Universal Mill: Peralatan Kunci dalam Proses Penggulungan & Penyelesaian Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah Universal Mill adalah pabrik penggulung serbaguna yang digunakan dalam industri baja untuk deformasi panas atau dingin dari pelat baja, billet, atau bloom menjadi berbagai produk jadi atau setengah jadi. Tujuan utamanya adalah untuk melakukan berbagai jenis operasi penggulungan—seperti penggulungan pelat, lembaran, strip, dan bagian struktural—dalam satu mesin atau pengaturan pabrik yang terintegrasi.

Biasanya ditempatkan di hilir dari proses pembuatan baja primer seperti pengecoran kontinu atau pengecoran ingot, universal mill berfungsi sebagai tahap pemrosesan pusat dalam rantai produksi baja. Ini mengubah bentuk baja setengah jadi menjadi dimensi dan kualitas permukaan yang tepat yang diperlukan untuk fabrikasi selanjutnya atau penggunaan langsung di pasar.

Peran universal mill sangat penting dalam mencapai sifat mekanik yang diinginkan, akurasi dimensi, dan hasil permukaan. Ini menjembatani kesenjangan antara pembentukan baja awal dan pembuatan produk akhir, memastikan throughput yang efisien dan output berkualitas tinggi.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa dasar di balik universal mill adalah penggulungan panas atau dingin, yang melibatkan melewatkan baja melalui serangkaian rol untuk mengurangi ketebalan dan memodifikasi bentuk. Teknologi inti bergantung pada penerapan gaya kompresif yang terkontrol melalui rol presisi tinggi untuk mendeforasi baja secara plastis.

Komponen teknologi kunci meliputi:

• Rol: Biasanya terbuat dari baja tempa atau cor, ini adalah elemen utama yang memberikan tekanan pada benda kerja. Mereka sering dilengkapi dengan bantalan yang dapat disesuaikan untuk mengontrol celah rol dan penyelarasan.
• Sistem Penggerak Rol: Terdiri dari motor, gearbox, dan komponen transmisi torsi yang memutar rol pada kecepatan tertentu.
• Stand Rol: Kerangka yang menahan rol dan mendukung pergerakannya, sering dilengkapi dengan sistem hidrolik atau mekanis untuk penyesuaian celah rol.
• Sistem Pendinginan dan Pemanasan: Untuk penggulungan panas, semprotan air atau tempat pendinginan mengelola suhu; untuk penggulungan dingin, pemanasan mungkin terlibat dalam perlakuan awal.
• Sistem Otomasi dan Kontrol: Universal mill modern mengintegrasikan unit kontrol komputer untuk operasi yang tepat, termasuk kontrol celah rol, manajemen ketegangan, dan pemantauan proses.

Mekanisme operasi utama melibatkan memberi makan pelat baja atau billet ke dalam celah rol, di mana rol memberikan tekanan, mengurangi ketebalan dan membentuk material. Material mengalir secara plastis di bawah stres kompresif tinggi, mengalami deformasi sambil mempertahankan integritas struktural.

Parameter Proses

Variabel proses kritis meliputi:

Parameter proses secara langsung mempengaruhi kualitas permukaan produk akhir, sifat mekanik, dan akurasi dimensi. Kontrol yang tepat memastikan deformasi yang seragam, meminimalkan cacat, dan mengoptimalkan throughput.

Sistem kontrol menggunakan sensor waktu nyata, PLC (Programmable Logic Controllers), dan otomatisasi proses canggih untuk mempertahankan operasi yang stabil. Umpan balik loop menyesuaikan parameter secara dinamis untuk mengkompensasi variasi material dan fluktuasi peralatan.

Konfigurasi Peralatan

Instalasi universal mill yang khas terdiri dari beberapa stand rol yang diatur dalam urutan—seperti konfigurasi pembalikan, kontinu, atau tandem—tergantung pada kebutuhan produk.

Konfigurasi fisik bervariasi dari:

• Pabrik Pembalikan: Di mana benda kerja melewati set rol yang sama bolak-balik, cocok untuk volume produksi kecil hingga menengah.
• Pabrik Kontinu: Memiliki beberapa stand yang diatur dalam satu garis, memungkinkan pemrosesan unidirectional untuk output volume tinggi.
• Pabrik Universal: Sering dirancang dengan stand rol yang dapat disesuaikan yang mampu melakukan berbagai operasi penggulungan, termasuk penggulungan datar dan bentuk.

Dimensi tergantung pada ukuran produk dan kapasitas throughput, dengan diameter rol berkisar dari 300 mm hingga lebih dari 1500 mm dan panjangnya mencapai beberapa meter.

Sistem tambahan meliputi:

• Tempat pendinginan atau sistem semprot untuk kontrol suhu.
• Sistem pelumasan untuk mengurangi gesekan dan keausan.
• Peralatan pemotongan dan pemisahan untuk penyesuaian ukuran produk akhir.
• Sistem otomatisasi untuk kontrol proses dan akuisisi data.

Evolusi desain telah berfokus pada peningkatan otomatisasi, perbaikan material rol (seperti baja kecepatan tinggi atau komposit), dan integrasi kontrol digital untuk meningkatkan presisi dan efisiensi.

Kimia Proses dan Metalurgi

Reaksi Kimia

Selama penggulungan panas, reaksi kimia utama melibatkan oksidasi dan dekarbonisasi pada suhu tinggi. Permukaan baja bereaksi dengan oksigen, membentuk oksida yang dapat mempengaruhi kualitas permukaan.

Reaksi kunci meliputi:

• Oksidasi elemen permukaan: Fe + O₂ → FeO, membentuk skala oksida.
• Dekarbonisasi: Karbon bereaksi dengan oksigen atau oksidator lainnya, mengurangi kandungan karbon di permukaan, yang dapat mempengaruhi kekerasan dan kemampuan pengelasan.

Prinsip termodinamika menentukan bahwa reaksi oksidasi lebih disukai pada suhu tinggi, dengan laju reaksi tergantung pada suhu, tekanan parsial oksigen, dan luas permukaan. Kinetika dikendalikan oleh difusi oksigen ke dalam skala oksida dan permukaan baja.

Produk reaksi seperti magnetit (Fe₃O₄) dan hematit (Fe₂O₃) adalah skala oksida umum, yang dapat dihilangkan atau diminimalkan melalui atmosfer terkontrol atau fluks.

Transformasi Metalurgi

Perubahan metalurgi kunci selama proses meliputi:

• Penyempurnaan mikrostruktur: Penggulungan menyebabkan pengurangan ukuran butir, yang mengarah pada peningkatan kekuatan dan ketangguhan.
• Transformasi fase: Dalam baja tertentu, perubahan fase seperti austenit menjadi ferrit atau bainit dapat terjadi, mempengaruhi sifat mekanik.
• Pengerasan kerja: Deformasi plastis meningkatkan kerapatan dislokasi, meningkatkan kekuatan tetapi berpotensi mengurangi ketangguhan.

Perkembangan mikrostruktur dipantau melalui metalografi, dan transformasi fase diprediksi menggunakan diagram Waktu-Suhu-Transformasi (TTT). Kontrol suhu dan laju deformasi yang tepat memastikan mikrostruktur yang diinginkan.

Interaksi Material

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

• Interaksi terak-logam: Terak dapat menyerap kotoran atau elemen seperti sulfur, mempengaruhi