Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến trạng thái ứng suất và biến dạng nhằm tối ưu hóa hệ thống lỗ hình trục cán thép liên tục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --- NGHIÊM MẠNH SƠN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG NHẰM TỐI ƯU HOÁ HỆ THỐN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRỤC MÁY CÁN THÉP LIÊN TỤC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

khoa häc vµ kü thuËt vËt liÖu kim lo¹i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGHIÊM MẠNH SƠN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG NHẰM TỐI ƯU HOÁ HỆ THỐNG LỖ HÌNH TRỤC MÁY CÁN THÉP LIÊN TỤC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU KIM LOẠI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS ĐÀO MINH NGỪNG

Hà Nội : 03 – 2012

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu luËn v¨n khoa häc cña t«i, c¸c sè

liÖu, kÕt qu¶ nghiªn cøu trong luËn v¨n nµy lµ hoµn toµn trung thùc vµ ch−a tõng

®−îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nghiªn cøu nµo tr−íc ®©y

T¸c gi¶ luËn v¨n

Nghiªm M¹nh S¬n

Mục lục Trang

2.6 phân tích đánh giá ưu nhược điểm về quy trình công nghệ của nhà máy 34 2.7 Đề xuất phương án cải tiến nâng cao năng suất và xây dựng quy trình

Chương 3: Nghiên cứu tối ưu hoá hệ thống lỗ hình trục

3 4 Ph©n phèi hÖ sè gi·n dµi cho tõng lÇn c¸n 48

Phô lôc kÕt qu¶ tÝnh to¸n s¶n phÈm thÐp D28 b»ng phÇn mÒm MTL

Bảng 3.1 Bảng phân phối hệ số giãn dài 49

Bảng 3 2 Bảng thông số vận tốc, chiều dài sản phẩm và thời gian cán

Bảng 3 3 Bảng tính công suất động cơ cán thép vằn D28

75

H.3 4 Nhập thông số của sản phẩm cần tính như: đường kính, dung sai, kích

H.3 5 Nhập số liệu về mác thép, hệ số biến dạng của lỗ hình tinh và trước

50

H.3.12 Hệ thống lỗ hình hộp chữ nhật – vuông

51H.3.13 Hệ thống lỗ hình ôvan – vuông

86

H.4.3 đường cong chảy dẻo với các tốc độ khác nhau, nhiệt độ 12000C 86

H.4.4 đường cong chảy dẻo với các tốc độ khác nhau, tốc độ biến dạng 1.6 86

H.4.5 Mô hình vật liệu với các hệ số đã được tính toán chuyển đổi

H.4.14 Phân bố ứng suất hiệu dụng theo hướng giãn rộng

Lời nói đầu

hiện công nghiệp hoá, hiện đại hoá theo định hướng xã hội chủ nghĩa của

Đảng và Nhà Nước thì nền kinh tế Việt Nam đã đạt được những thành tựu

đáng kể, từng bước phát triển và hội nhập với thế giới Tuy nhiên, so với một

số quốc gia trên thế giới thì sản lượng thép tính theo đầu người của nước ta còn rất thấp, vào khoảng 35 - 40 (kg/người.năm) Đây là kết quả do nhiều yếu

tố tác động, trong đó yếu tố cơ bản nhất là dây chuyền công nghệ các xưởng cán của ta hiện nay rất lạc hậu, năng suất thấp, chất lượng sản phẩm không cao, v v Một số năm gần đây có một số nhà máy liên doanh, tư nhân được xây dựng và đi vào hoạt động đã làm thay đổi đáng kể tình hình sản xuất thép cán tại nước ta Các chủng loại thép cán đã trở nên phong phú hơn, số lượng nhiều hơn, chất lượng sản phẩm được nâng cao

Là một học viên ngành Cơ học vật liệu Cán KL, sau thời gian học tập và làm

việc tại nhà máy cán thép Lưu Xá, nay em được giao đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến trạng thái ứng suất và biến dạng nhằm tối ưu hoá hệ thống lỗ hình trục máy cán thép liên tục”

Dưới sự hướng dẫn trực tiếp, chỉ bảo tận tình của thầy giáo

PGS.TS Đào Minh Ngừng, bản luận văn đã được hoàn thành Tuy nhiên do kinh nghiệm nghiên cứu còn ít nên chưa thể lĩnh hội hết những vấn đề thầy giáo truyền đạt cũng như trong tài liệu tham khảo, nên kết quả sau đây sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tôi kính mong nhận được sự bổ sung ý kiến của các thầy, cô giáo, đồng nghiệp để bản luận văn được hoàn thiện hơn Tôi xin chân thành cảm ơn !

Học Viên Nghiêm Mạnh Sơn

Thép phôi làm trục và thép phôi rèn là các phôi thép vuông có kích thước từ

190x190 đến 350x350 mm để chế tạo các chi tiết trục chuyển động (trục toa tàu) trong ngành đường sắt và các phôi thép tròn đường kính 150 mm để chế tạo trục toa tàu điện, các phôi rèn lõm mặt và phôi vuông dùng để làm phôi rèn trong các ngành chế tạo máy tiếp theo

Thép phôi ống là phôi thép tròn, đặc dùng để chế tạo thép ống có đường kính từ

50 đến 350 mm và phôi vuông kích thước từ 100x100 mm đến 160x160 mm từ thép chất lượng thường, chất lượng và chất lượng cao Các loại phôi thép không gỉ và thép nikel được phân loại theo đặc thù riêng

Thép đường ray khổ rộng P38, P43, P50, P65 và P75 theo tiêu chuẩn và tương

ứng với các bản vẽ cụ thể; các thanh ghi đường đường ray Các thép thanh ray của cầu trục khối lượng 1 m 29,9-53,5 kg; thép đường ray tầu điện có cấu trúc bao hình Th55; Tb60 cho các đoạn thẳng và Th60 và Tb65 cho các đoạn đường cong; thép ray tàu điện ngầm

Thép đường ray khổ hẹp P8, P11, P15, P18, P24, và thép đường ray trong các nhà

máy và liên hợp công nghiệp, loại P33

Thép dầm chữ I và dầm chữ U: dầm chữ I từ số 10 đến số 70 (N010-70), dầm chữ

U từ số 5 đến số 40 (N05-40), và các loại thép dầm chữ I và dầm chữ U có điều kiện

kỹ thuật theo đơn đặt hàng Nhóm thép này bao gồm các loại có tiết diện phức tạp được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau như công nghiệp đóng toa tàu,

công nghiệp khai thác mỏ, công nghiệp thủy điện và các đường ray của thiết bị cầu trục Các loại thép hình cán nóng đơn giản quy chuẩn được phân loại một cách tương đối như sau

Thép gai cacbon và hợp kim thấp lớn hơn N0 32

Các loại thép hình khác có khối lượng một mét dài lớn hơn 9 kg

Thép gai cacbon và hợp kim thấp lớn hơn N0 20 ÷28

Các loại thép hình khác có khối lượng một mét dài 3÷9 kg

Các loại thép hình khác có khối lượng một mét dài nhỏ hơn 3 kg

Thép bản thanh tiết diện có dáng định hình dùng để chế tạo các tấm đế giữ đường

ray tàu hỏa loại khổ rộng hay khổ hẹp và các tấm giữ đường ray tầu điện nội thành

Thép băng hẹp là thép cán nóng có chiều rộng từ 20 đến 200 mm và chiều dày từ

1,2 đến 2,8 mm ở dạng cuộn được cán trên các máy cán hình cỡ nhỏ hoặc có thể được cắt dọc từ các băng thép cuộn rộng bản thành các cuộn bản hẹp trên các máy cắt đĩa

Thép dây là các loại thép tròn đường kính 5-9 mm dạng cuộn; thép vuông cạnh

5-9 mm dạng cuộn từ thép cacbon chất lượng thường và chất lượng cao, thép gai

số 5-9 từ thép cacbon chất lượng thường và thép hợp kim thấp dung cho các kết cấu

bê tong; các loại thép dùng để bện dây kích thước 11,5x7,2 mm dạng cuộn

Thép dẹt là thép dải băng hẹp có chiều rộng từ 65 đến 400 mm được cán nóng chủ

yếu trên các máy cán dải băng hẹp (dạng cuộn hay thanh) có các mép cạnh được xử

lý trong quá trình cán nhằm phục vụ cho chế tạo thép ống hàn

Thép hình kết cấu là các chủng loại thép cán (tiết diện đơn giản: tròn, vuông, dẹt)

có kích thước tương ứng với các loại thép hình cỡ nhỏ, trung bình và cỡ lớn, thép sáu cạnh, các loại thép hình tiết diện khác nhau được cán từ các loại thép cacbon và thép hợp kim chất lương thường và chất lượng cao Sô lượng từng loại thép thường được

tính theo tỷ lệ phần trăm thị phần sản xuất, ví dụ thép đường ray chiếm 5%, thép hình cỡ lớn -13,6%, thép kết cấu 19,4%, thép dây 14%

Chủng loại thép cán hình được nhận biết theo dình dáng, kích thước và được chia thành loại tiết diện đơn giản và loại tiết diện phức tạp Các chủng loại đơn giản là các loại thép cán có tiết diện cắt là các hình tròn, vuông, chữ nhật

Các chủng loại thép cán nóng tiết diện đơn giản được cán trên các máy cán chuyên dụng, số lượng chủng loại bao gồm trên 1500 loại kích thước khác nhau theo tiêu chuẩn và các điều kiện kỹ thuật

Tất cả các loại thép hình liệt kê trong bảng 2.1 đều được sản xuất bằng phương pháp cán nóng Các loại thép đơn giản có tính kinh tế cao là các loại được sử dụng

với ít phế liệu nhất Chính vì vậy kích thước các chủng loại tính toán với dung sai sao cho chúng có tính sử dụng tốt nhất

Số lượng các chủng loại thép theo tiêu chuẩn của các Nước có khác nhau Ví dụ thép tròn của Liên bang Nga có 68 loại (tiêu chuẩn ΓOCT 2590-57) của Nhật là 58 (tiêu chuẩn JIS 3101), của Đức 123 (tiêu chuẩn DIN 1013); số lượng chủng loại thép vuông của Liên bang Nga 60 (tiêu chuẩn ΓOCT 2591-57) của Nhật là 38 (tiêu chuẩn JIS 3101), của Đức 52 (tiêu chuẩn DIN 1013)

Trong tiêu chuẩn của Mỹ, không chỉ rõ số lượng chủng loại thép cán hình tiết diện tròn và vuông vì các loại này có thể căn cứ vào đơn đặt hàng với dung sai kích thước tiết diện theo tiêu chuẩn (ASTMA 29-64) Tuy nhiên số lượng chủng loại thép ngày càng tăng đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế kỹ thuật

Số lượng chủng loại thép cán ít sẽ dẫn tới việc tiêu phí vật liệu thành phoi trong quá trình gia công cơ khí nhiều hơn hoặc sẽ tăng trọng lượng của các cơ cấu cơ khí

và chi tiết máy Thép cán tiết diện đơn giản gồm cả thép cán lớn, cán trung và cán nhỏ phục vụ cho công nghiệp chế tạo chiếm tỷ lệ 40-50% và thép kết cấu chiếm 60% Hệ số sử dụng trong các ngành kinh tế quốc dân là 0,6% Nếu số lượng các loại thép này được sản suất hàng năm 10 triệu tấn thì lượng kim loại phế liệu (phoi gia công, đầu thừa, xỉ ) sẽ là 4 triệu tấn Như vậy muốn sử dụng kim loại hiệu quả, kinh tế phải có số lượng chủng loại phù hợp, sử dụng kim loại hiệu quả cho phép tiết kiệm hàng triệu tấn

Các loại thép cán nóng tiết diện phức tạp được chia thành hai nhóm căn cứ vào đặc tính sử dụng: công dụng chung và chuyên dụng riêng

Thép công dụng chung là các loại thép hình chữ I, chữ U, thép góc đều cạnh và thép góc lệch cạnh, thép lục giác các loại thép này được sử dụng rộng rãi trong tất

cả các ngành chế tạo máy và xây dựng Thép cán chuyên dụng là các loại thép cán hình có tiết diện phức tạp phù hợp với các chuyên ngành cụ thể của nền kinh tế Quốc dân

Tất cả các chủng loại thép công dụng chung cũng như chuyên dụng được cho là có tính kinh tế hơn nếu nó có thể thay thế được một hay nhiều các loại thép đơn giản

Các chủng loại thép cán cần được thiết kế và sản xuất căn cứ nhu cầu thực tế nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của các ngành kinh tế Quốc dân và được quản lý về số lượng và kích thước, dung sai Số lượng chủng loại của Liên bang Nga năm 1970 là

1000 loại khác nhau, con số đó ngày càng tăng Tại các nước phương tây con số này còn lớn hơn nhiều Theo số liệu của công ty “United Stets Steel Corp” thì tại mỹ có

1500 chủng loại thép cán khác nhau Trong tài liệu tra cứu của công ty “Klockner” Đức có tới 5000 chủng loại thép hình cán nóng

Sự xuất hiện của nhiều chủng loại thép hình cán nóng được giải thích bằng sự phát triển đa dạng của nền kinh tế Quốc dân trên thế giới, trong đó các chủng loại thép cán nóng được sử dụng trong nhiều ngành chế tạo ô tô, máy kéo, tàu hỏa, tàu thủy, xây dựng công trình…Số lượng chủng loại thay đổi theo thời gian phù hợp tình hình thực tế Các số liệu thống kê là sự tổng hợp các chủng loại đã và đang cán trong một khoảng thời gian -ví dụ công ty Klockner liệt kê chủng loại thép hình cán nóng của

20 năm –trong điều kiện đang sản xuất Các loại thép không được sản xuất nữa cũng được loại khỏi danh mục liệt kê chủng loại thép cán nóng

Tại các nước phát triển, ngoài thép chữ I thông thường, người ta còn chế tạo các loại thép chữ I mỏng hơn, rộng bản hơn, và các loại thép chữ I phục vụ việc chế tạo các loại cột nhẹ cho các công trình Các loại thép chữ I như vậy được sản xuất tại

Mỹ có chiều cao là 300-380 mm Đối với thép chữ I chiều cao 305 mm, thì chiều dày của nó giảm xuống đến 4,4-5,1 mm thay vì chiều dày quy định trong tiêu chuẩn

là 6,5 mm Đối với thép chữ I thành mỏng số 14 thì chiều dày giảm xuống còn 4,4

mm thay vì 5,5 mm theo tiêu chuẩn

Thép dầm chữ I rộng bản thành mỏng kích thước từ 100x100x4,5 đến 600x300x14

mm được sản xuất và sử dụng nhiều tại nước Anh

Tại Liên bang Nga, các loại dầm thép chữ I và chữ U thành mỏng được sản xuất trên máy cán liên tục 450 Chủng loại các thép chữ I và chữ U thành mỏng có chiều cao tới 300 mm, chiều dày 2,8-4,2 mm

Trong các ngành công nghiệp có thể phải dung đến các dầm chữ I rộng bản, có các mặt song song có chiều cao tới 1000 mm và chiều rộng 400 mm Các loại máy cán liên hợp chuyên dụng để sản xuất các loại dầm như vậy có tại các nước Mỹ, Anh, Pháp,

Lukxemburg Cụ thể ở Mỹ sản xuất dầm chữ I rộng bản có chiều cao từ 125 mm đến 1220 mm với chiều rộng tới 425 mm, còn tại Đức dầm thép chữ I rộng bản có chiều

cao tới 1008 và chiều rộng tới 310 mm Trong khi đó tại Liên bang Nga vào cùng thời gian, các dầm chữ I có chiều cao từ 600 mm trở lên phải dùng phương pháp hàn

Các chủng loại thép chữ I rộng bản có thể mở rộng khi các máy cán chuyên dụng dùng cho mục đích này được thiết kế đưa vào sử dụng Các loại thép chữ I rộng bản

có thể thay thế các loại dầm chữ I được chế tạo bằng phương pháp hàn hay các loại dầm chữ I cán nóng, nhẹ hơn và có thành mỏng, được dùng làm đường ray cầu trục, các

dầm cầu hay các cơ sở Quốc phòng, chúng cho phép tiết kiệm kim loại đến 7-10% giảm trọng lượng máy và các kết cấu

Dầm chữ I rộng bản cán nóng được sử dụng trong mọi ngành chế tạo máy, công nghiệp xây dựng, thủy điện, đường ngầm, nhà cao tầng Sử dụng các dầm chữ I rộng bản thay thể kết cấu bê tông cốt thép có ưu điểm tốn ít thời gian lắp ráp và giảm giá thành thiết bị

1.1 Thép phôi thỏi

Thép phôi vuông cạnh lõm (còn gọi là phôi thỏi -Bloom) là loại thép phôi vuông

cán nóng có bán kính lượn ở góc và các mặt cạnh hơi lõm (bảng 1) được sản xuất trên các máy cán lớn (máy cán Bliuming) Các thép phôi này được cán từ các khối phôi thép đúc lớn ban đầu

Chiều dài cạnh thép phôi vuông được đo bởi hai điểm xa nhất của hai mặt đối diện Sai lệch khoảng cách giữa hai mặt đối diện bất kỳ không được quá một phần hai dung sai của cạnh vuông

Bảng 1.1 Kích thước thép phôi vuông lõm cạnh, mm

Ghi chú: ∆ -dung sai của cạnh vuông

Thép phôi hình chữ nhật (hay gọi là phôi tấm –Slab) được cán trên các máy cán

lớn phôi thỏi (gọi là máy cán Bliuming) hoặc máy cán lớn phôi tấm (gọi là máy cán Slabing) Các loại thép phôi cán này với kích thước rộng của tiết diện từ 300 mm đến 700 mm thì có bước là 20 mm và chiều rộng từ 700 mm đến 2000 mm với bước

50 mm; Chiều dày phôi tấm từ 100 mm đến 150 mm có bước 5 mm, và từ 150 mm đến 250 mm có bước 10 mm (ΓOCT 9137-59)

Sai lệch giới hạn theo chiều rộng của thép phôi tấm là ±10 mm, sai lệch giới hạn

±4 mm đối với chiều dày thép phôi tấm 100-145 mm và ±5 mm cho chiều dày thép phôi tấm 150-250 mm

Chênh lệch về khối lượng cho phép giao động trong phạm vi +4, -3% so với khối lượng định mức

Thép phôi vuông, được cán trên các máy cán phôi, máy cán thép hình, máy cán

dầm-ray và có kích thước cạnh vuông từ 40 đến 250 mm (ΓOCT 4693-57) kích thước và dung sai thể hiện trong bảng 2.2 Hiệu kích thước hai đường chéo

của thép phôi vuông không được vượt quá 0,7 dung sai theo cạnh

Bảng 1.2 Kích thước thép phôi vuông, mm

Cạnh

Vuông,

a

Bán kính,

R

Sai lệch giới hạn,

∆

Cạnh Vuông,

a

Bán kính,

R

Sai lệch giới hạn,

+3,0; 5,0

+4,0; 6,0 +5,0; -7,0

-Thép phôi trục tiết diện vuông (ΓOCT 4728-59) được cán chủ yếu trên các máy cán thỏi lớn và một phần được cán trên các máy cán dầm-ray Loại phôi này dùng cho các thành phần chuyển động của tàu hỏa: trục toa xe khổ đường ray rộng Kích thước và dung sai loại thép phôi này trong bảng 2.4

Thép phôi trục tròn (ΓOCT 6143-52) dùng cho các trục tàu điện, đường kính 150

mm, dung sai theo đường kính từ +1,2 đến -2 mm

Thép tròn đường kính nhỏ hơn 9 mm (thép dây) nếu được cán trên các máy cán dây bố trí kiểu hàng sẽ cấp ở dạng cuộn khối lượng từ 80 đến 100 kg còn trên các máy cán liên tục hoặc bán liên tục thì khối lượng của cuộn là 200 – 500 kg Thép tròn đường kính nhỏ hơn 30 mm được cán trên các máy cán hình cỡ nhỏ và cũng có thể được cung cấp ở dạng cuộn

Thép vuông cán nóng

Thép vuông cán nóng, căn cứ vào các yêu cầu sử dụng và và yêu cầu kỹ thuật có thể được phân loại theo tiêu chuẩn sau đây

Thép vuông được hiểu là thép vuông cán nóng (ΓOCT 2591-57) được sản xuất với

đường kính từ 5 đến 250 mm (bảng 5.9) Thép vuông với mọi kích thước cạnh tiết

diện khác nhau (gọi tắt là cạnh vuông) được cán ở dạng thanh, nếu cạnh vuông nhỏ hơn 16 mm thì có thể ở dạng thanh và dạng cuộn

Thép vuông độ chính xác cao được cán chủ yếu từ thép chất lượng và chất lượng cao Thép vuông nhỏ hơn 100 mm cán với góc vuông rõ nét, còn thép vuông lớn hơn

100 mm thì có góc lượng với bán kính nhỏ hơn 15% chiều rộng của cạnh vuông

Bảng 1.3 Kích thước thép vuông, mm

Sai lệch giới hạn của cạnh vuông

Độ chính xác thường

Độ chính xác cao

+0,1; -0,3 +0,1; -0,3 +0,2; -0,3 +0,2; -0,4 +0,2; -0,4 +0,2; -0,6 +0,2; -0,9 +0,3; -1,0 +0,4; -1,2 +0,5; -1,5 +0,6; -1,8 +0,6; -2,0

Trong các trường hợp cần thiết có thể cán các loại thép vuông với các góc vuông sắc hoặc có góc lượng

Các loại thép gió tiết diện vuông (ngoài các loại thép tròn trong các bảng) được cán

từ các loại thép dụng cụ và các loại thay thế ở dạng thanh Kích thước và dung sai của

Thép dụng cụ cacbon làm dũa được cán vuông với cạnh 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16 mm

Dung sai 0,4 mm cho các thép có cạnh vuông nhỏ hơn 12 mm và 0,6 mm cho các loại còn lại

Thép nam châm dạng vuông được cán từ các loại thép đặc biệt có từ tính với cạnh

vuông 10 và 20 mm Dung sai +0,3 và 0,5 mm cho thép vuông 10 mm và +0,4 và

0,5 mm cho thép vuông 20 mm Ngoài ra các thép lò xo cũng có thể cán vuông với cạnh từ 6 đến 50 mm

1 2 Phân loại máy cán thép hình

Căn cứ vào đường kính trục cán, cấu tạo và chủng loại sản phẩm, các máy cán dùng để sản xuất các loại thép hình cán nóng được chia thành: máy cán hình cỡ lớn,

cỡ trung bình và cơ nhỏ

Máy cán hình cỡ lớn

Các loại máy cán thép hình cỡ lớn có đường kính trục 500-650 mm, các giá cán của máy được bố trí nối tiếp hoặc xếp thành hai hàng, đảm bảo năng suất cao tới 1 triệu tấn/năm Chủng loại thép cán hình được viện dẫn trong bảng

Các loại máy cán hình cỡ lớn kiểu cũ thường có sơ đồ bố trí thiết bị kiểu hàng có mức độ cơ giới hóa tự động hóa thấp khối lượng phôi thép nhỏ năng suất chỉ đạt 250-350 ngàn tấn/năm Ngoài các loại thép hình cỡ lớn, người ta còn cán các loại thép cỡ trung Sau đây là giới thiệu mô tả một số loại máy cán thép cán hình cỡ lớn tại Liên Bang Nga và các nước trên thế giới

Máy cán thép hình cỡ lớn 650 được bố trí thành hai hàng, có giá duo-đảo chiều

800 ở đường cán thứ nhất để cán thô và hai giá cán trio 650 và một giá cán duo 650

ở đường cán tinh Máy dùng để cán thép hình cỡ lớn từ phôi thỏi (blium) ban đầu 300x300 mm, chiều dài từ 2,5 đến 6 m, nặng tới 4 tấn

Phôi nóng hoặc nguội được cầu trục vận chuyển đến khu vực lò và được nung trong ba lò nung liên tục bằng khí than cốc Các lò có bộ phận hoàn nhiệt nung nóng không khí đưa vào các vòi phun

Sau khi nung nóng, các phôi thỏi được đưa ra cửa phía đầu lò, tới băng tải vận chuyển và tới giá cán 800 Giá cán 800 có động cơ điện dòng một chiều, công suất

4000 kW, tốc độ 120 vòng/phút dùng để cán đảo chiều

Chiều dài thân trục là 2100 mm, đường kính nhỏ nhất có thể là 700 mm, hành trình nâng trục trên là 600 mm Các trục cán được nối với trục bánh răng bởi các trục truyền lực và khớp cầu đa năng Hai cơ cấu đai ốc-vít nén quay được bới hai động

cơ 100 kW, hộp giảm tốc có bậc bánh răng trụ và bậc bánh răng-trục vít tốc độ điều chỉnh là 50-100 mm/s

Trục cán làm việc trong bạc lót vật liệu tectolit làm nguội bằng nước và khi cần được thay thế cả cụm bởi một xe chuyển động đặc chủng Giá cán 800 được trang bị hai bàn đảo phôi kiểu chuyển động thanh răng ở phía trước và phía sau Các thanh răng chuyển động nhờ động cơ 100 kW Cơ cấu lật phôi được bố trí ở thước bên phải, bàn phía trước

H.1.1 Sơ đồ bố trí thiết bị máy cán hình cỡ lớn 650

1-lò nung; 2-giá cán duo 800; 3-giá cán thô trio 650; 4-giá cán tinh duo 650; 5-máy cưa; 6-máy đóng dấu; 7-sàn nguội; 8-khu bảo quản N01; 9-khu bảo quản N02; 10-máy nắn; 11-cưa nguội; 12-máy bốc xếp; 13-bàn cân; 14-giá đỡ thép tròn và thép vuông; 15-giá để nắn thép tròn; 16-giá làm sạch; 17-giá làm sạch thép tròn; 18-khu tiền bảo quản; 19-khu bảo quản thép ray; 20-máy phay và máy khoan; 21-máy ép trục lệch tâm; 22-khu vực phân loại

Phôi thép sau khi đã được cán ép sơ bộ trên giá 800 của hàng cán thứ nhất được đưa đến hàng cán tinh Cả hai giá cán trio với khoảng cách giữa các trục từ 180 đến

700 mm (chiều dài thân trục 1700 mm) được dẫn động bởi một động cơ điện công suất 6200 kW với tốc độ 0-80-180 vòng/phút Giá cán duo đường kính trục 650 mm, chiều dài thân trục 1200 mm được dẫn động bằng động cơ điện 1500 kW, với tốc độ 0-80-220 vòng /phút Tất cả các trục đều quay trong ổ bạc lót tectolit, được làm nguội bằng nước, được thay thế bằng cách tháo dỡ và lắp đặt ngay trên giá Mỗi giá cán trio được trang hai bàn nâng hạ hai bên kiểu cầu bập bênh và có cơ cấu lật phôi kiểu gọng kìm dẫn động thủy lực Chuyển động ngang của cơ cấu lật phôi và thước gạt được thực hiện nhờ cơ cấu thanh răng dẫn động điện

Sau giá cán tinh, thép cán được đưa đến khu cưa cắt, tại đây có bố trí sáu máy cưa đĩa kiểu đẩy ngang Trên đường băng tải vận chuyển thép cán đến sàn nguội có bố trí các máy đóng dấu và các cơ cấu ụ tỳ động

Diện tích mặt bằng bảo quản được chia thành ba khu vực: 1) khu bảo quản thép hình chữ U, chữ I, thép góc; 2) khu bảo quản thép tròn, vuông và 3) khu bảo quản thép đường ray

Khu bảo quản 1 và 3 được bố trí tại hai phía đường băng tải vận chuyển ở phần cuối sàn nguội Mỗi khu vực đều có máy nắn tám trục con lăn kiểu khung kín, máy cưa nguội, các cơ cấu ụ tì động, máy bốc xếp, xe chứa và bàn cân Các thép tròn được nắn trên máy nắn bảy con lăn Sau sàn nguội tháp cán được làm sạch

Thép cán được chuyển đến máy cưa nguội cắt thành từng đoạn và chuyển vào khu chứa Trong trường hợp cần thiết thép sau cắt được thu gom, đóng bó và được cầu trục điện từ chuyển đến nơi quy định

Thép đường ray sau sàn nguội được cầu trục (sức hút) điện từ chuyển đến khu bảo quản, được nắn trên máy ép kiểu trục lệch tâm, sau đó được gia công cơ phay và khoan hai đầu bằng các máy công cụ Sau khi khoan lỗ bulông và phay phẳng hai mặt mút, các thanh thép ray được thu gom lại và xuất xưởng

Các thanh thép không đạt yêu cầu như có khuyết tật hay độ cong vênh quá lớn gọi chung là thép sai hỏng được chuyển lại khu nắn sửa hoặc cưa cắt

Khi cán các loại thép phôi để cung cấp như thép phôi đầu vào cho các nhà máy cán thép hình khác thì các máy nắn được chuyển dịch ra chỗ khác, thay vào đó là các băng tải vận chuyển

Công suất của máy cán hình cỡ lớn 650 là 150-180 tấn/giờ tương đương 1 triệu tấn/năm

1.3 Cơ sở thiết kế lỗ hình trục cán

• Thép cán hình là các loại thép có tiết diện đơn giản và phức tạp, được cán trên các trục có tiện rãnh hình

• Các rãnh của hai hoặc nhiều trục phối hợp lại trong khi cán gọi là lỗ hình Như vậy lỗ hình là khoảng không được tạo bởi các rãnh hình ghép lại trong mặt ph¼ng chứa đường tâm trục

• Thiết kế trục cán là xác định hình thù kích thước và số lượng lỗ hình

và bố trí chúng trên trục để cán được tiết diện nhất định theo chế độ ép đã tính toán

• Trên các máy cán thép hình, theo nguyên tắc thì qua mỗi lỗ hình chỉ cán được một lần Đối với máy cán lớn thì sự thay đổi khoảng cách trục cho phép cán vài lần trên một lỗ hình

¾ Thiết kế lỗ hình tối ưu (hoặc tính chế độ ép) cần đảm bảo

1 tiết diện có kích thước cần thiết với dung sai cho phép

2 chất lượng tốt - không có ba via, nếp gấp, ứng suất có hại trong kim loại

3 năng suất máy cao nhất vì có số lần cán ít nhất và phân bố tối ưu

giữa các lần cán

4 quá trình ăn phôi bình thường

5 tiêu hao năng lượng ít nhất và phân bố tải động cơ đều cho các lần cán

6 lỗ hình ít mòn, tăng thời hạn sử dụng của trục, tiêu hao trục cho một tấn

sản phẩm là ít nhất

7 Sử dụng máy thuận tiện và dễ cơ giới hoá và tự động hoá

¾ Điều kiện đáp ứng các yêu cầu trên cần có:

Kim loại chất lượng tốt không có nứt rỗ khí và nếp gấp

Nhiệt độ nung tối ưu và đều với lượng xỉ ít nhất

Độ cứng vững của máy đảm bảo và chỉnh máy chuẩn

1.4 Bố trí lỗ hình trên trục

Khi chọn vị trí lỗ hình trên trục, cần phải xuất phát từ kích thước chính – khoảng cách trục của giá cán D0, (gọi là đường kính giá cán) là khoảng cách giữa các đường tâm trục trên và trục dưới trong trạng thái cán Đường kính giá cán là giá trị trung bình hai đường kính ban đầu của trục trên và dưới

Dtr1, Dd1 - Đường kính trục trên và dưới tại miệng lỗ hình

Ngoài ra còn có đường kính đáy lỗ hình Dtrh và Ddh Đường tiếp xúc hai đường kính ban đầu gọi là đường cán

1.5 Xác định đường trung hoà của lỗ hình

Đường trung hoà của lỗ hình được hiểu là đường thẳng chia lỗ hình làm hai phần sao cho khi nó trùng với đường cán trong trường hợp đường kính ban đầu bằng nhau thì đảm bảo sự đi thẳng của thanh kim loại sau khi ra khỏi trục và quá trình cán xảy ra êm và đều, không có sự dung va đập Chính vì vậy việc xác định đúng vị trí đường trung hoà có ý nghĩa lớn

1.6 Xác định đường kính cán trung bình khi cán trong khuôn hình

• Xác định tốc độ có tính đến lượng vượt

• Xác định đường kính cán trung bình

1.7 Nguyên tắc chung:

1 Khi xác định số lần cán xuất phát từ điều kiện ăn phôi

2 Chế độ ép tại các lỗ hình đầu xác định bằng điều kiện ăn phôi, các lỗ hình sau xác định từ điều kiện nghiệm bền

3 Hệ số vuốt các lỗ hình tinh và trước tinh được trọn xuất phát từ điều kiện biến dạng

4 Kích thước ban đầu ở trạng thái nguội, sử dụng dung sai âm, hệ số giãn nhiệt

5 Tính ngược hướng cán

6 Xác định lượng giãn rộng và chiều rộng lỗ hình

7 Chia tiết diện lỗ hình thành các phần sao cho phù hợp

8 Phân bố các lần cán trên các giá đảm bảo năng suất và tải đều

9 Kiểm tra tải của động cơ

10 Lựa chọn hệ số biến dạng đảm bảo trục mòn đều, tuổi thọ cao

1.8 C¬ së lý thuyÕt

1.8.1 Tính toán hệ lỗ hình: hộp vuông – hộp chữ nhật

1.8.2 C«ng thøc c¬ b¶n

+Sơ đồ cán: hộp vuông – hộp chữ nhật – hộp vuông

+ Cho trước kích thước lỗ hình hộp vưông phía trước (c1) và phía sau (c3); + Chọn hệ số giãn rộng trong lỗ hình chữ nhật k2 và lỗ hình vuông k3

- Tính chiều cao h2 và chiều rộng b2 lỗ hình hộp chữ nhật

Cách tính: Căn cứ vào công thức ∆ = ∆ b k h và sơ đồ cán ta có:

3 1

2

1,3 0,390,91

+ Cho trước hệ số giãn rộng lỗ hình ovan kov

- Xác định hệ số biến dạng trong lỗ hình ovan

Cách tính: Căn cứ vào công thức ∆ = ∆ b k h và sơ đồ cán ta có:

ov ov ov ov ov ov

trong đó chiều cao trung bình của hình ovan là: htb=0,74.hov

Chia cả hai vế cho hov ta có tỷ số:

Ký hiệu tỷ số ov

ov

b a

h = , thế vào vế trái và rút ra hov:

(1 ) 1

0,74

ov ov

ov

k c h

+

=+

0,74 10,74

v ov

ov ov

ov ov

b

k h

1.8.5.Quy trình tính toán hệ lỗ hình ovan – vuông :

• Xác định góc ăn phụ thuộc vào tốc độ cán và nhiệt độ cán

• Căn cứ vào góc ăn và cạnh phôi vuông xác định hệ số µ của LH vuông

• Tính µ trong lỗ hình ovan

• Xác định kích thước các lỗ hình vuông

• Xỏc định gión rộng trong lỗ hỡnh vuụng

• Xỏc định cỏc kớch thước lỗ hỡnh ovan

• Kiểm tra gión rộng trong lỗ hỡnh ovan

• Điều chỉnh kớch thước lỗ hỡnh ovan

• Đưa cỏc thụng số vào bảng và vẽ hỡnh và lập bản vẽ phối trục

1 9 Kết luận

1 Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan công nghệ cán thép hình nói chung và công nghệ và thiết bị cán thép của xưởng 650 trên thế giới, việc áp dụng kỹ thuật tiên tiến và cải tạo xưởng 650 của lưu xá là vấn đề cấp bách để nâng cao năng suất và hiệu quả kinh tế

2 Sau nhiều năm kinh nghiệm sản xuất tại nhà máy 650 lưu xá thấy được những nhược điểm trong quá trình sản xuất như sau:

- Thiết bị không đồng bộ, bố trí mặt bằng chưa hợp lý, hệ thống các giá cán với cách bố trí động cơ dòng xoay chiều có tốc độ cố định cần được xem xét ảnh hưởng của chúng đến việc tính toán lỗ hình trục cán

3 Luận văn có nhiệm vụ nghiên cứu những nguyên nhân những sai phạm kỹ thuật và tìm ra những yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng để khắc phục nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế trong việc sử dụng năng lượng, sử dụng diện tích mặt bằng cũng như việc áp dụng trình độ cơ khí hoá và tự động hoá

4 Trên cơ sở phần mềm MTL (metal) tính toán tối ưu hệ thống lỗ hình trục cán các thông số năng lượng để so sánh với các số liệu thực tế hiện có nhằm đưa

ra giải pháp khắc phục góp phần trực tiếp giải quyết các vấn đề kỹ thuật nâng cao năng suất chất lượng sản phẩm

5 Việc tính toán bằng phần mềm trên máy vi tính có ý nghĩa khoa học trong việc ứng dụng công nghệ tin học cho sản xuất và phát hiện những sai xót lập trình để bổ xung hoàn thiện phần mềm cũng như đặt ra những vấn đề của thực

tế sản xuất để đưa vào phần mềm tính toán

6 Trên cơ sở các số liệu tính toán của phần mềm trên quá trình cán thép hình

được mô phỏng trên phần mềm DEFORM nhằm phân tích trạng thái ứng suất biến dạng trong quá trình cán để kiểm tra các thông số lỗ hình đã tính toán và

đánh giá chất lượng sản phẩm

7 Trên cơ sở nghiên cứu đề xuất với lãnh đạo nhà máy về những thay đổi để cải tiến xưởng 650 Lưu Xá

Chương 2

Nghiên cứu đặc điểm thiết bị xưởng cán 650 lưu xá

Trên cơ sở phần kết luận của chương 1, để khắc phục những nhược điểm và nâng cao hiệu quả kinh tế của xưởng 650 Lưu Xá, các vấn đề về thiết bị , công nghệ cho đến mặt bằng nhà xưởng cũng như kết cấu máy vv… cần được xem xét một cách tổng thể và đưa ra phương án tối ưu nhất Các vấn đề về tổ chức quản lý được giới thiệu sau chỉ mang tính hình thức hỗ trợ và chưa xem xét

đến trong luận văn này

2.1 Giới thiệu chung về nhà máy cán thép Lưu Xá

Nhà máy cán thép Lưu Xá (trước đây là xưởng cán 650) thuộc Công Ty Gang Thép Thái Nguyên Nhà máy được thành lập vào tháng 05 năm 1972, nhưng do chiến tranh nên đến tháng 04 năm 1978 mới xây dựng xong và bắt

đầu đi vào sản xuất thép phôi Nhà máy cán thép Lưu Xá hiện nay có thành phần tổ chức cán bộ như sau:

Phòng Tổ chức

Lao động tiền lương

Phòng Hành chính

Phân xưởng Cán thép

Phòng Kỹ thuật Cơ điện

Ngày 29 tháng 11 năm 1978 thanh sản phẩm thép hình đầu tiên ra đời đã khép kín hệ thống sản xuất Luyện kim liên hợp của Công Ty Gang Thép Thái Nguyên: Từ Luyện Gang - Luyện Thép - Đến Cán Thép

Thời kỳ đầu Nhà máy được xây dựng và lắp đặt hoàn chỉnh dây truyền cán thép hình cỡ trung thiết bị của Trung Quốc để sản xuất ra các loại sản phẩm như: Thép L63 ữ L130; Thép chữ I100 ữ I160; Thép chữ C80ữC160; Thép tròn Φ50 ữ Φ100 Toàn bộ thiết bị được lắp đặt trong 6 gian xưởng chính với tổng diện tích mặt bằng 31.000 m2

2 2 Hệ thống thiết bị

+ Một lò nung liên tục 3 vùng với công suất 40 tấn/h

+ Ba giá cán 3 trục Φ650 do hai động cơ 2000 KW và 2500KW dẫn động Một máy cắt 150 tấn để cắt đầu đuôi; Hai máy cưa đoạn sản phẩm thép hình

có đường kính Φ1350 ữ Φ1500; hai sàn nguội thép hình Φ150; Một máy nắn

10 trục Φ600 và các thiết bị phụ trợ khác như các máy tiện trục cán, các máy gia công cơ khí

Ngoài ra, để đa dạng hoá các chủng loại sản phẩm thép cán và nâng cao chất lượng sản phẩm, đáp ứng thị trường tiêu thụ: Năm 1995 Nhà máy đã đầu tư thêm

thiết bị để sản xuất các mặt hàng thép cán cây (vằn và tròn trơn)

từ Φ, D14 → Φ, D40 ( thiết bị của Đài Loan ), với 5 cụm máy cán 10 giá Φ360, một sàn làm

nguội kiểu răng cưa rộng 8m dài 56m, một máy cắt 300 tấn và các thiết bị phụ trợ liên quan khác

Năm 1996 Nhà máy đã đầu tư một lò nung phôi liên tục mới thay thế cho

lò nung liên tục cũ hiện đại hơn giảm các chỉ tiêu Dầu FO và cải thiện điều kiện vệ sinh môi trường

Ngoài ra trong nhiều năm qua nhà máy đầu tư hiện đại hoá các thiết bị:

Điện điều khiển, Cân điện tử, Máy kiểm tra cơ lý tính của thép

Trong những năm qua sản xuất của Nhà máy luôn luôn có bước tăng trưởng

và đạt những kết quả đáng khích lệ Như năm 2001 Nhà máy đạt sản lượng thép cán 127.000 Tấn, năm 2002 đạt 157.000 Tấn, năm 2003 đạt 170.000 Tấn, năm

2004 đạt 205.000 Tấn, năm 2005 đạt 185.000 Tấn, năm 2006 theo dự kiến có thể đạt 190.000 Tấn

Đạt được kết quả trên là nhờ vào đội ngũ CBCNVC của Nhà máy và áp

dụng “Hệ thống quản lý chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn ISO

9002-2004" Năm 2003 nhà máy chuyển sang tiêu chuẩn ISO 9001-2000

C−a ®o¹n

xÕp riªngLµm nguéi

N¾n th¼ng

xÕp riªngBao gãi

C©n, nhËp kho

b Quy tr×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt thÐp c©y ( trßn tr¬n, thÐp gai )

H.2.3 Quy tr×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt thÐp c©y ( trßn tr¬n, thÐp gai )

Ph«i C¾t ®o¹n K/Tra XÕp riªng, sö lý

- Hai máy cán này lắp thành một dãy hàng ngang

- Khi cán cây và cán dây chỉ có máy số 1 tham gia

- Khi cán hình: Cả hai máy cùng tham gia

- Hai máy cán đ−ợc thiết kế có những điểm giống nhau: Hộp giảm tốc, hộp truyền lực, giá cán, bánh đà và các đầu nối Điểm khác nhau: Công suất và tốc độ của hai động cơ

b) Cấu tạo:

Làm nguội (Tự nhiên bằng quạt gió)

Dồn cuộn (thu thập sản phẩm để ép cuộn)

ép cuộn ( Để đóng bó)

Cân, kiểm tra(trên cân điện tử)Nhập kho sản phẩm

Phôi Nung phôi ( giá 3trụcΦ650 ) Cán

Cán

(nhóm cán liên tuc 360x10 và 300x2)

Cắt ( đầu, đuôi trên máy cắt 150T )

Cắt (đầu, đuôi trên máy cắt đĩa)

Cán (Trên máy cán Block)

- Nhà máy cán thép Lưu Xá lắp đặt cụm máy cán liên tục từ K10 ữ K19 để

sử dụng trong dây truyền cán dây và cán cây (thanh)

TØ sè TruyÒn (iff)

VËn tèc C¸n(v/p)

VËn tèc C¸n(m/s)

Ghi chó

- Công dụng: Cùng với các giá cán 650; K10 ữ K19, đến A20; A21 qua cụm máy cán A20 ữ A21 tạo nên sản phảm thép cuộn thành phẩm Φ6; Φ8; Φ10

Là loại lò nung liên tục có 3 vùng

(vùng sấy, vùng nung và vùng đồng nhiệt)

+ Loại nhiên liệu: Dầu nặng FO, áp lực dầu trước mỏ đốt: 0,05 ữ 0,1Mpa

2 5.3 Máy di, lật thép trước giá cán (D = 650 (mm)

a Vị trí lắp đặt: Phía dưới đường lăn bàn nâng hạ trước giá,

Theo thiết kế trước sau 3 giá cán 650 được lắp đặt 5 bàn nâng hạ:

Công dụng:

Dùng để cắt băm đoạn đầu và đuôi sau khi máy cắt đĩa đã cắt

Cắt băm toàn bộ phôi thép khi có sự cố trên đường cán

vào máy cán Block

- Động cơ: N = 30 Kw

- Dải tốc độ: 0 ữ 1350 v/ph

- Chiều dài đoạn cắt (băm): (240 ữ 250) mm

- Cỡ thanh cắt max: D = 14 mm

2 5 8 Máy tạo vòng để cuộn sản phẩm

- Tạo vòng bằng ống và thiết bị xoáy để dây thép ra tự cuộn tròn, nhả trên giàn con lăn và được làm nguội trên giàn con lăn vận chuyển

- Công suất động cơ: N = 40 Kw

- Tốc độ động cơ: 0 - 900 - 1450 v/ph

2 5 9 Máy cưa nóng

a Vị trí lắp đặt: Trong dây truyền cán hình được lắp đặt 2 máy cưa nóng, 1

cố định và 1 di động Nơi lắp là sau đường lăn kéo dài sau máy cán số 3 và trước đường lăn vào sàn nguội