Ring di kiln semen bukan sekadar deposit; ia bisa mengunci produksi berhari-hari. Bukti lapangan dan literatur menunjukkan pengendalian kimia raw mix, parameter pembakaran, pilihan bahan bakar, dan chemical additives bisa memangkas shutdown tak terjadwal—bahkan hilang sama sekali.
Di banyak pabrik, ring (penumpukan melingkar di dinding kiln) lahir dari kombinasi “kimia yang terlalu cair” dan kondisi api yang tak stabil. Studi pemodelan melaporkan hotspot ring berimpit dengan zona radiasi panas maksimum, dan satu plant melaporkan setelah menaikkan aliran udara sekunder, operasi berjalan “tanpa unscheduled shutdowns” untuk pertama kalinya dalam beberapa tahun (link.springer.com).
Pada sisi kimia, ekses fluks dan alkali di kiln feed—Fe₂O₃, Al₂O₃, MgO, dan oksida alkali (Na₂O+K₂O)—menurunkan titik lebur dan menaikkan fraksi cair (liquid phase, fraksi meleleh pada suhu sinter). “Easy‑burning mixes” yang kaya Fe, Al, Mg, dan alkali “lebih efektif membangun coating (dan ring)” ketimbang “hard‑burning” mixes (CaO/SiO₂ tinggi, fluks rendah) (www.cementequipment.org).
Ekonominya telanjang: satu studi mencatat ring memicu ~1 shutdown/bulan (masing‑masing ~3 hari) di plant 1,3 Mt/tahun; mencegah satu outage 3 hari saja setara penghematan ~$100.000–$150.000, sehingga additives bernilai “ribuan dolar” pun masuk akal (link.springer.com).
Baca juga: Jenis – Jenis Limbah Cair
Kontrol kimia raw mix dan rasio alkali–sulfur
Aturan praktis industri: jaga rasio molar SO₃/(Na₂O+K₂O) mendekati satu. Campuran kaya sulfur (S/alkali >1,2) bisa menghasilkan CaSO₄ dalam gas kiln yang melekat ke partikel (www.cementequipment.org), sedangkan S/alkali sangat rendah (<0,83) memicu ring garam alkali bertitik lebur rendah (www.cementequipment.org).
Penyetelan praktis meliputi: membatasi Na₂O+K₂O di kiln feed (mis. <0,6–0,8% berat), menyelaraskan sulfur dari batubara, memantau Alkali Ratio AR = (Na₂O+K₂O)/SiO₂ dan alkali‑sulfate ratio untuk menghindari uap alkali bebas. Jika raw/fuel membawa S tinggi, tambahkan sumber Ca atau Mg agar SO₂ terikat sebagai CaSO₄/MgSO₄, alih‑alih mengikat deposit. Literatur paten menyebut MgO bereaksi dengan SO₂ membentuk MgSO₄ yang stabil sehingga mencegah deposisi alkali sulfat—opsi praktisnya mengganti sebagian batu kapur dengan dolomit atau menambah kapur tohor (patents.google.com).
Fraksi cair, mineral klinker, dan target komposisi
Model dan eksperimen menunjukkan ~24% liquid phase di bawah nyala sudah cukup untuk membentuk coating kuat; karena itu formulasi raw‑to‑clinker sebaiknya menarget hanya ~15–20% liquid pada puncak suhu (www.cementequipment.org). Lempung/shale kaya alumina menaikkan liquid phase; bisa diimbangi batu kapur keras atau silika. Pantau Silica Modulus (CaO/SiO₂) dan “Alumina Modulus” ([Al₂O₃ + Fe₂O₃]/[K₂O+Na₂O]) agar kimia lelehan tetap aman.
Di klinker, targetkan C₃S, C₂S, dan C₃A (mineral klinker standar) yang menyerap CaO tersedia dan membatasi belite bebas (2CaO·SiO₂). Belite bebas dapat bereaksi dengan CO₂ atau SO₂ gas membentuk ring “spurrite”/“sulphospurrite” (Ca₅Si₂O₈·CaSO₄) (www.cementequipment.org; www.slideshare.net). Pastikan kalsinasi (penguraian karbonat menjadi oksida dan CO₂) tuntas dan hindari CaO bebas berlebih untuk meminimalkan carbonated rings.
Additives raw mix bernilai taktis: studi pada bata alumina yang diimpregnasi SiO₂ menunjukkan penghambatan sulphospurrite dengan menstabilkan fase dicalcium silicate; analognya, menambahkan silika/alumina halus (pozzolan/pasir giling) ke raw bisa “mengunci” alkali ke silikat bertitik lebur tinggi. Tambahan MgO kecil—melalui batu kapur dolomitik atau lempung magnesian—dapat menaikkan liquidus senyawa pembawa alkali, sambil memerangkap SO₂/V sebagaimana rute fuel‑side di literatur paten (www.slideshare.net; patents.google.com). Catatan batas: MgO biasanya <2–3% di klinker. Data lapangan mengonfirmasi korelasi rasio S/alk dan lime bebas dengan tipe ring: “sulphur‑induced rings” pada S/alk>1,2; “alkali rings” pada S/alk<0,83 (www.cementequipment.org; www.cementequipment.org).
Parameter operasi kiln dan stabilitas termal
Nyala dan burner tuning krusial. Nyala panjang cenderung “menyapu” deposit; nyala terlalu pendek/lebar memicu impingement dan overheating lokal. Penyetelan ujung burner dan swirl untuk menjaga nyala tetap terpusat direkomendasikan. Dalam kasus CFD (pemodelan numerik aliran/panas), menggeser ke nyala lebih panjang dengan mengurangi “tertiary air jetting” menurunkan temperatur dinding puncak dan menekan ring; menaikkan rasio udara sekunder/primer membantu meratakan panas dan menurunkan puncak fraksi cair (link.springer.com; link.springer.com). Hasilnya: setelah menaikkan aliran udara sekunder, plant tersebut berjalan “tanpa unscheduled shutdowns” (link.springer.com).
Kecepatan dan kemiringan kiln dioptimalkan agar material mengalir stabil tanpa “hole” (kiln dingin) atau aliran terlalu lambat (overfiring). Kiln lazimnya 0,7–3 rpm; fine‑tuning mengikuti kestabilan temperatur outlet dan waktu tinggal. Profil temperatur dipantau rapat: hindari puncak atau lembah berlebih. Multi‑pyrometer (sensor IR suhu tinggi) atau thermocouple (termokopel) membantu deteksi dini; menaikkan overall air‑to‑fuel ratio terbukti meratakan panas dan mencegah runaway fraksi cair (link.springer.com).
Kendalikan dust dan false air. Infiltrasi udara dingin (bypass/leak) mendinginkan nyala dan menciptakan fluktuasi temperatur pemicu ring; perbaiki seal dan setelan preheater bypass. Kurangi resirkulasi debu halus dari cooler return, karena partikel halus bisa “terglue” saat ada cairan. Jadwalkan cleaning: quenching preheater, milling deposit di riser, atau cold burn terkontrol tiap beberapa minggu untuk mencegah ring membesar.
Baca juga: Teknologi Pengolahan Limbah Cair
Kualitas bahan bakar, halogen, dan abu
Batubara/petcoke bersulfur tinggi (mis. >1–3%) menghasilkan SO₂/SO₃, sementara klorin (dari PVC, biomassa, atau bahan bakar laut) membentuk alkali klorida—semuanya meleleh di ~800–900 °C, merekatkan debu, lalu membeku menjadi ring. Mitigasi: pilih fuel rendah S/Cl, atau blend dengan batu bara lebih bersih/gas alam. Jika S tinggi tak terelakkan, naikkan %CaO di raw atau tambahkan kapur/magnesia untuk menangkap SOx. Literatur paten menunjukkan rute Mg: Mg(OH)₂ + SO₂ → MgSO₄ + H₂O (eq. 10–12) (patents.google.com).
Perhatikan vanadium. Minyak berat dan sebagian petcoke membawa V yang membentuk vanadat lengket; salah satu metode adalah dosing additive alkali agar uap V₂O₅ bereaksi dan tak merusak sirkuit (patents.google.com). Hindari fuel >1000–2000 ppm V; jika ada, mitigasi dengan Mg atau Ca. Dalam skema paten, fuel target mencapai 4,5–8% S dan 500–5000 ppm V (patents.google.com).
Kadar abu turut menentukan. Pada kiln berbahan bakar batubara abu tinggi (20–30% ash), ring sering muncul ~7–8,5 diameter dari outlet dan tersusun terutama dari abu batubara yang meleleh; pilih batubara lebih rendah ash, blend dengan fuel kurang volatil, dan pastikan pembakaran tuntas (www.cementequipment.org). Bahan bakar alternatif membawa risiko tersendiri: plastik/minyak (Cl, S, alkali tinggi); agro‑waste (silika pada rice husk ash). Praktik di Indonesia (co‑processing limbah tertentu di kiln) menuntut skrining komposisi ketat; beberapa kiln yang memakai cangkang sawit/bagasse mencatat siklus alkali dan coating meningkat. Strategi lapangan: blend dengan batubara dan/atau naikkan CaO di raw.
Seiring adopsi alternative fuels global naik, isu ring ikut meningkat. Karena itu uji komprehensif dan analisis fuel krusial. Di sejumlah negara, standar membatasi kontaminan fuel (mis. pedoman CIWM UK, atau aturan Kementerian ESDM/“Figure‑of‑Merit” untuk limbah berbahaya di kiln Indonesia). Meski tak menyebut “ring”, batas S, Cl, dan logam berat di fuel secara tak langsung menekan masalah ini.
Chemical additives dan rute inhibitor
Dua kelas utama: fuel‑side dan raw‑side. Di sisi fuel, produk seperti Adi3tek dari T&S memasukkan surfactants, polimer, dan katalis ke aliran bahan bakar untuk “mengalihkan reaksi sulfur dan trace elements” sehingga senyawa alkali membentuk fase bertitik lebur lebih tinggi yang tidak lengket (www.zkg.de). Praktiknya, operator menambahkan kurang lebih 1 L inhibitor per ton bahan bakar padat; laporan menyebut “menghambat pembentukan ring dan menghilangkan ring yang sudah ada,” memungkinkan operasi kontinu (www.zkg.de; www.zkg.de).
Skema paten serupa mendeskripsikan dosing MgO atau Mg(OH)₂ berukuran sub‑20 µm ke bahan bakar: Mg menangkap SO₂ menjadi MgSO₄, mencegah lelehan CaSO₄, sekaligus mengikat V; bahkan fuel hingga 8% S dan beberapa ribu ppm V dibuat “inert” terhadap build‑up ketika dicampur intensif (patents.google.com; patents.google.com). Untuk injeksi kimia yang presisi, tersedia peralatan metering seperti dosing pump berakurasi tinggi.
Di sisi raw/kiln, opsi meliputi penambahan periodik magnesium karbonat atau kapur dolomitik (MgO ekstra mengikat SO₂/Cl dan menaikkan liquidus), serta bauksit atau fines bijih besi untuk mengubah perilaku lelehan alumino‑ferrite—semuanya wajib dalam batas kimia klinker. Secara eksperimental, SiO₂ atau P₂O₅ dapat menaikkan viskositas fase “slag”. Prinsipnya: “mendoping” lelehan dengan komponen bertitik lebur lebih tinggi mengurangi kelengketan. Kontras yang perlu dicatat: menambah CaF₂ atau fluks bertitik lebur rendah adalah praktik buruk karena bisa memperparah ring.
Tambahan operasional non‑kimia juga dipakai: semprotan sedikit debu raw meal halus atau recycle glass ke nyala dapat bertindak sebagai thermal shield (foam) untuk meredam lonjakan temperatur permukaan—namun jarang dilakukan karena risiko instabilitas. Praktik yang lebih umum: pastikan bahan bakar/agen pengikat (seperti recycled oils) tidak meninggalkan residu lengket. Kategori inhibitor ini lazim berada di ranah specialty chemicals; solusinya tersedia secara komersial sebagai bahan kimia khusus untuk optimasi proses dan pengurangan emisi.
Dampak terukur dan implikasi biaya
Kasus terdokumentasi: hanya dengan menaikkan udara sekunder—tanpa mengubah raw atau fuel—plant menghapus unscheduled shutdowns dan memetik “huge cost savings” (link.springer.com). Vendor juga mengklaim penggunaan inhibitor memungkinkan feed sulfur ~20–30% lebih tinggi tanpa ring (www.zkg.de). Dengan baseline kerugian hingga ~$100.000–$150.000 untuk satu outage 3 hari di plant 1,3 Mt/tahun, investasi additives yang “bernilai ribuan dolar” sering kali terbayar sendiri (link.springer.com).
Baca juga: Media Filtrasi : Sand Filter, Carbon Filter dan Iron Filter
Ringkasan teknis terintegrasi
Intinya, pencegahan ring menuntut paket terpadu: raw mix seimbang (fluks/alkali terkendali, SO₃/(Na₂O+K₂O) ~1), operasi kiln stabil (nyala terpusat, udara sekunder memadai, 0,7–3 rpm dengan profil suhu halus), pemilihan/penanganan fuel (batasi S, Cl, V; kelola ash 20–30% dan titik lebur 800–900 °C; uji alternative fuels), serta penerapan additives—baik fuel‑side (mis. 1 L/ton padatan; Mg(OH)₂ sub‑20 µm) maupun raw‑side—yang secara kimia “tumpulkan” kecenderungan deposit (www.zkg.de; www.cementequipment.org; link.springer.com; www.slideshare.net; patents.google.com).
