Thiết kế xưởng cán thép hình liên tục, năng suất khoảng 30- 40 vạn tấn/năm, chuyên sản xuất các loại thép xây dựng

Thiết kế xưởng cán thép hình liên tục, năng suất khoảng 30- 40 vạn tấn/năm, chuyên sản xuất các loại thép xây dựng

Lời nói đầu

Ngành thép là ngành công nghiệp nền tảng, quan trọng hàng đầu trong nền kinh

tế của mỗi quốc gia, là nguồn cung ứng vật tư chiến lược không thể thiếu cho các ngành công nghiệp, xây dựng và quốc phòng Thép không chỉ là nguyên liệu sản xuất

để đảm bảo đáp ứng nhu cầu đầu vào cho các ngành công nghiệp khác, thúc đẩy các ngành công nghiệp khác phát triển mà sản phẩm của nó còn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Ở Việt Nam, thép được coi là nghành công nghiệp nặng cơ sở Đặc biệt, với mục tiêu phấn đấu của đất nước đến năm 2020 “cơ bản trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại” [1] thì ngành thép càng trở nên quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa

Nhận thấy tầm quan trọng của ngành thép, đặc biệt là ngành cán thép Việt Nam, sau khi nhận được đề tài: “Thiết kế xưởng cán thép hình liên tục, năng suất khoảng 30-

40 vạn tấn/năm, chuyên sản xuất các loại thép xây dựng bao gồm: thép dây, tròn và thép vằn, tính toán công nghệ cho sản phẩm D14 và chuyên đề: hệ thống làm nguội nhanh để tôi sản phẩm thép thanh sau cán” em đã nỗ lực thiết kế, tính toán công nghệ cho đồ án tốt nghiệp của mình Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi sai sót, em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn Cuối cùng, em xin cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của

TS Nguyễn Đặng Thủy cùng toàn thể các thầy, cô giáo trong bộ môn Cơ học vật liệu

và Cán kim loại đã giúp em hoàn thành bản đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 30 tháng 05 năm 2015

Sinh viên

Phạm Thị The

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SẢN XUẤT THÉP Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

1.1 Ngành cán thép hình

Thép đã và đang đóng một vai trò rất quan trọng đối với sự phát triển của xã hội Trước đây thép chỉ chủ yếu là nguyên liệu đầu vào cho ngành công nghiệp nặng thì bây giờ thép và các sản phẩm cán thép, đặc biệt là các sản phẩm cán thép hình được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng như: làm cốt thép, làm nhịp cầu, trụ cầu, làm song cửa trang trí… Ngoài ra nó còn được dùng nhiều ở các lĩnh vực khác như trong nông nghiệp làm máy nông cụ lao động, trong quốc phòng, vũ trụ làm vũ khí, vỏ đạn, vỏ tên lửa, trong dầu khí làm cột giàn khoan… Chính vì vai trò quan trọng của thép mà ngành cán thép hình đang rất được chú ý và phát triển mạnh trên cả thế giới và Việt Nam

Trong năm 2014 thị trường thép thế giới trải qua nhiều biến động trong bầu không khí khủng hoảng kinh tế bao trùm, khiến nhu cầu tiêu thụ thép suy yếu, nguồn cung dư thừa, tồn kho lớn, giá nguyên liệu thô tăng cao, giá thép giảm Song với nỗ lực vượt qua khó khăn, từ nửa cuối năm, kinh tế thế giới đã có nhiều dấu hiệu phục hồi

rõ nét hơn đặc biệt là sự khởi sắc của các nền kinh tế hàng đầu như Mỹ, Nhật Bản và Châu Âu Theo Hiệp hội Thép thế giới (WSA), (đại diện cho khoảng 170 nhà sản xuất thép) trong “năm 2014 tiêu thụ thép toàn cầu tăng 1,2% so với năm 2013 đạt 1,662 tỷ tấn” [2], trong đó “Trung Quốc sản xuất 823 triệu tấn thép, tăng 0,9% so với năm 2013” [2] vẫn giữ vị trí số 1 thế giới trong nhiều năm về sản xuất thép Đáng chú ý, trong “năm 2014 Trung Quốc đã xuất khẩu ra toàn thế giới tới gần 94 triệu tấn, trong

đó xuất khẩu sang các nước ASEAN 23,9 triệu tấn sản phẩm thép các loại, tăng 51,8%

so với năm 2013’’ [2] Tiêu thụ thép của Nhật Bản tăng 0,1% đạt 110,6 triệu tấn” [2] Tiêu thụ thép của các quốc gia EU (28 nước) giảm 0,1% còn 313 triệu tấn” [2] Tuy tăng trưởng chậm nhưng đây là những tín hiệu tích cực thúc đẩy nhu cầu tiêu thụ thép,

hỗ trợ thị trường thép phát triển

Mấy tháng đầu năm 2015, thị trường thép thế giới vẫn chưa thoát ra khỏi tác động của suy thoái kinh tế kéo theo nhu cầu giảm, nguồn cung dư thừa, đặc biệt ở Trung Quốc, giá quặng sắt giảm, ép giá thép giảm mạnh Theo báo cáo của 65 quốc gia tới Hiệp hội Thép thế giới thì “sản lượng thép 3 tháng đầu năm 2015 là 400 triệu

tấn giảm 1,8% so với sản lượng thép 3 tháng đầu năm 2014, trong đó của Trung Quốc

là 200 triệu tấn, giảm 1,7 % so với cùng kỳ năm 2014 Ở những nơi khác của châu Á, Nhật Bản sản xuất 27 triệu tấn thép, giảm 3%, Ấn Độ sản xuất 23 triệu tấn thép, tăng 9,4%, Hàn Quốc là 17 triệu tấn thép, giảm 3% Ở Mỹ đạt 20 triệu tấn và giảm 7,6% Ở các nước EU, Đức đạt 11 triệu tấn giảm 2%, Ý đạt 6 triệu tấn tăng 10,2%, Pháp đạt 4 triệu tấn và giảm 1,7% so với 3 tháng đầu năm 2014…” [3] Nhìn chung, nhu cầu thép toàn cầu trong những tháng tới sẽ tiếp tục hồi phục, song còn chậm và tiếp tục biến động trong bối cảnh có nhiều rủi ro

So với phát triển của ngành thép thế giới thì ngành thép Việt Nam còn khá non trẻ và thực sự phát triển trong khoảng 30 năm trở lại đây Có thể nói đánh dấu cho sự phát triển là việc cho ra đời mẻ gang đầu tiên của khu liên hiệp gang thép Thái Nguyên Trước năm 1990, sản lượng duy trì ở mức rất thấp, khoảng 40,000 ÷ 80,000 tấn/năm chủ yếu là nhập khẩu Từ năm 1990÷1995, ngành thép Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc, minh chứng là sự ra đời của Tổng công ty Thép Việt Nam vào năm 1990 Sản lượng thép năm 1995 đã đạt 450,000 tấn Giai đoạn 1996÷2000, ngành thép Việt Nam có tốc độ tăng trưởng cao và nhiều dự án phát triển theo chiều sâu, sản lượng sản xuất đạt 1,57 triệu tấn Hiện nay, lực lượng tham gia sản xuất và gia công chế biến thép trong nước rất đa dạng, bao gồm nhiều thành phấn kinh tế, ngoài Tổng công ty thép Việt Nam và các cơ sở quốc doanh thuộc các ngành, địa phương khác còn có các công ty liên doanh, công ty cổ phần, công ty 100% vốn nước ngoài và các công ty tư nhân

“Năm 2014 tăng trưởng của ngành thép cao hơn nhiều so với dự kiến đầu năm (5%) Theo đó, các sản phẩm thép sản xuất đạt trên 12 triệu tấn, tăng 16,15% so với năm 2013 Trong đó, sản phẩm thép dài đạt khoảng trên 5 triệu tấn, tăng 10,95%; thép cuộn cán nguội đạt 2 triệu tấn, tăng 24,30%; ống thép hàn đạt 1 triệu tấn, tăng 23,95%; thép mạ kẽm và sơn phủ màu đạt 2 triệu tấn, tăng 7,20% so với năm 2013

Trong năm vừa qua, sản phẩm thép dài tiêu thụ đạt 5 triệu tấn, tăng 9,75% so với năm 2013, các sản phẩm khác tiêu thụ đạt khoảng 4,938 tấn, tăng 93,60% Tuy nhiên, sản phẩm thép dẹt tiêu thụ chỉ đạt trên 3 triệu tấn, giảm 19,69% so với năm 2013” [4]

Dù có sự tăng trưởng khá, nhưng thực tế, công suất của các doanh nghiệp sản xuất thép chỉ đạt 60% so với thiết kế do lượng thép nhập khẩu tăng mạnh “Năm 2014

lượng thép thành phẩm nhập khẩu đã đạt trên 11 triệu tấn, tăng 21,70% so với cùng kỳ năm 2013 Đặc biệt, lượng thép hợp kim nhập khẩu đạt hơn 4 triệu tấn, tăng cao đột biến 105% so với cùng kỳ” [4]

“Bước sang quý I-2015, tiêu thụ thép tiếp tục có những bước tăng trưởng do thị trường bất động sản đang ấm dần lên Theo báo cáo của Hiệp hội Thép Việt Nam (VSA), tổng lượng thép tiêu thụ trong nước của các doanh nghiệp thành viên 3 tháng đầu năm đạt 2,5 triệu tấn, tăng 25% so với cùng kỳ năm trước Trong đó, tiêu thụ thép xây dựng chiếm hơn một nửa, đạt 1,29 triệu tấn, tăng hơn 10% so với cùng kỳ năm trước” [4] Những con số tăng trưởng trên thể hiện chiều hướng tiêu thụ của ngành thép khá hơn so với cùng kỳ nhưng nhìn chung, vẫn chưa có nhiều chuyển biến tích cực đáng kể Tiêu thụ trong nước tăng nhưng báo cáo của VSA lại chỉ ra rằng thực trạng xuất khẩu không mấy sáng sủa Cụ thể, “tổng lượng sản phẩm và bán thành phẩm thép xuất khẩu của Việt Nam trong 2 tháng đầu năm đạt hơn 360.943 tấn, trị giá hơn 282 triệu USD So với cùng kỳ năm 2014, xuất khẩu thép giảm 6% về sản lượng

và giảm 4% về giá trị nhập khẩu” [4] Ngành thép còn 3 quý để hoàn thành kế hoạch tăng trưởng dự kiến 15% Song theo một số ý kiến, để hoàn thành mục tiêu này không

dễ dàng vì dù tiêu thụ tăng nhưng cung vẫn đang vượt cầu khá xa và hầu hết chủng loại thép đều có công suất, sản lượng vượt gấp đôi so với nhu cầu tiêu thụ trong nước, với ảnh hưởng từ nguồn thép nhập khẩu, đặc biệt từ Trung Quốc, ảnh hưởng từ việc các Hiệp định thương mại tự do (FTA) song phương và đa phương Việt Nam tham gia

ký kết sẽ có hiệu lực trong năm 2015 sẽ là rào cản cho ngành thép trong nước

1.2 Những tiến bộ kỹ thuật chủ yếu hiện nay của thế giới

Để đạt được con số hàng triệu tấn thép trong một năm như đã nói thì chúng ta không thể không kể đến sự đóng góp nổi bật của những tiến bộ khoa học kỹ thuật Việc áp dụng các cải tiến khoa học công nghệ giúp nâng cao năng suất, đem lại hiệu quả kinh tế lớn cho các nhà máy cán thép Cùng với sự phát triển vượt bậc của trình độ khoa học công nghệ thì dây chuyền cán thép trên thế giới hiện nay cũng đã có những bước cải tiến lớn như:

Về thiết bị cán, nếu như các thiết bị trước đây rất lạc hậu, thô sơ, tiêu hao điện năng lớn… thì ngày nay được thay thế bằng các thiết bị hiện đại: các lò nung dạng đáy bước, đáy quay có tốc độ nung cao, công suất lớn, sử dụng bộ trao đổi nhiệt thu hồi

năng lượng khí đốt, tiêu hao nhiên liệu ít được sử dụng rộng rãi thay cho các lò đốt thủ công hiệu quả thấp; những động cơ hơi nước cồng kềnh tạo sức kéo bị loại bỏ, thay vào đó là các động cơ điện công suất lớn hàng ngàn kW; trong cán tấm, để tăng độ chính xác cho sản phẩm một loạt giá cán 3 trục, nhiều trục đã được dùng thay vì chỉ dùng giá 2 trục đơn giản trước đây; các thiết bị phụ trợ như máy cắt, máy đếm, máy đóng bó tự động cũng đã thay thế cho sức lao động thủ công của con người, ở cán thô người ta đã ít hoặc không dùng bàn nâng hạ cơ khí, thủy lực mà hoàn toàn dùng con lăn 2 tầng, tường lật có thiết bị gọn nhẹ, điều khiển dễ dàng, đầu tư ít, làm việc tốt…

Về công nghệ, các công nghệ mới ra đời làm nhịp cán cán giảm xuống giúp tăng cao năng suất: máy cán bán liên tục đã dần bị thay thế bởi máy cán liên tục, các giá cán riêng lẻ được thay thế bằng một loạt các cụm giá cán đứng nằm xen kẽ, cụm giá Block… từ đó giúp cho quá trình cán không bị xoắn, tốc độ cán nâng cao và tăng tính linh hoạt khi chuyển đổi sản phẩm, đặc biệt giá cán chẻ nhiều dòng đã được lắp đặt nhiều hơn trong quy trình công nghệ tạo ra sự đa dạng hóa sản phẩm cán trên cùng một dây chuyền; một loạt các hệ thống lỗ hình như: hệ thống lỗ hình ovan bằng – ovan cạnh, hệ thống lỗ hình ovan – tròn… cho cán thép tròn, hệ thống lỗ hình cánh bướm kín, hở tự giãn rộng… cho cán tinh thép góc giúp tạo ra nhiều sự lựa chọn khi cán một sản phẩm; song song với đó khâu gia công nhiệt sau cán như tôi, ủ, tẩm thực để làm sạch khuyết tật, khử bỏ chất bám bẩn trên bề mặt giúp nâng cao cơ tính, chất lượng sản phẩm cũng đã được sử dụng phổ biến…

Về tự động hóa, ngày nay dây chuyền cán đã ứng dụng rộng rãi các điều khiển tự động hóa như: quá trình cán thường diễn ra phức tạp, tốc độ cán cao, việc điều khiển khó khăn nên để giúp vận hành đơn giản, tăng tính chủ động người ta đã dùng các chương trình điều khiển PLC; các lò nung sử dụng đều có cơ cấu điều chỉnh linh hoạt, điều khiển tự động hoàn toàn nhờ sự trợ giúp của các thiết bị điện tử; các rơ – le nhiệt cũng được trang bị nhiều ở trên đường cán trước máy cắt đầu đuôi khiến cho việc cắt được chính xác, ổn định; hệ thống cầu trục mâm từ hiện đại đã cho phép vận chuyển, lưu kho sản phẩm chính xác và xuất sản phẩm cho khách hàng nhanh hiệu quả… Hơn nữa, việc bảo vệ môi trường cũng được quan tâm nhiều hơn, những thiết bị thải ra lượng khí thải và tiếng ồn thấp được ưu tiên sử dụng Ngoài ra, sự ra đời của các hãng chuyên cung cấp những công nghệ hiện đại cho dây chuyền cán như: Tập

đoàn Danieli – Italia, Siemens – Đức, Schnelder, Ingersoll Rand… cũng đã góp phần tạo nên những thành tựu to lớn cho ngành cán thép thế giới

1.3 Những định hướng cơ bản để phát triển ngành thép Việt Nam

Thép là nguyên liệu không thể thiếu của nhiều ngành công nghiệp, xây dựng và quốc phòng, nó có vai trò hết sức quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Ngành thép luôn được xác định là ngành công nghiệp được ưu tiên phát triển Định hướng phát triển ngành thép gắn liền với định hướng phát triển kinh tế đất nước Phát triển ngành thép Việt Nam nhanh chóng trở thành một ngành phát triển hoàn chỉnh theo công nghệ truyền thống, sử dụng tối đa và hiệu quả nguồn nguyên liệu,quặng sẵn có trong nước, đáp ứng tối đa nhu cầu trong nước về thép cán (cả về số lương, chủng loại, quy cách và chất lượng sản phẩm) và tăng cường xuất khẩu trên cơ

sở xây dựng các khu liên hiệp luyện kim công suất 4-5 triệu tấn thép/ năm

Trong bối cảnh cạnh tranh quốc tế gay gắt và xuất phát điểm thấp của Việt Nam thì những quan điểm, định hướng phù hợp với điều kiện kinh tế nước ta trong giai đoạn hiện nay là:

“Phát triển ngành Thép Việt Nam phù hợp với quy hoạch tổng thể phát triển kinh

tế - xã hội và ngành công nghiệp của cả nước, quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội các địa phương và lộ trình hội nhập của Việt Nam

Xây dựng và phát triển ngành Thép Việt Nam thành một ngành công nghiệp quan trọng, bảo đảm phát triển ổn định và bền vững, giảm thiểu sự mất cân đối giữa sản xuất gang, phôi thép với sản xuất thép thành phẩm, giữa sản phẩm thép dài với sản phẩm thép dẹt

Xây dựng ngành Thép Việt Nam với công nghệ tiên tiến hợp lý, sử dụng tiết kiệm và hiệu quả nguồn tài nguyên của đất nước, bảo đảm hài hoà với bảo vệ môi trường sinh thái tại các địa bàn phát triển ngành Thép

Coi trọng và khuyến khích các thành phần kinh tế, các ngành kinh tế trong nước liên kết, hợp tác với nước ngoài đầu tư xây dựng một số tổ hợp mỏ - luyện kim, nhà máy thép liên hợp và nhà máy cán các sản phẩm thép tấm quy mô lớn” [5]

Cùng với những định hướng phát triển sản xuất trên và đạt được mục tiêu “sản

xuất thép thành phẩm năm 2015 đạt 11÷12 triệu tấn (6,5÷7,0 triệu tấn sản phẩm tấm);

năm 2020 đạt 15-18 triệu tấn (8÷10 triệu tấn sản phẩm tấm) và năm 2025 đạt khoảng

19÷22 triệu tấn thành phẩm (11÷13 triệu tấn sản phẩm tấm và 0,2 triệu tấn thép đặc biệt)” [5] thì chúng ta cần tiếp tục hoàn thiện mục tiêu của “giai đoạn 2007-2015 tập trung đầu tư 6 dự án lớn của ngành thép là Liên hợp thép Hà Tĩnh công suất dự kiến 4,5 triệu tấn/năm; Liên hợp thép Dung Quất công suất 5 triệu tấn/năm; dự án nhà máy cán thép tấm nóng, thép nguội, mạ kẽm chất lượng cao công suất 3 triệu tấn/năm do Posco (Hàn Quốc) làm chủ đầu tư; dự án nhà máy thép tấm cuộn, thép lá cán nóng chất lượng cao công suất 2 triệu tấn/năm do Liên doanh ESSA của Ấn Độ phối hợp với một số công ty trong nước thực hiện; dự án mở rộng Công ty Gang thép Thái Nguyên; dự án liên hợp thép Lào Cai” [5] Đồng thời, tập trung vào xây dựng mục tiêu của“giai đoạn 2016÷2025, sẽ tập trung sản xuất thép lò điện từ sản phẩm hoàn nguyên trực tiếp, quy mô 1,5 triệu tấn phôi thép tấm hoặc 1,5 triệu tấn thép tấm cán nóng, nghiên cứu đầu tư một số dự án thép tấm, thép hình lớn công suất khoảng 1 triệu tấn/năm phục vụ các ngành đóng tàu, dầu khí, cơ khí chế tạo thiết bị siêu trường, siêu trọng, đầu tư xây dựng nhà máy thép đặc biệt phục vụ chế tạo máy và quốc phòng với công suất 0,3÷0,5 triệu tấn/năm” [5]

Bên cạnh đó, chúng ta cần có giải pháp, chính sách rõ ràng như giải pháp về vốn đầu tư cần “đẩy mạnh cổ phần hoá các doanh nghiệp nhà nước của ngành thép để đa dạng hoá sở hữu nguồn vốn và huy động vốn từ các cổ đông, khuyến khích các doanh nghiệp cổ phần trong ngành thép thực hiện niêm yết trên thị trường chứng khoán và phát hành cổ phiếu thu hút vốn đầu tư gián tiếp” [5], giải pháp xuất nhập khẩu, phát triển thị trường “bảo vệ thị trường nội địa bằng các hàng rào kỹ thuật và tiêu chuẩn chất lượng, môi trường hợp pháp nhằm ngăn chặn sự xâm nhập của sản phẩm kém chất lượng, không bảo đảm an toàn vào thị trường Việt Nam; tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện hệ thống văn bản pháp luật để hoàn thiện thị trường các sản phẩm thép, tạo liên kết chặt chẽ, chia sẻ lợi nhuận và cộng đồng trách nhiệm giữa nhà sản xuất với nhà kinh doanh thép; hoàn thiện chính sách, pháp luật và tăng cường năng lực thực hiện pháp luật về cạnh tranh, chống độc quyền, chống liên kết lũng đoạn thị trường, chống bán phá giá” [5], và các giải pháp phát triển nguồn nhân lực, giải pháp phát triển khoa học - công nghệ, giải pháp bảo vệ môi trường, giải pháp về quản lý…

Để hoành thành mục tiêu đạt mức tăng trưởng 15% trong năm 2015 là không hề

dễ dàng, bởi cuối năm 2015 khi một loạt FTA có hiệu lực, thuế nhập khẩu thép là 0%

thì các sản phẩm thép từ Trung Quốc, Belarus, Karanhtan sẽ tràn vào Việt Nam gây sức ép lớn với thị trường thép trong nước Trong điều kiện hiện nay việc phát triển ngành thép Việt Nam cần phải tiến hành theo từng bước, mỗi bước đi cần được cân nhắc cụ thể và có tính đến các mối liên kết tổng thể, hệ thống trong các ngành để đảm bảo cơ cấu sản xuất phù hợp và đáp ứng được yêu cầu của thị trường trong, ngoài nước tránh trường hợp cung vượt quá cầu, lượng tồn kho ứ đọng nhiều… Đặc biệt, cần có những biện pháp kịp thời chống hiện tượng bán phá giá của các doanh nghiệp nước ngoài vào nước ta đồng thời phải tạo ra một sân chơi bình đẳng giữa các doanh nghiệp

để người tiêu dùng được hưởng những lợi ích cao nhất

rõ ràng, cụ thể ở từng quốc gia cho từng thời kỳ phát triển thì niềm tin đó càng trở nên vững chắc Nhận thức được vai trò quan trọng của ngành thép, là những kỹ sư tương lai chúng em thấy cần phải vận dụng sáng tạo những kiến thức đã học vào thực tế để giúp sức cho ngành thép Việt Nam phát triển hơn nữa, có đủ sức cạnh tranh với các nước trong khu vực và trên thế giới

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẶT BẰNG PHÂN XƯỞNG, LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ, THIẾT BỊ VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ CHO NHÀ MÁY

Mặt bằng nhà máy cán thép là nơi bố trí và lắp đặt toàn bộ các thiết bị chính và phụ theo một thiết kế nhất định để thực hiện các quy trình công nghệ cán thép từ phôi ban đầu cho tới sản phẩm theo một dây chuyền công nghệ Mặt bằng nhà máy cán phụ

thuộc vào quy mô sản xuất, năng suất của mỗi nhà máy Với đề tài “Thiết kế xưởng cán thép hình liên tục, năng suất khoảng 30-40 vạn tấn/năm, chuyên sản xuất các loại thép xây dựng bao gồm: thép dây, tròn và thép vằn” toàn bộ chương 2 sẽ trình

bày nội dung thiết kế mặt bằng phân xưởng, lựa chọn quy trình công nghệ, thiết bị và

bố trí thiết bị cho nhà máy

2.1 Cơ sở, yêu cầu thiết kế, bố trí mặt bằng phân xưởng

 Cơ sở thiết kế mặt bằng xưởng cán:

Cơ sở thiết kế mặt bằng phân xưởng dựa trên quy mô, năng suất và các loại sản phẩm mà nhà máy sản xuất Nhà máy thiết kế là nhà máy cán hình cỡ nhỏ với năng suất 30-40 vạn tấn/năm với các chủng loại sản phẩm bao gồm: thép dây, thép tròn, thép vằn

 Yêu cầu thiết kế mặt bằng xưởng cán:

- Mặt bằng nhà máy thiết kế phải thỏa mãn cao nhất các yêu cầu chức năng, dây chuyền công nghệ và thiết bị phải được bố trí hợp lý nhằm đáp ứng tốt nhất các yêu cầu sản xuất và tạo môi trường tiện nghi cho người lao động

- Đảm bảo sự phát triển bền vững của xưởng cán

- Đảm bảo yêu cầu về chất lượng kiến trúc – nghệ thuật

- Thỏa mãn cao nhất yêu cầu hợp lý kinh tế như: tối ưu dây chuyền, khả năng sử dụng mặt bằng hợp lý

 Yêu cầu bố trí tổng mặt bằng xưởng cán:

Bố trí mặt bằng xưởng cán là tổ chức, sắp xếp, định dạng về mặt không gian các máy móc thiết bị, các khu vực làm việc và các bộ phận phục vụ sản xuất và cung cấp dịch vụ

Bố trí mặt bằng sản xuất là một trong những nội dung quan trọng trong quản trị sản xuất, nó ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí và thời gian sản xuất sản phẩm Bố trí hợp

lý sẽ tạo ra năng suất, nhịp độ sản xuất nhanh hơn, tận dụng tối đa các nguồn lực vào

sản xuất nhằm thực hiện những mục tiêu kinh doanh của nhà máy Ngược lại, nếu bố trí không hợp lý có thể làm tăng chi phí, thời gian di chuyển kéo dài làm ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất kinh doanh Nếu phải sắp xếp bố trí lại mặt bằng sẽ dẫn đến hao phí về tiền và thời gian, tạo tâm lý không tốt, gây ảnh hưởng xấu đến năng suất lao động Vì vậy cần phải nghiên cứu kỹ càng, phân tích và lựa chọn phương án bố trí hợp

lý ngay từ ban đầu

Bố trí mặt bằng sản xuất phải tuân thủ một số yêu cầu sau:

- Đảm bảo tuân thủ quy trình công nghệ và đường đi của dây chuyền công nghệ

là ngắn nhất

- Dễ thực hiện tự động hóa và cơ giới hóa trong quá trình sản xuất

- Đảm bảo cho sự phối hợp giữa các khâu: nguyên liệu, điện, nước… Thuận tiện cho giao thông trong nhà máy, tránh chồng chéo lên nhau, có mối liên hệ chặt chẽ giữa các bộ phận Tránh hay giảm tới mức tối thiểu trường hợp nguyên vật liệu đi ngược chiều

- Đảm bảo an toàn cho sản xuất và người lao động: khi bố trí mặt bằng đòi hỏi phải tính đến các yếu tố về an toàn cho người lao động, máy móc thiết bị, đảm bảo chất lượng sản phẩm và tạo ra một môi trường làm việc thuận lợi cho người công nhân

- Đảm bảo tiết kiệm diện tích đất xây dựng: sử dụng tối đa diện tích mặt bằng hiện có sẽ giúp cho doanh nghiệp giảm được chi phí thuê mặt bằng Điều này không chỉ áp dụng đối với diện tích sản xuất mà còn áp dụng cả đối với diện tích kho hàng

- Đảm bảo khoảng cách giữa các thiết bị, khu vực theo tiêu chuẩn trong nhà máy đáp ứng yêu cầu thông gió, chiếu sáng, vệ sinh: các khu vực sinh ra nhiều bụi, khói, hơi độc, bức xạ có hại phải được bố trí thành khu nhà riêng biệt và không được

bố trí gần sát khu vực có dân cư Các kho chứa vật liệu dễ cháy dễ nổ phải bố trí xa khu vực sản xuất và phải trang bị các thiết bị an toàn phòng chữa cháy nổ Những thiết

bị gây ra rung động lớn có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị khác và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm không nên đặt cạnh các thiết bị có giá trị lớn

- Đảm bảo khả năng thay đổi, mở rộng nhà máy: bố trí mặt bằng phải xét đến khả năng thay đổi, mở rộng và các thiết bị phải được bố trí làm sao để có thể thực hiện

được những thay đổi đó với chi phí thấp nhất hay không làm rối loạn quy trình sản xuất

- Đảm bảo phù hợp địa hình, địa chất ở trong khu vực nhà xưởng

Bản thiết kế và bố trí mặt bằng xưởng cán phải đảm bảo tính khoa học, nhất quán đáp ứng tối ưu các yêu cầu kinh doanh và quản lý, tạo điều kiện làm việc và sản xuất đạt hiệu quả, đồng thời cần thể hiện tính thẩm mỹ cao

Với nhà máy cán thép hình liên tục để tiết kiệm mặt bằng phân xưởng và tạo ra nhiều không gian sử dụng thì xưởng cán được thiết kế gồm 2 tầng Ở dưới tầng 1 (tầng hầm) là các gian phụ phục vụ cho sản xuất, nơi đặt các động cơ, máy điện, hệ thống thủy lực và các xưởng gia công kim loại, nhà kho, bãi chứa… Tầng 2 là tầng dành trực tiếp cho sản xuất, tại đây các đường công nghệ được bố trí, sắp xếp sao cho tối ưu nhất Việc thiết kế nâng cao các đường công nghệ lên cao vài mét so với mặt bằng vừa tạo ra tính kinh tế, vừa gọn mặt bằng, vừa giúp tạo ra các khoảng không gian mở bên dưới để thực hiện các công việc phục vụ khác đồng thời cách thiết kế mặt bằng như trên còn rất có ích cho những nơi có nền đất yếu

2.2 Lựa chọn quy trình công nghệ, thiết bị

2.2.1 Lựa chọn quy trình công nghệ

Lựa chọn quy trình công nghệ cho nhà máy cán thép liên tục với các sản phẩm là thép xây dựng bao gồm cả thép dây, thép tròn, thép vằn cần xây dựng một quy trình công nghệ hợp lý, được tự động hóa và cơ khí hóa toàn bộ quá trình sản xuất Để có thể cán được nhiều chủng loại sản phẩm khác nhau về hình dạng, kích thước và giúp tiết kiệm diện tích xây dựng nhà xưởng thì trên dây chuyền công nghệ của nhà máy sẽ gồm 2 đường công nghệ: đường công nghệ cán thép thanh kích thước lớn và đường công nghệ dành cho thép thép dây, thép thanh kích thước nhỏ Giai đoạn đầu của đường công nghệ máy cán vừa cán thép thanh kết hợp cán thép dây, sau đó tùy theo sản phẩm mà lựa chọn đường công nghệ cán phù hợp Sau đây là sơ đồ quy trình công nghệ cán thép dây và thép thanh cho nhà máy cán liên tục

Thép dây, thép thanh Ф10÷ Ф18 Thép thanh Ф19÷ Ф32

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ cán thép dây và thép thanh

Phôi

Kiểm tra

Nung

Tẩy gỉ Cán thô Cắt đầu đuôi

Làm nguội Máy đẩy tiếp

Đóng bó, cân, gắn mác

Nhập kho

(thép dây Ф6÷Ф12)

Giải thích sơ đồ quy trình công nghệ:

Phôi ban đầu là thép cacbon thấp CT3 có tiết diện 150×150×12000 mm, sau khi được kiểm tra về thành phần hóa học, kích thước và làm sạch được cầu trục đưa vào sàn nạp phôi, phôi không đạt bị loại ra chờ xử lý Tại lò, phôi được nung đến nhiệt độ quy định 1160÷1260°C và được tự động đưa ra lò bằng cần tống phôi vào các đường con lăn để vào nhóm giá cán thô

Trước khi cán, phôi được cạo gỉ qua máy tẩy gỉ bằng nước áp suất cao để tẩy hết lớp oxit, tránh các lớp oxit này lẩn vào phôi thép trong quá trình cán làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm

Sau đó, phôi từ từ vào nhóm giá cán thô và bị biến dạng trên các lỗ hình thiết kế Nhóm giá cán thô gồm có 8 giá được đặt xen kẽ có tốc độ cán tăng dần đảm bảo hằng

số cán trong cán liên tục Vì các giá cán bố trí đứng nằm xen kẽ nên không cần cơ cấu lật phôi trên đường cán Các giá cán được sắp đặt gần nhau vừa lợi dụng nhiệt độ vật cán đang nóng để cán, vừa tiết kiệm được diện tích xây dựng nhà xưởng, vừa kinh tế Sau khi đi qua nhóm giá cán thô, vật cán có tiết diện tròn Ф50 Giữa nhóm giá cán thô

và trung ta đặt máy cắt trục khuỷu để cắt đầu đuôi, loại bỏ hình dáng biến dạng không chuẩn hoặc tạp chất và để vật cán dễ ăn vào các giá cán tiếp theo Nếu có sự cố, vật cán được cắt băm thành từng đoạn 600÷800mm, sau đó máy lại tự động trở về chế độ cắt đầu đuôi

Tiếp theo, vật cán có tiết diện Ф50 đi vào nhóm giá cán trung và tinh để tiếp tục biến dạng Tại đây, có 8 giá cán cũng bố trí đứng nằm xen kẽ và có tính năng công dụng như nhóm giá cán thô

Sản phẩm thép thanh vằn và tròn trơn từ Ф19÷Ф32 sau khi qua nhóm cán tinh đi thẳng tới hộp tôi nước, và được máy đẩy tiếp đẩy tới máy cắt phân đoạn cắt thành từng đoạn rồi được di chuyển tới sàn nguội

Sản phẩm là thép dây và thép thanh Ф10÷ Ф18, thì rẽ nhánh và được máy đẩy tiếp đưa nhanh vào các ống dẫn để vào cụm giá Block Giữa nhóm cán tinh và Block cũng đặt máy cắt đầu đuôi và có nhiệm vụ tương tự như máy cắt đặt giữa nhóm giá cán thô và trung Máy này còn có nhiệm vụ cắt bỏ khẩn cấp thép ra từng đoạn khi Block gặp sự cố, ngăn không cho thép vào Block Vật cán ra khỏi Block có nhiệt độ từ 950÷1000°C được đi qua hộp nước vừa tôi vừa làm nguội xuống còn 700÷800°C

Sản phẩm sau khi ra khỏi block chia làm 2 đường Sản phẩm là thép thanh thì theo đường dẫn tới hộp tôi dành cho thép thanh và được máy đẩy tiếp chuyển qua máy cắt phân đoạn, tới sàn nguội Sản phẩm là thép cuộn theo đường dẫn tới hộp tôi nước dành cho thép dây và cũng đưa qua máy đẩy tiếp để vào máy tạo vòng, sau máy tạo vòng thép được tạo vòng ở dạng vòng xoắn lò xo và xếp thành lớp trên sàn xích tải đồng thời được làm nguội bởi 5 quạt gió công suất lớn rồi đi vào hố gom cuộn thép Tại đây, thép có nhiệt độ từ 200÷300°C, nhờ guồng chuyển, cuộn được đưa vào máy

ép nén cuộn thủy lực và đóng bó tự động rồi đi tiếp vào cơ cấu lật cuộn

Các chủng loại sản phẩm sau khi kiểm tra các yêu cầu cơ tính được đóng bó, cân qua hệ thống cân điện tử và gắn mác thông tin thì được xe nâng hoặc cầu trục vận chuyển ra bãi chứa cho từng loại sản phẩm

2.2.2 Lựa chọn thiết bị

Để quy trình công nghệ cho nhà máy cán thép hình cỡ nhỏ năng suất 30÷40 vạn tấn/năm như trên vận hành tốt thì các thiết bị được lựa chọn phải đáp ứng phù hợp với dây chuyền công nghệ và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cần thiết Mỗi thiết bị cần thực hiện đúng chức năng và nhiệm vụ của mình, tạo ra được sự liên kết đồng bộ ở toàn bộ

hệ thống các thiết bị Các thiết bị phụ trợ quan trọng như: lò nung, máy cắt, sàn nguội, máy tạo vòng… cần được chọn căn cứ vào thiết bị chính cũng như các thông số về sản phẩm và năng suất của nhà máy cán

Lò nung

Trong cán thường dùng 3 loại lò để nung phôi: lò giếng để nung thỏi đúc có trọng lượng và khối lượng lớn, lò buồng dùng để nung cho những phôi cán có kích thước nhỏ, dùng nhiều trong máy cán nhỏ tự chế tạo, trong cán thủ công hoặc phòng thí nghiệm, lò liên tục được sử dụng nhiều trong cán hình Lò liên tục có đáy thường, đáy quay, đáy bước

Lò liên tục đáy bước có 3 vùng: Vùng sấy, vùng nung, vùng đồng đều nhiệt nên đảm bảo độ ngấu, độ đồng đều nhiệt cho toàn bộ tiết diện phôi Chính sự đồng đều nhiệt này sẽ đảm bảo chính xác các điều kiện khi cán liên tục và giúp cho quá trình cán được ổn định hơn Do đó để phù hợp công nghệ cán liên tục của nhà máy ta chọn lò nung là lò liên tục đáy bước với các thông số của lò như sau:

 Năng suất lò: 70 T/h, nhiệt độ vùng đồng đều nhiệt là 1160÷1260°C với thép thanh, 1120÷1200°C với thép dây

 Loại nhiên liệu: Nhiệt cung cấp cho lò được tạo ra từ phản ứng cháy của dầu

FO với khí nén ở các mỏ phun và một phần khí nóng hoàn nguyên từ khí lò hoặc có thể tận dụng khí CO từ lò cao

 Lò gồm: 10 mỏ phun cao áp bố trí mỗi bên sườn lò 5 mỏ, hông lò gồm 8 mỏ phun có công suất nhỏ hơn

 Cách bố trí phôi thép: phôi được xếp thành một hàng với cách nung 2 mặt phôi Nguyên lý hoạt động: Phôi chuyển tới đường con lăn, qua cữ chặn so đầu để các phôi đều nhau rồi đưa vào lò bằng máy đẩy thủy lực Phôi được nung và di chuyển lần lượt qua các vùng bởi các thanh răng di chuyển Hoàn tất quá trình nung, phôi được hệ thống máy tống đẩy đi ra khỏi lò qua các con lăn và tham gia vào quá trình cán

Giá cán

Theo hình dạng khung giá cán, giá cán gồm có 3 kiểu:

 Kiểu khung hở

 Kiểu khung kín

 Khung giá không thân giá

Kiểu khung hở gồm 1 khung chữ U và 1 nắp ghép lên trên Việc lắp ghép nắp vào khung chữ U có thể bằng bulông hoặc chêm, ở khung này trục cán được thay theo phương thẳng đứng Thân giá kiểu khung hở thường được sử dụng cho máy cán 3 trục

và trong các máy cán thép hình khi sản phẩm không cần độ chính xác cao vì nó dễ gia công chế tạo, lắp ráp

Kiểu khung kín là 1 một chi tiết liền khối và thường bằng thép đúc Khi sử dụng phải thay trục cán theo đường tâm trục Thân giá kiểu kín do có độ bền cao nên được dùng trong cán tấm

Hiện tại, giá cán không thân giá được sử dụng phổ biến trong các nhà máy cán thép hình, nó được cấu tạo bởi 4 trục vít máy liên kết với nhau qua 4 gối đỡ trục cán

Cơ cấu điều chỉnh lượng ép được lắp đặt bên trên giá cán, cho phép điều chỉnh khe hở trục cán bằng động cơ thủy lực một cách đối xứng do khi trục vít quay hệ thống vít ren

2 chiều làm cho gối đỡ trên, gối đỡ dưới chuyển động tịnh tiến đối xứng nhau, và giữ cho tâm đường cán luôn luôn ổn định Cơ cấu điều chỉnh dọc trục chỉ điều chỉnh trục

cán trên bằng cơ cấu trục vít bánh vít chạy bằng động cơ thủy lực để ăn khớp các rãnh cán với nhau còn trục cán dưới được cố định dọc trục

Ưu điểm của giá là cho phép độ biến dạng đàn hồi thân ít, độ tin cậy, chính xác cao, khả năng tự động hóa lớn, dễ dàng tháo lắp trục, không cần sử dụng hệ thống lật phôi và giá cán nằm hay giá cán đứng đều có kết cấu giống nhau nên có thể thuận tiện đặt giá cán đứng hay nằm để phù hợp với công nghệ cán… Do vậy, ta chọn giá cán không thân giá này cho nhà máy cán hình liên tục cỡ nhỏ 30÷40 vạn tấn/năm

Nhóm giá cán thô: giá cán 2 trục đứng nằm xen kẽ có đường kính từ 470650mm, mỗi giá cán được dẫn động bằng động cơ 1 chiều DC có công suất: 400KW

và tốc độ vòng 500v/p

Nhóm giá cán trung và tinh: 8 giá cán 2 trục đứng nằm xen kẽ có đường kính từ

300 450mm, mỗi giá cán được dẫn động bằng động cơ 1 chiều DC có công suất: 870KW và tốc độ vòng 600v/p

Hình 2.2 Giá cán trục nằm

1 Trục cán, 2 Khớp nối động cơ, 3 Hộp số, bánh răng, 4 Trục cacđăng, 5 Hộp khớp nối (bên giá cán), 6 Hộp khớp nối (bên hộp số), 7.Giá đỡ khớp nối, 8 Bệ máy

Hình 2.3 Giá cán trục đứng

1 Khớp nối động cơ, 2 Hộp số, trục bánh răng, 3 Trục cacđăng, 4 Hộp khớp nối,

5 Giá đỡ khớp nối, 6 Bệ máy, 7 Thiết bị tháo giá cán

Nhóm giá cán Block: gồm 10 giá cán đặt nghiêng 45° so với mặt sàn và đặt vuông góc với nhau Các trục cán (còn gọi là bánh cán hay vòng cán) có đường kính từ 190÷250 mm được tiện 2 lỗ hình theo thiết kế Nhóm giá cán Block được dẫn động bằng 2 động cơ điện 1 chiều DC nối nhau đồng trục có điện áp khoảng 400÷600V có công suất 1800KW và tốc độ 1000÷2000 v/p Trong hộp Block mỗi giá cán cách nhau

750 mm và có tỷ số truyền cố định để đạt tốc độ cuối cùng là 80÷120 m/s

Hình 2.4 Nhóm giá cán Block

Sản phẩm cán qua block có đường kính nhỏ hơn 19mm Tuỳ theo từng loại sản phẩm mà số lần cán, số lỗ hình trên các bánh cán là khác nhau Đối với sản phẩm thép thanh D14, D16 kết thúc ở giá cán số 18 (giá thứ 2 trong block) Sản phẩm thép thanh D12 kết thúc ở giá cán số 20 (giá thứ 4 trong block) Sản phẩm thép thanh D10 kết thúc ở giá cán số 22 (giá thứ 6 trong block) Thép thanh Ф8 kết thúc ở giá cán số 24 (giá thứ 8 trong block) Sản phẩm thép thanh Ф6 kết thúc ở giá cán số 26 (giá thứ 10 trong block)

Vật cán được chuyển từ giá nọ sang giá kia bằng dẫn hướng cơ khí, máng chuyển thép Trong động cơ block có các hình thức bảo vệ như: có dây cước bảo vệ, khi phôi thép lệch ra khỏi đường cán chạm vào dây cước, dây cước đứt, hệ thống truyền tín hiệu sẽ báo cho động cơ ngừng hoạt động; có thiết bị báo quá nhiệt bằng đèn để khống chế nhiệt độ dầu bôi trơn…

Máy cắt

 Máy cắt trục khuỷu

Vị trí: sau nhóm giá cán thô trước nhóm giá cán trung

Dùng để cắt đầu đuôi vật cán, cắt băm nhỏ phôi thép thành từng đoạn khi có sự

cố Bộ phận thu gom đầu đuôi và các đoạn thép được đặt ở phía dưới tầng 1 của nhà máy, tương ứng với vị trí của máy và được vận chuyển bằng xe nâng, cầu trục

Lực cắt 30 T, số lượng lưỡi dao: 2 lưỡi

Hình 2.5 Máy cắt trục khuỷu

 Máy cắt kiểu trục lệch tâm

Vị trí: sau máy đẩy tiếp và trước sàn nguội

Dùng để cắt phân đoạn các thanh thép bằng kích thước sàn nguội

Lực cắt: 32 T, số lượng lưỡi dao: 4 lưỡi

Lưỡi dao được làm bằng thép hợp kim và được xử lý nhiệt bằng cách tôi cứng

Hình 2.6 Máy cắt kiểu trục lệch tâm

 Máy cắt lưỡi dao song song

Để cắt nguội thanh thép tới độ dài thương phẩm trên bàn con lăn

Hoạt động cắt được thực hiện bằng cách di chuyển tịnh tiến lưỡi dao trên

Lực cắt: 330 T, số lượng lưỡi dao: 2 lưỡi, hành trình lưỡi dao: 140 mm

Bộ phận chia dòng

Vị trí: Trước máy cắt phân đoạn

Để di chuyển thanh thép tới vị trí cắt phân đoạn

Hoạt động nhờ cơ cấu thủy lực, khi nhận tín hiệu bộ phận chia dòng sẽ đẩy vật cán qua khu vực có lưỡi cắt, sau khi cắt xong, vật cán sẽ được kéo về vùng không bị cắt

Bàn tạo chùng

Vị trí: đặt giữa các giá cán ở khu vực cán trung và cán tinh

Bàn tạo chùng để tạo và điều khiển độ chùng giúp vật cán không bị kéo căng hoặc dồn trong quá trình cán

Độ dài bàn tạo chùng: 2250mm

Độ rộng kênh:110mm

Bước con lăn ép xuống:1700mm

Hình 2.7 Bàn tạo chùng

Máy đẩy tiếp

Máy đẩy tiếp được bố trí tại các vị trí:

- Trước máy cắt đĩa trước hộp Block

- Sau hộp tôi nước

- Sau máy cắt phân đoạn (đối với thép thanh)

- Trước máy tạo vòng (đối với thép cuộn)

Nhiệm vụ: giữ, duy trì tốc độ chuyển động của vật cán trong, sau quá trình cán

Số lượng bánh đẩy: 2 bánh, đường kính bánh đẩy: 320 mm

Hình 2.8 Máy đẩy tiếp

Hộp tôi

(Hệ thống hộp tôi sẽ được trình bày cụ thể ở chương 6)

Phanh đuôi

Vị trí: sau máy cắt, trước kênh đôi ra sàn nguội

Phanh thanh thép tới tốc độ nhả thích hợp, duy trì và điều chỉnh tốc độ của sản phẩm sau khi cắt phân đoạn đảm bảo thanh thép được đưa lên sàn nguội đúng vị trí theo yêu cầu Hơn nữa, phanh đuôi còn kết hợp với máy cắt phân đoạn giữ cho thanh thép ổn định, tránh sự cố trong quá trình cắt

Kênh đôi

Vị trí: Sau phanh đuôi

Kênh đôi có chức năng đỡ thanh thép khi thanh thép đang được phanh đuôi hãm

và còn có tác dụng phân luồng các thanh thép, tránh trường hợp các thanh dồn vào nhau ở sàn nguội Phần cuối của kênh đôi có cữ chặn cố định để đảm bảo an toàn trong trường hợp thanh thép chạy vượt quá tốc độ

Cơ cấu trục khuỷu ở kênh đôi có tác dụng nhả thanh thép xuống sàn nguội Kênh đôi có chiều dài bằng chiều dài sàn nguội thép thanh

Máy tạo vòng

Vị trí: trước sàn nguội thép dây

Máy tạo vòng dùng để tạo vòng cho thép dây thành từng vòng dưới dạng xoắn lò

Con lăn căn chỉnh để căn chỉnh thanh thép trước khi vào máy cắt nguội

- Sàn nguội thép dây

Dài: 70÷75 m

Phía dưới sàn nguội có quạt gió làm mát

Thép dây di chuyển nhờ hệ thống các con lăn trên sàn nguội

Hình 2.10 Sàn nguội thép dây

1 Bàn con lăn nghiêng được, 2 Bàn con lăn chuẩn, 3 Bàn con lăn ở phía trước, 4

Bàn con lăn ở phía sau, 5 Bàn con lăn ở hố gom, 6 Quạt điện, 7 Bộ điều chỉnh gió

Máy tạo cuộn

Vị trí: ở cuối sàn nguội thép dây

Dùng để thu gom các vòng thép trước khi chuyển tới hệ thống xử lý cuộn

Một mũi côn được lắp đặt ở phía trên của máy tạo cuộn để định tâm của vòng

thép cuộn Bộ phân phối các vòng thép phân bố các vòng thép đồng đều Để kiểm soát

việc tạo cuộn, thì bàn nâng cuộn từ từ hạ các cuộn thép ra vị trí di chuyển

2.3 Bố trí thiết bị cho nhà máy

Sau khi lựa chọn, các thiết bị chính, phụ được bố trí trên dây chuyền công nghệ

căn cứ vào thứ tự các bước và hướng vận chuyển kim loại hay đường vận chuyển kim

loại sao cho là ngắn nhất

Ở thiết bị chính: mỗi nhóm giá cán các giá cán được bố trí trên một hàng dọc với

khoảng cách nhất định giúp cho vật cán đồng thời biến dạng trong các lỗ hình của

nhiều giá cán Các giá cán được lắp đặt đứng nằm xen kẽ, các cụm động cơ, hộp giảm

tốc, hộp truyền lực đượt đặt về một phía (đối với giá cán nằm) hoặc bên trên (đối với

giá cán đứng) của đường công nghệ đảm bảo sự ổn định và an toàn trong khi vận hành

quá trình cán, đồng thời tạo nhiều không gian khi tiến hành thay giá, sửa chữa, căn

chỉnh lỗ hình Giá cán nằm được đặt ở vị trí cán đầu tiên để tăng độ cứng vững, ổn

định khi bắt đầu quá trình cán Để đảm bảo quá trình cán thì khoảng cách giữa các giá cán, giữa các nhóm giá được bố trí như sau:

- Ở nhóm giá cán thô khoảng cách giữa các giá cán: 2200 mm

- Khoảng cách giữa nhóm giá cán thô và nhóm giá cán trung: 6500 mm

- Ở nhóm giá cán trung và tinh khoảng cách giữa các giá cán: 4200 mm

- Khoảng cách giữa nhóm giá cán tinh và nhóm giá Block: 30000 mm

- Ở nhóm giá cán Block khoảng cách giữa các giá cán: 750 mm

Trong xưởng cán, ngoài thiết bị chính, thì thiết bị phụ chiếm tới khoảng 85% trọng lượng thiết bị toàn nhà máy Do đó, ngoài việc lắp đặt các thiết bị phụ theo đúng trình tự của quy trình công nghệ thì việc bố trí, sắp xếp các thiết bị phụ cũng cần được tính toán tối ưu để thuận tiện cho quá trình cán, giúp tiết kiệm diện tích nhà xưởng và đảm bảo an toàn

Do lò nung sinh ra nhiều bụi, khói, hơi độc, bức xạ có hại nên ống khói cần

bố trí ngay dưới các đường công nghệ, do nước thải sản xuất chứa vẩy, gỉ sắt từ phôi nên bể chứa nước cần xây dựng nhiều ngăn để các gỉ sắt này được lắng, gạn hợp lý Các khu chứa khí nén, khu nước tuần hoàn bố trí bên ngoài nhà máy cạnh đường công nghệ đảm bảo cung cấp cho các thiết bị hoạt động

Để thuận lợi và rút ngắn quãng đường cho việc vận chuyển thì các kho nguyên liệu, bãi chứa phôi được đặt cạnh khu vực nạp phôi và kho hàng được đặt gần khu vực

ra của sản phẩm, ngoài ra ta bố trí các khu này gần đường giao thông chính bên ngoài nhà máy

Trong quá trình di chuyển phôi thép trong xưởng cán tính từ khâu chất phôi vào

lò nung đến khâu đóng gói kết thúc quy trình công nghệ ta bố trí, sử dụng các băng tải con lăn, băng tải xích gạt hoặc các băng chuyền cấu tạo khác nhau, xe nâng hàng để vận chuyển Mặt khác, để tận dụng tối đa diện tích không gian ta sử dụng cầu trục làm thiết bị tham gia vào việc vận chuyển phôi và sản phẩm, cũng như các thiết bị phục vụ sản xuất Việc bố trí cầu trục phụ thuộc vào đặc thù của từng khu vực như: khu vực nạp phôi ta bố trí cầu trục mâm từ, khu vực kho hàng ta sử dụng cầu trục dầm đôi móc cẩu kép…

Bên cạnh việc bố trí các thiết bị thì các khu vực phục vụ sản xuất như: lò nung, khu vực gia công, khu vực sàn nguội, khu vực văn phòng cũng được bố trí hợp lý, tạo

sự riêng biệt cho từng khu vực công tác đồng thời tạo sự thông tin, liên lạc dễ dàng giữa các khu vực Sự bố trí, lắp đặt các thiết bị trong xưởng cán sẽ được trình bày chi tiết trong bản vẽ mặt bằng nhà máy ở trang 84

2.4 Kết luận

Với nhà máy cán thép hình liên tục ta đã thiết kế mặt bằng, xây dựng quy trình công nghệ, lựa chọn và bố trí, sắp xếp các thiết bị phù hợp cho dây chuyền cán đảm bảo năng suất và tạo ra được sự đa dạng của sản phẩm phục vụ nhu cầu ngày càng lớn của thị trường Bản vẽ thiết kế mặt bằng nhà máy sẽ trình bày toàn bộ mặt bằng, quy trình công nghệ, các thiết bị và khu vực phục vụ sản xuất của nhà máy

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ CÁN THÉP D14

Trên cơ sở mặt bằng nhà máy và các thiết bị như đã nêu ở chương 2, ở nội dung chương này sẽ trình bày cụ thể cách thiết kế, tính toán các thông số công nghệ, năng lượng một sản phẩm đặc trưng đó là thép D14 cho xưởng cán thép hình liên tục Với mác thép là thép cacbon thấp CT3 và kích thước phôi 150x150x12000, theo nguyên tắc thiết kế ngược hướng cán, lần lượt chọn, tính toán hệ thống lỗ hình ở các nhóm giá cán thô, cán trung, cán tinh, tính vận tốc cán, tính các thông số lượng ép, lượng giãn rộng, lực cán, mômen cán, tính toán chu kỳ và năng suất cán cho sản phẩm thép D14 Dưới đây là sơ đồ bố trí các giá cán để cán thép D14 trong xưởng cán thép hình liên tục

F : Tiết diện của sản phẩm cuối cùng

Vì cán thép với dung sai âm nên ta chọn đường kính ở trạng thái nóng là:

0,5(14 - ) 1,013 14( )

o n

F F





 : Hệ số giãn dài trung bình, do hệ máy cán là liên tục, các máy cán bố trí đứng nằm xen kẽ và dựa vào kích thước, thành phần hóa học của phôi và kích thước sản phẩm nên ta chọn tb= 1,32 nằm trong phạm vi cho phép (1,2÷1,5)

Số lần cán: log(22500 1,013) log154

18log1,32

(lượt cán)

Vậy số lần cán là: n = 18 (lượt cán)

3.1.1.2 Phân bố lượng hệ số giãn dài

Sự lựa chọn và phân bố hệ số giãn dài cho từng lần cán phải đảm bảo các nguyên tắc sau:

Ở lần cán đầu tiên nên lấy  bé từ (1,15÷1,25) đủ để bong lớp vẩy rèn, nếu lấy quá lớn tức là lượng ép quá lớn dẫn đến phôi khó ăn vào trục, lớp ôxit cứng trên bề mặt sẽ bị ép chặt và đi vào phôi làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Các lần cán thứ 2, thứ 3, thứ 4 chúng ta thấy: nhiệt độ cán vẫn cao, khả năng biến dạng của phôi tốt, trở kháng biến dạng nhỏ, bề mặt thép chưa bị biến cứng…, nên ta chọn các hệ số giãn dài lớn để tăng năng suất, tiết kiệm điện và giảm hao mòn máy móc Tại các lần cán sau chọn giảm dần và phân bố theo đặc điểm hình dạng của hệ thống lỗ hình

Hệ số giãn dài cho lỗ hình cán tinh cuối cùng thường từ (1,10÷1,15) đối với thép tròn Để thép vằn có cơ tính tốt, có gân theo tiêu chuẩn thì hệ số giãn dài cuối cùng lấy lớn hơn từ (0,10÷0,15) so với cán tinh thép tròn Vậy chọn hệ số giãn dài  = 1,15 1,3 ở giá cán tinh để sản phẩm bóng, đẹp

Trên cơ sở như vậy, ta có bảng sau:

Bảng 3.1 Phân bố hệ số giãn dài

Lần cán (n) Hệ số giãn dài (µ)

Các hệ thống lỗ hình sử dụng trong quá trình cán rất đa dạng, bao gồm nhiều hình dáng, kích thước khác nhau, với các hệ số giãn dài khác nhau Thông thường, một dây chuyền cán thường sử dụng đồng thời nhiều hệ thống lỗ hình khác nhau để giảm

nhanh tiết diện vật cán và các hệ thống lỗ hình này được bố trí theo thứ tự nối tiếp nhau nhất định Tùy thuộc vào tiết diện phôi ,tiết diện sản phẩm, hệ số giãn dài, đường kính trục cán mà ta lựa chọn hệ thống lỗ hình sao cho phù hợp

Sau đây là một số hệ thống lỗ hình trục cán thường được sử dụng rộng rãi trong xưởng cán

Hệ thống lỗ hình hộp chữ nhật – hộp vuông

Hệ thống lỗ hình này được sử dụng trên các máy cán phá, cán phôi liên tục, ở các giá cán thô của máy cán hình, dùng sản xuất phôi cho máy cán thép dầm

Ưu điểm:

- Độ sâu rãnh nhỏ, có thể ép với hệ số biến dạng lớn

- Cho lượng ép lớn và đồng đều

- Tiêu hao năng lượng ít

- Thuận tiện cho việc cơ giới hóa và tự động hóa khâu đưa phôi từ lỗ hình này sang lỗ hình kia

- Trong một lỗ hình có thể cán được nhiều lần bằng cách thay đổi khoảng cách tâm trục cán

Nhược điểm:

- Dễ tạo ra mặt lỗi nếu quá điền đầy

- Phôi thép có thể bị nghiêng, lệch trong lỗ hình nếu chiều rộng của phôi nhỏ hơn chiều rộng lỗ hình quá nhiều

- Khó nhận được phôi vuông chính xác vì có độ nghiêng thành bên

Hệ thống lỗ hình hộp – trục phẳng

Hệ thống này được dùng ở nhóm giá cán thô của máy cán liên tục, ở các máy cán

bố trí theo bàn cờ và chữ Z Hệ thống có thể thay đổi lượng ép bằng cách thay đổi khoảng cách hai trục cán và dễ khử bỏ vẩy rèn khi các trên trục phẳng Tuy nhiên, hệ

số giãn dài kém hơn hệ thống lỗ hình hộp chữ nhật – hộp vuông

- Hệ số giãn dài lớn, khi cán trong lỗ hình ovan µ = 1,3÷2, Hệ số biến dạng trong lỗ hình vuông µ = 1,2÷1,6

- Phôi tiết diện vuông dễ đưa vào lỗ hình ovan, dễ dùng cơ cấu dẫn hướng với lỗ hình ovan ít khoét sâu vào trục

- Tiện cắt lỗ ovan vào trục không sâu

- Khi cán phôi vuông trong lỗ hình ovan, góc vuông của phôi được dát phẳng và dễ loại bỏ khuyết tật bề mặt

Nhược điểm:

- Phôi ovan cán trong lỗ hình vuông khó ổn định

- Khó lắp đặt dẫn hướng của phôi ovan trong lỗ hình vuông

- Biến dạng không đều theo chiều rộng làm giảm chất lượng sản phẩm

- Tiện lỗ hình vuông theo đường chéo nên phải tiện sâu vào trục, làm giảm

- Cho sản phẩm vuông chính xác với các góc sắc cạnh

- Được ép từ mọi phía của lỗ hình

- Khử vẩy rèn tốt

Nhược điểm:

- Rãnh của lỗ hình khoét sâu vào trục

- Dễ hình thành bavia khi quá điền đầy lỗ hình

Hệ thống lỗ hình ovan – ovan cạnh

Hệ thống lỗ hình này dùng chủ yếu trên các máy cán thép hình liên tục cỡ nhỏ Các lỗ hình ovan được bố trí trên giá cán trục đứng, các lỗ hình ovan cạnh được bố trí trên giá trục nằm Do đó khi sử dụng hệ thống lỗ hình này trên máy cán liên tục thì không cần hệ thống lật phôi so với các hệ thống lỗ hình khác Bề mặt sản phẩm có chất lượng tốt

Hệ thống lỗ hình ovan – tròn

Hệ thống lỗ hình này thường được sử dụng để cán thép tròn ở các máy cán hình

cỡ trung bình, cỡ nhỏ, cán thép dây, sử dụng ở hệ block để cán dây

Ưu điểm:

- Không có các góc nhọn, phôi nguội đồng đều đảm bảo chất lượng bề mặt của sản phẩm cán

- Lượng ép phân bố đều nên hạn chế được ứng suất dư trong thép cán

- Ít bị mài mòn lỗ hình so với hệ thống lỗ hình ovan – vuông

Nhược điểm:

- Phôi ovan vào lỗ hình tròn khó

- Phôi dễ bị vặn trong quá trình cán

- Sắc cạnh, dễ nhận được tiết diện vuông chính xác

- Lượng giãn rộng trong lỗ hình nhỏ

Hệ thống lỗ hình ở các nhóm giá được lựa chọn và phân bố như sau:

Nhóm giá cán thô: K1 K3: lỗ hình hộp chữ nhật – hộp vuông

K5 K8: lỗ hình ovan – tròn

Nhóm giá cán trung: K9  K16: lỗ hình ovan – tròn

Nhóm giá cán tinh tại cụm block: K17, K18: lỗ hình ovan – tròn

Xác định hệ thống lỗ hình tinh, trước tinh và trước trước tinh

Để thép D14 có gờ sần theo tiêu chuẩn và tăng độ bám chắc vào trụ, vào sàn khi

đổ bê tông thì tại hệ thống lỗ hình tinh cần tạo rãnh và hệ thống lỗ hình trước tinh cần

có thêm độ võng (s) nhằm tăng khả năng điền đầy kim loại ở lỗ hình cán tinh sau đó Theo [7] kết hợp với tính toán ta có:

 Lỗ hình tinh K18

Hình 3.2 Lỗ hình K18

Đường kính trong lỗ hình [7]: d18trong = 13 (mm)

Đường kính ngoài lỗ hình [7]: d18ngoài = 15,5 (mm)

Đường kính trung bình lỗ hình: d tb = 14,25 (mm)

Chọn đường kính trục cán trong giá cán block là D = 210 mm

Đường kính làm việc: D k18 = D18 – 0,8.d18 = 210 – 0,8 × 14,25 = 198,8(mm) Khe hở trục: t18 = (0,008 ÷ 0,012).D k18 = 2 (mm)

Bán kính góc lượn miệng lỗ hình: r18 = (0,08  0,1).d18 = 1,4 (mm)

Chiều rộng lỗ hình : B =1,12d - 0,5.t k 18 = 14,98 (mm)

 Lỗ hình trước tinh K17:

Hình 3.3 Lỗ hình K17

Dựa trên tỷ số các kích thước giữa lỗ hình trước tinh và lỗ hình tinh theo [7]

Chọn 17

180,86

17 17 17 17

Bán kính góc lượn miệng lỗ hình: r16 = (0,08  0,1).d16 = 1,7 (mm)

d h k

Chiều rộng trung bình 1

2

n n tb

T b

Thay số: 18 2 13, 02 6,53 0, 49 1,95( )

13, 02(14 14, 02) 1 (1 0, 26)( )

17 16

3,37

0,70,74 0,8 0,74 12,04 0,8 17,16

16 17 17

Chiều cao lỗ hình hộp chữ nhật

Ta chọn: 1

1(1, 7 2) 1, 7

Đường kính làm việc: D k1 = D1 – (h1 + t1) = 550 – 103,91 – 16 = 430(mm)

Bán kính góc lượn

Đáy lỗ hình: R1 = (0,12  0,2).bk1 = 0,15.b k1 = 25,17 (mm) Miệng lỗ hình: r1 = (0,08  0,12).bk1 = 0,1.b k1 = 16,78 (mm)

Tính toán tương tự cho các lỗ hình còn lại ta có bảng sau:

Bảng 3.2 Các thông số lỗ hình cơ bản của sản phẩm thép D14

Để đảm bảo được quá trình cán liên tục phải có điều kiện:

1 1 1 2 2 2 Fn n n

FV k F V k   V k C [8]

Trong đó: F F, , F diện tích tiết diện vật cán trên các giá

1, 2, n

V V V tốc độ cán trên các giá.

60

k i i

D n

V 

Với: n i - số vòng quay của trục cán ở các giá (v/p)

Dk - đường kính làm việc của trục cán ở các giá (mm)

1, 2, n

k k k các hệ số xét đên lượng vượt trước trong quá trình cán

C hằng số thiết kế lỗ hình

Ta có: F D n k1 K1 1 1 F D n k2 K2 2 2  Fn D n k Kn n n  C const

Trong thực tế nhiệt độ, thành phần hóa học ở mỗi điểm của vật cán là khác nhau ,

hệ số ma sát cũng khác nhau do mài mòn lỗ hình trong quá trình cán, … làm cho kích thước vật cán lúc ra khỏi lỗ hình bị thay đổi do đó lượng vượt trước trên các giá cũng thay đổi

Vậy nên khi thiết kế thường tính toán thiết một lượng kéo căng nhỏ giữa các giá

để tránh sự tạo vòng và điền đầy giữa các giá gây nguy hiểm Nghĩa là khối lượng kim loại đi qua giá sau thường lớn hơn giá liền trước đó một lượng 1÷2%