Faktor-Faktor Untuk Menentukan Temperature Operasi Maksimal Kiln Shell Di Pabrik Semen

Dalam pengoperasian pabrik semen, kiln dapat diibaratkan sebagai jantung pabrik dan merupakan lokasi terjadinya reaksi kimia dari umpan yang terdiri dari batu kapur, silika, alumina, besi, dan unsur-unsur lainnya sehingga menghasilkan terak/clinker. 

Kenapa kiln bisa dikatakan sebagai jantung pabrik semen? Hal ini disebabkan sisa gas panas dari pembakaran yang terjadi didalam kiln dan kalsiner dimanfaatkan oleh peralatan lain agar bisa beroperasi seperti raw mill, coal mill, dan cement mill. Bahkan, sisa gas panas ini dapat juga digunakan sebagai pembangkit listrik dengan metode waste heat recovery power generation (WHRPG).

Meski sebenarnya tersedia fasilitas air heater pada raw mill dan cement mill untuk mensuplai gas panas secara mandiri, tetapi mengoperasikan air heater sangatlah tidak ekonomis, dikarenakan adanya biaya tambahan untuk bahan bakar minyak. Dengan begitu pentingnya peran kiln pada operasi pabrik semen menyebabkan munculnya istilah “Panasnya Kiln, Dinginnya Hatiku”.

Akan tetapi bagaimana jadinya jika kiln terlalu panas? Tentunya ini akan berbahaya bagi kiln shell yang bisa menyebabkan deformasi ataupun sobek. Maka dari itu profil temperature dari kiln shell selalu dipantau menggunakan cam scanner seperti terlihat pada Gambar 1 untuk mengetahui titik mana yang berpotensi menimbulkan masalah dan bisa juga digunakan untuk memantau profil coating yang terbentuk. Apabila ditemukan titik yang terlalu panas maka umumnya dipasang beberapa fan yang dapat digeser sepanjang kiln ataupun teknologi yang menggunakan uap air dengan sistem otomasi yang canggih untuk membantu mendinginkan kiln shell tersebut.

Gambar 1. Profil Kiln Shell Temperature dari Cam Scanner

Menurut Shabana (2013) rekomendasi temperatur kiln shell maksimum berbeda-beda pada tiap pabrik, tiap negara, dan tiap produsen kiln meskipun pada dasarnya kebanyakan kiln shell terbuat dari baja karbon rendah. Faktor-faktor yang lebih mendetail untuk menentukan berapa temperatur maksimum yang diijinkan untuk kiln shell tetap beroperasi secara kontinyu tanpa menimbulkan kerusakan yang permanen adalah sebagai berikut:

• Usia dan Kondisi Kiln Shell

Pabrik semen biasanya dapat dioperasikan hingga berpuluh-puluh tahun. Kiln yang telah lanjut usia (tua) pasti telah mengalami kemuluran (creep) akibat lebih sering mengalami start dan stop sehingga lebih cenderung mengalami keretakan karena kelelahan (fatigue crack) dibandingkan dengan kiln yang memiliki usia lebih muda atau baru. Maka dari itu akan sangat bijak bila menjaga temperatur kiln shell yang rendah bila kiln di pabrik Anda telah berusia lebih dari 15 tahun.

• Jarak Antara Tire

Semakin panjang rentang kiln shell yang dipisahkan dengan tire maka akan lebih mudah mengalami kemuluran saat menghadapi temperature tinggi. Sehingga, rentang kiln shell yang semakin panjang akan lebih cenderung mengalami deformasi.

• Struktur Kiln Shell

Kiln shell umumnya terbuat dari struktur plat baja yang digulung seperti ASTM A36. Daya tarik (tensile strength) dari tipe baja ini pada temperature ruangan adalah 50.000 hingga 80.000 psi. Komposisi kimia dari baja ASTM A36 ini dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Komposisi Kimia Baja ASTM A36

Gambar 2 menunjukkan bagaimana hubungan antara daya tarik kiln shell dengan temperatur. Hal menarik dari gambar tersebut adalah daya tarik kiln shell bertambah ketika temperaturnya naik dari suhu ruangan menuju 200^oC dan mulai mengalami penurunan kekuatan seiring dengan naiknya temperatur. Pada suhu 430^oC merupakan kondisi dimana kekuatan dari baja turun drastis dari 75.000 psi menjadi 50.000 psi (33% penurunan!). Bahkan beberapa investigator melaporkan terjadi penurunan hingga 50% pada rentang temperatur yang sama.

Gambar 2. Hubungan Antara Kekuatan Kiln Shell Dengan Temperature Operasi (Shabana, 2013)

Kemudian kenapa kiln shell temperatur dapat mengalami kenaikan yang tidak normal? Menurut Schmidt (2017) dan juga pengalaman saya pribadi ada beberapa faktor penyebab kiln shell temperatur naik dengan drastis:

1. Coating yang tidak rata dan sering runtuh
2. Jumlah fasa cair yang rendah
3. Penggunaan brick yang tidak sesuai pada lokasinya
4. Penggunaan bahan bakar di main burner dengan momentum yang terlalu besar
5. Ukuran kiln yang semakin besar dengan tegangan mekanik yang lebih tinggi, yang mengakibatkan ovalitas kiln makin besar dan merusak refraktori
6. Peningkatan penggunaan bahan bakar alternatif yang memperbesar keausan refraktori dan coating yang bervariasi serta tidak stabil

Keputusan untuk mematikan kiln atau tidak dikarenakan temperatur kiln shell yang tinggi merupakan saat-saat yang penuh kebimbangan bagi para manajer produksi. Bayangan akan kerugian yang mencapai milyaran rupiah ketika terjadi red spot akibat salah mengantisipasi keadaan merupakan satu ancaman nyata yang harus dihadapi. Dari keterangan diatas maka dapat disimpulkan bahwa untuk operasi kiln yang kontinyu lebih baik jika temperatur kiln shell dijaga pada rentang 200 – 300^oC dimana kondisi tersebut merupakan kondisi optimum dari daya tarik ASTM A36 dan mulai waspada saat temperatur mencapai 380^oC, hal ini dapat diberlakukan bagi semua jenis kondisi kiln yang Anda miliki.

Sumber:

1. Shabana, Nael. 2013. Qatar Cement Company : Cement Rotary Kiln Questions & Answers. State of Qatar.
2. Schmidt, Dirk. 2017. Keeping Kiln Shell Temperatures Under Control. http://www.globalcement.com/magazine/articles/1033-keeping-kiln-shell-temperatures-under-control