Analisis kegagalan meja rol, teknologi pengerolan baja

Keterangan:

Makalah ini terutama membahas penyebab dan analisis kerusakan pada meja giling (rolling table).

Judul:

Analisis kegagalan meja rol, teknologi pengerolan baja

kata kunci：

meja giling, dudukan bantalan, bilet baja

Meja rol pengangkut merupakan peralatan dengan jumlah terbanyak dalam lini produksi penggilingan baja, sekaligus menjadi peralatan yang paling sering mengalami kerusakan. Mengingat proses produksi penggilingan baja bersifat kontinu, kegagalan satu unit meja rol saja dapat menyebabkan terhentinya seluruh proses produksi. Meja rol dengan penggerak roda gigi kerucut (bevel gear) yang ditopang oleh dudukan bantalan konvensional merupakan struktur yang umum digunakan pada lini produksi baja profil ukuran menengah hingga besar; namun, kerugian akibat penghentian produksi yang ditimbulkannya sangatlah signifikan. Pada lini produksi baja profil ukuran menengah dengan kapasitas tahunan sebesar 300.000 ton, waktu henti (downtime) harian rata-rata yang disebabkan oleh kerusakan meja rol mencapai lebih dari dua jam. Untuk lini produksi semacam ini, satu jam waktu henti selama proses produksi dapat menimbulkan kerugian sebesar 5.000 yuan. Jika ditambah dengan kerugian akibat konsumsi energi dan biaya tenaga kerja, total kerugian ekonomi per tahun bisa mencapai lebih dari tiga juta yuan. Oleh karena itu, menekan tingkat kerusakan meja rol serta mempercepat waktu perbaikan darurat saat terjadi kerusakan merupakan salah satu langkah utama untuk meningkatkan keuntungan bagi perusahaan penggilingan baja.

• Analisis penyebab kegagalan meja rol

Karakteristik kerja meja rol baja adalah suhu benda kerja (billet) yang diangkut tergolong tinggi dan beban angkutnya relatif besar. Meja rol yang ditopang oleh rumah bantalan (bearing seat) konvensional memiliki dua jenis struktur: struktur penggerak rantai dan struktur penggerak roda gigi kerucut (bevel gear).

1. Analisis penyebab kerusakan bantalan gelinding (roller bearing)

① Dudukan bantalan mengubah celah oli rancangan pada bantalan tersebut

Salah satu karakteristik operasional meja rol baja adalah tingginya suhu bilet baja yang diangkut. Saat bilet baja bersuhu tinggi dipindahkan melalui meja rol, panas akan langsung merambat ke cincin bantalan (bearing ring) melalui poros meja rol, yang menyebabkan bantalan tersebut memuai, baik ke arah aksial maupun radial. Pada rumah bantalan (bearing housing) konvensional, terdapat ruang yang cukup di arah aksial—karena lebar rongga rumah bantalan biasanya lebih besar lebih dari 10% dibandingkan lebar bantalan itu sendiri—sehingga bantalan dapat memuai ke arah aksial tanpa mengalami kerusakan akibat panas berlebih ("burning damage"). Namun, dalam arah radial, situasinya berbeda; karena rumah bantalan merupakan struktur yang dikencangkan dengan baut bagian atas dan bawah, diameter rongga rumah bantalan tidak dapat berubah. Akibatnya, ketika cincin bantalan terus memuai seiring dengan kenaikan suhu, cincin luar bantalan tertahan oleh rumah bantalan dan tidak dapat mengembang. Hal ini menyebabkan celah (oil gap) pada bantalan menyempit. Karena celah tersebut menjadi terlalu kecil, bantalan akan menghasilkan panas, yang kemudian memicu kenaikan suhu bantalan secara cepat hingga akhirnya bantalan tersebut terkunci ("locked up").

Untuk menurunkan suhu dan memperpanjang masa pakai bantalan (bearing), beberapa perusahaan merancang dudukan bantalan rol dengan struktur yang dialiri air. Langkah ini memiliki kelebihan sekaligus kekurangan bagi bantalan tersebut. Kelebihannya adalah suhu pada cincin luar bantalan dapat diturunkan, sehingga pelumas di dalam ruang bantalan tidak sampai “mengering akibat panas” (terpanggang)—hal ini mengurangi risiko kerusakan bantalan yang disebabkan oleh kekurangan pelumas. Kekurangannya, setelah suhu cincin luar bantalan diturunkan (sementara pemuaian cincin bantalan tetap terjadi), celah oli di antara cincin luar bantalan akan menjadi lebih sempit; kondisi ini justru akan mempercepat timbulnya panas dan kerusakan pada bantalan.

② Dudukan bantalan menyebabkan bantalan beroperasi secara tidak konsentris

Suhu tinggi, beban berat, dan benturan keras merupakan lingkungan kerja yang tidak terelakkan bagi meja rol (roller table). Betapapun ratanya meja rol tersebut dibuat, deformasi pasti akan terjadi selama proses produksi. Akibatnya, kedua rumah bantalan (bearing seat) yang terpasang pada meja rol tidak lagi berada dalam satu sumbu (konsentris), sehingga bantalan-bantalan yang terpasang di atasnya harus beroperasi dalam kondisi tidak konsentris. "Gaya pemisahan" (separation force) yang timbul akibat kondisi ini akan membebani bantalan, yang pada akhirnya akan memperpendek masa pakai bantalan tersebut secara signifikan.

 ③ Dudukan bantalan membuat proses pemeriksaan dan pengisian pelumas menjadi tidak praktis.

Karakteristik produksi penggilingan baja mengharuskan dudukan bantalan (bearing seat) diperiksa dan diisi pelumas secara berkala. Pada dudukan bantalan konvensional, penutup bagian atas dipasang menggunakan baut. Untuk melakukan pemeriksaan atau pengisian pelumas, penutup tersebut harus dibuka. Mengingat proses produksi penggilingan baja menuntut kelangsungan operasional tanpa seringnya penghentian mesin (shutdown), maka bantalan sering kali mengalami kekurangan pelumas, yang pada akhirnya mempercepat kerusakan bantalan tersebut.

④ Dudukan bantalan tidak tertutup rapat; air dan debu akan sangat memengaruhi masa pakai bantalan.

Debu yang dihasilkan dalam proses produksi penggilingan baja tidak hanya berjumlah banyak, tetapi juga terdiri dari senyawa logam yang keras. Debu keras yang masuk ke dalam bantalan akan merusak bantalan tersebut secara serius dan memperpendek masa pakainya. Selain itu, karena kebutuhan proses atau peralatan, terdapat banyak titik di meja rol yang memerlukan penyemprotan air. Air yang masuk ke dalam ruang bantalan bersama dengan debu akan menyebabkan kerusakan yang jauh lebih parah pada bantalan. Pada rumah bantalan konvensional, bukaan bagian atas dan bawah umumnya hanya menggunakan segel kontak datar. Sebagian besar lubang poros masuk dan keluar tidak dilengkapi segel, atau jika ada, hanya berupa segel sederhana (seperti segel kain/felt). Sering kali, segel yang terpasang pun sama sekali tidak berfungsi. Akibatnya, bantalan rol beroperasi di tengah campuran minyak, air, dan debu, yang sangat memengaruhi masa pakai bantalan tersebut.

2. Analisis kegagalan meja rol berpenggerak roda gigi kerucut (bevel gear)

Meja rol dengan penggerak roda gigi kerucut (bevel gear) memiliki keunggulan berupa transmisi yang halus dan tingkat kebisingan yang rendah. Namun, sistem ini memiliki kekurangan, yaitu tingkat kerusakan yang tinggi serta waktu penggantian komponen yang lama. Kerusakan pada meja rol jenis ini terutama disebabkan oleh kerusakan bantalan (bearing) dan keausan pada roda gigi kerucut. Karena ruang pemasangan yang terbatas, bantalan yang digunakan biasanya merupakan jenis yang ringan dan ramping dengan masa pakai yang singkat; ditambah lagi dengan adanya gaya aksial yang ditimbulkan oleh roda gigi kerucut, tingginya angka kerusakan bantalan menjadi sesuatu yang tidak terelakkan. Selain itu, roda gigi kerucut pada sistem ini cenderung cepat aus, dan jika terdapat sedikit saja kelonggaran aksial pada bantalan, kondisi persinggungan antar-gigi akan berubah, yang pada akhirnya menyebabkan kerusakan parah (sering disebut sebagai kondisi "ujung gigi gundul") sehingga sistem tidak dapat beroperasi lagi. Oleh karena itu, frekuensi kerusakan pada meja rol dengan penggerak roda gigi kerucut sering kali lebih dari dua kali lipat dibandingkan dengan jenis sistem penggerak meja rol lainnya.

3Perbandingan waktu perbaikan darurat untuk kerusakan meja giling baja

Dalam proses produksi penggilingan baja, jika bantalan atau roda gigi kerucut pada meja rol mengalami kerusakan, komponen tersebut harus segera diperbaiki guna meminimalkan waktu henti (downtime). Untuk meja rol dengan penggerak rantai, selain waktu persiapan dan pengangkatan, durasi utama yang diperlukan untuk perbaikan darurat adalah untuk pembongkaran dan pemasangan tutup rumah bantalan, yang umumnya memakan waktu sekitar 30 menit. Sementara untuk meja rol dengan penggerak roda gigi kerucut, selain waktu persiapan dan pengangkatan, perbaikan darurat terutama mencakup pembongkaran dan pemasangan tutup rumah bantalan, pembongkaran dan pemasangan kotak roda gigi kerucut, serta pembongkaran dan pemasangan roda gigi kerucut beserta bantalan. Proses ini biasanya membutuhkan waktu lebih dari dua jam.