Steckel Mill: Peralatan Kunci dalam Produksi Baja & Proses Penggulungan

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah Steckel Mill adalah jenis pabrik penggilingan yang digunakan terutama untuk penggilingan panas slab, billet, atau bloom baja menjadi produk yang lebih tipis dan lebih halus seperti pelat, lembaran, atau strip. Ini ditandai dengan proses penggilingan yang dapat dibalik, kontinu, atau semi-kontinu yang menggabungkan fitur dari pabrik strip panas tradisional dengan konfigurasi vertikal yang kompak.

Pada dasarnya, Steckel Mill berfungsi sebagai pabrik penyelesaian yang serbaguna yang memungkinkan kontrol yang tepat terhadap suhu, ketebalan, dan kualitas permukaan baja. Ini sering digunakan di pabrik baja di mana keterbatasan ruang atau persyaratan produk tertentu memerlukan solusi penggilingan yang kompak dan efisien.

Dalam alur proses pembuatan baja secara keseluruhan, Steckel Mill ditempatkan di hilir dari pengecoran kontinu atau pengecoran ingot, setelah tahap pemanasan awal dan penghilangan skala. Ini bertindak sebagai tahap penyelesaian, mengubah slab atau bloom setengah jadi menjadi pelat atau strip berkualitas tinggi yang cocok untuk pemrosesan lebih lanjut atau penjualan langsung ke pasar.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa inti dari Steckel Mill didasarkan pada penggilingan panas yang dapat dibalik, di mana strip atau slab baja dilewatkan bolak-balik melalui stand penggilingan beberapa kali. Proses ini memungkinkan kontrol suhu yang tepat dan pengurangan ketebalan secara bertahap.

Komponen teknologi kunci meliputi:

• Stand Penggilingan yang Dapat Dibalik: Ini adalah pabrik penggilingan berat dengan rol besar yang mampu menerapkan gaya penggilingan tinggi. Mereka dipasang pada rangka yang dapat bergerak dan membalik arah, memungkinkan beberapa kali lewat di atas set rol yang sama.

• Kilang Pemanasan Ulang: Terletak di sisi masuk, kilang ini memanaskan baja hingga suhu penggilingan yang diperlukan, biasanya sekitar 1150°C hingga 1250°C, memastikan duktilitas dan kerja yang optimal.

• Fasilitas Jalan dan Looping: Untuk mengakomodasi proses pembalikan, pabrik ini mencakup lubang looping atau penggulung yang mengatur jalur baja, memungkinkan operasi kontinu dan kontrol ketegangan.

• Sistem Pendinginan: Tempat pendinginan pasca-penggilingan atau sistem pendinginan semprot digunakan untuk mengontrol laju pendinginan, mempengaruhi mikrostruktur dan kualitas permukaan.

• Sistem Otomasi dan Kontrol: Sensor canggih, PLC, dan DCS (Sistem Kontrol Terdistribusi) memantau parameter seperti suhu, ketegangan, dan gaya rol, memastikan stabilitas proses dan konsistensi produk.

Mekanisme operasi utama melibatkan memberi makan slab yang dipanaskan ke dalam pabrik, menerapkan gaya penggilingan untuk mengurangi ketebalan, kemudian membalik arah untuk memproses material lagi, dengan pemanasan ulang atau penyesuaian suhu di antara jika diperlukan.

Parameter Proses

Variabel proses kritis meliputi:

• Kecepatan Penggilingan: Biasanya berkisar antara 0,2 hingga 2 meter per detik, tergantung pada spesifikasi produk dan ketebalan material.

• Frekuensi Pembalikan: Jumlah lewat bervariasi dari 2 hingga 8, mempengaruhi ketebalan akhir dan kualitas permukaan.

• Rentang Suhu: Kilang pemanasan ulang menjaga baja pada 1150°C hingga 1250°C; selama penggilingan, penurunan suhu dipantau dengan cermat untuk mencegah stres termal.

• Gaya Rol: Biasanya antara 200 hingga 600 MPa, tergantung pada ketebalan material dan pengurangan yang diinginkan.

• Pengurangan per Lewat: Umumnya 10-20%, menyeimbangkan deformasi dan kontrol mikrostruktur.

Sistem kontrol memanfaatkan umpan balik waktu nyata dari sensor suhu, pengukur regangan, dan meter ketegangan untuk menyesuaikan parameter penggilingan secara dinamis, menjaga kualitas produk dan efisiensi proses.

Konfigurasi Peralatan

Instalasi Steckel Mill yang khas menampilkan tata letak kompak dengan stand penggilingan yang dapat dibalik, kilang pemanasan ulang, fasilitas looping, dan sistem pendinginan yang diatur dalam konfigurasi linier atau sedikit melengkung.

Dimensi stand penggilingan tergantung pada lebar dan ketebalan strip maksimum; diameter rol yang umum berkisar antara 1,2 hingga 2,5 meter. Panjang pabrik dapat bervariasi dari 50 hingga 150 meter, dengan seluruh pengaturan dirancang untuk jejak minimal.

Evolusi desain seiring waktu telah mencakup integrasi kontrol celah rol hidrolik, otomasi canggih, dan sistem penggerak yang efisien energi. Sistem tambahan seperti unit penghilangan skala, perangkat kontrol ketegangan, dan peralatan penanganan limbah sangat penting untuk operasi yang lancar.

Kimia Proses dan Metalurgi

Reaksi Kimia

Selama penggilingan panas di Steckel Mill, reaksi kimia utama melibatkan oksidasi dan dekarburisasi pada suhu tinggi. Permukaan baja bereaksi dengan oksigen, membentuk oksida yang dapat mempengaruhi kualitas permukaan.

Secara termodinamika, oksidasi besi dan elemen paduan tergantung pada suhu, tekanan parsial oksigen, dan keberadaan atmosfer pelindung. Misalnya:

• Oksidasi Besi: Fe + ½ O₂ → FeO (wüstite), yang dapat teroksidasi lebih lanjut menjadi Fe₃O₄ (magnetit) atau Fe₂O₃ (hematit) tergantung pada kondisi.

• Dekarbursasi: Pada suhu tinggi, karbon difusi keluar dari baja, mengurangi kandungan karbon dan mempengaruhi sifat mekanik.

Produk sampingan reaksi seperti terak dan skala dihasilkan, yang memerlukan penghilangan atau kontrol untuk memastikan kualitas permukaan.

Transformasi Metalurgi

Perubahan metalurgi kunci selama pemrosesan Steckel Mill meliputi:

• Pengembangan Mikrostruktur: Deformasi suhu tinggi memperhalus ukuran butir dan mempengaruhi distribusi fase, terutama pembentukan ferrite, pearlite, dan bainite.

• Transformasi Fase: Pendinginan cepat setelah penggilingan dapat menginduksi transformasi fase, mempengaruhi kekerasan dan duktilitas.

• Pelepasan Stres Residual: Pembalikan dan pendinginan terkontrol membantu mengurangi stres internal, meningkatkan stabilitas dimensi.

Transformasi ini secara langsung mempengaruhi sifat mekanik akhir, penyelesaian permukaan, dan kemampuan bentuk baja.

Interaksi Material

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

• Pembentukan Terak: Oksidasi dan dekarburisasi menghasilkan terak yang dapat menempel pada permukaan, memerlukan penghilangan skala.

• Keausan Refraktori: Pelapisan refraktori di dalam kilang dan stand penggilingan mengalami stres termal dan mekanis yang tinggi, menyebabkan keausan dan potensi kontaminasi.

• Kontrol Atmosfer: Untuk meminimalkan oksidasi dan pembentukan skala, atmosfer inert atau reduksi dapat digunakan, terutama di pabrik Steckel yang canggih.

Kontrol interaksi ini melibatkan pengoptimalan atmosfer kilang, material refraktori, dan parameter proses untuk meminimalkan cacat dan menjaga integritas peralatan.

Alur Proses dan Integrasi

Bahan Masukan

Bahan masukan utama adalah slab atau bloom baja yang digulung panas, biasanya setebal 150-300 mm, lebar 1-2 meter, dan beberapa meter panjangnya