Roughing Stand: Peralatan Kunci dalam Penggulungan & Pengurangan Baja Awal

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah Roughing Stand adalah peralatan pabrik penggilingan utama yang digunakan pada tahap awal penggilingan panas dalam pembuatan baja. Tujuan dasarnya adalah untuk mengurangi area penampang dari billet atau bloom baja setengah jadi, mengubahnya menjadi bentuk perantara dengan dimensi yang dapat dikelola untuk proses penyelesaian selanjutnya.

Posisi yang awal dalam rantai produksi baja, roughing stand berfungsi sebagai langkah deformasi pertama setelah baja diambil dari tungku pemanasan ulang. Ini menjembatani kesenjangan antara pabrik pemanasan dan penyelesaian, memastikan bahwa material mencapai bentuk dan ukuran yang diperlukan untuk proses penggilingan lebih lanjut. Tahap ini sangat penting untuk menetapkan mikrostruktur dan sifat mekanik dari produk baja akhir.

Peran roughing stand adalah untuk memberikan deformasi yang signifikan pada baja panas, meredakan stres internal dan memperhalus mikrostruktur. Ini menetapkan dasar untuk tahap penggilingan selanjutnya, yang lebih membentuk dan memperhalus baja untuk memenuhi spesifikasi. Efisiensinya secara langsung mempengaruhi produktivitas pabrik secara keseluruhan, kualitas produk, dan konsumsi energi.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa inti di balik roughing stand adalah deformasi panas baja pada suhu tinggi, biasanya antara 1100°C dan 1250°C. Proses ini bergantung pada aliran plastik baja, di mana material terdeformasi di bawah gaya kompresif tanpa patah.

Komponen teknologi kunci termasuk rakitan rol, sistem penggerak, dan mekanisme pendinginan. Rakitan rol terdiri dari dua atau lebih rol berdiameter besar yang dipasang pada rangka, mampu berputar ke arah yang berlawanan. Rol ini menerapkan gaya kompresif pada billet yang dipanaskan, mengurangi penampangnya.

Sistem penggerak, biasanya hidrolik atau listrik, mengontrol kecepatan rotasi rol dan torsi, memastikan deformasi yang konsisten. Sistem pendingin menjaga suhu optimal dan mencegah overheating pada rol dan komponen lainnya, memperpanjang umur layanan mereka.

Aliran material dalam roughing stand melibatkan billet yang masuk ke celah antara rol, mengalami kompresi, dan muncul dengan area penampang yang lebih kecil. Proses deformasi bersifat kontinu, dengan billet bergerak secara stabil melalui pabrik, sering kali dengan bantuan sistem pemberian dan panduan.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk celah rol, kecepatan rol, laju deformasi, dan suhu. Celah rol yang tipikal berkisar antara 50 mm hingga 200 mm, dapat disesuaikan sesuai dengan rasio pengurangan yang diinginkan.

Kecepatan rol umumnya antara 0,5 dan 2 meter per detik, menyeimbangkan laju deformasi dan kualitas permukaan. Laju deformasi, yang dinyatakan sebagai laju regangan, mempengaruhi evolusi mikrostruktur dan biasanya dipertahankan dalam kisaran 0,1 hingga 1 s⁻¹.

Pengendalian suhu sangat penting; suhu operasi dipertahankan dalam kisaran austenitik atau semi-austenitik untuk memfasilitasi deformasi plastik dan mencegah oksidasi permukaan. Variasi suhu mempengaruhi stres aliran dan keseragaman deformasi.

Sistem kontrol menggunakan sensor dan otomatisasi untuk memantau parameter seperti beban, suhu, dan celah rol. Umpan balik memungkinkan penyesuaian waktu nyata, memastikan kualitas produk yang konsisten dan stabilitas proses.

Konfigurasi Peralatan

Sebuah roughing stand yang tipikal terdiri dari stand rol horizontal dengan dua rol besar dan berat yang dipasang pada rangka yang kaku. Rol sering kali berdiameter 1,5 hingga 3 meter, dirancang untuk menahan gaya tinggi dan stres termal.

Desain modern menggabungkan sistem penyesuaian celah rol hidrolik, memungkinkan kontrol deformasi yang tepat. Beberapa konfigurasi memiliki beberapa stand yang diatur secara berurutan untuk pengurangan bertahap, sementara yang lain beroperasi sebagai stand tunggal dengan parameter yang dapat disesuaikan.

Sistem tambahan termasuk sistem pelumasan dan pendinginan untuk mengurangi gesekan dan akumulasi termal, serta mekanisme pemberian untuk memandu billet ke dalam celah rol dengan lancar. Pabrik yang canggih mungkin menggabungkan fitur otomatisasi dan pemantauan jarak jauh untuk kontrol yang lebih baik.

Evolusi desain seiring waktu telah mengarah pada adopsi pabrik penggilingan kontinu, peningkatan material rol seperti rol krom tinggi atau komposit, dan teknologi pendinginan yang ditingkatkan untuk memperpanjang umur peralatan dan meningkatkan efisiensi proses.

Kimia dan Metalurgi Proses

Reaksi Kimia

Selama deformasi panas di roughing stand, reaksi kimia utama adalah minimal, karena proses terjadi pada suhu tinggi di mana baja tetap dalam fase austenitik. Namun, reaksi oksidasi antara permukaan baja dan oksigen atmosfer dapat terjadi, yang mengarah pada pembentukan skala.

Secara termodinamika, oksidasi besi dan elemen paduan seperti kromium, mangan, dan silikon terjadi, menghasilkan oksida besi dan lapisan oksida lainnya. Reaksi ini dipengaruhi oleh suhu, tekanan parsial oksigen, dan waktu paparan.

Kinetika oksidasi cepat pada suhu tinggi, menghasilkan lapisan skala yang dapat mempengaruhi kualitas permukaan. Untuk mengurangi ini, atmosfer pelindung atau lingkungan gas inert kadang-kadang digunakan, terutama di pabrik yang canggih.

Transformasi Metalurgi

Perubahan metalurgi utama selama roughing adalah deformasi plastik baja austenitik, yang memperhalus struktur butir dan meredakan stres internal. Deformasi suhu tinggi mendorong rekristalisasi dinamis, yang menghasilkan mikrostruktur yang lebih halus.

Transformasi fase umumnya dihindari selama roughing, karena proses mempertahankan baja dalam fase austenitik. Namun, jika pendinginan cepat atau suhu turun di bawah titik kritis, transformasi menjadi ferit atau bainit dapat terjadi, mempengaruhi sifat mekanik.

Perkembangan mikrostruktur termasuk pengurangan ukuran butir dan homogenisasi elemen paduan. Transformasi ini mempengaruhi kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan baja, menetapkan panggung untuk langkah pemrosesan selanjutnya.

Interaksi Material

Interaksi antara baja, terak, refraktori, dan atmosfer sangat penting untuk stabilitas proses. Oksidasi di permukaan baja dapat menyebabkan pembentukan skala, yang dapat menyebabkan cacat permukaan jika tidak dikelola dengan baik.

Bahan refraktori yang melapisi pabrik harus tahan terhadap suhu tinggi dan stres mekanis, dengan komposisi umum termasuk alumina, magnesia, atau bata berbasis zirkonia. Transfer material dari keausan refraktori dapat mencemari permukaan baja.

Interaksi terak minimal selama roughing, tetapi terak residu atau inklusi dapat terjebak jika parameter proses tidak dioptimalkan. Mengontrol komposisi atmosfer dan mempertahankan integritas refraktori yang tepat membantu mencegah interaksi dan kontaminasi yang tidak diinginkan.

Metode seperti pelapisan pelindung, atmosfer inert, dan pendinginan yang dioptimalkan mengurangi interaksi material yang tidak diinginkan, memastikan kebersihan dan kualitas produk.

Alur Proses dan Integrasi

Bahan Masukan

Bahan masukan utama adalah billet atau bloom baja yang dipanaskan sebelumnya, biasanya terbuat dari limbah atau ingot, dengan komposisi kimia yang disesuaikan dengan spesifikasi produk akhir. Produk setengah jadi ini dipanaskan kembali di tungku hingga suhu yang diperlukan sebelum memasuki roughing stand.

Spesifikasi bahan masukan mencakup dimensi, komposisi kimia, kebersihan internal, dan kondisi permukaan. Persiapan yang tepat memastikan pemanasan dan perilaku deformasi yang seragam.

Pemrosesan melibatkan pemberian billet ke dalam tungku, memastikan distribusi suhu yang konsisten, dan mengangkutnya ke pabrik roughing melalui konveyor atau meja rol. Input berkualitas tinggi mengurangi cacat dan meningkatkan efisiensi proses.

Kualitas bahan masukan secara langsung mempengaruhi kinerja proses; variasi dalam komposisi atau suhu dapat menyebabkan deformasi yang tidak merata, cacat permukaan, atau ketidakkonsistenan mikrostruktur.

Urutan Proses

Urutan operasional dimulai dengan memanaskan billet di tungku hingga suhu target. Setelah dipanaskan, billet dipindahkan ke roughing stand, di mana mereka mengalami deformasi primer.

Proses ini melibatkan beberapa kali penggilingan, dengan setiap kali meng