Hot Mill dalam Produksi Baja: Proses dan Peralatan Utama

Definisi dan Konsep Dasar

Hot Mill adalah proses penggulungan baja utama di mana produk baja setengah jadi, seperti slab, billet, atau bloom, dipanaskan hingga suhu tinggi dan kemudian dideformasi secara mekanis menjadi bentuk yang lebih tipis dan lebih mudah dikelola seperti pelat, strip, atau koil. Ini adalah tahap kritis dalam rantai manufaktur baja, mengubah bahan baku berbasis cor atau ingot menjadi produk setengah jadi atau jadi yang cocok untuk pemrosesan lebih lanjut atau penggunaan langsung.

Tujuan dasar dari hot mill adalah untuk mengurangi ketebalan baja, meningkatkan kualitas permukaannya, dan memodifikasi mikrostrukturnya untuk mencapai sifat mekanik yang diinginkan. Ini memastikan bahwa baja mencapai dimensi, kualitas permukaan, dan karakteristik metalurgi yang ditentukan yang diperlukan untuk penggulungan dingin, pelapisan, atau aplikasi akhir selanjutnya.

Dalam alur proses pembuatan baja secara keseluruhan, hot mill mengikuti tahap pengecoran kontinu atau pengecoran ingot dan mendahului penggulungan dingin, galvanisasi, atau operasi penyelesaian lainnya. Ini bertindak sebagai jembatan antara produksi baja mentah dan pemrosesan hilir, memungkinkan transformasi slab baja dalam volume besar dan kecepatan tinggi menjadi bentuk yang dapat digunakan.

Desain dan Operasi Teknis

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa inti dari hot mill melibatkan penerapan deformasi mekanis yang terkontrol pada baja yang dipanaskan untuk mencapai dimensi dan mikrostruktur yang diinginkan. Proses ini bergantung pada prinsip termomekanik, di mana deformasi suhu tinggi mengurangi stres internal dan memperhalus struktur butir.

Komponen teknologi kunci meliputi:

• Furnace Pemanasan Ulang: Mempersiapkan slab atau billet mentah dengan memanaskannya secara merata hingga suhu biasanya antara 1150°C dan 1250°C, memastikan duktilitas optimal untuk penggulungan.
• Rolling Mills: Terdiri dari serangkaian stand rol dengan rol yang dapat disesuaikan yang secara progresif mengurangi ketebalan. Ini sering diatur dalam konfigurasi kontinu atau semi-kontinu.
• Sistem Descaling: Menggunakan jet air bertekanan tinggi atau metode abrasif untuk menghilangkan oksida permukaan dan skala yang terbentuk selama pemanasan ulang.
• Sistem Pendinginan: Tempat pendinginan yang terkontrol atau sistem aliran laminar mengatur laju pendinginan setelah penggulungan untuk mempengaruhi mikrostruktur dan sifat mekanik.
• Sistem Otomasi dan Kontrol: Sensor canggih, PLC, dan DCS (Sistem Kontrol Terdistribusi) memantau dan menyesuaikan parameter seperti celah rol, ketegangan, dan suhu secara real-time.

Mekanisme operasi utama melibatkan memberi makan slab yang dipanaskan ke dalam stand penggulungan, di mana mereka ditekan dan diperpanjang. Material mengalir melalui stand berturut-turut, dengan setiap lintasan mengurangi ketebalan dan mengubah bentuk hingga dimensi akhir tercapai.

Parameter Proses

Variabel proses kritis meliputi:

Parameter proses saling bergantung; misalnya, kecepatan penggulungan yang lebih tinggi mungkin memerlukan penyesuaian dalam ketegangan dan pendinginan untuk mencegah cacat permukaan atau stres internal. Hot mill modern menggunakan sistem kontrol canggih yang memanfaatkan data real-time untuk mengoptimalkan variabel ini, memastikan kualitas produk yang konsisten.

Konfigurasi Peralatan

Instalasi hot mill yang khas terdiri dari:

• Furnace Pemanasan Ulang: Biasanya furnace balok berjalan atau furnace rotari, dengan dimensi tergantung pada kapasitas throughput, sering kali beberapa meter panjang dan cukup lebar untuk menampung slab hingga 3 meter lebar.
• Seri Stand Penggulungan: Susunan tandem dengan 2 hingga 10 stand, masing-masing dilengkapi dengan penyesuaian rol hidrolik atau sekrup, mampu menangani beban dan kecepatan tinggi.
• Unit Descaling: Terletak sebelum atau setelah stand roughing, dengan jet air atau sikat abrasif.
• Peralatan Pendinginan dan Penggulungan: Termasuk tempat pendinginan laminar, zona semprot, dan penggulung yang mampu memproduksi koil hingga beberapa ratus ton.
• Sistem Tambahan: Termasuk penanganan limbah, penghilangan skala, pelumasan, dan kontrol otomatis.

Evolusi desain telah mengarah pada peningkatan otomatisasi, kecepatan penggulungan yang lebih tinggi, dan efisiensi energi yang lebih baik. Konfigurasi modular memungkinkan kustomisasi berdasarkan kapasitas dan spesifikasi produk.

Kimia dan Metalurgi Proses

Reaksi Kimia

Selama pemanasan ulang dan penggulungan, reaksi kimia utama melibatkan oksidasi elemen permukaan, terutama besi dan elemen paduan, yang mengarah pada pembentukan skala oksida. Reaksi ini secara termodinamik diuntungkan pada suhu tinggi dan melibatkan:

• Oksidasi besi: ( 4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3 )
• Pembentukan lapisan skala: FeO, Fe_3O_4, dan Fe_2O_3, tergantung pada suhu dan tekanan parsial oksigen.

Kinetika oksidasi tergantung pada suhu, ketersediaan oksigen, dan luas permukaan. Descaling yang tepat meminimalkan lapisan oksida residu yang dapat menyebabkan cacat permukaan.

Transformasi Metalurgi

Deformasi suhu tinggi di hot mill menginduksi perubahan mikrostruktural seperti:

• Pemurnian butir: Rekristalisasi dinamis terjadi selama deformasi, menghasilkan butir yang lebih halus yang meningkatkan ketangguhan.
• Transformasi fase: Tergantung pada komposisi paduan dan laju pendinginan, fase seperti ferrit, perlit, bainit, atau martensit dapat terbentuk selama pendinginan selanjutnya.
• Pelepasan stres: Penggulungan mengurangi stres internal dan regangan residu, meningkatkan stabilitas dimensi.

Transformasi ini mempengaruhi sifat mekanik seperti kekuatan, duktilitas, dan ketangguhan, yang disesuaikan melalui pendinginan terkontrol dan paduan.

Interaksi Material

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

• Interaksi terak-logam: Komposisi terak mempengaruhi kualitas permukaan; terjebaknya terak yang berlebihan dapat menyebabkan inklusi.
• Keausan refraktori: Pelapisan refraktori di furnace dan stand rol mengalami degradasi seiring waktu akibat siklus termal dan keausan mekanis.
• Efek atmosfer: Oksidasi dan dekarbonisasi dapat terjadi jika kontrol oksigen tidak memadai, mempengaruhi kandungan karbon dan kualitas permukaan.

Metode kontrol meliputi kimia terak yang dioptimalkan, pemilihan