Rolling Mill: Peralatan Penting dalam Produksi & Pengolahan Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah Rolling Mill adalah mesin industri khusus yang digunakan dalam pemrosesan awal baja untuk mengurangi ketebalan dan memodifikasi bentuk produk baja setengah jadi melalui serangkaian proses deformasi mekanis. Mesin ini berfungsi dengan melewatkan billet, slab, atau bloom baja melalui serangkaian rol yang berputar, menerapkan gaya kompresif untuk mencapai dimensi dan kualitas permukaan yang diinginkan.

Tujuan dasar dari rolling mill adalah untuk mengubah ingot baja besar dan kasar atau bentuk setengah jadi menjadi produk jadi atau setengah jadi seperti lembaran, pelat, strip, batang, atau rel. Ini memainkan peran penting dalam rantai manufaktur baja, menjembatani kesenjangan antara pembuatan baja (tanur tiup, konverter, atau tanur busur listrik) dan proses hilir seperti fabrikasi, pelapisan, atau pembentukan lebih lanjut.

Dalam alur proses pembuatan baja secara keseluruhan, rolling mill ditempatkan setelah tahap produksi baja primer dan pemurnian sekunder. Ini berfungsi sebagai peralatan pembentukan dan penyesuaian utama, memungkinkan produksi produk baja berkualitas tinggi yang distandarisasi dan cocok untuk berbagai aplikasi industri.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa inti di balik rolling mill adalah penerapan gaya kompresif yang terkontrol melalui rol yang berputar untuk mendeforasi baja secara plastis. Deformasi ini mengurangi area penampang sambil meningkatkan panjang, mengikuti prinsip plastisitas dan aliran logam.

Komponen teknologi kunci termasuk rol itu sendiri, dudukan rol, sistem penggerak, dan peralatan tambahan. Rol biasanya terbuat dari baja paduan berkekuatan tinggi atau cor, dirancang untuk menahan stres dan keausan yang tinggi. Dudukan rol menampung rol dan menyediakan mekanisme untuk menyesuaikan celah rol, penyelarasan, dan tekanan.

Mekanisme operasi utama melibatkan rotasi sinkron dari rol, yang menggenggam dan menarik baja melalui mill. Material mengalir dari sisi masuk, mengalami deformasi saat melewati rol, dan keluar sebagai produk dengan ketebalan yang berkurang atau bentuk yang diubah. Proses ini bersifat kontinu, dengan baja terus-menerus dimasukkan ke dalam mill dan produk dikumpulkan di hilir.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk celah rol, kecepatan rolling, tekanan rol, dan suhu. Celah rol yang khas berkisar dari beberapa milimeter hingga beberapa sentimeter, tergantung pada spesifikasi produk. Kecepatan rolling dapat bervariasi dari 0,5 hingga 20 meter per detik, menyeimbangkan throughput dan kualitas produk.

Kecepatan rolling yang lebih tinggi meningkatkan produktivitas tetapi dapat menyebabkan cacat permukaan atau stres internal jika tidak dikendalikan dengan baik. Manajemen suhu sangat penting; rolling panas terjadi pada suhu di atas titik rekristalisasi (sekitar 1100°C untuk baja), sementara rolling dingin dilakukan pada atau dekat suhu kamar.

Sistem kontrol memanfaatkan sensor canggih, otomatisasi, dan umpan balik untuk memantau parameter seperti gaya rol, suhu, dan laju deformasi. Sistem ini memungkinkan penyesuaian waktu nyata untuk mengoptimalkan kualitas produk, meminimalkan cacat, dan memaksimalkan efisiensi.

Konfigurasi Peralatan

Konfigurasi rolling mill yang khas termasuk dua-tinggi, empat-tinggi, cluster, atau tandem mills, masing-masing cocok untuk aplikasi tertentu. Dua-tinggi mills terdiri dari dua rol horizontal, cocok untuk penggilingan kasar atau pengurangan berat. Empat-tinggi mills menggabungkan rol kerja yang lebih kecil yang didukung oleh rol cadangan yang lebih besar, memberikan hasil permukaan yang lebih baik dan akurasi dimensi.

Modern tandem mills memiliki beberapa dudukan yang diatur secara berurutan, memungkinkan rolling strip atau lembaran produk secara kontinu dan berkecepatan tinggi. Dimensi fisik bervariasi secara luas, dengan diameter rol berkisar dari 300 mm di mill kecil hingga lebih dari 2 meter di instalasi besar yang berat.

Sistem tambahan termasuk pendinginan dan pelumasan rol, penyesuaian celah rol hidraulik, perangkat kontrol ketegangan, dan sistem otomatisasi. Komponen ini memastikan operasi yang stabil, kontrol yang tepat, dan umur peralatan yang lebih lama.

Kimia Proses dan Metalurgi

Reaksi Kimia

Selama rolling panas, reaksi kimia utama melibatkan oksidasi elemen permukaan dan dekarbonisasi pada suhu tinggi. Baja bereaksi dengan oksigen, nitrogen, dan gas atmosfer lainnya, membentuk oksida dan nitride yang dapat mempengaruhi kualitas permukaan.

Secara termodinamika, reaksi oksidasi didorong oleh suhu dan tekanan parsial oksigen, dengan oksida permukaan terbentuk dengan cepat pada suhu tinggi. Kinetika tergantung pada komposisi baja dan kontrol atmosfer, dengan atmosfer inert atau reduksi digunakan untuk meminimalkan oksidasi.

Produk reaksi yang signifikan termasuk oksida besi (FeO, Fe2O3), yang dapat dihilangkan melalui proses penghilangan skala. Produk sampingan seperti terak dan skala dihasilkan, memerlukan pengelolaan untuk mencegah kontaminasi dan cacat permukaan.

Transformasi Metalurgi

Perubahan metalurgi kunci selama rolling melibatkan rekristalisasi dinamis, pemurnian butir, dan transformasi fase. Rolling panas pada suhu tinggi mendorong rekristalisasi, menghasilkan mikrostruktur butir halus yang meningkatkan ketangguhan dan duktilitas.

Ketika baja mendingin setelah rolling panas, perkembangan mikrostruktur termasuk ferrit, pearlit, bainit, atau martensit, tergantung pada laju pendinginan dan elemen paduan. Transformasi ini secara langsung mempengaruhi sifat mekanik seperti kekuatan, kekerasan, dan kemampuan dibentuk.

Rolling dingin menyebabkan pengerasan kerja, meningkatkan kekuatan dan kekerasan tetapi mengurangi duktilitas. Annealing selanjutnya dapat mengembalikan duktilitas dengan mengurangi stres internal dan mendorong pemulihan mikrostruktur.

Interaksi Material

Interaksi antara baja, terak, refraktori, dan atmosfer sangat penting untuk stabilitas proses. Selama rolling suhu tinggi, oksidasi dan dekarbonisasi dapat menyebabkan cacat permukaan atau variasi sifat.

Pelapisan refraktori di mill mengalami stres termal dan mekanis, memerlukan material seperti bata berbasis alumina atau magnesia. Mekanisme transfer material termasuk pembentukan skala, adhesi terak, dan keausan refraktori.

Kontrol interaksi yang tidak diinginkan melibatkan kontrol atmosfer (misalnya, gas inert), penghilangan skala yang efektif, dan pemeliharaan refraktori. Kontrol proses yang tepat meminimalkan kontaminasi, cacat permukaan, dan penurunan peralatan.

Alur Proses dan Integrasi

Material Input

Input utama adalah baja setengah jadi, seperti billet, slab, atau bloom, dengan komposisi kimia, kebersihan, dan kualitas permukaan yang ditentukan. Komposisi kimia yang khas bervariasi tergantung pada grade baja tetapi umumnya termasuk karbon, mangan, silikon, dan elemen paduan.

Persiapan material melibatkan pemanasan di dalam tanur untuk mencapai suhu dan kebersihan permukaan yang seragam. Penanganan mencakup crane, konveyor, dan tanur pemanasan ulang, memastikan minimal kontaminasi dan kerusakan.

Kualitas input secara langsung mempengaruhi kinerja rolling, hasil permukaan, dan sifat produk akhir. Kebersihan tinggi dan komposisi yang terkontrol mengurangi cacat dan meningkatkan pemrosesan hilir.

Urutan Proses

Urutan operasional dimulai dengan pemanasan ulang baja setengah jadi hingga suhu rolling. Baja kemudian dimasukkan ke dalam rolling mill, di mana ia melewati beberapa dudukan, masing-masing mengurangi ketebalan secara bertahap.

Dalam rolling panas, proses melibatkan operasi kontinu atau semi-kontinu, dengan tahap pendinginan dan inspeksi di antara. Rolling dingin mengikuti rolling panas, melibatkan deformasi lebih lanjut pada suhu kamar, sering kali dengan annealing di antara.

Waktu siklus tergantung pada ukuran produk dan kapasitas mill, biasanya berkisar dari beberapa detik per pass hingga beberapa menit untuk produk besar. Laju produksi dapat mencapai beberapa ratus ton per jam di tandem mills modern.

Titik Integrasi

Rolling mill berinteraksi dengan proses hulu seperti pembuatan baja, pengecoran, dan tanur pemanasan ulang. Data material dan proses mengalir melalui sistem digital untuk penjadwalan dan kontrol kualitas.