Blooming-Mill: Peralatan Kunci dalam Proses Utama Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah Blooming-Mill adalah jenis pabrik penggulung yang digunakan dalam proses pembuatan baja primer untuk mengubah produk baja setengah jadi, seperti ingot atau billet, menjadi bentuk setengah jadi yang lebih besar, lebih seragam, dan lebih halus yang disebut bloom. Bloom ini berfungsi sebagai produk antara untuk operasi penggulung berikutnya, seperti produksi rel, balok, atau pelat.

Secara fundamental, proses blooming melibatkan deformasi panas baja pada suhu tinggi untuk memperhalus mikrostruktur, meningkatkan sifat mekanik, dan mencapai dimensi penampang yang diinginkan. Blooming-mill memainkan peran penting dalam rantai pembuatan baja dengan mengubah ingot atau billet yang kasar dan besar menjadi bentuk yang terstandarisasi dan dapat dikelola yang cocok untuk pemrosesan lebih lanjut.

Dalam alur proses pembuatan baja secara keseluruhan, blooming-mill ditempatkan setelah pembuatan baja primer (seperti konverter atau tungku busur listrik) dan pengecoran kontinu, berfungsi sebagai langkah kunci dalam membentuk dan menghomogenkan baja sebelum penggulungan atau penempaan lebih lanjut. Ini menjembatani kesenjangan antara produksi baja awal dan pembentukan akhir, memastikan kualitas dan konsistensi material.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa inti dari sebuah blooming-mill adalah deformasi panas melalui kompresi dan perpanjangan yang terkontrol dari baja pada suhu tinggi, biasanya antara 1100°C dan 1250°C. Proses ini mengurangi area penampang baja, memperhalus mikrostruktur, dan mengurangi stres internal.

Komponen teknologi kunci meliputi:

• Rolls: Rol berat yang didinginkan dengan air terbuat dari baja paduan berkekuatan tinggi, dirancang untuk menahan stres termal dan mekanik yang tinggi. Mereka disusun dalam konfigurasi horizontal atau vertikal tergantung pada desain pabrik.
• Tungku Pemanasan Ulang: Mempersiapkan billet atau ingot baja dengan memanaskannya secara merata hingga suhu yang diperlukan untuk deformasi.
• Stand Penggulung: Serangkaian stand rol yang secara progresif mengurangi penampang baja. Setiap stand menerapkan tekanan dan deformasi yang terkontrol.
• Penggerak Hidrolik atau Mekanis: Memberikan gaya yang diperlukan untuk memutar rol dan mend deformasi baja.
• Sistem Pendinginan: Semprotan air atau semprotan yang dikombinasikan dengan pendinginan udara untuk mengontrol suhu dan mencegah overheating pada rol dan baja.

Mekanisme operasi utama melibatkan pemberian baja yang dipanaskan ke dalam pabrik, di mana ia mengalami beberapa kali lewat melalui stand rol. Setiap kali lewat mengurangi dimensi penampang, memperpanjang bloom, dan memperhalus struktur internalnya.

Parameter Proses

Variabel proses kritis meliputi:

• Suhu: Biasanya dipertahankan antara 1100°C dan 1250°C untuk memastikan duktilitas dan mencegah retak.
• Kecepatan Penggilingan: Biasanya berkisar antara 0,2 hingga 1,0 meter per detik, tergantung pada ketebalan material dan throughput yang diinginkan.
• Rasio Reduksi: Persentase penurunan area penampang per lewat, umumnya antara 20% dan 50%.
• Tekanan Rol: Dikendalikan untuk mengoptimalkan deformasi tanpa menyebabkan cacat permukaan atau kerusakan rol, sering kali dalam kisaran 50 hingga 150 MPa.
• Kecepatan Pendinginan: Dikelola untuk mengontrol perkembangan mikrostruktur, biasanya sekitar 10°C hingga 20°C per detik.

Sistem kontrol menggunakan sensor waktu nyata dan otomatisasi untuk memantau suhu, gaya, dan deformasi, menyesuaikan parameter secara dinamis untuk mempertahankan kondisi optimal.

Konfigurasi Peralatan

Sebuah blooming-mill yang khas terdiri dari serangkaian stand rol vertikal atau horizontal yang disusun dalam satu garis, dengan setiap stand mampu beroperasi secara independen. Panjang pabrik dapat bervariasi dari 20 hingga 50 meter, tergantung pada kapasitas dan desain.

Variasi desain meliputi:

• Blooming Mills Vertikal: Di mana billet dimasukkan secara vertikal dan digulung ke bawah, cocok untuk produksi skala besar.
• Blooming Mills Horizontal: Di mana billet dimasukkan secara horizontal, menawarkan akses dan pemeliharaan yang lebih mudah.

Sistem tambahan termasuk tungku pemanasan ulang, unit tenaga hidrolik, sistem pelumasan, dan sirkuit pendinginan air. Pabrik modern menggabungkan otomatisasi dan sistem kontrol canggih untuk operasi yang tepat.

Seiring waktu, evolusi desain telah fokus pada peningkatan throughput, meningkatkan efisiensi energi, dan mengurangi biaya operasional melalui inovasi seperti perbaikan desain rol dan otomatisasi.

Kimia Proses dan Metalurgi

Reaksi Kimia

Selama deformasi panas dalam proses blooming, reaksi kimia utama melibatkan transformasi mikrostruktur baja daripada perubahan kimia yang signifikan. Namun, reaksi oksidasi terjadi pada suhu tinggi, terutama pada permukaan yang terpapar, membentuk lapisan oksida.

Secara termodinamika, oksidasi besi dan elemen paduan (seperti mangan, silikon, dan krom) terjadi, menghasilkan oksida besi dan senyawa pembentuk terak lainnya. Reaksi ini dipengaruhi oleh suhu, tekanan parsial oksigen, dan kondisi permukaan.

Secara kinetik, laju oksidasi meningkat seiring dengan suhu dan waktu paparan, memerlukan atmosfer pelindung atau lingkungan gas inert dalam beberapa kasus untuk meminimalkan oksidasi permukaan.

Produk sampingan reaksi meliputi:

• Oksida besi (FeO, Fe2O3, Fe3O4): Terbentuk pada permukaan baja, berpotensi menyebabkan cacat permukaan.
• Konstituen terak: Diperoleh dari kotoran dan elemen paduan, yang dapat dihilangkan atau dikendalikan melalui manajemen terak.

Transformasi Metalurgi

Perubahan metalurgi kunci meliputi:

• Pemurnian mikrostruktur: Deformasi suhu tinggi mendorong pengurangan ukuran butir dan homogenisasi.
• Transformasi fase: Transformasi austenit menjadi ferit atau pearlit dapat terjadi selama pendinginan, mempengaruhi sifat mekanik.
• Pelepasan stres: Deformasi mengurangi stres internal yang terakumulasi selama pengecoran atau pemrosesan sebelumnya.

Secara mikrostruktur, bloom mengembangkan mikrostruktur yang halus dan seragam dengan ketahanan dan duktilitas yang lebih baik. Transformasi fase selama pendinginan mempengaruhi kekerasan, kekuatan, dan kemampuan mesin.

Interaksi Material

Interaksi antara baja, terak, refraktori, dan atmosfer sangat penting:

• Baja dan terak: Selama deformasi, beberapa elemen paduan dapat berpindah antara baja dan terak, mempengaruhi komposisi.
• Refraktori: Suhu tinggi dapat menyebabkan keausan refraktori, yang mengarah pada kontaminasi jika partikel refraktori masuk ke dalam baja.
• Atmosfer: Oksidasi pada suhu tinggi dapat menyebabkan cacat permukaan dan perubahan komposisi.

Mekanisme kontrol meliputi pemeliharaan atmosfer pelindung (misalnya, gas inert), pemilihan material refraktori yang tahan terhadap serangan termal dan kimia, serta mengoptimalkan parameter proses untuk meminimalkan interaksi yang tidak diinginkan.

Alur Proses dan Integrasi

Material Input

Input utama adalah billet atau ingot baja yang dipanaskan sebelumnya, biasanya berbobot antara 5 hingga 20 ton. Ini diproduksi melalui pengecoran kontinu, dengan spesifikasi termasuk:

• Komposisi kimia: Dikendalikan untuk karbon, mangan, silikon, dan elemen paduan.
• Suhu: Biasanya sekitar 1200°C hingga 1250°C.