Dasar-dasar Penggulungan Baja

Dasar-dasar Penggulungan Baja  

Baja cair biasanya dicetak dalam mesin pengecoran kontinu dalam bentuk billet, bloom, atau slab. Di beberapa pabrik, itu juga dilemparkan dalam mesin pengecoran kontinu dalam bentuk lembaran tipis atau bagian tulang anjing. Bentuk-bentuk ini diproses dengan pengerolan panas dengan melewatkannya melalui gulungan silindris polos atau beralur untuk menghasilkan pelat, lembaran, batang, bagian struktural, dan tabung, dll.

Proses penggulungan adalah salah satu operasi pembentukan logam industri yang paling penting dan banyak digunakan. Ini memberikan produksi tinggi dan kontrol ketat terhadap produk akhir. Ini dikembangkan pada akhir 1500-an. Ini menyumbang 90% dari semua logam yang dihasilkan oleh proses pengerjaan logam.

Pengerolan baja adalah proses pembentukan logam di mana baja dilewatkan melalui sepasang gulungan yang berputar untuk deformasi plastis baja. Deformasi plastis disebabkan oleh gaya tekan yang diterapkan melalui gulungan yang berputar. Tegangan tekan yang tinggi adalah sebagai akibat dari gesekan antara gulungan dan permukaan stok baja. Bahan baja terjepit di antara sepasang gulungan, akibatnya ketebalannya berkurang dan panjangnya bertambah. Pengerolan diklasifikasikan menurut suhu baja yang digulung. Jika temperatur baja di atas temperatur rekristalisasi, maka proses tersebut disebut hot rolling. Jika suhu baja di bawah suhu rekristalisasi, proses ini disebut sebagai cold rolling.

Gulungan berjalan pada bantalan leher besar yang dipasang di rumah dengan kekuatan luar biasa dan digerakkan oleh motor listrik yang kuat. Ini dikenal sebagai pabrik berdiri. Stand rolling mill berisi dua atau lebih gulungan untuk deformasi plastik baja di antara gulungan yang berputar. Ini pada dasarnya terdiri dari (i) gulungan, (ii) bantalan, (iii) rumah untuk memuat bagian-bagian ini, (iv) kotak roda gigi, (v) penggerak (motor) untuk menerapkan daya ke gulungan, (vi) kecepatan perangkat kontrol untuk mengontrol kecepatan, dan (vii) sistem hidrolik. Stand rolling mill membutuhkan konstruksi yang sangat kaku dan motor besar untuk memasok daya yang cukup. Ada beberapa jenis dudukan rolling mill seperti yang diberikan di bawah ini.

• Dua dudukan tinggi – Ini adalah tipe dasar dudukan pabrik penggulung di mana dua gulungan berlawanan digunakan. Dudukan memiliki gulungan non-reversing yang berputar ke arah yang sama. Oleh karena itu, benda kerja tidak dapat diumpankan dari sisi lain. Stand dua tinggi dapat berupa stand horizontal atau stand vertikal. Penyangga horizontal memiliki kedua gulungan horizontal sedangkan penyangga vertikal memiliki kedua gulungan vertikal.
• Dudukan penyangga pullover tinggi – Stok baja bergulir dikembalikan ke pintu masuk untuk pengurangan lebih lanjut.
• Dua-tinggi berdiri, membalikkan – Pekerjaan dapat dilewatkan bolak-balik melalui gulungan dengan membalikkan arah putarannya. Pabrik semacam itu meningkatkan produktivitas.
• Tiga dudukan tinggi – Terdiri dari tiga gulungan. Gulungan atas dan bawah digerakkan sementara gulungan tengah berputar dengan gesekan. Penggulungan pertama terjadi dalam satu arah antara pasangan gulungan bawah dan tengah. Selanjutnya pekerjaan dibalik arah dan diumpankan melalui pasangan gulungan tengah dan atas. Ini meningkatkan produktivitas.
• Dudukan empat tinggi – Memiliki gulungan berdiameter kecil (lebih sedikit kekuatan dan kekakuan) yang didukung oleh gulungan cadangan berdiameter lebih besar. Kekuatan rolling berbanding lurus dengan diameter roll. Oleh karena itu, gulungan berdiameter lebih kecil dapat mengurangi input daya. Kekuatan gulungan berdiameter kecil buruk. Oleh karena itu, gulungan dapat menekuk. Akibatnya, gulungan cadangan berdiameter lebih besar digunakan untuk menopang gulungan yang lebih kecil. Bagian tipis dapat digulung menggunakan gulungan berdiameter lebih kecil.
• Dudukan pabrik universal – Dudukan ini memiliki dua gulungan horizontal dan dua gulungan vertikal. Gulungan vertikal digunakan untuk mengontrol lebar pekerjaan secara bersamaan.
• Cluster mill atau Sendzimir mill stand – Dalam stand rolling mill ini, masing-masing work roll ditopang oleh dua backing roll. Cluster mill dan Sendzimir mill digunakan untuk menggulung strip tipis dari material dan foil berkekuatan tinggi [tebal 0,0025 mm]. Gulungan kerja di pabrik ini bisa sekecil diameter 6 mm – terbuat dari tungsten karbida.
• Planetary mill – Terdiri dari sepasang backing roll berat yang dikelilingi oleh sejumlah besar planetary roll. Setiap planetary roll memberikan pengurangan yang hampir konstan pada slab saat menyapu jalur melingkar antara backing roll dan slab. Karena setiap pasangan gulungan planet berhenti bersentuhan dengan benda kerja, sepasang gulungan lain membuat kontak dan ulangi pengurangan itu. Reduksi keseluruhan adalah penjumlahan dari serangkaian pengurangan kecil oleh setiap pasangan gulungan. Oleh karena itu, pabrik planetary dapat mereduksi slab secara panas langsung menjadi strip dalam satu lintasan melalui pabrik. Pengoperasian ini membutuhkan feed roll untuk memasukkan slab ke dalam mill, dan sepasang planishing roll di pintu keluar untuk meningkatkan permukaan akhir.

Sebuah rolling mill yang berkelanjutan memiliki rangkaian stand rolling mill yang disusun secara berurutan sehingga dapat meningkatkan produktivitas. Stok baja bergerak dengan kecepatan yang berbeda di setiap stand di pabrik.

Dalam pengertian yang lebih luas, rolling mill adalah sistem otomatis atau line of roll stand bersama dengan serangkaian peralatan yang melakukan operasi rolling dan tambahan:pengangkutan billet/bloom/slab asli dari stok ke tungku pemanas dan pabrik. gulungan, pemindahan bahan yang digulung dari satu dudukan gulungan ke yang lain, pembubutan atau puntir dalam kasus beberapa penggilingan, pengangkutan logam setelah penggulungan, pemotongan, pendinginan bahan canai pada alas pendingin di beberapa penggilingan, penandaan atau pengecapan, pemangkasan, pengepakan , dan pengangkutan ke stok produk jadi. Di beberapa pabrik (misalnya pabrik strip panas, pabrik batang kawat, pabrik pedagang, dan pabrik penggilingan dingin), produk yang digulung digulung dalam gulungan atau gulungan penggulung.

Umumnya, rolling dilakukan pada suhu tinggi, yang disebut hot rolling, karena kebutuhan deformasi yang besar. Penggulungan panas menghasilkan produk bebas tegangan sisa. Namun, penskalaan merupakan masalah utama selama penggulungan panas, karena akurasi dimensi sulit dipertahankan.

Penggulungan dingin baja canai panas penting, karena akurasi tinggi dan kurangnya penskalaan oksida. Ini dilakukan di bawah suhu rekristalisasi dan memperkenalkan pengerasan kerja. Bahan awal untuk lembaran baja canai dingin adalah koil canai panas yang diasamkan dari pabrik hot-strip kontinyu. Pengurangan total yang dicapai dengan pengerolan dingin umumnya akan bervariasi dari sekitar 50% sampai 90%. Reduksi pada setiap tegakan harus didistribusikan secara merata tanpa jatuh jauh di bawah reduksi maksimum untuk setiap lintasan. Umumnya pengurangan persentase terendah terjadi pada lintasan terakhir untuk memungkinkan kontrol kerataan, pengukur, dan penyelesaian permukaan yang lebih baik.

Pengerolan diklasifikasikan menurut suhu benda kerja yang digulung. Jika temperatur baja di atas temperatur rekristalisasi, maka proses tersebut disebut hot rolling. Untuk proses pengerjaan panas, deformasi besar dapat berulang secara berurutan, karena baja tetap lunak dan ulet. Stok baja mengalami tegangan tekan yang tinggi sebagai akibat dari gesekan antara gulungan dan permukaan baja. Pengerolan melibatkan melewatkan material di antara dua gulungan yang berputar kurang lebih pada kecepatan periferal yang sama tetapi dalam arah yang berlawanan, yaitu searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam. Jarak antara mereka diberi jarak, yang agak kurang dari ketinggian stok baja yang masuk. Gulungan ini bisa datar atau beralur (berkontur) untuk penggulungan panas batang atau bentuk. Dalam kondisi ini, gulungan mencengkeram potongan baja dan mengantarkannya, mengurangi luas penampang dan karenanya, bertambah panjang.

Operasi pengerjaan panas awal untuk sebagian besar produk baja dilakukan di pabrik pengasaran primer. Tujuannya adalah untuk memecah untuk mengurangi penampang rolling stock untuk finishing berikutnya menjadi batangan, strip, pelat atau sejumlah bagian yang digulung. Cetakan mekar, slab, atau billet dipanaskan awalnya pada 1100 derajat C hingga 1300 derajat C. Dalam canai panas baja, suhu di tempat penyelesaian akhir bervariasi dari 850 derajat C hingga 900 derajat C, dan selalu di atas kritis atas suhu baja. Baja diperas di antara gulungan sampai ketebalan dan bentuk akhir tercapai. Untuk mencapai ini, gulungan mengerahkan kekuatan ribuan ton.

Tata letak rolling mill bervariasi, dari stand mill sederhana hingga beberapa stand yang diposisikan berdampingan atau dalam satu garis. Sebuah mekanisme, biasa disebut meja rol, mengarahkan benda kerja ke gulungan, dan meja rol lain untuk menangani potongan yang muncul dari gulungan. Meja di depan gulungan memaksa baja melawan gulungan yang mencengkeram dan menarik baja di antara mereka. Baja, dengan demikian, dikurangi menjadi ketebalan yang sama dengan jarak antara gulungan, dan jika gulungan itu beralur itu dibentuk sesuai dengan desain alur. Penggilasan panas memungkinkan deformasi baja yang besar dapat dicapai dengan sejumlah kecil siklus pengerolan.

Penggulungan panas terjadi dalam beberapa langkah dan pengeringan / pengurangan diberikan di setiap tahap. Draft akhir berada pada suhu di atas rekristalisasi atau suhu perubahan fasa. Dengan demikian stok dingin dipanaskan sampai suhu yang jauh lebih tinggi daripada suhu rekristalisasi. Oleh karena itu, temperatur ultimat dimana benda kerja bergantung pada jumlah aliran total, jumlah langkah dimana pengeringan dilakukan dan komposisi stok baja.

Tujuan dari rolling mill adalah untuk mengurangi ketebalan baja dengan bertambahnya panjang dan dengan sedikit bertambahnya lebar. Bahan di tengah rolling stock dibatasi dalam arah melintasi lebar lembaran dan kendala di bawah bahu bahan yang terbentuk di setiap sisi gulungan mencegah perpanjangan rolling stock ke arah lebar. Kondisi ini dikenal sebagai regangan bidang. Karena itu, bahannya menjadi lebih panjang dan tidak lebar.

Faktor-faktor yang mempengaruhi mekanisme penggulungan

Faktor utama yang mempengaruhi mekanisme penggulungan diberikan di bawah ini.

• Diameter gulungan
• Jumlah pengurangan dalam satu pass
• Ketebalan awal bahan yang akan digulung
• Kecepatan menggelinding yang menentukan laju regangan
• Ketegangan depan dan belakang
• Sifat gesekan antara gulungan dan baja yang digulung
• Kisaran suhu material baja dan gulungan
• Sifat fisik material baja yang digulung
• Bentuk kontur gulungan lintasan gulungan di mana material baja mengalami deformasi
• Perilaku gilingan di bawah beban
• Efek perlakuan sebelumnya terhadap material yang mengakibatkan pengerasan kerja atau efek lainnya
• Deformasi elastis gulungan di bawah beban
• Ketahanan deformasi logam yang dipengaruhi oleh metalurgi, suhu, dan laju regangan.
• Keadaan anisotropi material
• Rasio aspek, atau rasio lebar rolling stock dengan ketebalan awal

Parameter di atas dapat secara tunggal atau bersama-sama, dalam kombinasi dua atau lebih, menghasilkan parameter dan fenomena sekunder yang lebih langsung terkait dan umumnya terkait dengan proses penggulungan. Tekanan roll, torsi, kerja dan daya dipengaruhi oleh faktor-faktor ini. Utama dari parameter ini diberikan di bawah ini.

• Koefisien draft, draft absolut dan draft relatif, yang ditentukan oleh draft awal, yang ditentukan oleh ketebalan rata-rata awal dan akhir dari rolling stock.
• Slip yang dicirikan oleh perbedaan kecepatan linier rolling stock dan kecepatan periferal gulungan. Sudut netral ditentukan oleh titik tanpa slip.
• Spread adalah perbedaan lebar material keluar dibandingkan dengan rolling stock yang masuk.
• Koefisien elongasi bergantung pada nilai relatif dari draft dan spread.
• Roll bite yang merupakan fungsi dari draft, diameter roll, koefisien gesekan dan ketebalan yang masuk.

Konsep dasar rolling

Konsep dasar rolling baja diberikan di bawah ini.

• Busur kontak antara gulungan dan baja adalah bagian dari lingkaran.
• Koefisien gesekan secara teori konstan, tetapi kenyataannya bervariasi sepanjang busur kontak.
• Bahan baja dianggap berubah bentuk secara plastis selama penggulungan.
• Volume stok yang digulung adalah konstan sebelum dan sesudah digulung. Namun, praktis volumenya mungkin sedikit berkurang karena pori-pori yang terlalu dekat.
• Kecepatan gulungan diasumsikan konstan.
• Stok baja hanya memanjang ke arah rolling dan tidak ada ekstensi di lebar material.
• Luas penampang normal terhadap arah putaran tidak terdistorsi.

Dengan pengecualian pengerolan dingin dengan tegangan strip, itu adalah gesekan eksternal, atau gesekan antara permukaan gulungan dan bahan yang digulung, merupakan faktor mendasar dalam pengurangan bahan baja dengan penggulungan. Ini adalah gaya yang menarik material di antara gulungan, dan inilah yang menandai perbedaan mendasar antara penggulungan dan penarikan. Gesekan sangat mempengaruhi besarnya dan distribusi tekanan yang bekerja antara gulungan dan material, dan akibatnya, mempengaruhi daya yang dibutuhkan untuk mereduksi material. Ini juga mengontrol jumlah pengurangan yang mungkin diambil. Biasanya, semakin tinggi koefisien gesekan, semakin besar draft yang mungkin terjadi. Tergantung pada kondisi di mana material baja bergerak ke celah gulungan, dua situasi berikut dapat terjadi.

• Baja dicengkeram oleh gulungan dan ditarik ke dalam celah gulungan.
• Baja tergelincir di atas permukaan gulungan, tidak dicengkeram dan tidak terjadi penggulingan.

Besarnya gaya gesekan tergantung pada kondisi permukaan yang bersentuhan dan meningkat dengan meningkatnya kekasaran, pada kecepatan relatif antara gulungan dan tekanan gulungan yang diberikan.

Berikut ini adalah strategi untuk mengurangi gaya guling.

• Mengurangi gesekan pada antarmuka benda kerja gulung
• Menggunakan gulungan berdiameter lebih kecil untuk mengurangi area kontak
• Mengambil pengurangan yang lebih kecil per pass untuk mengurangi area kontak
• Menggulung pada suhu tinggi untuk menurunkan kekuatan material
• Menerapkan tegangan depan dan/atau belakang ke bahan canai

Ketika produk baja tempa atau cor digulung panas, struktur butir yang berbutir kasar menjadi lebih halus ukurannya, tetapi memanjang sepanjang arah penggilasan. Jenis struktur butiran bertekstur ini menyebabkan sifat terarah [anisotropi] untuk produk yang digulung. Untuk menghaluskan butiran, perlakuan panas dilakukan segera setelah penggulungan, yang menghasilkan rekristalisasi setelah penggulungan.

Jenis penggilingan

Ada berbagai jenis rolling mill. Ini diberikan di bawah ini.

• Penggilingan terus menerus
• Membalikkan rolling mill
• Penggilingan melintang – Menggunakan gulungan baji melingkar. Batang yang dipanaskan dipotong memanjang dan dimasukkan secara melintang di antara gulungan. Gulungan berputar ke satu arah di penggilingan.
• Pabrik rolling atau rolling bagian berbentuk – Pabrik rolling berbentuk adalah pabrik batang, pabrik pedagang, pabrik batang kawat, pabrik struktural, pabrik balok, dan pabrik kereta api.
• Ring rolling mill – Di pabrik ini bentuk awal donat ditempatkan di antara gulungan bagian dalam yang dapat berputar bebas dan gulungan luar yang digerakkan. Pabrik cincin membuat bagian lebih tipis sekaligus meningkatkan diameter cincin.
• Penggilingan bubuk – Serbuk logam dimasukkan di antara gulungan dan dipadatkan menjadi 'strip hijau', yang selanjutnya disinter dan dikenai siklus pengerjaan panas dan/atau pengerjaan dingin dan anil lebih lanjut.
• Pengecoran pelat tipis dan penggilingan – Ini digunakan untuk produksi strip panas. Baja cair dicetak dalam slab tipis (ketebalan 50 mm sampai 80 mm) yang digulung di pabrik finishing hot strip mill setelah pemerataan suhu dalam tungku.
• Thread rolling mill – Di mill ini die ditekan ke permukaan silinder kosong. Saat blanko menggelinding ke permukaan die yang memberi makan, material dipindahkan untuk membentuk akar ulir, dan material yang dipindahkan mengalir secara radial ke luar untuk membentuk puncak ulir.

Gaya dan hubungan geometris dalam menggelinding

Lembaran baja dengan ketebalan ho memasuki gulungan di pintu masuk pesawat xx dengan kecepatan vo . Ia melewati celah gulungan dan meninggalkan bidang keluar yy dengan pengurangan ketebalan hf dan dengan kecepatan vf . Mengingat bahwa tidak ada peningkatan lebar, kompresi vertikal baja diterjemahkan menjadi perpanjangan dalam arah rolling. Karena tidak ada perubahan volume baja pada titik tertentu per satuan waktu selama proses berlangsung, maka

bxho xvo =bxhf xvf =bxh xv

Di mana b adalah lebar lembaran v adalah kecepatan pada setiap ketebalan h perantara antara ho dan hf .

Gambar 1 menunjukkan hubungan geometris dan gaya selama menggelinding.

Hanya pada satu titik di sepanjang permukaan kontak antara gulungan dan lembaran, dua gaya bekerja pada baja yaitu (i) gaya radial Pr, dan (ii) gaya gesekan tangensial F . Di antara pesawat masuk (xx ) dan titik netral lembaran bergerak lebih lambat dari permukaan gulungan, dan gaya gesekan tangensial, F , bertindak ke arah (lihat Gambar 1) untuk menarik baja ke dalam gulungan. Di sisi keluar (yy ) dari titik netral, lembaran bergerak lebih cepat dari permukaan gulungan. Arah gaya gesekan kemudian dibalik dan melawan pengiriman lembaran dari gulungan.

 Gbr 1 Hubungan geometris dan gaya selama menggelinding

Poin penting tentang rolling

Berikut ini adalah poin-poin penting dalam penggulungan baja.

• Penggulungan adalah proses pembentukan logam baja yang paling banyak digunakan dan pangsanya kira-kira 90%
• Bahan yang akan digulung ditarik dengan cara gesekan ke dalam dua celah gulungan yang berputar
• Gaya tekan yang diterapkan oleh gulungan mengurangi ketebalan material atau mengubah luas penampangnya
• Geometri produk bergantung pada kontur celah gulungan
• Bahan rol adalah besi tuang, baja tuang, dan baja tempa karena persyaratan kekuatan dan ketahanan aus yang tinggi
• Gulungan gilingan gilingan panas umumnya kasar sehingga dapat menggigit pekerjaan, dan rol gilingan gilingan dingin digiling dan dipoles untuk hasil akhir yang baik
• Saat menggelinding, butiran memanjang dalam arah menggelinding. Dalam kristal penggulung dingin kurang lebih mempertahankan bentuk memanjang tetapi dalam penggulungan panas mereka mulai terbentuk kembali setelah keluar dari zona deformasi
• Kecepatan periferal gulungan saat masuk melebihi kecepatan lajur, yang diseret ke dalam jika gesekan antarmuka cukup tinggi.
• Di zona deformasi, ketebalan stok baja berkurang dan memanjang. Ini meningkatkan kecepatan linier baja canai di pintu keluar.
• Dengan demikian, terdapat titik netral di mana kecepatan roll dan kecepatan strip sama. Pada titik ini arah gesekan berbalik.
• Bila sudut kontak melebihi sudut gesekan, gulungan tidak dapat menarik strip baru
• Torsi rol, daya, dll. meningkat dengan bertambahnya panjang kontak kerja rol atau radius rol






Memahami Proses Rolling di Long Product Rolling Mill Dasar-dasar Pneumatik dan Sistem Pneumatik