Penggilingan Panas dan Dingin: Proses Kunci dalam Produksi Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Mesin penggulung panas dan dingin adalah peralatan penting dalam proses pembuatan baja yang digunakan untuk mengurangi, membentuk, dan menyelesaikan slab, billet, atau koil baja melalui proses deformasi berturut-turut. Ini menggunakan teknologi penggilingan—di mana baja ditekan di antara rol yang berputar—untuk menghasilkan lembaran, pelat, strip, atau produk gulungan lainnya dengan dimensi dan kualitas permukaan yang tepat.

Pada dasarnya, mesin penggulung panas beroperasi pada suhu tinggi, biasanya di atas titik rekristalisasi baja, memungkinkan deformasi yang signifikan dengan gaya minimal dan memfasilitasi pemurnian butir. Sebaliknya, mesin penggulung dingin memproses baja pada atau dekat suhu ruangan, memberikan kontrol dimensi yang lebih halus, penyelesaian permukaan yang lebih baik, dan sifat mekanik yang ditingkatkan.

Dalam keseluruhan rantai pembuatan baja, mesin penggulung panas dan dingin berfungsi sebagai tahap hilir yang penting setelah proses utama seperti pembuatan baja dalam converter atau tungku busur listrik, dan proses sekunder seperti pengecoran dan pembentukan panas. Posisi mereka sangat penting untuk mengubah slab atau koil baja setengah jadi menjadi produk jadi yang cocok untuk berbagai aplikasi industri, termasuk konstruksi, otomotif, dan pembuatan peralatan.

Desain dan Operasi Teknis

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa inti di balik mesin penggulung adalah deformasi plastik baja melalui gaya kompresif yang diterapkan oleh rol yang berputar. Deformasi ini mengurangi ketebalan material sambil memperpanjang panjangnya, mengikuti prinsip plastisitas logam dan perilaku tegangan aliran.

Komponen teknologi kunci termasuk stand rol, yang menampung rol; penggerak rol, yang menyediakan torsi; sistem pendinginan dan pemanasan rol; serta peralatan ketegangan dan leveling. Rol biasanya terbuat dari baja paduan berkekuatan tinggi atau coran, dirancang untuk menahan stres tinggi dan siklus termal.

Mekanisme operasi utama melibatkan memberi makan benda kerja baja di antara rol, yang berputar ke arah yang berlawanan. Saat material melewati, ia mengalami deformasi, dengan ketebalan yang berkurang dan kualitas permukaan yang meningkat. Aliran material dikendalikan dengan hati-hati untuk memastikan deformasi yang seragam, dan parameter proses disesuaikan secara dinamis untuk memenuhi spesifikasi produk.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk celah rol, kecepatan rol, suhu penggilingan, rasio pengurangan, dan gaya ketegangan.

• Celah rol menentukan ketebalan akhir; rentang tipikal dari beberapa milimeter dalam penggilingan dingin hingga beberapa sentimeter dalam penggilingan panas.
• Kecepatan rol mempengaruhi throughput dan kualitas permukaan, umumnya berkisar antara 10 hingga 200 meter per menit.
• Suhu dalam penggilingan panas berkisar antara 1100°C hingga 1250°C, sementara penggilingan dingin terjadi dekat suhu ruangan.
• Rasio pengurangan (ketebalan awal dibagi dengan ketebalan akhir) bervariasi dari 10% dalam proses penyelesaian hingga lebih dari 80% dalam penggilingan panas awal.

Parameter ini saling terkait; misalnya, suhu yang lebih tinggi mengurangi tegangan aliran, memungkinkan pengurangan yang lebih besar dengan gaya yang lebih sedikit. Sistem kontrol menggunakan sensor dan umpan balik untuk memantau parameter seperti ketebalan, suhu, dan gaya rol, memungkinkan penyesuaian waktu nyata untuk mempertahankan kualitas produk yang konsisten.

Konfigurasi Peralatan

Mesin penggulung panas tipikal terdiri dari serangkaian stand yang diatur dalam garis kontinu atau semi-kontinu, dengan setiap stand melakukan tahap pengurangan tertentu. Stand awal dirancang untuk pengurangan berat, dilengkapi dengan rol berdiameter besar dan penggerak daya tinggi, sementara stand penyelesaian memiliki rol yang lebih kecil untuk penyelesaian yang tepat.

Mesin penggulung dingin sering kali memiliki konfigurasi tandem dengan beberapa stand, memungkinkan pengurangan berturut-turut dengan annealing atau perlakuan permukaan di antara. Mesin modern memiliki desain modular, memungkinkan peningkatan dan variasi seperti mesin penggulung reversibel atau kontinu.

Sistem tambahan termasuk sistem pendinginan dan pemanasan rol, unit pelumasan, peralatan ketegangan dan leveling, serta kontrol otomatisasi. Beberapa mesin canggih menggabungkan perlakuan permukaan inline, pelapisan, atau sistem inspeksi untuk meningkatkan kualitas produk.

Kimia Proses dan Metalurgi

Reaksi Kimia

Selama penggilingan panas, reaksi kimia utama melibatkan oksidasi dan dekarbonisasi pada permukaan baja akibat paparan oksigen atmosfer dan kelembapan. Reaksi ini dapat menyebabkan pembentukan skala, yang sebagian besar terdiri dari oksida besi seperti FeO, Fe3O4, dan Fe2O3.

Secara termodinamika, reaksi oksidasi lebih disukai pada suhu tinggi, dengan laju reaksi dipengaruhi oleh tekanan parsial oksigen dan suhu. Kinetika cepat pada suhu tinggi, memerlukan atmosfer pelindung atau proses penghilangan skala.

Pada penggilingan dingin, reaksi kimia minimal; namun, perlakuan permukaan seperti pengasaman melibatkan reaksi asam untuk menghilangkan skala oksida dan kontaminan permukaan.

Transformasi Metalurgi

Penggilingan panas menyebabkan rekristalisasi dinamis, memperhalus ukuran butir dan meningkatkan duktilitas. Perkembangan mikrostruktur termasuk transformasi austenit menjadi ferit dan perlit, tergantung pada komposisi baja dan kondisi pendinginan.

Transformasi fase selama pendinginan mempengaruhi mikrostruktur akhir, mempengaruhi sifat mekanik seperti kekuatan, ketangguhan, dan duktilitas. Pendinginan yang terkontrol dan perlakuan termomekanik dapat menghasilkan mikrostruktur tertentu seperti bainit atau martensit untuk aplikasi khusus.

Penggilingan dingin dapat menyebabkan pengerasan kerja, meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi duktilitas. Annealing pasca-penggilingan atau perlakuan panas sering digunakan untuk mengembalikan duktilitas atau memodifikasi mikrostruktur.

Interaksi Material

Interaksi antara baja, terak, refraktori, dan atmosfer sangat penting untuk operasi mesin. Pembentukan skala pada baja yang digulung panas merupakan hasil dari oksidasi, yang dapat dikendalikan melalui atmosfer pelindung atau penghilangan skala.

Pelapisan refraktori dalam sistem tungku dan pendinginan rol mengalami stres termal dan mekanis, memerlukan material yang tahan lama seperti bata berbasis alumina atau magnesia. Transfer material atau kontaminasi dapat terjadi jika degradasi refraktori tidak dikelola.

Mengendalikan interaksi yang tidak diinginkan melibatkan pemeliharaan kontrol atmosfer yang tepat, integritas refraktori, dan kebersihan permukaan baja. Misalnya, atmosfer inert atau agen fluks mengurangi oksidasi dan adhesi skala.

Alur Proses dan Integrasi

Material Input

Material input utama adalah slab atau billet baja, biasanya disuplai dalam bentuk panas-gulung atau setengah jadi. Spesifikasi mencakup komposisi kimia, kualitas permukaan, dan toleransi dimensi.

Persiapan material melibatkan pemanasan, penghilangan skala, dan kadang-kadang pengkondisian permukaan untuk memastikan deformasi dan penyelesaian permukaan yang seragam. Sistem penanganan seperti crane, konveyor, dan meja rol memfasilitasi pergerakan ke dalam mesin.

Kualitas input secara langsung mempengaruhi kinerja proses; billet berkualitas tinggi dengan cacat permukaan minimal mengurangi pekerjaan ulang hilir dan meningkatkan kualitas produk akhir.

Urutan Proses

Urutan tipikal dimulai dengan memanaskan slab baja dalam tungku pemanasan ulang hingga suhu penggilingan yang diperlukan. Proses penggilingan panas kemudian dilanjutkan melalui beberapa stand, mengurangi ketebalan dan membentuk baja menjadi profil yang diinginkan.

Dalam penggilingan panas, proses awal adalah pengurangan berat, diikuti oleh proses menengah dan penyelesaian untuk mencapai dimensi dan kualitas permukaan yang ditargetkan. Setelah penggilingan panas, baja dapat mengalami pendinginan, perlakuan permukaan, dan inspeksi.

Penggilingan dingin mengikuti, di mana baja diproses lebih lanjut pada suhu ambient untuk memperhalus dimensi, meningkatkan penyelesaian permukaan, dan meningkatkan sifat mekanik. Ini dapat mencakup beberapa stand tandem dengan annealing