Bài giảng thiết bị cán thép

Bài 1: Quy trình sản xuất thépBài 2: Sơ đồ khối hoạt động nhà máy cán thépBài 3:Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy cán thép.Bài 4: Cấu tạo các cụm chi tiết cánBài 5: Trục cánBài 6: Gối đỡ và ổ đỡ trục cán

THIẾT BỊ CÁN THÉP

Giáo viên :

Điện thoại :

Email :

Nội dung môn học

Bài 1: Quy trình sản xuất thép

Bài 2: Sơ đồ khối hoạt động nhà máy cán thép Bài 3:Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy cán thép.

Bài 4: Cấu tạo các cụm chi tiết cán

Bài 5: Trục cán

Bài 6: Gối đỡ và ổ đỡ trục cán

Bài 1: Quy trình sản xuất thép

Giai đoạn 1: Xử lý quặng

Trong giai đoạn này các nguyên liệu đầu vào như: Quặng viên(Pellet),quặng sắt( Iron ore), quặng thiêu kết, và các chất phụ gia như than cốc (coke), đá vôi(lime stone) được đưa vào lò nung(Blast furnace)

Nếu là phế liệu cũng sẽ được nung nóng tới 1 nhiệt độ nhất định để làm thành dòng kim loại nóng chảy (hot metal)

Giai đoạn 2: Nấu thép nóng chảy

Dòng kim loại nóng chảy được hình thành từ giai đoạn 1, được dẫn tới lò cơ bản(Basic

oxygen furnace), hoặc lò hồ quang

điện( Electric arc furnace) Tại đây, kim loại nóng được xử lý, tách tạp chất và tạo ra sự tương quan giữa các thành phần hoá học Là

cơ sở để quyết định mẻ thép tạo ra cho loại sản phẩm nào, thuộc mác thép nào

Giai đoạn 2: Nấu thép nóng chảy (Tiếp)

Ví dụ: Mẻ thép sẽ dùng để cán thép thanh vằn SD390 thì các thành phần hoá học sẽ được điều chỉnh ngay ở giai đoạn này để cho ra mác thép SD390

Giai đoạn 3: Đúc phôi

Dòng kim loại sau khi ra khỏi giai đoạn 2 được đưa tới:

Giai đoạn 3: Đúc phôi (Tiếp)

Phôi phiến (Slab) loại phôi thành thường

dùng để cán ra thép cuộn cán nóng, thép tấm cán nóng, thép cuộn cán nguội hoặc thép hình

Có phôi Bloom là loại phôi có thể sử dụng

thay thế cho phôi thanh và phôi phiến

Sau khi phôi được đúc xong có thể để ở hai trạng thái: Trạng thái nóng và trạng thái làm nguội

Giai đoạn 3: Đúc phôi (Tiếp)

Trạng thái nóng (Hot direct rolling) trạng thái này duy trì phôi ở một nhiệt độ cao (Khoảng 750°-900°C) sau khi ra khỏi quá trình hình

thành phôi để đưa thẳng vào quá trình cán sản phẩm

Trạng thái nguội của phôi để chuyển tới các nhà máy khác và sẽ được làm nóng lại

(Reheating furnace) tại các nhà máy đó để đưa vào quá trình cán sản phẩm

Rail( Thép ray); Sheet pile (Thép cừ lòng

máng); Shape ( thép hình các loại); Bar (Thép thanh xây dựng)

- Đưa phôi vào nhà máy thép (Wire rode

mill) để cán ra thép cuộn tròn trơn xây dựng

Giai đoạn 4: Cán (Tiếp)

-Đưa phôi vào nhà máy thép tấm (Plate mill)

để cán ra thép tấm đúc (Plate)

-Đưa phôi vào nhà máy thép cán nóng (Hot Strip mill), phôi sẽ được cán ra thép cuộn cán nóng(Hot roll coil-HRC).Hoặc thép tấm cắt ( cắt ngay kho ra cuộn và đóng kiện-Hàng

Baotou).Trong quá trình cán ra thép cuộn cán nóng thép cuộn đang ở nhiệt độ cao(VD

780oC) nếu muốn cán ra thép cuộn cán

Giai đoạn 4: Cán (Tiếp)

nguội (Cold roll coil-CRC) thì hạ nhiệt độ

cuộn thép đó xuống nhiệt độ thích hợp

(VD:480°C) và tiếp tục cán giảm độ dày Như vậy, ngay ở giai đoạn này sản xuất ra thép

cuộn cán nguội và thép cuộn cán nóng

Hiện nay, các nhà máy cán lại (Cán tấm

nguội) ở Việt Nam đang sử dụng phôi thép

cuộn cán nóng: (1,75-5,0 mm) sau đó đưa vào

lò ủ lên tới nhiệt độ thích hợp (VD 480°C) để cán giảm độ dày ra thép cuộn cán nguội

Giai đoạn 4: Cán (Tiếp)

-Từ các nhà máy thép cán nóng sau khi cán ra thép cuộn cán nóng có thể đưa thẳng tới nhà

máy cán thép ống hàn (Welded pipe mill)

-Đưa phôi vào nhà máy cán thép ống đúc

(Seemless pipe mill) để sản xuất ra thép ống

đúc

Trên đây, là quy trình sản xuất các sản phẩm thép

Bài 2: Sơ đồ khối dây chuyền cán

thép

Billets Charging

billet

Reheating Furnace Discharging billet

Rolling in the Rouging Mill (6Stands) Crop and Emergency

chopping at flying Shear

Rolling in the Rouging Mill (6Stands)

Rolling in the Rouging Mill (6Stands) Crop and Emergency

chopping at flying Shear

Bài 2: Sơ đồ khối dây chuyền cán thép (Tiếp)

Bar-Section Finish line Quenching Box

Cut to multiple lenght Cooling bed

Wire rod line

Crop Shear

Fast Finishing Block (10 passes)

Laying head Continuous Straightening

& Cutting to lenght

Counting station for Rounds Stackingstation for sections Bundle/Stack Forming

Roller conveyer + Cooling Peforming Pit

Bài 3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

của máy cán thép

Cấu tạo của máy cán:

Máy cán là một loại máy gia công kim loại bằng áp lực (Không tạo phoi) để tạo ra các sản phẩm có hình dạng kích thước nhất định

Máy cán có 3 bộ phận chính:

- Nguồn động lực (Động cơ, motor)

- Bộ phận truyền động (Hộp giảm tốc, hộp chia mô men)

- Các giá cán

Hình giá cán

3.1 Cấu tạo –Nguyên lý hoạt động của

máy cán thép

3.1 Cấu tạo –Nguyên lý hoạt động của máy cán thép (tiếp)

a.Nguồn động lực: Hay còn gọi là nguồn

năng lượng để làm biến dạng kim loại được

truyền đến trục cán từ động cơ

3.1 Cấu tạo –Nguyên lý hoạt động của máy cán thép (Tiếp)

b Bộ phận truyền động: Gồm hộp giảm tốc

(Không có hộp giảm tốc nếu dùng động cơ điện một chiều vì có khả năng thay đổi tốc độ), trục khớp nối và hộp bánh răng truyền lực

c Giá cán: Gồm thân giá cán, trục cán, ổ đỡ

trục, bộ phận điều chỉnh lượng ép, hệ thống hộp dẫn phôi cán và các thiết bị phụ khác đặt trên thân giá

3.2 – Phân loại máy cán:

Có thể phân loại máy cán theo công dụng, theo số giá cán trong máy cán, theo số trục cán có trong giá cán và theo kích cỡ của

sản phẩm Còn phân xưởng cán thì phân

loại theo sản phẩm cuối cùng, theo cách bố trí của máy cán trong phân xưởng theo

công nghệ cán

3.2 - Phân loại máy cán:(Tiếp)

Gọi tên và phân loại như:

a.Máy cán phôi: là loại máy cán chuyên dùng sản xuất phôi ban đầu cho các máy cán khác Máy sản xuất ra 2 loại phôi chính: phôi thỏi có tiết diện vuông và phôi tấm có diện tích hình chữ nhật

b.Máy cán hình: là loại máy cán dùng để cán thép hình Sản phẩm của máy có rất nhiều

3.2 - Phân loại máy cán:(Tiếp)

loại và rất đa dạng Máy cán hình chia làm

3.2 - Phân loại máy cán:(Tiếp)

Máy cán hình cỡ lớn chuyên dùng để sản xuất đường ray và dầm thép thì gọi là máy

cán ray dầm Máy cán hình cỡ nhỏ chuyên

dùng để cán các loại dây thép có Φ6, Φ8,

Φ10 ở dạng cuộn gọi là máy cán dây thép

c.Máy cán tấm:

Tuỳ thuộc vào chiều dày sản phẩm mà

phân ra máy cán tấm dày, máy cán tấm trung bình, máy cán tấm mỏng, máy cán tấm cực mỏng Tuỳ thuộc vào trạng thái

3.2 - Phân loại máy cán:(Tiếp)

nhiệt độ của kim loại khi cán mà chia ra máy cán tấm nóng và máy cán tấm nguội

d.Máy cán ống: máy cán ống được phân loại theo hình sản phẩm như máy cán tóp ống, hệ thống máy cán tóp ống, máy cán tóp hình

Theo công nghệ có máy cán ống tự động,

máy cán ống liên tục, máy cán ống khứ hồi

3.2 - Phân loại máy cán:(Tiếp)

e.Máy cán chuyên dùng:

Thường được gọi theo tên sản phẩm cán: máy cán bi, máy cán bánh răng, máy cán vành

bánh xe lửa.v.v…

3.3- Nguyên lý làm việc của máy

cán :

Nguyên lý làm việc của máy như sau: khi động cơ 7 quay thì khớp nối r ng truyền ăchuyển động quay tới hộp giảm tốc 6 truyền chuyển động quay làm cặp bánh răng chữ V chuyển động theo truyền chuyển động đến khớp nối Cardan 4, qua khớp nối 3 đến trục cán 1

Bài 4: Cấu tạo các cụm chi tiết cán

Các bộ phận máy cán

Fig 1 - Horizontal two-high rolling unit with cartridge roll stand (typical representation).

1 - Cartridge roll stand; (Máy cán)

2 - Basement unit; (Bệ máy)

3 - Spindle support; (Giá đỡ trục truyền động)

4 - Cardan spindles; (trục truyền động Cardan)

5 - Guard for cardan spindles; (Nắp che trục truyền)

6 - Pinion stand unit; (Hộp giảm tốc)

7 - Drive unit; (Động cơ)

8 - Center distance adjustment unit; (Bộ điều chỉnh khoảng

cách tâm trục cán)

9 - Roll unit container;

10 - Change groove and extraction/ejection unit

3.4-Giá cán

Hình 12

Các bộ phận trong giá cán

5 6

4

3

1

7 2

8

Hình 19

3.4- Giá cán

Các bộ phận:

1-N p cheắ

2,3- Thiết bị chỉnh vít ép4- Bộ điều chỉnh dọc trục 5,6 - G i đỡố

7- Trục vítme

8- Khung giá cán (Upright)

3.4.1- Thiết bị chỉnh vít ép

Để làm giảm chiều dày của vật cán, người ta thường dùng cơ cấu vít ép để điều chỉnh lượng

ép

Nhiệm vụ chính của vít ép là điều chỉnh

lượng ép theo thiết kế đẫ tính toán Vít ép điều chỉnh phải rất dể dàng, dẫn động quay động cơ thủy lực

Thiết bị chỉnh vít ép được lắp đặt ở đầu

Cartridge để có thể điều chỉnh lượng ép độc lập và đối xứng bằng một chìa vặn thông qua một bơm thủy lực, đĩa quay chỉ thị số

3.4.1- Thiết bị chỉnh vít ép (tiếp)

Cơ cấu vít ép

Disconnecting coupling for stand in horizontal configuration

Spanner

Disconnecting coupling for stand in vertical configuration

Hình 17

3.4.2- Bộ điều chỉnh dọc trục

Điều chỉnh đường cán (đường tâm trục cán)Điều chỉnh bằng tay trục trên bằng một bánh vô tận hoạt động trên vòng đệm bên trong

của ổ đũa với đai ốc được bố trí không có

khe hở

Điều chỉnh dọc trục

Hình 13

Upper roll chock axial adjustable

3.4.3- Gối đỡ trục

Bốn gối đỡ được nối với nhau bằng bốn vít

ép của máy cán (qua các đai ốc)

Các gối đỡ được đỡ trong các trục đứng

Hai trục được đỡ trong bốn ổ đũa hình trụ cho tải hướng tâm và hai ổ chặn

Hình gối đỡ với ổ bi đũa 4 dãy

Hình 14

Spindle connection

Four-rows cylindrical roller bearings

Thrust bearings

3.4.4- Hệ thống đối trọng cơ

Hệ thống đối trọng cơ

Aùp dụng cho tất cả bốn gối đỡ Mục đích là để loại bỏ khe hở trong các ren vít ép và giữa đai ốc và gối đỡ

Trọng lượng của các gối đỡ nằm trên các bộ lò xo giữa các đai ốc ngược và các gối đỡ

Lực đối trọng không đổi cho dù khoảng cách tâm trong giá cán là bao nhiêu

Hệ thống cân bằng gối đỡ cơ khí

3.4.5- Restbar

Dầm đỡ (Restbar):

Gắn ở đầu vào và ra của giá cán là một bộ phận trượt di chuyển song song với đường cán (pass line) để thay đổi lỗ hình

Bộ trượt được dịch chuyển bằng tay hoặc

bằng chìa vặn

Bộ trượt có thiết kế tiêu chuẩn để đặt các dẫn hướng Danieli MORGARDSHAMMAR

Hình RestBar giá cán

Hình 16

Hình Container

Đai ốc kẹp thủy lực

Hình 18

3.6-Khớp nối động cơ

Momen xoắn động cơ được truyền đến bộ giảm tốc qua một khớp nối kiểu bánh răng.Để bảo vệ các bộ phận truyền động, khớp nối được trang bị một thiết bị hạn chế

momen xoắn bằng các chốt cắt (chốt an

toàn)

Trong trường hợp quá tải, các chốt cắt sẽ gãy Các chốt này có thể thay thế dễ dàng

3.7- Hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc dùng để phân phối mômen xoắn và truyền chuyển động quay cho trục cán thông qua các trục truyền

Hộp giảm tốc bao gồm thân hộp, nắp hộp, bánh răng cùng với gối và ổ trục Thân và nắp được chế tạo bằng gang bền GC45-5, GC32-52; bánh răng được chế tạo từ thép hợp kim 40CrNi và răng được tôi bề mặt; ổ đỡ thường dùng ổ bi côn Hộp giảm tốc trong máy cán thường dùng các loại 1, 2 hoặc 3 cấp

3.8- Trục truyền (Cardan)

Trục truyền cardan được dùng nhiều trong các máy cán tấm nóng, nguội và cán hình cỡ lớn Nhờ có khớp nối vạn năng cầu mà có thể truyền mômen xoắn từ hộp phân lực tới các trục cán với góc nghiêng α Góc nghiêng này được nâng lên hay hạ xuống từ 0º đến 10º

3.8- Trục truyền (tiếp)

Momen cán được truyền bằng các khớp vạn năng kiểu ống lồng (telescopic type) nối với các trục cán và với trục bánh răng bằng các hộp khớp nối

3.9- Bệ đỡ khớp nối

Các hộp khớp nối truyền momen xoắn từ bánh răng đến các trục truyền qua bộ phận hình côn (tapered shrinking) và từ các trục truyền đến các trục cán qua cổ phẳng (flat necks) Các flat necks được canh thẳng tự động.

L – GIÁ ĐỠ KHỚP NỐI

Các khớp nối trục truyền được đỡ trong một giá tự định tâm qua các ổ bi

Giá đỡ khớp nối tự động che toàn bộ khoảng cách tâm cho các giá cán

Giá đỡ khớp nối di chuyển với giá cán và

được tháo ra bằng đòn bẩy khi thay đổi giá cán

Hình giá đỡ khớp nối

GIÁ ĐỠ KHỚP NỐI CHO CÁC GIÁ CÁN

NẰM

Hình 22

Bài 5: Trục cán (Tiếp)

Trục cán nguội thép tấm thường chế tạo từ

các loại thép 90CrSi, 90Cr2, 90Cr2MoV,

65CrNiMo, 90Cr2W, 45CrMoNi và gang biến trắng

Độ cứng bề mặt trục cán từ (52 ÷ 64)HRC, bên trong phải có độ bền uốn tốt và chịu được va đập mạnh Trục cán khi cán nóng không bị

giãn nở vì nhiệt, trục cán nguội phải có tính

đàn hồi dẻo tốt, bề mặt trục bóng đẹp v.v

Bài 5: Trục cán (Tiếp)

Các loại trục cán thường dùng là: trục cán thép hình, trục cán thép tấm, trục cán thép ống; ngoài ra còn có các loại trục cán chuyên dùng

như trục cán ren, trục cán bi, trục cán phôi rèn, trục cán bánh xe lửa v.v

Trục cán tấm dùng để cán nóng thép tấm dày,

dày vừa, mỏng; cán nguội thép tấm cực mỏng và cán giấy kim loại

Hình trục cán tinh thép thanh

Hình ảnh trục cán hình

Bài 5: Trục cán (Tiếp)

Trục cán hình với bề mặt bị khoét rãnh dùng để cán các loại thép hình tròn, vuông, thép góc, thép chữ I, chữ U, chữ H, thép ray xe lửa, thép định hình v.v

Hình 25: Trục cán thép hình

Bài 5: Trục cán (Tiếp)

Trục cán ống cũng có nhiệm vụ như trục cán hình Ngoài cán thép ra trục cán còn tham gia cán hình, cán tấm và cán ống kim loại màu như đồng, nhôm, kẽm, niken

Cấu tạo hình học và các kích

thước cơ bản của trục cán

Lấy kích thước đường kính trục cán D làm

chuẩn, các kích thước khác có quan hệ với

D như sau:

1 Chiều dài bề mặt làm việc của trục cán L

được tính theo tỷ lệ sau:

- Đối với giá cán 2 và 3 trục:

L/D = (2,2 ÷ 2,7) cho máy cán phá

L/D = (1,6 ÷ 2,5) cho máy cán hình, cán ống

L/D = (2,2 ÷ 2,8) cho máy cán tấm

Cấu tạo hình học và các kích

thước cơ bản của trục cán (Tiếp)

- Đối với giá cán 4 trục và nhiều trục:

L/D = (3 ÷ 5) cho trục làm việc

L/D = (1,5 ÷ 2,5) cho trục tựa

- Đối với các máy cán tấm mỏng, băng thép

mỏng và giấy kim loại D có thể lấy theo kinh nghiệm sau:

D = 2.000.hmin

hmin là chiều dày nhỏ nhất của sản phẩm (mm)

b Cấu tạo hình học và các kích

thước cơ bản của trục cán (Tiếp)

2.Đường kính cổ trục d được tính như sau:

d = (0,55 ÷ 0,65)D (mm) cho trục cán hình

d = (0,70 ÷ 0,75)D (mm) cho trục cán tấm

Chú ý: Đối với các ổ lăn dùng vòng bi thì d phải

lấy bằng đường kính trong của vòng bi đã

chọn có dung sai lắp ghép dương để lắp chặt với vòng bi.

Hình trục cán tấm

Hình 26: Trục làmviệc và trục tựa trong máy

cán tấm 4 trục

Hình trục cán tấm

Hình 27: Các kích thước của trục cán tấm

c Khả năng chịu lực của trục cán

)

;

( 2

3 4

.

b a

3 1

c Khả năng chịu lực của trục cán

(Tiếp)

Trong đó: [σu ] là giới hạn bền uốn của vật liệu làm trục cán

[σu ] = 70 N/mm2 đối với trục làm bằng gang;

[σu ] = 120 N/mm2 đối với trục làm bằng thép;

Các kích thước và đại lượng còn lại xem hình 27

Hình bố trí lỗ hình trên trục cán

Hình 28: Bố trí trục cán hình φ170 trên máy cán 3

trục thủ công

bền theo điều kiện uốn:

Hình 29: Lực tác dụng lên trục cán và biểu đồ mômen

uốn khi cán thép tấm

u u

D

b a

0

) 2 (

Trong đó:

M u : Là mômen uốn do trục cán gây ra

W u : Là mômen chống uốn của trục

σ u : Độ bền uốn; [σ u ]: Giới hạn bền uốn của vật liệu

d.Nghiệm bền trục cán (Tiếp)

- Tại cổ trục và đầu trục nối:

Khi cán trục cán bị võng với độ võng f so với đường tâm trục ban đầu Nếu cán với lực cán quá mức cho phép, nghĩa là trục cán bị quá tải và độ võng f lớn hơn độ võng cho phép [f] thì trục cán dễ bị gãy.

Độ võng của trục cán được tính theo công thức:

F = f1 + f2 ≤ [f] (mm)

Trong đó: [f] = (0,05 ÷ 0,3) mm khi cán nguội

[f] = (0,3 ÷ 1,0) mm khi cán nóng

d.Nghiệm bền trục cán (Tiếp)

)(

)1(

364

3

24

38

1 1

J J

c b

ab

a EJ

) 1 (

2

2 2

d

D c

4 2

4

d.Nghiệm bền trục cán (Tiếp)

Sau khi tính các kết quả của f1 và f2 rồi tính f nếu thỏa mãn điều kiện trên thì trục làm việc tốt Ngoài ra có thể tính trước được độ

võng trục trong cán tấm và cán nguội, chủ

động thiết kế tạo ra biên dạng trục có hình lồi hoặc lõm để triệt tiêu độ võng trục cán làm cho

sản phẩm tấm có kích thước chính xác