LỜI NÓI ĐẦU Sau 36 năm giành độc lập nước ta chung tay xây dựng nước Xã Hội Chủ Nghĩa giàu mạnh Để thực chuyển đổi kinh tế đưa nước ta từ kinh tế bao cấp, nông nghiệp lạc hậu sang kinh tế thị trường nước công nghiệp tiên tiến nhà nước ta thực chủ trương công nghiệp hóa đại hóa đất nước Để thực điều đó, Chính phủ có chủ trương xây dựng ngành kinh tế trọng điểm, mũi nhọn Ngành thép 10 ngành kinh tế xếp vào ngành kinh tế trọng điểm quan tâm đầu tư phát triển quốc gia Hiện phát triển ngành thép quốc gia tiêu chí để đánh giá phát triển quốc gia Sau nhiều năm quan tâm đầu tư ngành thép nước ta đạt nhiều bước tiến đáng kể khai thác quặng việc chế tạo phôi đặc biệt ngành cán Hàng loạt nhà máy thép đầu tư đại xuất từ Bắc tới Nam Tập đồn thép Hịa Phát, thép Việt Úc, nhà máy thép Phú Mỹ … Ngành cán thép nước ta sản xuất nhiều chủng loại thép thép gai, thép hình, thép ống, thép tấm, thép góc đặc biệt thép gai cung cấp thép cho công xây dựng đổi đất nước Trong năm tới, nhu cầu thép nói chung thép cho ngành xây dựng nói riêng lớn điều tạo điều kiện cho việc xây dựng thêm nâng cao suất nhà máy cán thép nước ta Đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Thiết kế xưởng cán hình sản sản xuất sản phẩm thép trịn xây dựng , góc U,I suất khoảng 180000 tấn/năm Tính cơng nghệ cán thép dây Ф6,5.D12.thép góc N " ví dụ tiêu biểu cho việc thiết kế nhà máy cán thép Để hoàn thành đồ án em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tồn thể Thầy, mơn, bạn lớp đóng góp, trao đổi ý kiến trình làm đồ án Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Phạm Văn Cơi tận tâm Thầy để em hồn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Sinh viên thực Mai Văn Phương Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội MỤC LỤC SV:Mai Văn Phương Lớp CNVL & Cán KL Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CÁN THÉP TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI 1.1 Tình hình sản xuất tiêu thụ thép khu vực giới Tình hình sản xuất thép khu vực giới năm vừa qua tăng trưởng mạnh mẽ Các tiến khoa học kỹ thuật ngày ứng dụng nhiều làm cho công nghệ sản suất thép dần chuyển sang chế độ tự động hố hồn tồn Giảm sức lao động người, nâng cao suất chất lượng thép Trong khu vực nhà máy cán thép nước như: Indonêxia, Malaysia, ThaiLan, Philippin, Singapo có cơng suất lớn từ 12 triệu phôi thép, gần 15 triệu thép xây dựng, 16 triệu thép loại thép khác Mặc dù nước khu vực Đông Nam Á cần nhu cầu thép lớn, hàng năm nước khu vực phải nhập lượng phơi triệu Bảng 1.1 Tình sản xuất thép số nước khu vực TT Tên nước Nhập (tấn) Xuất (tấn) Indonêxia 1.127.000 1.462.000 Malaysia 4.425.000 1.856.000 ThaiLan 3.925.000 1.238.000 Philippin 1.186.000 17.000 Singapo 2.832.000 1.691.000 13.495.000 6.264.000 Tổng Những năm thập kỷ 70, 80 kỷ truớc, Mỹ, Nhật, Anh, Nga, Đức, Pháp nuớc sản xuất thép có sản luợng chất luợng cao giới Cuối kỷ 20, nuớc Trung Quốc, Hàn Quốc có bước tiến vuợt bậc sản xuất thép Từ năm 1996, sản luợng thép Trung Quốc đạt 101,2 triệu tấn, chất luợng chưa nuớc phát triển, Trung Quốc vuợt lên dẫn đầu giới Sản luợng thép Trung Quốc sau 10 năm đạt tới 349,4 triệu Năm 2010, hiệp hội thép giới (WSA) dự đoán giới tiêu thụ 1,206 tỷ thép, tăng 9,2% so với năm 2009 Trong đó, tiêu thụ Trung Quốc tăng 5%, kinh tế tăng 12%, EU-27 tăng 12% kinh tế phát triển 15%, xem bảng 1.2 SV:Mai Văn Phương Lớp CNVL & Cán KL Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Bảng 1.2 Bảng tiêu thụ thép giới từ năm 2008 – 2010 Tiêu thụ (triệu tấn) Khu vực 2008 EU (27) 2009 2010 Tăng, giảm năm trước so với năm sau (%) 07/08 08/09 09/10 181,3 122,3 137,4 -8,2 -32,6 12,4 Các nước châu Âu khác 25,3 20,8 23,8 -10,8 -17,8 14,4 Cộng độclập 48,9 33,9 36,6 -13,5 -30,8 8,2 129,0 82,8 96,9 -8,2 -35,8 17,1 44,3 33,5 36,7 6,5 -24,4 9,7 Châu Phi 26,2 26,3 29,3 11,4 0,4 11,4 Trung Đông 43,1 38,8 42,9 6,9 -9,8 10,6 Châu Á & Châu Đại dương 709,0 745,5 801,9 1,8 5,1 7,6 Thế giới 1207 1104 1206 -1,4 -8,6 9,2 BRIC 553,8 625,9 662,7 1,6 13,0 5,9 Thế giới, trừ BRIC 653,2 477,9 542,9 -3,8 -26,8 13,6 Thế giới, trừ Trung Quốc 764,0 577,5 653,0 -3,7 -24,4 13,1 đồng nước NAFTA Trung Nam Mỹ 1.2 Tình hình xây dựng phát triển ngành thép Việt Nam 1.2.1 Giai đoạn từ năm 2000 trở trước Sau năm đầu giải phóng đất nước, nhà máy cán thép Gia SV:Mai Văn Phương Lớp CNVL & Cán KL Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Sàng (Thái Nguyên) vào hoạt động với công suất vạn tấn/ năm Tiếp đến năm 1978 nhà náy cán thép Lưu Xá ( Thái Nguyên ) hoàn thành vào hoạt động với suất 12 vạn tấn/năm Cho đến năm 1986 sản lượng thép nước khiêm tốn đạt khoảng 20 vạn tấn/năm Bước ban đầu ngành công nghiệp thép Việt Nam chủ yếu giai đoạn từ 1994-1997 Xuất phát từ nội dung chiến lược phát triển ngành để phù hợp với khả sử dụng hiệu vốn đầu tư đồng thời nhanh chóng có sản phẩm đáp ứng nhu cầu xã hội tới 2000 Ngành thép Việt Nam có thay đổi chiến lược đầu tư sản xuất Nhà nuớc xây dựng liên doanh với cơng ty nuớc ngồi xây dựng nhà máy cán thép hình POSCO – VPS, VINAKYOEI, NASTEELVINA, VINAUSTEEL, VINAPIPE, VINAKANSAI, v.v… Tổng công ty thép công ty thép Miền Nam xây dựng thêm nhà máy cán hình liên tục 30 vạn tấn/năm Thái Nguyên, 12 vạn tấn/năm Đằ Nẵng, 50 vạn tấn/năm Vũng Tàu, v.v… Đặc biệt công ty tư nhân xây dựng thêm nhà máy cán thép Nam Đô, Pomi Hoa, Cửu Long, v.v… Đến năm 2010 sản luợng thép nuớc đạt khoảng triệu Tuy nhiên, nuớc sản xuất thép hình dùng xây dựng, loại ống thép hàn chủ yếu, ta chưa có nhà máy cán nóng thép tấm, chưa có nhà máy cán ống khơng hàn, chưa có nhà máy chế tạo cán thép hợp kim 1.2.2 Chiến lược phát triển ngành thép Việt Nam đến năm 2020 Mặc dù đạt số thành tựu đáng kể, ngành Luyện kim Việt Nam tình trạng sản xuất nhỏ, phân tán, nguyêu liệu nghèo nàn (hầu khơng có than mỡ, nguồn quặng sắt chất lượng cao, điều kiện khai thác khó khăn) giá thành sản phẩm cao, chưa có nhà máy cơng suất lớn, đại khu liên hợp luyện kim làm trụ cột ngành thép ngành phát triển, khả cạnh tranh sản phẩm thấp so với sản phẩm loại số nước khu vực Để làm sở cho ngành công nghiệp thép phát triển, Bộ Công nghiệp xây dựng chiến lược phát triển ngành thép đến năm 2020 với quan điểm phát triển sau: - Phát triển ngành công nghiệp thép trở thành ngành công nghiệp bản, có tiềm lực đủ mạnh để đáp ứng phần lớn nhu cầu loại thép thơng dụng ngành kinh tế, góp phần xây dựng nên kinh tế độc lập tự chủ bảo đảm an ninh quốc phòng cho đất nước - Phát triển ngành thép phải đảm bảo kết hợp hài hoà phát huy nội lực sở khai thác hiệu nguồn lực sẵn có nước (tài nguyên SV:Mai Văn Phương Lớp CNVL & Cán KL Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội khoáng sản, vốn, lao động) huy động nguồn lực từ bên ngồi (vốn, cơng nghệ, kinh nghiệm) - Phát triển ngành thép phải đảm bảo phát triển hợp lý khâu thượng nguồn (sản xuất thép thô), hạ nguồn (thép cán sản phẩm gia cơng sau cán); đảm bảo tính bền vững khả cạnh tranh tiến trình hội nhập kinh tế phân công lao động quốc tế, nhanh chóng tiếp cận cơng nghệ mới, hạn chế đến mức thấp ảnh hưởng đến môi trường - Huy động, khuyến khích thành phần kinh tế ngồi nước tham gia đầu tư phát triển ngành thép tinh thần đảm bảo lợi ích nhà đầu tư gắn liền với lợi ích nhà nước, lợi ích xã hội; doanh nghiệp Nhà nước, mà nòng cốt Tổng cơng ty thép Việt Nam giữ vai trị chủ đạo, chịu trách nhiệm đầu tư vào lĩnh vực khả huy động thành phần kinh tế khác * Một số mục tiêu cụ thể Về chất lượng chủng loại sản phẩm: Phấn đấu chất lượng sản phẩm thép Việt Nam đạt tiêu chuẩn quốc tế, đến năm 2010 đáp ứng 60% nhu cầu thép nước 80% nhu cầu phôi thép để cán thép xây dựng Riêng thép đặc biệt cho chế tạo khí, thép đặc chủng cho cơng nghiệp quốc phòng, tập trung đầu tư sản xuất với quy mơ phù hợp, đáp ứng số chủng loại có nhu cầu lớn, thường xuyên, lại nhập Sản phẩm sản xuất nước đủ cạnh tranh chất lượng giá hội nhập Về trình độ sản xuất: Đến năm 2020 trình độ sản xuất toàn ngành đạt mức tiên tiến khu vực, với trang thiết bị đại, công nghệ tiên tiến tự động hoá cao Về đảm bảo nguyên liệu: Sử dụng đến mức cao nguồn nguyên liệu nước Chủ động tìm nguồn nhập thép phế, than cốc, quặng sắt, phôi thép ổn định Về đầu tư phát triển: Tập trung cho việc cấu lại ngành thép quốc doanh, cổ phần hoá đơn vị chuyên kinh doanh thép thuộc Tổng công ty thép Việt nam, nghiên cứu chuyển đổi mơ hình quản lý Tổng công ty với đơn vị sản xuất thành viên sang mơ hình quản lý mới: Cơng ty mẹ, công ty Đẩy mạnh công tác chuẩn bị nhằm sớm hình thành Khu liên hiệp luyện kim miền Trung (tỉnh Hà Tĩnh), với công suất – triệu thép/năm Trước năm 2010 cố gắng tìm nguồn vốn đầu tư số cơng trình chủ yếu, hạt nhân Khu liên hiệp như: đầu tư sở hạ tầng, khai thác quặng sắt, luyện thép, nhà máy cán nóng SV:Mai Văn Phương Lớp CNVL & Cán KL Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Về thị trường: Từng bước thay thép nhập thép sản xuất nước, làm chủ thị trường loại thép thông dụng (kể lá) có nhu cầu lớn, thường xuyên Chú trọng tìm kiếm thị trường để tiến tới xuất thép Về vốn đầu tư: Huy động vốn nước vốn nước ngồi nhiều hình thức như: mua thiết bị trả chậm, phát hành trái phiếu, cổ phần hố doanh nghiệp để huy động vốn góp cổ phần cho đầu tư phát triển sản xuất thép, nghiên cứu chế đặc biệt khuyến khích nhà đầu tư nước sử dụng nguồn quặng sắt sẵn có nước để phát triển sản xuất khâu thượng nguồn - Về tốc độ tăng trưởng sản xuất thép: Giai đoạn 2011 – 2020: bình quân tăng 8,5 – 9,5% /năm - Về sản lượng thép thành phẩm sản xuất nước: + Đến năm 2010 đạt 6,1 triệu tấn/năm, + Đến năm 2015 đạt 10 triệu tấn/năm, + Đến năm 2020 đạt 14 triệu tấn/năm Bảng 1.3 Bảng dự báo tình tiêu thụ thép Việt Nam từ 2010 – 2020 Sản xuất nước Cơ cấu tiêu thụ Tổng nhu cầu Sản xuất (triệu tấn) Nhập (triệu tấn) 2010 6.100 3.900 61 39 10.000 2015 10.000 6.000 62 38 16.000 2020 14.000 6.000 70 30 20.000 Năm (%) Nhập (%) (triệu tấn) * Các dự án đầu tư tới cho nghành thép Đối với Dự án Khu liên hợp luyện kim khai thác quặng sắt Thạch Khê cần nguồn vốn lớn, khoảng tỷ USD; huy động nguồn vốn nước kết hợp với việc kêu gọi đầu tư nước ngồi nhằm thu hút cơng nghệ kỹ thuật đại giảm bớt khó khăn nguồn vốn, số công ty, tập đoàn luyện kim mạnh từ nước như: POSCO (Hàn Quốc), ARCELOR (Pháp), SUNSTEEL (Đài Loan), ESSAR Ấn Độ quan tâm đến Dự án Đặc biệt khu công liên hợp gang thép vũng công suất đạt 15 triệu tấn/năm tập đồn cơng nghiệp nặng Formosa Đài Loan đầu tư với số vốn nên đến 15 tỷ USD giải phóng mặt vào xây dựng Dự án xây dựng Khu liên hợp thép Khu công nghiệp Nhơn Trạch, Đồng SV:Mai Văn Phương Lớp CNVL & Cán KL Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Nai, 100% vốn đầu tư nước ngồi, cơng suất giai đoạn đầu triệu thép thỏi thỏi/năm, vốn đầu tư 200 triệu USD Công ty SNSTEEL Đài Loan đầu tư Kết luận Ở Việt Nam, thị trường thép lạc hậu chất lượng số lượng; doanh nghiệp nước yếu mong manh Trong bối cảnh vậy, chương trình phát triển đầu tư phủ vào doanh nghiệp nhà nước tương đối đại (ví dụ Tổng cơng ty thép Việt Nam doanh nghiệp thành viên) đóng vai trị quan trọng Ngành công nghiệp gang thép Việt Nam cần giải lúc nhiều vấn đề Nhiệm vụ tổng hợp đặt nhằm đạt phát triển công nghiệp xu tự hóa hội nhập quốc tế Giai đoạn thời kỳ kiểm chứng lực doanh nghiệp việc dẫn dắt phát triển đến giai đoạn lực phủ thúc đẩy phát triển chuyển đổi sách Kết kiểm chứng định tương lai ngành công nghiệp thép Việt Nam 1.3 Tổng quan sở lý thuyết cán 1.3.1 Quá trình cán Cán trình làm biến dạng kim loại cách liên tục hai vật thể rắn quay tròn gọi trục cán Căn vào đặc trưng biến dạng vật liệu cán việc bố trí dụng cụ biến dạng (trục cán) mà q trình cán phân theo dạng sau: - Cán dọc : Khi sản xuất thép hình - Cán ngang : Cán bánh răng, cắn bu lông, cán bánh xe lửa… - Cán nghiêng: Cán ống không hàn Dựa vào trạng thái vật liệu gia công q trình cán gọi: cán nguội, cán nóng cán Nếu xét sơ đồ lực tác dụng lên vật cán, trục cán, điều kiện tiếp xúc, trạng thái ứng suất biến dạng, điều kiện tốc độ biến dạng vùng biến dạng người ta cịn gọi q trình cán đối xứng hay khơng đối xứng Q trình cán đối xứng q trình sơ đồ lực cán tác dụng lên vật cán, điều kiện ăn, trạng thái ứng suất biến dạng điều kiện khác lần cán Cịn với q trình cán khơng đối xứng ngược lại SV:Mai Văn Phương Lớp CNVL & Cán KL Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 1.3.2 Vùng biến dạng thông số đặc trưn 1.3.2.1 Khái niệm o R A h n B h D C R n o 1 2 Hình 1.1 Sơ đồ vùng biến dạng kim loại cán 1.Vật cán Trục cán Khi cán trục cán quay ngược chiều cách liên tục Nhờ có ma sát tiếp súc trục cán vật cán nên vật cán biến dạng liên tục qua trục cán Sau lần biến dạng chiều dầy vật cán giảm dần chiều dài vật cán không đáng vật cán tăng lên không đáng kể hình dáng vật cán thay đổi liên tục qua lần cán 1.3.2.2 Thông số đặc trưng cho vùng biến dạng + Các thông số: Người ta gọi góc ăn α góc ăn kim loại vào trục cán tạo cung tiếp xúc AB hay CD bề mặt vật cán trục cán trình cán Với máy cán khác nhau, sản phẩm khác góc ăn α khác Cung AB = CD = r chiều dài cung tiếp xúc hay chiều dài vùng biến dạng Góc α = BOI góc trung hịa vận tốc kim loại vận tốc trục cán (VKL=VT) h1,h2: chiều cao vật cán trước sau biến dạng: SV:Mai Văn Phương Lớp CNVL & Cán KL Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội l= D 2.(h1 − h2 D α = D l= D ∆h = R.∆h (mm) Ta thấy chiều dài cung tiếp súc tỷ lệ với R (hay D) Lượng giãn rộng ∆ ∆ h b hiệu số chiều rộng vật cán trước sau biến ∆ dạng Lượng giãn rộng biểu thị công thức: b = b1- b2 mm ∆ Tùy thuộc vào loại lỗ hình mà giá trị b khác xác Ta dùng cơng thức Baxtinor để tính lượng giãn rộng ∆b = 1,15 ∆h  ∆h   R.∆h − 2.h1  f  Trong đó: ∆h: lượng ép tuyệt đối (mm) R: bán kính trục cán (mm) f: hệ số ma sát, f= 1,05 – 0,0005.t t: nhiệt độ cán h1: chiều cao ban đầu vật cán Hệ số dãn dài µ tỷ số chiều dài sau cán l2 chiều dài trước cán l1 µ= l2 l1 (µ ln lớn 1) + Mối quan hệ µ ε Trong lý thuyết cán ta có định luật thể tích khơng đổi: B1,b2: chiều rộng vật cán trước sau cán L1,l2 : chiều dài vật cán trước sau biến dạng SV:Mai Văn Phương 10 Lớp CNVL & Cán KL ... 181,3 122,3 137,4 -8 ,2 -3 2,6 12,4 Các nước châu Âu khác 25,3 20,8 23,8 -1 0,8 -1 7,8 14,4 Cộng độclập 48,9 33,9 36,6 -1 3,5 -3 0,8 8,2 129,0 82,8 96,9 -8 ,2 -3 5,8 17,1 44,3 33,5 36,7 6,5 -2 4,4 9,7 Châu... nạp liệu - Phụ tải: 3500 kg/1xe - Tốc độ di chuyển : 0,337 m/s - Động : YZR i32 MB, N = 3,3kW 2.2.1.2 Máy đẩy thép - Kiểu : kiểu vít - Lực đẩy : 200 KN (20T) - Hành trình lớn : 1800 mm - Tốc độ... tối đa 30 T/h - Chiều dài lị có ích : 19604 mm - Chiều rộng buồng lò : 3596 mm - Diện tích đáy lị có ích : 70,5 m2 - Cường độ đáy lò : 500 kg/m2.h - Loại nhiên liệu : dầu nặng ( FO) - Nhiệt trị