CHƯƠNG CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT SẢN PHẨM THÉP HÌNH CÁN NĨNG 4.1 KHÁI QT CHUNG VỀ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT SẢN PHẨM CÁN 4.1.1 Giới thiệu loại sản phẩm cán Sản phẩm cán sử dụng rộng rãi tất ngành kinh tế quốc dân như: chế tạo máy, cầu đường, công nghiệp ô tô, xây dựng, quốc phòng, bao gồm kim loại đen kim loại màu Sản phẩm cán chủ yếu phân loại dựa vào hình dáng tiết diện ngang sản phẩm chúng chia thành loại sau: a Thép hình: Là loại thép sử dụng nhiều ngành khí chế tạo máy, xây dựng, cầu đường phân thành nhóm: Thép hình có tiết diện đơn giản: trịn, vng, chữ nhật, dẹt, tam giác, lục lăng, ovan Hình 4.1 Các loại thép hình đơn giản Thép hình có tiết diện phức tạp: thép chữ I, U, T, thép đường ray, thép hình đặc biệt Hình 4.2 Các loại thép hình phức tạp b Thép tấm: Được sử dụng nhiều ngành chế tạo tàu thủy, ô tô, ngành hàng không, dân dụng Chúng chia thành nhóm: Thép dày: S = ÷ 60 mm; B = 600 ÷ 5000 mm; L = 4000 ÷ 12000 mm Thép mỏng: S = 0,2 ÷ mm; B = 600 ÷ 2200 mm Thép mỏng (thép cuộn, thép băng): S = 0,001 ÷ 0,2 mm; B = 200 ÷ 1500 mm; L = 4000 ÷ 60000 mm c Thép ống: Được sử dụng nhiều ngành cơng nghiệp dầu khí, thủy lợi, xây dựng Chúng chia thành nhóm: Ống khơng hàn: loại ống cán từ phơi thỏi ban đầu có đường kính Φ = 200 ÷ 350 mm; chiều dài L = 2000 ÷ 4000 mm Ống có mối hàn: uốn tạo hình từ phơi thành ống, sau hàn mép lại với để tạo thành ống Loại đường kính đạt đến 4000 ÷ 8000 mm; chiều dày đạt đến 14 mm d Thép có hình dạng đặc biệt Thép có hình dáng đặc biệt cán theo phương pháp đặc biệt: cán bi, cán bánh xe lửa các loại có tiết diện thay đổi theo chu kỳ Hình 4.3 Một số loại sản phẩm cán đặc biệt 4.1.2 Quy trình cơng nghệ tổng qt sản xuất sản phẩm cán Quy trình cơng nghệ sản xuất cán phụ thuộc vào nhiều yếu tố: hình dáng sản phẩm, mác thép, điều kiện kỹ thuật đặc trưng riêng máy cán; ngồi cịn phụ thuộc vào trọng lượng thỏi thép đúc, dây chuyền thiết bị phân xưởng cán Một quy trình cơng nghệ cán đặc trưng, bao gồm khâu chủ yếu sau: Chuẩn bị phôi - Nung phôi - Cán - Cưa cắt - Xử lý nhiệt làm nguội - Kiểm tra chất lượng sản phẩm - Đăng ký, đóng dấu - Nhập kho, bảo quản 4.1.3 Các khâu công nghệ qui trình cơng nghệ cán thép a Chuẩn bị phơi: Lựa chọn hình dạng, trọng lượng, kích thước, mác mã phôi; kiểm tra phân loại chất lượng xử lý khuyết tật bề mặt phôi nhằm đảm bảo cho sản phẩm cán có chất lượng tốt b Nung phơi: Đây khâu cơng nghệ có ý nghĩa quan trọng quy trình cơng nghệ cán Mục đích việc nung phơi làm tăng tính dẻo, giảm trở lực biến dạng, làm giảm tiêu hao lượng cán Đồng thời nung phơi hợp lý cịn góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm cán c Cán: Là khâu công nghệ chủ yếu có tính chất định đến tồn dây chuyền sản xuất sản phẩm cán Nó đảm bảo cho sản phẩm có kích thước, hình dạng chất lượng tốt, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật d Cưa cắt sản phẩm: Sản phẩm cán thường dài, sau cán xong để đảm bảo chất lượng sản phẩm, đảm bảo yêu cầu vận chuyển, sử dụng yêu cầu lấy mẫu kiểm tra ta phải tiến hành cưa cắt đầu đi, phân đoạn sản phẩm theo kích thước yêu cầu e Xử lý nhiệt, làm nguội tinh chỉnh sản phẩm: Đây khâu công nghệ góp phần khơng nhỏ vào việc đảm bảo giữ vững cải thiện chất lượng nội bộ, chất lượng bề mặt sản phẩm cán làm giảm lượng phế phẩm Mặt khác cịn có tác dụng tạo điều kiện thuận lợi cho khâu công nghệ f Kiểm tra chất lượng sản phẩm, đăng ký (đóng dấu, đóng bó, đóng mác) bảo quản: Là khâu cơng nghệ cuối có tác dụng ổn định hồn thiện chất lượng sản phẩm, tạo điều kiện giữ ổn định quy trình cơng nghệ sản xuất tạo điều kiện thuận lợi cho người sử dụng  Chú ý: - Trong quy trình cơng nghệ sản xuất sản phẩm cán, tùy theo yêu cầu chất lượng sản phẩm, tùy theo mác thép mà có thêm số khâu công nghệ phụ khác Tuy nhiên phần tổng quát nêu khâu công nghệ nhất, có tính chất đặc trưng Khi nghiên cứu, tìm hiểu cơng nghệ sản xuất sản phẩm cán cụ thể đề cập chi tiết - Quy trình cơng nghệ sản xuất cán phụ thuộc vào nhiều yếu tố: hình dáng sản phẩm, mác thép, điều kiện kỹ thuật đặc trưng riêng máy cán; ngồi cịn phụ thuộc vào trọng lượng thỏi thép đúc, thiết bị có phân xưởng cán Hình 4.4 Sơ đồ cơng nghệ tổng quát sản xuất sản phẩm cán Giới thiệu lưu trình cơng nghệ cán tổng qt sản xuất sản phẩm thép dây (thép cuộn) thép (thép vằn) dây chuyền thiết bị cán liên tục Phôi đúc liên tục (120 - 150 mm) Nung phơi (lị nung liên tục đáy bước) Nhóm cán thơ (giá cán đứng - nằm xen kẽ) Máy cắt bay (cắt đầu, cắt cố) Nhóm cán trung gian (giá cán đứng - nằm xen kẽ) Máy cắt bay (cắt đầu, cắt cố) Nhóm cán trước thành phẩm Máy đẩy tiếp Cắt phân đoạn thép Block cán dây (cán tốc độ cao) Sàn nguội thép Hệ thống làm nguội DSC Đóng/xếp bó - buộc Máy quấn rải Sàn nguội thép dây Cân, nhãn mác, nhập kho Hố tạo cuộn Đóng bó (Ép - buộc cuộn) Cân, nhãn mác, nhập kho Hình 4.5 Quy trình cơng nghệ tổng qt cán nóng thép dây (thép cuộn) thép (thép vằn) dây chuyền cán liên tục Mơ tả quy trình cơng nghệ cán hình 4.5: - Phôi thép đúc liên tục từ bãi chứa phơi nạp vào lị nung, phơi đặt lên bàn lăn nạp vào lò nung thông qua hệ thống nạp phôi vận hành thủy lực Trước nạp phơi vào lị nung, phơi cân trọng lượng hệ thống cân tự động đặt bên bàn lăn vào lò Mặt khác cho phép nạp phơi nóng, trực tiếp kết nối với dây chuyền đúc liên tục - Phôi nung nóng lị nung liên tục kiểu đáy bước (đáy di động) Ưu điểm lò nung đáy bước: + Độ xác cao, phơi khơng biến dạng, phạm vi nhiệt độ phôi rộng + Tiêu hao vảy cán dầu bôi trơn thấp + Độ mát nhiệt thấp tiêu hao nhiên liệu thấp + Mức độ đồng nhiệt cao + Nạp phơi nóng cho phép tăng công suất tiết kiệm nhiên liệu - Sau nung phôi đạt đến nhiệt độ cán, phôi chuyển khỏi lò nung hệ thống lăn bên lị thiết bị đẩy phơi chuyển tới máy cán Trước phôi vào giá cán thô, phôi đánh vẩy ô xýt nước áp suất cao phôi dịch chuyển đường lăn (tốc độ làm vẩy ô xýt tối ưu ~ - 1,3 m/s để đảm bảo làm tốt, đồng thời cho phép thu hồi phôi trường hợp cố phôi phế phẩm) Dây chuyền cán gồm giá cán bố trí đứng - nằm xen kẽ hệ thông block cán thép dây Các giá cán kiểu giá đỡ đôi “cartridge” khơng khung, có đực tính cứng, vững - Trong q trình cán, việc cắt đầu vật cán thực tự động máy cắt bay bố trí sau nhóm giá cán thơ, nhóm giá cán trung trước Block Trong trường hợp khẩn cấp (sự cố, ) phơi thép cắt máy cắt - Hệ thống làm nguội QTB để nâng cao chất lượng sản phẩm thép cán: độ bền cao, chịu uốn tốt, tính hàn tốt - Sàn làm nguội: Sàn làm nguội kiểu dầm bước khởi động - dừng dùng để thu làm nguội sản phẩm thép từ máy cắt phân đoạn Sàn làm nguội lắp với truyền động tốc độ thay đổi lăn so đầu Kích thước sàn làm nguội (chiều dài, chiều rộng) phải đảm bảo điều kiện làm nguội sản phẩm phù hợp ổn định Máy cắt bay bố trí đường vào sàn nguội, cắt đa chiều dài cài đặt sẵn chương trình tối ưu theo chiều dài thương mại thành phẩm đảm bảo đơn trọng sản phẩm cán Hệ thống tự động dây chuyền cán cho phép loại bỏ thép không đảm bảo chiều dài theo yêu cầu Dây chuyền cán thép dây (thép cuộn): Ở phía giá cán cuối máy cán tinh thép thanh, phôi cán dẫn đến cụm cán thép dây Block thành phẩm tốc độ cao Block truyền động trục động riêng rẽ gồm có thiết bị cán bố trí nghiêng 450, cán không bị xoắn để nhận sản phẩm chất lượng cao với dung sai kích thước nhỏ Sau Block hệ thống thiết bị làm nguội dây thép (hộp nước làm nguội) - máy rải cuộn kiểu lò xo sàn lăn làm nguội vòng thép Các vòng thép thu gom hố gom cuộn cuối băng tải vịng thép, sau ép, bó buộc cân - nhập thành phẩm 4.1.4 Yêu cầu kỹ thuật phôi liệu sản phẩm thép hình Tùy theo tính chất nhà máy, hình dáng, kích thước san phẩm mà phơi ban đầu thỏi đúc phơi qua cán Vì vậy, vật liệu ban đầu sản xuất cán thỏi đúc Hình dáng khối lượng thỏi đúc: Hình dạng khối lượng thỏi đúc phụ thuộc vào tính chất sản xuất nhà máy cán Hình dạng tiết diện thỏi đúc: - Thỏi đúc có tiết diện chữ nhật vng dùng rộng rãi Hình 4.6 a) Hình dạng thỏi đúc; b) tiết diện thỏi đúc Trọng lượng thỏi đúc: Trọng lượng thỏi đúc có ảnh hưởng lớn đến chất lượng kim loại Thỏi đúc lớn thành phần hóa học tính chất vật lý khơng đồng Chất lượng thỏi đúc (phôi thép đúc) cho sản xuất cán, đánh giá: - Đảm bảo thành phần hóa học, mác thép - Đảm bảo kích thước hình dáng tiết diện ngang - Chất lượng bề mặt phải bóng đẹp, khơng bị khuyết tật (nếu có khuyết tật phải xử lý trước cán) - Phải đóng mác thép mẻ nấu luyện rõ ràng - Phải có hồ sơ thống kê từ nấu luyện, đúc kiểm tra phân tích thành phần, mác thép Nung phơi cán: Mục đích: Nung nóng kim loại trước cán để làm giảm trở lực biến dạng, tăng tính dẻo cho kim loại để dễ gia cơng Ngồi ra, nung phơi cịn làm giảm lực cán, giảm tiêu hao lượng, tăng tuổi thọ trục cán thiết bị, tăng suất chất lượng sản phẩm Một số vấn đề xảy nung phôi: Khi nung phôi cho sản xuất cán xảy số tượng phơi bị nứt nẻ, ơxy hóa, cacbon, q nhiệt, cháy thép, dính thép Kiểm tra chất lượng phơi trước cán: Tất lô phôi phải kiểm tra trước đưa vào sản xuất Các nội dung cần kiểm tra phôi liệu trước cán: - Chất lượng lô phôi mẻ nấu khác - Lấy mẫu kiểm tra thành phần hóa học xem có với mác thép tiêu chuẩn - Kiểm tra kích thước hình học phơi 4.1.5 Năng lực sản xuất máy cán Sản lượng giờ: Là lượng sản phẩm mà máy cán sản xuất Sh = 3600 TCK n Q b k (kg/h; T/h) đó: 3600- số giây n- số cán đồng thời Q- trọng lượng phôi (kg; T) b- suất thành phẩm (%) k- hệ số sử dụng thiết bị (%) TCK- thời gian chu kỳ cán (s) Các yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng giờ: - Ảnh hưởng trọng lượng phơi (Q): Về mặt tốn học: Q tăng sản lượng Sh tăng Về mặt cơng nghệ: Q tăng mà không làm tăng số lượt cán Sh tăng; Q tăng mà làm tăng số lượt cán chưa Sh tăng - Ảnh hưởng suất thành phẩm (b): Suất thành phẩm tăng Sh tăng Tuy nhiên cần lưu ý suất thành phẩm b khơng đạt đến 100%, việc tăng b để tăng Sh có giới hạn - Ảnh hưởng hệ số sử dụng thiết bị (k): Hệ số sử dụng thiết bị tăng Sh tăng Tương tự hệ số sử dụng thiết bị đạt đến 100%, việc tăng k để tăng Sh có giới hạn - Ảnh hưởng số cán đồng thời (n): Số cán đồng thời tăng tăng Sh Tuy điều kiện công suất thiết bị dư độ bền thiết bị (trục cán, khung giá cán, ) đảm bảo tăng n để tăng Sh - Ảnh hưởng chu kỳ cán (TCK): Chu kỳ cán tăng làm giảm Sh ngược lại Tuy nhiên phải thấy rằng, thực tế việc tăng hay giảm T CK cho phép giới hạn định Nếu tăng giảm giới hạn ấy, TCK bị kéo dài chậm mức cho phép trực tiếp ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Sản lượng bình quân: - Khái niệm: Sản lượng bình quân khái niệm đại diện cho lực sản xuất chung xưởng cán - Ý nghĩa: + Dựa vào sản lượng bình quân ta tính tốn sản lượng năm máy cán + Dựa vào sản lượng bình quân ta lập kế hoạch sản xuất tổng cho xưởng (nghĩa xác định nhu cầu nguyên, nhiên liệu, lượng, thời gian, số công lao động ) đồng thời lập kế hoạch giá thành sản xuất sản phẩm Trên sở điều hành trình sản xuất cách hợp lý Khái niệm chu kỳ cán: Chu kỳ cán khoảng thời gian từ bắt đầu cán thứ đến bắt đầu cán thứ hai Ảnh hưởng chu kỳ cán: - Đối với sản lượng máy cán: Từ cơng thức tính sản lượng máy cán, ta thấy chu kỳ cán tỷ lệ nghịch với sản lượng máy cán Điều có nghĩa là: chu kỳ cán lớn sản lượng máy cán giảm ngược lại - Đối với chất lượng sản phẩm: + Nếu TCK lớn mức cho phép  nhiệt độ kết thúc thấp mức qui định Khi làm cho vật cán bị biến cứng (và đương nhiên suất thấp) Nếu TCK nhỏ  nhiệt độ kết thúc cao Lúc kim loại kết tinh lại nhiều lần, làm cho hạt kết tinh lớn tính thép (b ) + TCK hợp lý nhiệt độ kết thúc cán hợp lý sau cán xong, vật cán kết tinh lại đầy đủ độ hạt thép nhỏ mịn, đồng tính thép tốt Cơng thức tổng quát tính chu kỳ cán: TCK = ΣTc + ΣTj ± Tđ (giây) Trong đó: ΣTc- tổng thời gian cán tuý tất lượt cán (s) ΣTj- tổng thời gian nghỉ lượt cán (s) Tđ- thời gian chờ đợi để cán hai phôi thép (s) Ở đây: dấu (+) áp dụng cho trường hợp cán không giao nhau; dấu (-) áp dụng cho trường hợp cán giao 4.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ LỖ HÌNH TRỤC CÁN 4.2.1 Các khái niệm thông số kỹ thuật lỗ hình trục cán - Lỗ hình trục cán: Tất loại sản phẩm thép hình có tiết diện đơn giản (thép trịn, vng, ) có tiết diện phức tạp (thép chữ I, U, thép góc, thép đường ray ) cán trục hán tạo rãnh có biên dạng tương ứng Biên dạng hai rãnh (hoặc ba rãnh) hai (hoặc ba) trục cán hợp lại tạo thành khoảng trống mặt phẳng chứa tâm trục cán - gọi lỗ hình trục cán Trong trình cán, kim loại điền đầy lỗ hình tạo tiết diện có hình dáng lỗ hình Cùng với điền đầy, thực tế xảy khơng điền đầy điền đầy Hình 4.7 Rãnh trục cán tạo thành lỗ hình a- trục; b- trục; c- trục Trong cơng nghệ cán hình lỗ hình chia thành hai nhóm: Lỗ hình đơn giản (vng, trịn, thoi, ơvan ) lỗ hình phức tạp để sản xuất sản phẩm có tiết diện phức tạp (góc, chữ I, chữ U, thép đường ray ) Trong cơng nghệ cán thép q trình cán tiến hành trục không tạo rãnh (trục phẳng) song việc xác định chế độ ép, phân bố lượng ép tính tốn xác định biên dạng trục cán để đạt sản phẩm có chiều dày đồng gọi thiết kết lỗ hình trục cán Nói chung lỗ hình cán lần, song cán nhiều lần cách thay đổi khe hở trục cán Hình 4.8 Sơ đồ minh họa lỗ hình trục cán - Hệ thống lỗ hình trục cán: Là tập hợp loạt lỗ hình bố trí theo thứ tự để chế tạo loại sản phẩm thép cán gọi hệ thống lỗ hình trục cán Hình 4.9 Hệ thống lỗ hình cán thép trịn - Thiết kế lỗ hình trục cán: Hình 4.10 Nhiệm vụ yêu cầu thiết kế lỗ hình trục cán - Những nguyên tắc thiết kế lỗ hình trục cán: Quá trình thiết kế lỗ hình trục cán phụ thuộc vào sản phẩm cán, kiểu máy, đặc điểm kỹ thuật máy, công suất động cơ, chất lượng kim loại (phôi) yếu tố khác: 1- Xác định số lần cán (chế độ ép) phải xuất phát từ khả trục cán ăn vào kim loại (góc ăn α) Trong trường hợp độ bền trục, công suất động không đảm bảo phải tăng số lần cán Đơi số lần cán cịn phụ thuộc vào cách bố trí giá cán 2- Xác định lượng ép (μ) lần cán theo góc ăn α cho phép, lần cán sau phải xem xét theo độ bền trục, công suất động cơ, chất lượng sản phẩm 3- Xác định lượng ép lỗ hình tinh trước tinh theo điều kiện biến dạng lỗ hình để đạt độ xác sản phẩm điều kiện mài mịn lỗ hình Cụ thể sau: - Với lỗ hình tinh: μ = 1,1 ÷ 1,2 - Với lỗ hình trước tinh: μ = 1,25 ÷ 1,35 4- Xác định kích thước phơi ban đầu sở dung sai âm (Δ) cho phép xác định sau: - Kích thước phơi trạng thái nguội: ang = a - Δ/2 - Kích thước phơi trạng thái nóng: an = (a - Δ/2).(1,012 ÷ 1,015) 5- Thiết kế lỗ hình trục cán phải xuất phát từ kích thước sản phẩm Kích thước lỗ hình kích thước sản phẩm theo tiêu chuẩn có xét đến hệ số nở nóng thép Ví dụ với thép trịn có đường kính d±, phụ thuộc vào dung sai kích thước để tính kích thước sản phẩm dn trạng thái nóng 6- Tính tốn lượng giãn rộng Δb lỗ hình phải xác Khoảng trống lỗ hình dành cho giãn rộng phải lớn lượng giãn rộng tính tốn: b KL = (0,95 ÷ 1)bLH đó: bKL chiều rộng kim loại sau cán; bLH chiều rộng lỗ hình 7- Đối với sản phẩm có biên dạng phức tạp (thép chữ U, thép chữ I, thép đường ray ) phải chia lỗ hình thành phân tố riêng biệt tính hệ số biến dạng cho phân tố đó, cần giảm bớt số lỗ hình phức tạp Q trình tính tốn thiết kế lỗ hình ngược với hướng cán 8- Với máy cán bố trí giá cán theo hàng phải ý phân bố số lần cán giá cán hợp lý để đảm bảo suất cao phụ tải giá Với máy cán liên tục phair đảm bảo tốc độ cán lớn 9- Tính đến tải trọng động giúp tiết kiệm lượng, giảm giá thành sản phẩm 10- Tính đến tuổi bền (tuổi thọ) trục cán tránh phải thay trục nhiều lần, giảm suất xưởng 10 4.2.2 Giới thiệu hệ thống lỗ hình dùng sản xuất cán a Các thống số lỗ hình Hình 4.11 Lỗ hình hộp chữ nhật Hình 4.12 Lỗ hình thoi lỗ hình vng Hình 4.13 Lỗ hình ovan bán kính, ovan hai bán kính lỗ hình ovan Thơng thường lỗ hình trịn có đường kính d, song có số trường hợp cán loại sản phẩm lớn lỗ hình trịn thiết kế theo đường kính (đường kính thẳng đứng d đường kính nằm ngang d1) Hình 4.14 Lỗ hình trịn b Các hệ lỗ hình thường dùng sản xuất cán Có nhiều cách phân loại lỗ hình trục cán Trong thực tế, thường phân loại theo cơng dụng: - Lỗ hình giãn dài: nhằm làm giảm nhanh tiết diện phôi - Lỗ hình cán thơ: đồng thời với giảm nhanh tiết diện phơi, cịn phải tạo dần hình dáng gần với hình dáng sản phẩm - Lỗ hình trước thành phẩm: tác dụng khống chế kích thước sản phẩm - Lỗ hình tinh: cho kích thước hình dáng sản phẩm trạng thái nóng phải đảm bảo dung sai sản phẩm cán 11 Các lỗ hình cán thơ (tạo giãn dài) đa dạng, chúng dùng để giảm nhanh tiết diện vật cán Tùy thuộc vào tiết diện, hệ số giãn dài, đường kính trục cán mà dùng lỗ hình giãn dài có hình dáng khác theo thứ tự nối tiếp định Tập hợp loạt lỗ hình tạo giãn dài kiểu theo thứ tự gọi hệ thống lỗ hình Các hệ thống lỗ hình tạo giãn dài thường dùng là: Hệ thống lỗ hình hộp chữ nhật - vng Hệ thống lỗ hình hộp - trục phẳng Hệ thống lỗ hình ovan - vng Hệ thống lỗ hình thoi - vng Hệ thống lỗ hình ovan - trịn Hệ thống lỗ hình thoi - thoi Hệ thống lỗ hình vạn Hệ thống lỗ hình hỗn hợp Hình 4.15 Hệ thống lỗ hình hộp chữ nhật - vng Hình 4.16 Hệ thống lỗ hình hộp - trục phẳng Hình 4.17 Hệ thống lỗ hình ovan - vng Hình 4.18 Hệ thống lỗ hình sáu cạnh - vng Hình 4.19 Hệ thống lỗ hình thoi - vng 12 Hình 4.20 Hệ thống lỗ hình ovan - trịn Hình 4.21 Hệ thống lỗ hình vạn 4.2.3 Điều kiện làm việc lỗ hình trục cán biện pháp nâng cao tuổi thọ lỗ hình Trục cán chi tiết chủ yếu, quan trọng máy cán (vì: Trục cán trực tiếp làm biến dạng kim loại để tạo sản phẩm cán có hình dạng, kích thước theo tiêu chuẩn kỹ thuật theo yêu cầu người) Điều kiện làm việc trục cán (lỗ hình): + Chịu tải trọng lớn (có thể tới hàng trăm tấn) + Làm việc môi trường nhiệt độ cao luôn thay đổi + Luôn tiếp xúc với nước làm nguội, bụi bẩn vảy ôxyt kim loại Để nâng cao tuổi thọ trục cán (lỗ hình) cần phải xét đặc trưng trục cán để xác định vật liệu chế tạo trục cán, thiết kế phối trục cách hợp lý Trục cán làm việc điều kiện chịu mài mòn liên tục tác dụng tải trọng tĩnh động lớn, áp lực thay đổi đột ngột Vì vậy, nguyên vật liệu chế tạo trục cán phải có độ bền cao khả chịu mài mòn tốt Hai yêu cầu (độ bền tính chịu mài mịn) loại vật liệu thường mâu thuẫn Vì vậy, trường hợp máy cán cụ thể phải chon nguyên vật liệu đáp ứng yêu cầu nó: Đảm bảo độ bền, độ cứng cao, khả chống mài mòn tốt, 4.2.4 Ép ép - Ép ép tượng vật cán sau khỏi lỗ hình bị cong xuống hay cong lên cán - Trong trường hợp dựa vào đặc điểm công nghệ thiết bị để xác định ép hay ép cán để vật cán ổn định, không bị đâm vào lăn Hình 4.22 Sơ đồ trình cán dọc 1- Vật cán (Phôi); 2- Trục cán 13 4.2.5 Hệ số biến dạng nguyên tắc phân bố hệ số biến dạng cho lượt cán - Đối với cán hình, tiết diện mặt cắt ngang vật cán phức tạp (ép không theo tiết diện lỗ hình) → phải dựa vào phân bố hệ số biến dạng (hệ số dãn dài, hệ số kéo dài) cho lần cán tính diện tích mặt cắt ngang vật cán lần cán Tổng biến dạng biểu diễn qua tổng hệ số dãn dài sau: đó: F0, Fn- diện tích tiết diện ngang phơi sản phẩm cán → Số lần cán xác định theo cơng thức sau: Như vậy, biết diện tích tiết diện ngang phôi (F0) sản phẩm cán (Fn), hệ số dãn dài trung bình → tính số lần cán (n) - Mối quan hệ μtb với lỗ hình kim loại cán, việc phân bố hệ số μ hoàn toàn giống phân bố lượng ép cho lần cán theo nguyên tắc: + Tận dụng tối đa khả ép dãn dài lỗ hình + Năng suất đạt cao mà số lần cán + Ở lần cán đầu cuối hệ số μ nhỏ Hình 4.23 Đồ thị phân bố hệ số μ lần cán trung gian 4.2.6 Trượt tới, trượt lui ý nghĩa (trễ vượt trước): (tham khảo nội dung 2.3.4 - chương 2) Ý nghĩa: Từ vấn đề nêu ta nhận thấy rằng, tượng trễ vượt trước trình động học xảy cách tự nhiên vùng biến dạng cán Độ lớn vùng thay đổi tùy theo thông số công nghệ xảy vùng biến dạng, kể thông số hình học vùng biến dạng Vì vậy, việc xác định độ lớn vùng, trị số vượt trước có ý nghĩa thực tế cơng nghệ cán 4.3 Cơng nghệ sản xuất sản phẩm thép hình đơn giản 4.3.1 Lưu trình cơng nghệ tổng qt - Xem hình 4.5 Quy trình cơng nghệ tổng qt cán nóng thép dây (thép cuộn) thép (thép vằn) dây chuyền cán liên tục - Mặt tổng thể bố trí thiết bị cơng nghệ tổng qt cán nóng thép dây (thép cuộn) thép (thép vằn) dây chuyền cán liên tục (hình 4.27) 4.3.2 Các khâu công nghệ (Tham khảo nội dung 4.1.3) 4.3.3 Hệ thống lỗ hình thường dùng a Đặc điểm hệ thống lỗ hình cán thép hình đơn giản - Trong hệ thống lỗ hình cán thép hình vừa nhỏ, thường gồm nhóm lỗ hình, là: 14 + Nhóm lỗ hình cán thơ (lỗ hinh ép) + Nhóm lỗ hình cán trung gian (lỗ hình tạo hình) + Nhóm lỗ hình cán tinh (lỗ hình trước thành phẩm thành phẩm) - Chức năng, nhiệm vụ yêu cầu đặt nhóm lỗ hình: + Nhóm lỗ hình cán thơ (cịn gọi lỗ hình ép hay lỗ hình cán kéo dài):  Nhiệm vụ: Tận dụng điều kiện nhiệt độ cao, tính dẻo tốt cho lượng ép thật lớn để nhanh chóng giảm tiết diện phơi liệu xuống mức nhỏ cần thiết, nhằm nâng cao suất máy cán  u cầu: Khơng địi hỏi độ xác cao (cho phép sai số tương đối lớn); phải cho lượng ép lớn biến dạng ơn hồ  Lỗ hình hay dùng: Hộp - Hộp; Hộp - Vng + Nhóm lỗ hình cán trung gian (cịn gọi nhóm lỗ hình tạo hình):  Nhiệm vụ: Đưa hình dạng kích thước phơi liệu tiến dần đến hình dạng kích thước sản phẩm  u cầu: Độ xác vừa phải; hình dạng phải phù hợp với loại sản phẩm cụ thể; biến dạng phải ổn định ơn hồ  Lỗ hình hay dùng: Tuỳ thuộc vào loại sản phẩm + Nhóm lỗ hình cán tinh (cịn gọi nhóm lỗ hình thành phẩm): Nhóm lỗ hình lại phân thành phân nhóm lỗ hình bán tinh (trước thành phẩm) lỗ hình cán tinh (lỗ hình thành phẩm): Với lỗ hình trước thành phẩm:  Nhiệm vụ: Chuẩn bị hình dạng, kích thước chất lượng bề mặt sản phẩm  u cầu: Có hình dạng phù hợp với yêu cầu sản phẩm; có kích thước xác; có chất lượng bề mặt tốt Với lỗ hình thành phẩm:  Nhiệm vụ: Đảm bảo hình dạng, kích thước chất lượng bề mặt cho sản phẩm  u cầu: Có hình dạng đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật; có kích thước xác; có chất lượng bề mặt tốt Tuỳ thuộc vào sản phẩm mà nhóm lỗ hình có hình dạng kích thước xác theo yêu cầu - Hệ thống lỗ hình dùng để cán thép hình nhỏ đơn giản có đặc trưng có tính dùng chung cao Đặc biệt nhóm cán thơ (tính dùng chung cao) nhóm cán trung gian (tính dùng chung cao) Tính dùng chung hệ thống lỗ hình có ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật quan trọng, cho phép giảm chi phí đầu tư, giảm tiêu hao trục cán mở rộng chủng loại mặt hàng kích thước sản phẩm Mặt khác tính dùng chung cịn giúp cho việc quản lý hệ thống lỗ hình, quản lý trục cán đơn giản, có hệ thống thuận lợi 15 b Hệ thống lỗ hình cán thép trịn Hình 4.24 Hệ thống lỗ hình cán thép trịn Cán thiết kế lỗ hình cán thép vằn: - Đường kính danh nghĩa thép vằn: dd = d1 +d d1- đường kính ngồi thép vằn (mm) d- đường kính thép vằn (mm) - Thép vằn chế tạo theo kích thước dd = ÷ 90 mm, mác thép CT51 thép hợp kim thấp Quá trình cán thép vằn thực máy hình nhỏ, trung bình máy cán dây Hệ lỗ hình sử dụng để cán thép vằn hệ lỗ hình cán thép trịn - Khi chế tạo lỗ hình tinh để cán thép vằn người ta thực hiện: + Tiện rãnh trục theo kích thước đường kính (d) thép vằn + Phay bề mặt rãnh theo kích thước gờ thép vằn Đường gờ dọc theo thép khe hở trục cán tạo Hình 4.25 Lỗ hình tinh cán thép vằn nên q trình cán Hình 4.26 Hình dáng kích thước thép vằn 16 4.4 Khuyết tật sản phẩm thép hình cán 4.4.1 Khái niệm khuyết tật sản phẩm phân loại khuyết tật - Khuyết tật sản phẩm thép hình thiếu sót thành phẩm cán, không phù hợp với yêu cầu kỹ thuật qui định không phù hợp với hợp đồng ký kết bên đặt hàng bên sản xuất - Thành phẩm cán sau cán xong, qua kiểm tra phân ra: + Loại khơng có khuyết tật  hợp cách  sản phẩm loại I (chính phẩm) + Loại có khuyết tật, chia lam loại: * Loại khuyết tật sửa sửa  thứ phẩm (sản phẩm loại 2) * Loại khuyết tật sửa  phế phẩm Hình 4.27 Tổng quan sơ đồ mặt bố trí thiết bị cán liên tục sản xuất thép dây (thép cuộn) thép (thép vằn) cán nóng 4.4.2 Các dạng khuyết tật cách khắc phục a Khuyết tật hình dáng kích thước  Ba via: - Là khuyết tật sinh cán lỗ hình, kim loại dư thừa đùn khe hở trục, tạo thành dải dài vị trí tương ứng với khe hở trục - Nguyên nhân: + Thiết kế lỗ hình khơng tốt, thiết kế chọn h lớn, b nhỏ Trường hợp dùng biện pháp điều chỉnh lỗ hình cho hợp lý để khắc phục + Điều chỉnh lỗ hình không tốt sinh ba via Trường hợp khắc phục cách điều chỉnh lỗ hình sinh ba via lỗ hình trước để có lượng ép lượng dãn rộng hợp lý + Thao tác không tốt sinh ba via Cụ thể nhiệt độ vật cán thấp, cán sai lỗ hình dẫn đỡ vào bố trí bị lệch, cố định không chắn Trường hợp khắc phục cách sửa lại thiếu sót nêu 17  Xếp nếp: - Là khuyết tật sinh ba via lần cán trước chỗ vạch sước lồi lõm sâu lần cán trước, qua lần cán sau bị ép lại thành gấp nếp (xếp nếp) - Khuyết tật gấp nếp thường xảy vị trí tương ứng với khe hở trục lần cán trước, nơi kim loại bị biến dạng kịch liệt nên lỗ hình mịn khơng có vạch sước từ trước - Cách tránh tìm nguyên nhân cụ thể để loại bỏ  Thiếu thép (kim loại không điền đầy mặt cắt lỗ hình): - Đây khuyết tật mà kim loại không đủ để điền đầy hết mặt cắt lỗ hình Vì cịn gọi thiếu thép - Nguyên nhân: + Nhiệt độ cán thấp + Phơi liệu khơng đủ kích thước + Điều chỉnh lỗ hình khơng chuẩn + Tấm dẫn đỡ bị lệch - Khắc phục cách tìm nguyên nhân cụ thể để chỉnh sửa lại loại trừ Điều cần lưu ý là: Khi thiết kế lỗ hình, vị trí kim loại khơng điền đầy nơi có lượng dãn rộng tự nơi lỗ hình có độ nghiêng thành bên nhỏ góc nhọn, phận chân kín lỗ hình  Khuyết tật lỗ hình lệch vị trí: - Đây khuyết tật mặt cắt sản phẩm bị trượt lệch nửa lỗ hình khơng đối chuẩn (bị trượt lệch) với gây nên - Loại khuyết tật khắc phục cách điều chỉnh lại lỗ hình trục cán theo hướng dọc trục để đảm bảo lỗ hình đối chuẩn Nừu lỗ hình mịn khơng phải thay lỗ hình khác  Khuyết tật vặn, soắn cong lưỡi liềm: - Nguyên nhân: + Lượng ép không theo chiều rộng + Nhiệt độ vật cán không đồng + Dẫn đỡ vào (chủ yếu dẫn ra) bố trí bị lệch làm cho thép bị cong lưỡi liềm Nếu độ cong lớn mà vật cán dài sinh vặn soắn thép - Khắc phục cách: Phân tích xác ngun nhân gây khuyết tật tìm cách loại trừ nguyên nhân b Các dạng khuyết tật bề mặt sản phẩm  Bề mặt sản phẩm bị nứt nẻ: - Vết nứt có nhiều dạng lớn nhỏ, dài ngắn, đơn độc tập trung, thẳng cong Tuy nhiên điểm đặc trưng để nhận dạng vết nứt là: mép vết nứt khơng thẳng nhẵn mà có dạng lởm chởm hình cưa Đó đường nứt ln chạy theo tinh giới tinh thể - Nguyên nhân: Là nội ứng suất phát sinh lớn, khi: + Chất lượng phôi thép + Nhiệt độ nung cao gây nhiệt cháy thép nên cán bị nứt 18 + Nhiệt độ nung thấp, tính dẻo nên cán thép bị nứt + Lỗ hình dãn rộng tự lớn + Ít lật thép  Rỗ bề mặt: - Nhận dạng: Là tượng bề mặt sản phẩm có nhiều vết lồi lõm kích thước nhỏ phân tán - Ngun nhân: Do lỗ hình bị dính vảy ơxýt lỗ hình mịn khơng Rỗ bề mặt thường xảy mặt mặt sản phẩm Nó khơng gây ảnh hưởng đến tính sản phẩm, làm xấu chất lượng bề mặt sản phẩm - Cách tránh: Tìm nguyên nhân gây rỗ để loại bỏ  Bề mặt bị nhăn (hoặc lượn sóng): - Nhận dạng: Loại khuyết tật làm cho bề mặt sản phẩm không phẳng, nhẵn mà bị nhăn nhúm khơng có dạng lượn sóng Các vết nhăn thường song song với trục cán (nghĩa vng góc với đường trục sản phẩm) - Nguyên nhân: + Do thép bị trượt lỗ hình + Do nhiệt độ nung không + Do nhiệt độ nung cao chất lượng phôi thép không tốt - Khuyết tật khắc phục cách loại trừ nguyên nhân gây khuyết tật Mặt khác với sản phẩm bị khuyết tật sửa cách mài  Vạch sước: - Nhận dạng: Các vết sước bề mặt vật cán thường nằm dọc theo đường trục sản phẩm kéo dài, chí dài - Nguyên nhân: Do vật cứng cào sước vào bề mặt vật cán vật cán chuyển động theo tuyến cơng nghệ - Biện pháp phịng tránh: Tìm vật cứng gây cào sước bề mặt vật cán để loại bỏ a) b) Hình 4.28 Mơ tả khuyết tật thép hình cán a- bavia; b- thiếu thép; c- lỗ hình lệch vị trí 19 c) Tróc vảy Rỗ bề mặt Vết lõm Nứt bề mặt Chẻ đầu thép Hình 4.29 Một số dạng khuyết tật sản phẩm thép hình cán 4.5 Những vấn đề liên quan đến sản xuất cán Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật máy cán: Các tiêu hao chủ yếu trình sản xuất sản phẩm thép cán: Tiêu hao kim loại; tiêu hao điện; tiêu hao nhiên liệu; tiêu hao trục cán; tiêu hao nước  Tiêu hao kim loại: Nguyên nhân: + Mất mát kim loại cháy vảy ôxýt nung + Vảy sắt bong cán + Cắt đầu, đuôi + Phế phẩm khuyết tật Hệ số tiêu hao kim loại: kim loại bị tiêu hao nung phôi, cắt đầu phơi, tiêu hao q trình cơng nghệ cán Dùng hệ số tiêu hao kim loại K để biểu thị tính tốn: ΣK = G0 Gn đó: G0- trọng lượng thỏi đúc (phơi ban đầu); Gn- trọng lượng sản phẩm tỷ số đảo ngược Gn G0 = b gọi hiệu suất sản phẩm  Các tiêu hao khác: - Tiêu hao điện tính KW.h/tấn sản phẩm - Tiêu hao nước tính m3/h/tấn sản phẩm - Tiêu hao trục cán tính kg/tấn sản phẩm Trong tiêu tiêu hao tiêu hao kim loại chủ yếu, chiếm tới ~ 90% 20 sản xuất cán, giảm tiêu hao kim loại cần thiết Tiêu hao trục cán cán thép Tiêu hao lượng điện cán thép hình Tiêu hao nước làm nguội cán thép hình 21 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP TẤM 5.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SẢN XUẤT SẢN PHẨM THÉP TẤM 5.1.1 Chủng loại, đặc tính kỹ thuật yêu cầu thép Thép sử dụng nhiều ngành chế tạo máy, đóng tàu, tơ, ngành hàng không, dân dụng Chúng chia thành nhóm: Thép dày: S = ÷ 60 mm; B = 600 ÷ 5000 mm; L = 4000 ÷ 12000 mm (từ ÷ 20 mm thép dày vừa; 20 mm thép dày) Thép mỏng: S = 0,2 ÷ mm; B = 600 ÷ 2200 mm Thép mỏng (thép cuộn, thép băng): S = 0,001 ÷ 0,2 mm; B = 200 ÷ 1500 mm; L = 4000 ÷ 60000 mm Khác với thép hình, thép loại cán trục không khoét rãnh (trục phẳng), mức độ biến dạng đồng toàn chiều rộng bề mặt tiếp xúc, diện tích tiếp xúc lớn Do đó, lức cán lớn nên biến dạng đàn hồi khung giá cán chi tiết lắp giá cán truyền động lớn, làm ảnh hưởng đến độ xác sản phẩm cán (sự sai lệch chiều dày toàn chiều rộng chiều dài thép tấm: độ không đồng theo chiều rộng theo chiều dài tấm) Thép phân loại theo chiều dày sản phẩm (tấm dày, vừa, mỏng) Việc nâng cao độ xác thép trình cán quan trọng yếu tố công nghệ cán, thiết bị cán điều khiển 5.1.2 Cơ sở lý thuyết công nghệ cán Cán thép dày: Khi cán thép dùng trục cán trơn (trục phẳng), q trình cán thường qua hai cơng đoạn: cán rộng (a), cán dài (b) Khi cán rộng, phôi đưa vào theo góc nghiêng so với đường tâm trục cán, cịn cán dài phơi đưa vào thẳng góc với đường tâm trục cán Cán thép dày dùng máy cán hai trục ba trục Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lý cán thép dày a- Cán rộng (cán lấy chiều rộng); b- Cán dài (cán lấy chiều dài) Cán thép mỏng: Có thể cán trạng thái nóng trạng thái nguội Cán nóng thường tiến hành máy cán liên tục hay bán liên tục có vận tốc đến 15 m/s Kim loại sau cán nóng, tiếp tục cán nguội để chiều dày nhỏ Khi cán nguội thường 22 dùng chất bôi trơn cán nguội tồn tượng biến cứng nên phải ủ trung gian lần cán lị có mơi trường bảo vệ lị trung tính 5.2 CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT SẢN PHẨM THÉP TẤM CÁN NĨNG 5.2.1 Đặc điểm cơng nghệ thiết bị Thép cuộn cán nóng (HR Coil), thép cán nóng (HR Plate), sản xuất từ nguyên liệu quặng sắt, thép phế liệu, bổ sung thành phần hợp kim cần thiết qua quy trình nấu luyện, đúc liên tục tạo phơi cán nóng tạo thành phơi thép thành phẩm Phơi sau gia nhiệt cán lại, tạo hình để quy cách, chiều dày sản phẩm theo mục đích sử dụng Dễ nhìn nhận mắt thường sản phẩm có màu xám đen, gần biên có màu xanh hình thành q trình làm nguội thép Chiều dày sản phẩm thép cuộn cán nóng thơng thường từ 1,2 mm trở lên Đặc điểm công nghệ cán: + Mức độ biến dạng đồng toàn chiều rộng bề mặt tiếp xúc, diện tích tiếp xúc lớn + Lực cán lớn nên biến dạng đàn hồi khung giá cán chi tiết lắp giá cán truyền động lớn + Độ không đồng chiều dày sản phẩm thép trình cán quan trọng chất lượng sản phẩm Ngày công nghệ sản xuất thép thực thiết bị đại nên sản phẩm có chất lượng cao độ xác chiều dày lẫn tính thép tấm, đảm bảo đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật mặt sản phẩm thép Hình 5.2 Sơ đồ ngun lý q trình cán nóng Hình 5.3 Sơ đồ lực tác dụng lên trục cán 23 5.2.2 Lưu trình cơng nghệ tổng qt - Thép cán nóng tạo từ trình cán nhiệt độ cao diễn qua giai đoạn là: Xử lý quặng - Tạo dịng thép nóng chảy - Đúc liên tục tạo phơi - Cán thành thành phẩm - Thép cán nóng ngồi sử dụng theo quy trình cịn thành phẩm q trình cán nóng liên tục từ phơi nguội nạp vào lị nung đến nhiệt độ cán, với quy trình cơng nghệ sản xuất thực kiểm soát chặt chẽ để thép cán nóng có chất lượng cao, đảm bảo đa dạng sản phẩm ứng dụng thực tế - Chất lượng sản phẩm thép cán nóng đảm bảo chuỗi cơng đoạn kiểm tra thử nghiệm toàn trình sản xuất đến thành phẩm Kích thước trạng thái bề mặt sản phẩm kiểm nghiệm tính khác thép thử mẫu kiểm tra cách nghiêm ngặt Hình 5.4 Quy trình cơng nghệ sản xuất thép cuộn cán nóng 5.2.3 Các khâu công nghệ Để tạo sản phẩm thép cuộn cán nóng chất lượng địi hỏi phải tn thủ nghiêm ngặt quy trình cơng nghệ sản xuất thép cán nóng Việc tuân thủ quy trình nhằm kiểm sốt chặt chẽ chất lượng sản phẩm đầu hạn chế tối đa khuyết điểm phế phẩm sản phẩm thực Qúa trình sản xuất trải qua cơng đoạn sau đây: Phôi (slab) - Nung phôi - Tẩy vẩy ôxýt - Cán thô giá cán trục đảo chiều - Thiết bị cuộn/nhả thép - Cắt đầu băng thép - Tẩy rửa vẩy cán - Nhóm cán thành phẩm (4 trục bố trí liên tục) - Làm nguội - Cuộn thành phẩm - Phôi phiến (slab) nạp vào lị nung liên tục để thực q trình nung phôi đến nhiệt độ cán Sau phôi nung đạt yêu cầu, dịch chuyển đến thiết bị tẩy rửa vảy 24 ôxýt kim loại bề mặt phôi hệ thống phun nước áp lực lớn lên bề mặt phơi Cơng đoạn có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt sản phẩm thép - Thực lần cán thô giá cán trục đảo chiều, cán giảm xuống chiều dày theo yêu cầu Thường cán từ ÷ lần giá cán thơ, sau lần cán khe hở trục cán thay đổi nhờ thiết bị nâng hạ trục cán - Thiết bị cuộn thép nóng: băng thép cuộn lại - nhả cuộn cắt đầu băng thép, tiếp tục dịch chuyển đến thiết bị làm bề mặt đưa băng thép đến thực lần cán nhóm giá cán trục bố trí liên tục Tại đây, vật cán thực trình cán giảm đến chiều dày mong muốn sản phẩm Sau đó, tiếp tục dịch chuyển đến hệ thống làm nguội băng thép nước chuyển đến thiết bị cuộn lại thành cuộn thép thành phẩm - Trong trình sản xuất thơng số cơng nghệ cán tính tốn kiểm sốt chặt chẽ, kiểm tra phân tích, thử nghiệm nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm thép cuộn cán nóng 25