Deposit “ring” di kiln bukan takdir. Data pabrik dan studi CFD menunjukkan ia bisa ditekan dengan kimia raw mix yang rapi, profil api yang stabil, kontrol abu bahan bakar, dan additives yang tepat.
Dalam industri semen, satu ring per bulan yang memaksa berhenti 70% dari kasus dapat menelan biaya ~€150k per sekali stoppage. Itu terjadi dalam satu studi kasus operasional yang terdokumentasi (slideshare.net). Kabar baiknya: pembentukan ring (deposit padat melingkar pada dinding kiln yang menghambat aliran material) dapat dicegah dengan strategi menyeluruh—mulai dari kimia raw mix, parameter operasi, jenis bahan bakar, hingga penggunaan additives.
Kata kuncinya adalah menekan fraksi cair titik leleh rendah di zona bakar. Ketika raw mix, api, dan abu bahan bakar saling “menguatkan” arus cairan bertitik leleh rendah di hot spot, ring tumbuh cepat dan memaksa kiln shutdown. CFD (computational fluid dynamics, simulasi aliran dan panas) membuktikan fokus panas radiasi memantik ring di zona dengan “maximal radiative heat flux” (researchgate.net; slideshare.net), namun perubahan sederhana pada aliran udara sekunder/tersier di dekat burner mampu “meratakan” puncak panas itu dan menekan pembentukan ring di lapangan (researchgate.net).
Cara Mengunci Efisiensi di Closed‑Loop Cooling Pada Pabrik Semen
Keseimbangan kimia bahan baku
Pengendalian kimia raw mix adalah garis pertahanan pertama. Rasio alkali:sulfur yang seimbang (~1:1 berdasarkan berat molekul) meminimalkan ring; rasio alkali/S yang rendah mendorong endapan anhidrit bertitik leleh rendah, sedangkan alkali berlebih membentuk alkali sulfat/crust (cementequipment.org). Klorida harus dijaga sangat rendah (biasanya <0,02% Cl) untuk menghindari kerak alkali‑klorida—jejak Cl saja dapat membentuk ring lengket KCl/sylvite (cementequipment.org).
Menjaga MgO ≤4–5% di raw mix juga membantu karena MgO adalah flux kuat; pada >4% ia menyebabkan “balling” (agregasi) pada feed (cementequipment.org). Analisis in-situ menunjukkan kimia ring sering menyerupai clinker: Eriksson dkk. melaporkan deposit tipikal berisi ~60–64% CaO, ~20–22% SiO₂, dan ~5–6% Al₂O₃ (plus K₂O, Na₂O minor)—pada dasarnya fase kalsit/belit dan alkali‑karbonat (slideplayer.com). Ini menegaskan ring menginkorporasi unsur dari raw feed dan juga dari bahan bakar.
Praktiknya, optimasi LSF (Lime Saturation Factor, rasio kejenuhan kapur untuk mengontrol CaO relatif terhadap silika/alumina), rasio silika dan alumina, serta alkali dan S/Cl—ditambah homogenisasi halus feed dan free‑CaO stabil (~2–4%)—mendorong pembakaran bersih tanpa residu sangat fusi (slideshare.net; cementequipment.org).
Parameter operasi kiln dan profil termal
Bahkan raw mix yang “benar” pun bisa membentuk ring bila operasi tidak stabil. Titik kritisnya ada pada temperatur/panas radiasi puncak (“hot spots”) di dekat flame profile. Pemodelan dan data lapangan menyimpulkan ring terkonsentrasi di zona dengan “maximal radiative heat flux” (researchgate.net; slideshare.net). Dalam satu pabrik, rata-rata terbentuk satu ring per bulan; 70% memaksa kiln shutdown dan biaya bisa mencapai ~€150k per kejadian (slideshare.net).
Pencegahan berarti meratakan dan menurunkan puncak temperatur. Trial membuktikan peningkatan udara sekunder/tersier di area burner mendinginkan hot spot dan menghamburkan panas berlebih (researchgate.net). Penyesuaian split udara‑bahan bakar atau geometri burner untuk memperlebar flame—CFD menunjukkan rasio air:fuel yang lebih tinggi “reduced hotspot temperatures” dan efektif menekan ring—terbukti di satu kiln (researchgate.net; slideshare.net).
Target operasi lazimnya menjaga temperatur gas tail‑end dan temperatur shell dalam batas ketat; hindari lonjakan mendadak (mis. dari surge batubara tidak terbakar atau lonjakan feed). Stabilitas laju dan kelembapan feed, distribusi feed/grate yang konsisten (mencegah dead zone), serta kecepatan kiln/ducting yang memadai untuk mencegah “pillarging” padatan semuanya penting. Monitoring kontinyu—termokopel shell dan flame camera—mendeteksi dini buildup deposit. Bila deposit awal muncul, cool‑down terencana singkat atau soot‑blowing dapat mencegahnya mengeras menjadi ring penuh.
Pengaruh jenis bahan bakar dan pembakaran
Jenis bahan bakar menentukan risiko ring karena ash (abu) bahan bakar menyumbang flux. Bahan bakar high‑ash dan low‑fusing—sebagian petcoke, batubara bersilika tinggi, atau waste fuel yang tidak diproses—meninggalkan ash bertitik leleh rendah. Analisis kiln kapur 150 m menunjukkan ash batubara (9% O₂‑free) mengandung ~50% SiO₂/24% Al₂O₃/10% Fe₂O₃; kesetimbangan kimia menunjukkan ash ini sepenuhnya molten pada temperatur burner sehingga “incorporated into the ring deposit” sepanjang zona deposit (pubs.acs.org). Studi sama mencatat sebagian besar massa ring berasal dari ash bahan bakar, bukan raw lime (pubs.acs.org; pubs.acs.org).
Bahan bakar dengan klorida/alkali (K₂O, Na₂O) sangat bermasalah: ia menguap dan mengembun ulang menjadi alkali klorida/sulfat yang lengket. Bahkan 0,02% klorida saja pada aliran raw+bahan bakar dapat memicu endapan berat alkali‑klorida (sylvite) saat beredar internal (cementequipment.org). Pembakaran tidak sempurna memperparahnya: bahan bakar tak terbakar di kiln bawah menciptakan zona reduktif (kekurangan oksigen), meningkatkan sirkulasi internal S, Cl, Na, K dan mempromosikan garam bertitik leleh rendah (pubs.acs.org).
Sebaliknya, bahan bakar lebih “bersih” seperti gas alam, petrocoke low‑ash dengan Sc/Al treatments, atau biomassa berkualitas tinggi menurunkan flux abu. Di Indonesia, pabrik memadukan (co‑fire) plastik dan biomassa untuk mengurangi batubara (journal.ugm.ac.id)—namun bahan bakar ini harus bebas PVC/klorida agar tidak memicu ring. Laporan menunjukkan limbah plastik yang dipilah dan dikarakterisasi dengan baik (HV ~7.200 kcal/kg) dapat menggantikan batubara secara signifikan—mis. ~24.000 GJ/tahun di satu pabrik (journal.ugm.ac.id)—dengan operasi stabil, karena kimia feed (terutama Cl/S) dikelola ketat. Rencana dekarbonisasi semen Indonesia 2024 secara eksplisit menargetkan kenaikan pemakaian bahan bakar alternatif (indonesiabusinesspost.com), yang makin menegaskan pentingnya kontrol kimia ash bahan bakar.
Cara Mengunci Efisiensi di Closed‑Loop Cooling Pada Pabrik Semen
Additives kimia dan penangkal deposit
Strategi aktif lainnya adalah additives di sisi bahan bakar. Paten menjelaskan penambahan bubuk berbasis MgO ke bahan bakar kiln semen: MgO bereaksi dengan vanadium dan sulfur pada batubara kaya V membentuk vanadat/sulfat bertitik leleh tinggi, sehingga mencegah molten salt deposit (patents.google.com; patents.google.com). Additives seperti ini (sering dosis beberapa persen dari massa bahan bakar) dilaporkan menghilangkan crust dan ring tanpa menurunkan mutu pembakaran. Satu sistem terpatri memakai aditif berbasis air MgO/dolomit (~20–60% alkali‑earth oksida aktif) yang digiling bersama batubara (patents.google.com; patents.google.com).
Di pasar, tersedia pula suplemen seperti Adi3tek (campuran surfactant/polymer) yang diaplikasikan via bahan bakar atau injeksi langsung: laporan menyebut Adi3tek “redirects sulfur… into higher‑melting alkali compounds” yang tidak menempel pada dinding (zkg.de). Uji coba menunjukkan ia “inhibits ring formation and even helps remove existing rings” sembari meningkatkan output clinker (zkg.de). Di lapangan, ada campuran yang di‑dose ~1 L per ton bahan bakar, mengubah gangguan ring berulang menjadi penghematan lima digit per bulan berkat operasi kontinyu (slideshare.net).
Presisi dosis menjadi krusial saat injeksi bahan kimia ke jalur bahan bakar; banyak pabrik memanfaatkan metering pump seperti dosing pump untuk akurasi laju injeksi agar efek aditif konsisten pada zona bakar.
Selain sisi bahan bakar, mengubah komposisi raw mix juga dapat menggeser perilaku fusi. Secara teori, penambahan “poisons” terhadap flux atau diluen inert (mis. silika halus atau slag) menaikkan titik leleh bed; penambahan kecil Al₂O₃/SiO₂ mengurangi free‑CaO dan fraksi cair. Namun, strategi ini harus ditimbang terhadap kualitas clinker dan burnability; praktiknya lebih jarang dipilih dibanding aditif bahan bakar. Taktik “raw” yang lebih umum adalah mengganti sebagian bahan kaya flux dengan alternatif lebih silika, atau membatasi batugamping tinggi sulfur dengan sumber Ca yang lebih bersih.
Monitoring kimia dan diagnostik
Pemantauan dan analisis memandu tindakan korektif. Analisis periodik deposit dengan XRD/XRF (difraksi sinar‑X/fluoresensi sinar‑X) mengungkap apakah dominan tanah liat/SO₄ atau ash KCl/dst., sehingga resep perbaikan lebih tepat. Banyak pabrik melacak kimia kiln dust untuk memantau akumulasi alkali. Mengaitkan data ini dengan kimia kiln dan dosis additives memampukan penyesuaian rasio mix atau laju dosis secara kuantitatif—indikatornya: ring stoppage berkurang, throughput bersih meningkat. Satu produsen semen mendokumentasikan operasi 75 hari tanpa additive sambil memantau SO₃ di gas buang; setelah itu buildup muncul hingga injeksi additive dilanjutkan—validasi terukur dampak additive.
Dampak operasional terukur
Kasus CFD di Almatis (rotary kiln, Ca‑aluminate cement) menghapus shutdown tak terencana sepenuhnya setelah perubahan aliran udara—implikasinya penghematan bulanan puluhan ribu dolar (researchgate.net). Penggunaan fuel additive dilaporkan memangkas downtime perawatan hingga 90% di beberapa fasilitas. Klaim industri yang umum: penurunan 15–30% unscheduled stops setelah program manajemen ring yang agresif.
Di Indonesia, laporan awal pemakaian AF (alternative fuels) tinggi menunjukkan output semen tetap (bahkan meningkat) saat memasukkan 240% lebih banyak bahan bakar plastik (journal.ugm.ac.id), memvalidasi bahwa ring/coating tetap terkendali sekalipun pemakaian limbah RTP agresif.
Efisiensi Cyclone dan Baghouse pada Menara Preheater Pabrik Semen
Ringkasan strategi terintegrasi
Kesimpulannya, pencegahan ring kiln butuh pendekatan holistik: rekayasa raw mix untuk menekan senyawa bertitik leleh rendah (kendalikan CaO:SiO₂:Al₂O₃, alkali, serta level SO₃/Cl); jalankan kiln dengan kondisi stabil dan seragam (flame seimbang, homogenisasi baik, hindari overheating lokal; researchgate.net; slideshare.net); dan pilih/olah bahan bakar untuk meminimalkan spesies ash kritis. Saat perlu, tambahkan kimia: MgO/CaO‑based additives dengan bahan bakar untuk “menangkap” S/V (patents.google.com) atau inhibitor komersial seperti Adi3tek (zkg.de). Kombinasi langkah berbasis data ini terbukti menekan ring (lebih sedikit stoppage, clinker per hari meningkat), mengangkat availability dan profitabilitas pabrik.
