting Office dan QA Lab. 2.6.3.2 Perangkat Keras
Perangkat keras yang digunakan adalah:
57
1. Level-1: Alat yang digunakan sebagai sistem kontrol disebut dengan Pot Control Unit (PCU) atau dengan nama lain Bluebox (merujuk kepada nama yang diberikan oleh produsennya dan warna dari alat tersebut). Spesifikasi umum dari PCU antara lain: a.
Mikrokontroler: Motorola MC68360 (25 MHz)
b.
Memory: 2 x 2 MB Flash ROM + 2 x 2 MB SRAM + 2 x 64 KB FRAM
c.
Digital Input: 24 kanal
d.
Digital Output: 24 kanal
e.
Analog Input: 3 kanal (1 untuk voltage dan 2 untuk posisi beam)
f.
Frequency Input: 1 kanal
g.
Antarmuka komunikasi: RS-485 dengan protokol BITBUS
h.
Antarmuka manusia: 256x64 pixel Layar, 13 Lampu LED, 24 tombol
2. Level-2: Server yang digunakan untuk Sistem Supervisi adalah sistem cluster berbasis Intel Itanium dan platform OpenVMS. Adapun spesifikasi secara umum adalah: a.
Anggota Cluster: 2 unit server identik
b.
Mode Cluster: Fail-Over (saling menggantikan apabila salah satu mengalami kegagalan operasi)
c.
Penyimpanan Jaringan: HP MSA 1000 / Kapasitas terpasang: 4 x 36 GB (2 x RAID 0, saling menggantikan jika salah satu gagal)
Server: a.
Merek / Model Server : HP / Integrity rx2620
b.
Mikroprosesor: Intel Itanium 1x 1.66 GHz
c.
Memori: 2 GB
d.
Hard Disk: 1 x 36 GB SCSI
e.
Antar-muka jaringan: 1 x Dual Gigabit Ethernet
f.
Tape Backup : 1 x SDLT
