|
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ............................................... |
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập-Tự do-Hạnh phúc ---o0o--- |
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ngành học: Cơ học vật liệu & Cán kim loại.
- Đầu đề thiết kế tốt nghiệp:
Thiết kế xưởng cán thép liên tục cỡ nhỏ năng suất 50 - 60 vạn tấn/năm, tính công nghệ cán thép vằn D12
Chuyên đề: Nâng cao chất lượng thép vằn bằng phương pháp tôi
- Các số liệu ban đầu:
Phôi CT3 – CT5, kích thước 120 x 120 x 6000 (mm).
- Nội dung thuyết minh và tính toán
- Giới thiệu về công nghệ cán hiện tại;
- Lựa chọn công nghệ và thiết bị, bố trí mặt bằng;
- Tính toán thông số hình học, công nghệ và năng lượng cán thép D12;
- Nghiệm bền thiết bị: Trục cán và thân không khung giá;
- Tính chỉ tiêu kinh tế, tổ chức sản xuất, an toàn lao động và bảo vệ môi trường;
- Chuyên đề: Nâng cao chất lượng thép vằn bằng phương pháp tôi
- Các bản vẽ (A0)
- Bản vẽ mặt bằng bố trí thiết bị xưởng;
- Bản vẽ giá cán đứng;
- Bản vẽ hệ thống lỗ hình cán thép D12;
- Biểu đồ chu kỳ cán;
- Các thông số hình học, công nghệ và năng lượng;
- Bản vẽ chi tiết trục cán;
- Bản vẽ chuyên đề;
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.. 2
DANH MỤC CÁC BẢNG THÔNG SỐ TRONG ĐỒ ÁN.. 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CÁN THÉP HÌNH.. 4
1.1. Tình hình ngành thép trong những năm gần đây. 4
1.1.1. Tình hình trong nước. 4
1.1.2. Dự báo về tình hình ngành thép Việt Nam.. 4
1.2. Phân tích, lựa chọn công nghệ cán. 6
1.2.1. Lựa chọn quy trình công nghệ cán thép dây và thép vằn từ phôi 120 x 120 x 6000 mm 6
1.2.2.Phân tích, lựa chọn quy trình công nghệ và thiết bị cán thép. 7
1.3. Bố trí mặt bằng xưởng cán. 17
1.4. Kết luận. 18
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CÁN THÉP VẰN D12. 19
2.1. Phân tích, lựa chọn hệ thống lỗ hình. 19
2.2. Tính toán công nghệ cán. 22
2.2.1. Tính số lần cán. 22
2.2.2. Phân bố hệ số giãn dài và nhiệt độ qua các giá cán. 23
2.2.3. Sơ đồ cán. 24
2.3. Tính các thông số hình học. 25
2.3.1. Tính các thông số của hệ thống lỗ hình của sản phẩm D12. 25
2.3.2. Kiểm tra lượng giãn rộng. 41
2.4. Tính các thông số công nghệ. 45
2.4.1. Tính hằng số cán, tốc độ cán và thời gian. 45
2.4.2. Tính năng suất cán và chu kỳ cán. 49
2.5. Tính các thông số năng lượng. 50
2.5.1. Tính lực cán. 50
2.5.2. Tính momen cán. 53
2.5.3. Tính công suất động cơ. 54
2.6. Kết luận. 56
CHƯƠNG 3: NGHIỆM BỀN MỘT SỐ CHI TIẾT CƠ BẢN.. 57
3.1. Nghiệm bền trục cán. 57
3.1.1. Xác định vật liệu và kích thước trục cán. 57
3.1.2. Nghiệm bền trục. 58
3.2. Nghiệm bền thân giá cán. 62
3.2.1. Chọn và nghiệm bền trục vít – đai ốc. 63
3.2.2. Chọn và nghiệm bền ổ đỡ. 66
3.3. Kết luận. 67
CHƯƠNG 4: HẠCH TOÁN KINH TẾ, AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 68
4.1. Hạch toán kinh tế. 68
4.1.1. Chi phí đầu tư, hiệu quả tổ chức - kinh tế. 68
4.2. Cơ cấu tổ chức sản xuất73
4.3. An toàn lao động và bảo vệ môi trường. 74
4.3.1. An toàn lao động. 74
4.3.2. Bảo vệ môi trường. 75
4.4. Kết luận. 77
5. CHUYÊN ĐỀ: NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG THÉP VẰN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TÔI78
5.1. Cơ sở nhiệt luyện khi tôi78
5.1.1. Khái niệm tôi thép. 78
5.1.2. Chuyển biến austenite khi làm nguội nhanh – chuyển biến mactenxit (khi tôi) 79
5.1.3. Chuyển biến khi nung thép đã tôi (khi ram). 80
5.2. Hệ thống làm nguội nhanh thép thanh QTB.. 81
5.2.1. Mục đích sử dụng hệ thống làm nguội nhanh. 81
5.2.2. Các giai đoạn trong quá trình làm nguội nhanh thanh thép. 82
5.2.3. Cơ chế cơ bản của quá trình tôi bề mặt84
5.2.4. Tôi trong các hộp nước. 85
5.2.5. Cấu tạo hộp tôi nước. 86
5.2.6. Tính toán thông số lưu lượng và nhiệt độ. 90
5.2.7. Các yêu cầu của chất lượng khí và nước. 91
5.3. Cài đặt vận hành, bảo dưỡng hệ thống QTB.. 93
5.3.1. Cài đặt vận hành. 93
5.3.2. Bảo dưỡng hệ thống QTB.. 94
5.4. Tính chất của sản phẩm sau khi đi qua hệ thống làm nguội nhanh (QTB). 94
5.5. Kết luận. 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 96
LỜI MỞ ĐẦU
Trong các phương pháp gia công kim loại bằng áp lực, phương pháp cán có nhiều ưu điểm mà các phương pháp khác khó có được như có năng suất cao, cơ tính sản phẩm tốt, độ bóng và độ chính xác cao... Ngày nay khoa học kỹ phát triển rất mạnh, việc nghiên cứu cải tiến công nghệ luôn luôn là yêu cầu cấp thiết đặt ra với các kỹ sư. Ta có thể kể đến một số tiến bộ trong những năm gần đây như: cải tiến dây chuyền cán bán liên tục thành dây chuyền cán liên tục; mẫu lò đốt than hoặc dùng dầu để nung phôi được thay bằng lò nung bằng khí CO được cung cấp từ lò cao; hay là cải tiến nâng cao công suất của các thiết bị cán. Những thay đổi đó đã làm tăng đáng kể năng suất, tiết kiệm nguyên nhiên liệu và năng lượng.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế và sau quá trình học tập và rèn luyện, đến nay em đã được nhận đồ án với tên đề tài: “Thiết kế xưởng cán thép liên tục cỡ nhỏ năng suất 50 ÷ 60 vạn tấn/năm, tính công nghệ cán thép D12. Chuyên đề:Nâng cao chất lượng thép vằn bằng phương pháp tôi”
Nội dung của đồ án được trình bày trong 4 chương và 1 chuyên đề
Chương 1: Tổng quan về công nghệ và thiết bị cán thép hình;
Chương 2: Tính toán công nghệ cán thép vằn D12;
Chương 3: Nghiệm bền một số chi tiết cơ bản;
Chương 4: Tính toán hiệu quả kinh tế;
Chuyên đề: Nâng cao chất lượng thép vằn bằng phương pháp tôi.
Trong quá trình làm đồ án em luôn nhận được sự hướng dẫn tận tình của Thầy PGS.TS Trần Văn Dũng cùng với các thầy cô trong Bộ môn CHVL & Cán kim loại, em đã hoàn thành các nhiệm vụ được giao trong đồ án. Nhưng do hạn chế về kinh nghiệm thực tế cũng như những thiếu sót trong quá trình học tập nên đồ án khó tránh khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được góp ý từ các Thầy cô.
DANH MỤC CÁC BẢNG THÔNG SỐ TRONG ĐỒ ÁN
Bảng 1.1. Số liệu ngành thép năm 2016. 6
Bảng 1.2. Dự báo tình hình sản xuất thép trong năm 2017. 7
Bảng 1.3. Dự báo tình hình sản xuất ngành thép trong những năm tới7
Bảng 1.4. Bảng thông số thiết bị động cơ và trục cán. 10
Bảng 1.5. Thông số kỹ thuật trục cán. 12
Bảng 2.1. Bảng phân bố hệ số giãn dài và nhiệt độ cán sản phẩm D12. 26
Bảng 2.2. Lượng ép và lượng giãn rộng qua các lỗ hình sản phẩm D12. 47
Bảng 2.3. Các thông số về tốc độ cán và hằng số cán thép vằn D12. 50
Bảng 2.4. Các thông số về tốc độ cán và thời gian cán thép vằn D12. 51
Bảng 2.5. Áp lực trung bình. 54
Bảng 2.6. Áp lực toàn phần. 55
Bảng 2.7. Bảng các thông số năng lượng cán. 58
Bảng 3.1. Các thông số cơ bản ứng với mỗi loại trục khác nhau. 60
Bảng 4.1. Bảng tỷ lệ chi phí xây dựng đầu tư cơ bản. 71
Bảng 4.2. Bảng tỷ lệ chi phí sản xuất ban đầu. 71
Bảng 4.3. Bảng chỉ tiêu tiêu hao vật tư trên một tấn sản phẩm.. 73
Bảng 5.1. Thành phần hóa học và cơ tính của thép CT3. 84
Bảng 5.2. Các chi tiết của hộp nước. 88
Bảng 5.3. Quan hệ giữa miếng nêm và khe hở của bộ đầu phun nước, khe hở của bộ thổi gạt nước/ bộ sấy khô. 91
Bảng 5.4. Các thông số cơ bản của hộp tôi (Nguồn: Số liệu của nhà máy Hòa Phát Hải Dương) 91
Bảng 5.5. Các thông số lưu lượng của bộ đầu phun nước (cooler) và bộ thổi gạt nước( stripper) trong hộp QTB với sản phẩm D10 ÷ 12 [7]. 93
Bảng 5.6. Yêu cầu của nước và khí cho chu trình QTB.. 94
Bảng 5.7. Tính chất cơ học của thép CT3. 97
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CÁN THÉP HÌNH
1.1. Tình hình ngành thép trong những năm gần đây
1.1.1. Tình hình trong nước
Trong năm 2016, theo báo cáo tổng kết của VSA về tình hình ngành thép Việt Nam, tổng sản phẩm thép mà các doanh nghiệp thành viên của VSA sản xuất đạt 17,5 triệu tấn, tăng 16,8% so với năm 2015. Trong đó, tiêu thụ đạt 15,3 triệu tấn, tăng 23,7% so với năm 2015 [12]. Điểm nổi bật trong năm 2016 là tốc độ tăng trưởng thép xây dựng, mặt hàng chiếm tỷ trọng lớn, đạt mức cao hơn so với các năm trước, đạt hươn 8,5 triệu tấn, tăng 18,3% về sản xuất và đạt 8,4 triệu tấn, tăng 20,6% về bán hàng.
Bảng 1.1. Số liệu ngành thép năm 2016
|
Năm 2016 |
Sản lượng |
So với năm 2015 |
|
Sắt thép thô |
5154,4 nghìn tấn |
Tăng 20,5 % |
|
Thép cán |
5351,5 nghìn tấn |
Tăng 26,8 % |
|
Thép thanh, thép góc |
4702,9 nghìn tấn |
Tăng 9,9 % |
|
Sản lượng phôi thép |
7,7 triêụ tấn |
Tăng 13 % |
|
Sản lượng thép xây dựng |
8,5 triêụ tấn |
Tăng 17 % |
|
Sản lượng thép thành phẩm |
17,5 triêụ tấn |
Tăng 15 % |
Từ bảng số liệu ta có thể thấy được về khả quan tăng trưởng của ngành thép Việt Nam, từ đó có thể đưa ra đánh giá chung cũng như định hướng chung cho ngành thép trong những năm tới.
1.1.2. Dự báo về tình hình ngành thép Việt Nam
Mặc dù tình hình ngành thép trên thế giới có nhiều biến động, tuy nhiên tình hình đó chỉ tác động một phần tới thị trường Việt Nam. Với những chính sách can thiệp của chính phủ vào ngành thép đã tạo điều kiện thuận lợi cho ngành phát triển, cùng với đó là thị trường bất động sản trong nước và khu vực đang ấm dần lên ta có thể dự báo được tình hình cơ bản của ngành thép trong năm nay. Năm 2017, VSA dự báo ngành công nghiệp thép Việt Nam sẽ tiếp tục tăng trưởng. Tuy nhiên, mức độ tăng trưởng sẽ không cao như năm 2016. Dự báo toàn ngành năm 2017 sẽ tăng trưởng khoảng 10 – 12% so với năm 2016 [12].
Bảng 1.2. Dự báo tình hình sản xuất thép trong năm 2017
|
Năm 2017 |
Sản lượng |
So với năm 2016 |
|
Sắt thép thô |
5590,9 nghìn tấn |
Tăng 16,6 % |
|
Sản lượng thép cán |
5840,3 nghìn tấn |
Tăng 18 % |
|
Sản lượng phôi thép |
11,5 triêụ tấn |
Tăng 33,04 % |
|
Sản lượng thép xây dựng |
9,4 triêụ tấn |
Tăng 11 % |
|
Sản lượng thép thành phẩm |
19,6 triêụ tấn |
Tăng 12 % |
Trong những năm tới, nước ta vẫn trong giai đoạn công nghiệp hóa theo chiến lược dài hạn đến năm 2020 của Chính phủ do vậy tốc độ tăng trưởng dự báo vẫn đạt trung bình 12 %/năm và đạt khoảng 23 triệu tấn. Trong giai đoạn 2020 – 2025, tốc độ tăng trưởng có thể chậm lại do tình hình xã hội đã dần tương đối ổn định sản lượng tiêu thụ có thể giữ mức cân đối. Tuy nhiên, sản lượng thép thành phẩm có thể tăng do có nhiều nhà máy cán thép mới đi vào vào hoạt động. Do vậy sản lượng thép thành phẩm có thể dự kiến đạt 49 triệu tấn. (Bảng 1.3).
Bảng 1.3. Dự báo tình hình sản xuất ngành thép trong những năm tới
|
Sản phẩm |
Giai đoạn 2018 – 2020 |
Giai đoạn 2020 – 2025 |
|
Gang |
17 triêụ tấn/năm |
28 triêụ tấn/năm |
|
Thép phôi |
20 triêụ tấn/năm |
40 triêụ tấn/năm |
|
Thép thành phẩm |
23 triêụ tấn/năm |
49 triêụ tấn/năm |
Để đạt được mục tiêu trên, các doanh nghiệp ngành thép cần tiếp tục nỗ lực đổi mới công nghệ, tiết kiệm chi phí nhằm nâng cao hơn nữa khả năng cạnh tranh để có thể vượt qua giai đoạn khó khăn hiện nay. Các doanh nghiệp cần theo dõi sát diễn biến thị trường, lập kế hoạch linh hoạt từng tháng, quý; tập trung quản lý đầu ra sản phẩm thông qua việc xây dựng hệ thống phân phối, tăng cường quảng bá thương hiệu.
1.2. Phân tích, lựa chọn công nghệ cán
1.2.1. Lựa chọn quy trình công nghệ cán thép dây và thép vằn từ phôi 120 x 120 x 6000 mm
Hình 1.1. Sơ đồ quy trình công nghệ cán thép dây và thép vằn từ phôi 120x120 x6000 mm.
1.2.2.Phân tích, lựa chọn quy trình công nghệ và thiết bị cán thép
Phôi có mác thép CT3, kích thước 120 x 120 x 6000 mm. Tiến hành kiểm tra phôi trước khi đưa vào lò nung (thành phần hóa học, kích thước phôi, chất lượng phôi). Phôi đạt sẽ được đưa vào lò nung qua hệ thống con lăn đẩy phôi. Lò nung phôi là lò nung đáy bước đốt bằng khí than do lò sinh khí cung cấp (hình 1.2). Buồng lò có 3 vùng : vùng sấy (700 – 900 °C), vùng nung (1100 - 1200°C), vùng đồng nhiệt (1300°C). Tường lò gồm 3 lớp: 2 lớp chịu nóng dày 240 mm, lớp cách nhiệt dày 120 mm. Trên tường lò bố trí 16 mỏ đốt, cấp nhiên liệu cho quá trình nung phôi. Đáy lò gồm 2 thành phần: đáy cố định và đáy di động. Lò nung đáy di động di chuyển phôi trong lò bằng các đáy di động của nó. Hệthốngđáydịchchuyển theo các bước nhờhệthốngthuỷ lực.Lò có công suất thiết kế lớn nhất 70 tấn/h, nhiệt độ nạp phôi 20 - 40°C, nhiệt độ ra phôi: 1180 - 1200°C.
Hình 1.2. Lò nung đáy bước
Phôi nung đạt nhiệt độ được đưa vào máy cán bằng đường con lăn rồi được biến dạng qua 3 cụm máy cán bố trí đứng – nằm liên tục.
o Cụm giá cán thô gồm 3 giá đứng và 3 giá nằm;
o Cụm giá cán trung – tinh gồm 4 giá đứng và 4 giá nằm;
o Cụm giá cán block.
Trên toàn bộ dây chuyền sản xuất gồm 14 giá cán và cụm giá cán block được bố trí đứng nằm xen kẽ, được chia làm 2 loại:
o Giá cán đứng (hình 1.3);
o Giá cán nằm (hình 1.4);
Thông số kỹ thuật của trục cán và đông cơ truỳn động được trình bày ở bảng 1.4
Bảng 1.4. Bảng thông số thiết bị động cơ và trục cán
|
Cụm giá cán |
Giá cán |
Loại động cơ (kW) |
Vận tốc quay của động cơ n (v/p) |
Đường kính trục (mm) |
Chiều dài thân trục (mm) |
Đường kính cổ trục (mm) |
|
Thô |
K1 |
AC; 480 |
500 |
460 |
800 |
276 |
|
K2 |
||||||
|
K3 |
||||||
|
K4 |
||||||
|
K5 |
||||||
|
K6 |
||||||
|
Trung |
K7 |
DC; 600 |
800 |
380 |
500 |
228 |
|
K8 |
||||||
|
K9 |
||||||
|
K10 |
||||||
|
Tinh |
K11 |
DC; 800 |
600 |
340 |
500 |
204 |
|
K12 |
||||||
|
K13 |
||||||
|
K14 |
Hình 1.3. Giá cán trục nằm
1 – Trục cán, 2 – Khớp nối động cơ, 3 – Hộp số, bánh răng, 4 – Trục Các – đăng, 5 – Hộp khớp nối (bên giá cán), 6 – Hộp khớp nối (bên hộp số), 7 – Giá đỡ khớp nối, 8 – Bệ máy .
Hình 1.4. Giá cán trục đứng
1 – Khớp nối động cơ, 2 – Hộp số,trục bánh răng, 3 – Trục Các - đăng, 4 – Hộp khớp nối, 5 – Giá đỡ khớp nối, 6 – Bệ máy, 7 – Thiết bị tháo giá cán .
Cụm block (hình 1.5) gồm10giácánđặtnghiêng45o sovớimặtbằngxưởngcánvà các giácánvuônggóctươngứngvớinhau. Với sản phẩm D12 ta chỉ sử dụng 4
giá trong quá trình cán. Có9lỗđể quansát; cóhệthốngnướclàm nguội tuần
hoàn và vận tốc lớn. Ngoài ra trong hộp block còn được bố trí thiết bị dây an
toàn có kết nốt với cảm biến truyền tín hiệu tới photocell. Các trục cán được dẫn động chung 1 động cơ và được nối dẫn động nhờ các bánh răng côn dạng xoắn có tỉ số truyền khác nhau. Cụm block sử dụng điện áp xoay chiều AC, U = 6000 (V), 50 (Hz) và được bôi trơn bằng dầu.
Hình 1.5. Cấu tạo của block
1 – Mô - đun giá cán, 2 – Lõi con lăn, 3 – Bệ block, 4 – Tấm bảo vệ , 5 – Khớp nối động cơ, 6 – Bộ tăng tốc / Bộ phân phối bánh răng, 7 – Động cơ truyền động, 8 – máy cắt .
Thông số kỹ thuật trục cán
Bảng 1.5. Thông số kỹ thuật trục cán
|
Thông số |
Kích thước |
|
Đường kính trục tối đa, mm |
212 |
|
Đường kính trục tối thiểu, mm |
191 |
|
Độ rộng trục, mm |
72 hoặc 60 |
|
Số lượng rãnh, No |
1, 2 hoặc 4 |
|
Tải trọng cán, kN |
350 |
|
Lực cán định danh, N.m |
5000 |
|
Vật liệu |
Cacbua – wonfam |
Phôi sau khi đi qua các cụm giá cán đều được cắt phôi trên các máy cắt. Trên dây chuyền công nghệ bố trí 3 máy cắt:
o Máy cắt trục khuỷu;
o Máy cắt quay;
o Máy cắt nguội.
Máy cắt trục khuỷu (hình 1.6), có chứcnăng:cắt đầu, đuôi vật cán sau giá K6. Khi có sự cố thì thì tự động cắt vật cán thành từng đoạn 600 – 800 (mm). Máy cắt trục khuỷu được truyền động bởi động cơ: 68 KW, 165 rpm, 400V, 198A. Độ rộng của dao: 200 (mm). Bộ phận thu gom đầu, đuôi vật cán là 1 thùng được đặt ở phía dưới và được vận chuyển bằng cầu trục.
Hình 1.6. Máy cắt trục khuỷu
1 – Khớp nối động cơ; 2 – Bảo vệ khớp nối; 3 – Máy cắt; 4 – Thiết bị vào; 5 – Thiết bị ra; 6 – Lưỡi dao; 7 – Bảo vệ máy cắt; 8 – Bệ động cơ.
Máy cắt bay (hình 1.7) có chức năng:cắtđầu,cắt đuôivậtcáncó kíchthướcΦ16,9x400mm sau cụm giá cán tinh. Ngoài ra, máycòncónhiệm vụcắtkhẩncấpkhigặpsựcố trongblock thìtựđộngcắt vậtcánthànhtừngđoạn600- 800mm ngănkhôngchothépvàoblock. Máycắtgồm4lưỡidao,đượclắptrênhaitrụcquay,hailưỡidaođượclắp trênmộttrụcvàcáclưỡilắptươngứngvớinhau. Độngcơcủamáycắt,5 KW,660/380V;31/54A; cosj=0.78;730rpm.
Hình 1.7. Máy cắt bay
1 – Khớp nối động cơ; 2 – Bảo vệ khớp nối; 3 – Máy cắt; 4 – Thiết bị vào; 5 – Thiết bị ra; 6 – Lưỡi dao; 7 – Bảo vệ máy cắt; 8 – Bệ động cơ.
Máy cắt nguội (hình 1.8), đặt ở cuối dây chuyền để cắt sản phẩm thép thành phẩm. Hệ thống dẫn động là động cơ điện, 67 kW, 150/1000/1500 vòng/phút, 380V, 50Hz. Lực cắt lớn nhất 25000 tấn. Số lượng dao: 2 – 4.
Hình 1.8. Máy cắt nguội
1 – Máy cắt nguội, 2 – Hệ thống tháo đuôi thép, 3 – Bàn đặt lưỡi dao , 4 – Con lăn
Để đảm bảo quá trình quá trình cán luôn ổn định, tránh sự cố kéo căng dẫn đến đứt phôi thì trên dây chuyền còn bố trí các bàn tạo chùng (hình 1.9), nằm giữa các giá cán từ giá K9 đến giá K14. Thông số kỹ thuật: độ dài: 2250 (mm), bước con lăn ép xuống: 1700 (mm), độ võng lớn nhất: 750 (mm), độ rộng kênh: 110 (mm), khoảng cách làm việc: 300 (mm) và được bôi trơn bằng mỡ.
|
Hình 1.9. Cấu tạo bàn tạo chùng 1 – Tạo trùng; 2 – Con lăn; 3 – Con lăn ép xuống; 4 – photocell.
|
|
Hệ thống QTB (hình 1.10) được bố trí sau cụm giá block, trước khi ra sàn nguội. Hệ thống QTB có chức năng làm nguội cưỡng bức và tôi bề mặt theo yêu cầu để đạt cơ tính nhất định tùy theo tiêu chuẩn về tổ chức cơ tính thép của mỗi nước khác nhau.
Hình 1.9. Hệ thống làm mát – QTB
1- hộp nước; 2- cooler; 3- stripper; 4- dryer.
Trên dây chuyền còn được bố trí máy đẩy tiếp (hình 1.10). Các vị trí đặt máy đẩy tiếp là trước K1, sau hộp tôi của mỗi loại thép và trước máy cắt phân đoạn. Trừ máy đẩy tiếp trước K1 thì các máy đẩy còn lại đều sử dụng vành đẩy lắp trên bánh để dễ dàng quay khi thay đổi sản phẩm hoặc mòn vành. Động cơ truyền lực tới trục các đăng và tới bánh đẩy thông qua hộp số. Thông số kĩ thuật chính: số bánh đẩy: 2, khoảng cách tâm bánh đẩy: 280 – 400 mm, đường kính bánh đẩy: 320 mm, độ dày bánh đẩy: 50 mm, động cơ: AC 380 V, tốc độ tối đa 35 m/s, công suất 75 kW.
Cấu tạo máy đẩy tiếp (hình 1.10)
Hình 1.10. Cấu tạo máy đẩy tiếp
1 – bộ phận điều chỉnh; 2 – bệ đỡ; 3 – dẫn hướng ra vào; 4 – vành đẩy; 5 – động cơ.
Dây chuyền được bố trí thiết bị phanh đuôi (hình 1.11) trước sàn nguội, có nhiệm vụ 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. Phanh đuôi gồm 2 cặp bánh hãm hoạt động độc lập theo chu kỳ. được dẫn động bằng 2 động cơ một chiều nhả ép thanh thép nhờ hệ thống xi lanh khí nén.
Hình 1.11. Phanh đuôi
1 – Động cơ truyền động; 2 – Khớp nối động cơ; 3 – Trục bánh răng; 4 – Bộ phanh thép thanh; 5 – Hộp dẫn hướng vào ra; 6 – Bệ phanh thép thanh; 7 – Bệ động cơ.
Kênh đôi (hình 1.12) được bố trí sau phanh đuôi, có nhiệm vụ 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. Kênh đôi có chiều dài bằng chiều dài sàn nguội thép thanh.
Hình 1.12. Cấu tạo kênh đôi
1- Kết cấu đỡ; 2 – Kênh đôi; 3 – Hộp số; 4 – Khớp nối động cơ; 5 – Động cơ truyền động.
Sàn nguội (hình 1.13) được bố trí ở gần cuối quy trình công nghệ. Nó có nhiệm vụ vận chuyển và làm nguội thép thanh tự nhiên bởi không khí. Chiều dài tổng sàn nguội thép thanh: 90 m, nhiệt độ: 200 - 800ºC, động cơ : AC – 380V, 140 kW.
Hình 1.13. Sàn nguội thép thanh
1 – Khớp nối động cơ; 2 – Cụm răng cưa đầu sàn nguội; 3 – Thanh răng cố định và thanh răng di chuyển; 4 – Hộp giảm tốc và bộ truyền động; 5 – Con lăn căn chỉnh; 6 – Bàn đi vào sàn nguội; 7 – Bàn đi ra sàn nguội.
Máy đóng bó (Hình 1.14) được đặt cuối cùng của dây chuyền công nghệ. Cơ chế hoạt động: được đóng bó tự động nhờ hệ thống palet được đồng bộ với hệ thống con lăn dẫn độn ra vào. Khi bó thép di chuyển tới vị trí đóng bó thì máy sẽ ép cuộn thép nhờ hai xylanh thủy lực kẹp chặt và tiến hành buộc, các hệ thống xoắn thép, cắt, ra vào hoặc lên xuống tiến hành độc lập cùng lúc. Quá trình này diễn ra một cách tự động và có thể thao tác thủ công nhưng lâu hơn.
Hình 1.14. Đóng bó thép thanh
1.3. Bố trí mặt bằng xưởng cán
Sau khi lựa chọn các thiết bị chính, phụ được bố trí trên dây chuyền công nghệ, căn cứ vào các bước và hướng vận chuyển kim loại hay đường vận chuyển kim loại sao cho ngắn nhất.
Ở thiết bị chính: các giá cán được bố trí trên một hàng dọc với khoảng cách nhất định giúp cho vật cán được biến dạng đồng thời 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 được đặt về một phía (đối với giá nằm) và bên trên (đối với giá đứng) của đường công nghệ nhằm đảm bảo sự ổn định và an toàn trong khi vận hành quá trình cán, đồng thời tạo nhiều không gian khi tiến hành sửa chữa, thay thế giá cán , 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 được ổn định, thì khoảng cách giữa các giá cán ta có thể bố trí như sau:
- Nhóm giá cán thô: khoảng cách giữa các giá cán : 2300 mm
- Khoảng cách giưa nhóm giá cán thô và trung : 6100 mm
- Khoảng cách giữa các giá cán ở nhóm giá cán trung và tinh: 4100 - 4300 mm
- Khoảng cách giữa nhóm giá cán tinh và cụm block: 8000 mm
- Ở nhóm block, khoảng cách giữa các giá cán : 740 mm
Trong nhà máy cán, ngoài thiết bị chính thì thiết bị phụ chiếm đến 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 được tính toán tối ưu để thuận tiện cho quá trình cán, giúp tiết kiệm diện tích nhà xưởng và đảm bảo an toàn.
Lò nung được bố trí ở đầu đường công nghệ nhưng lò nung là thiết bị sinh ra nhiều khói bụi, bức xạ có hại… nên ống khói cần được lắp đặt phụ thuộc theo hướng gió và phải xa khu dân cư. Hệ thống nước thải được bố trí ở dưới đường công nghệ, do nước thải chứa nhiều vẩy, gỉ sắt từ phôi nên bể chứa nước cần xây dựng nhiều ngăn để gỉ sắt có thể lắng, gạn hợp lý. Các khu chứa khí nén, khu nước tuần hoàn được bố trí phía ngoài nhà máy , bên cạnh đường công nghệ để đảm bảo cung cấp cho các thiết bị hoạt động. Từ các phân tích trên, ta có bản vẽ mặt bằng tổng thể xưởng cán thép (ở phần bản vẽ cuối đồ án).
1.4. Kết luận
Trong chương 1 đã đưa ra tình hình sản xuất và tiêu thụ sản phẩm thép xây dựng tại Việt Nam năm 2016 và đặt vấn đề để xây dựng một nhà máy cán thép hiện đại năng suất 50- 60 vạn tấn / năm, chuyên sản xuất sản phẩm thép xây dựng. Từ đó có thể lựa chọn được công nghệ - thiết bị một cách phù hợp nhất.
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CÁN THÉP VẰN D122.1. Phân tích, lựa chọn hệ thống lỗ hìnhMột số hệ thống lỗ hình sử dụng trong cán thép tròn vằn o Hệ thống lỗ hình hộp chữ nhật - hộp vuông
ü Độ sâu rãnh nhỏ, có thể ép với hệ số biến dạng lớn ü Cho lượng ép lớn và đồng đều ü Tiêu hao ít năng lượng ü Thuận tiện cho việc cơ giới hóa và tự động hóa từ khâu đưa phôi từ lỗ hình này sang lỗ hình kia ü Trong một lỗ hình có thể cán được nhiều lần bằng cách thay đổi tâm trục cán.
ü Dễ tạo ra mặt lỗi nếu quá điền đầy ü Phôi thép có thể bị nghiêng, lệch trong lỗ hình nếu chiều rộng của phôi nhỏ hơn chiều rộng của lỗ hình quá nhiều ü Khó nhận được phôi vuông chính xác vì có độ nghiêng thành bên.
Hình 2.1. Hệ thống lỗ hình hộp chữ nhật – hộp vuông o Hệ thống lỗ hình oval – tròn
ü Không có các góc nhọn, phôi nguội đồng đều đảm bảo chất lượng bề mặt của sản phẩm cán ü Lượng ép phân phối đều nên hạn chế được ứng suất dư trong thép cán ü Ít bị mài mòn lỗ hình hơn so với các hệ thống lỗ hình khác
ü Phôi oval vào lỗ hình tròn khó ü Phôi dễ bị vặn trong quá trình cán ü Hệ số biến dạng không lớn, μ = 1,2 ÷ 1,4
Hình 2.2. Hệ thống lỗ hình oval – tròn o Hệ thống lỗ hình oval – vuông
ü Có hệ số giãn dài lớn (μov = 1,3 ÷ 2 ; μv = 1,2 ÷ 1,6), nên có thể giảm bớt số lần cán so với các hệ thống lỗ hình khác. ü Trong quá trình cán, phôi được lật ở nhiều góc độ nên cơ tính của sản phẩm được cau thiện. ü Phôi tiết diện vuông dễ đưa vào lỗ hình oval. ü Ít khoét sâu vào trục hơn so với hệ thống lỗ hình thoi – vuông. ü Khi cán phôi vuông thì các cạnh vuông chuyển ra phía ngoài oval dễ loại bỏ được khuyết tật bề mặt.
ü Phôi oval cán trong lỗ hình vuông khó ổn định. ü Để dẫn hướng phải kẹp chặt, khó đặt máng vòng để đưa phôi từ lỗ hình oval sang lỗ hình vuông. ü Có biến dạng không đồng đều, theo chiều rộng của lỗ hình nên làm giảm chất lượng sản phẩm. ü Hệ số giãn dài của lỗ hình oval và lỗ hình vuông chênh lệch nhau quá lớn, do đó có sự chênh lệch về phụ tải. ü Lỗ hình mòn không đồng đều nên khó áp dụng trong máy cán hình liên tục.
Hình 2.3. Hệ thống lỗ hình oval – vuông o Hệ thống lỗ hình thoi – vuông
ü Cho sản phẩm vuông chính xác, sắc cạnh. ü Phôi được ép từ mọi phía của lỗ hình, khử tốt vảy rèn nên cho sản phẩm có bề mặt tốt.
ü Có rãnh khoét sâu vào trục cán nên trục cán chịu tải lớn hơn so với hệ thống ít khoét hơn vào trục. ü Dễ hình thành bavia khi điền đầy gây ra tắc lỗ hình.
Hình 2.4. Hệ thống lỗ hình thoi – vuông Từ những ưu, nhược điểm của các hệ thống lỗ hình trên, cùng với việc tham khảo hệ thống lỗ hình của các nhà máy cán thép tại Việt Nam. Ta lựa chọ hệ thống lỗ hình hộp chữ nhật – hộp vuông cho lỗ hình K1, K2 và hệ thống lỗ hình oval – tròn cho lỗ hình K3 - Ksp |
2.2. Tính toán công nghệ cán
Thông số cơ bản của sản phẩm thép vằn D12
Đường kính danh nghĩa : d =12 mm
Tiết diện danh nghĩa sản phẩm: F = 113,1 mm2
Phôi liệu ban đầu: thép CT3, 120 x 120 x 6000 mm
2.2.1. Tính số lần cán
(2.1)
Trong đó: Fo – tiết diện phôi ban đầu ở trạng thái nóng;
Fn – tiết diện phôi của sản phẩm cuối cùng sau n lần cán;
μtb - Hệ số dãn dài trung bình trên các lần cán.
- Tính toán theo số liệu đề bài có:
F0 = (120. 1,013) . (120. 1,013) = 14776,83 (mm2)
(Trong đó hệ số 1.013 là hệ số giãn nở khi nung nóng của thép CT3 hoặc CT5)
+ Đối với sản phẩm D12 ta có: d = d0 x 1.013 = 12 x 1.013 =12,156 (mm)
ð= = 116,05(mm2)
Chọn µtb = 1,31, thay các số liệu trên vào công thức (2.1) ta được:
- Tính hệ số giãn dài tổng:
Theo công thức:
Từ các hệ số giãn dài tổng của mỗi sản phẩm trên, ta lấy chúng làm căn cứ để kiểm tra hệ số giãn dài của các lần cán.
2.2.2. Phân bố hệ số giãn dài và nhiệt độ qua các giá cán
Cơ sở lựa chọn hệ số giãn dài:
- Đối với hai giá cán thô K1 và K2 có nhiệm vụ đánh vẩy cán và cán định hình, cho nên lượng ép ở 2 giá đầu tiên không quá lớn m = 1.20 1.27. Nếu quá bé thì quá trình cán không phá vỡ được các tổ chức thép, làm ảnh hưởng lớn đến các lần cán sau. Nếu lượng ép quá lớn sẽ làm cho lớp vảy rèn bị ép chặt vào phôi gây ra khuyết tật trong phôi dẫn đến quá trình cán dễ gặp sự cố.
- Với các giá cán thô từ K3 đến K6, ta chọn hệ số giãn dài m = 1.3 1.55 nhằm giảm nhanh tiết diện của phôi do tận dụng nhiệt độ phôi cán lúc này lớn và quá trình cán đã ổn định.
Các giá cán trung – tinh từ K7 đến K14, ta chọn hệ số giãn dài m = 1.18 1.40 và có xu hướng giảm dần do tr
5.3. Cài đặt vận hành, bảo dưỡng hệ thống QTB
5.3.1. Cài đặt vận hành
|
Kiểm tra đầu vào (1) |
|
Thiết lập khe hở (2) |
|
Lắp đặt các thiết bị vào hộp nước (3) |
|
Thiết lập áp suất, lưu lượng nước (4) |
|
Chạy thử, kiểm tra nhiệt độ (5) |
|
Kiểm tra cơ (6) |
|
Sản xuất chính thức (7) |
Hình 5.6. Quá trình cài đặt vận hành quy trình QTB
Giải thích quá trình:
1, Kiểm tra đầu vào của thanh thép xem đã đảm bảo về thành phần hóa học, tốc độ cán, nhiệt độ kết thúc cán…
2, Thiết lập các khe hở của bộ đầu phun nước, bộ thổi gạt nước, bộ sấy khô.
3, Lắp đặt số lượng các bộ đầu phun nước, bộ thổi gạt nước, bộ sấy khô lên các vị trí trong hộp nước.
4, Mở hộp nước, điều chỉnh các van để đạt được áp suất, lưu lượng nước hợp lý.
5, Chạy thử sản phẩm và kiểm tra nhiệt độ ram.
6, Sau khi để nguội tự nhiên trên sàn nguội, kiểm tra các đặc tính cơ học của sản phẩm có tương ứng với yêu cầu đầu ra của sản phẩm hay không.
7, Nếu bước 6 đạt yêu cầu thì đưa vào sản xuất chính thức, nếu bước 6 không đạt thì quay trở lại bước 2.
5.3.2. Bảo dưỡng hệ thống QTB
Hệ thống làm nguội nhanh (QTB) cần được bảo dưỡng định kỳ, các công việc bảo dưỡng bao gồm
- Hộp thu nước và ống dẫn
Duy chỉ có bảo dưỡng thông thường chống lại quá trình ăn mòn do các thành phần trong nước phản ứng với vật liệu làm hộp và ống dẫn.
- Chu trình hồi nước
Phải kiểm tra và làm sạch xỉ trong hộp làm nguội, để ống cung cấp nước nhanh và đúng lưu lượng.
- Van, bơm, bộ lọc
Kiểm tra định kỳ để van, bơm, bộ lọc hoạt động bình thường
- Thiết bị đo lưu lượng và áp suất nước
Độ lệch của thiết bị truyền và thiết bị ghi sẽ được điều chỉnh hàng tháng. Sự kiểm tra kích cỡ hoàn toàn phải được làm lại hàng năm.
- Thiết bị đo nhiệt phát xạ
o Căn chỉnh quang học các thiết bị đo nhiệt độ nhằm đảm bảo độ chính xác nhiệt độ của thép (1 – 2 lần/tuần và sau mỗi lần thay đổi kích thước).
o Điều chính nước làm nguội và khí thổi bảo vệ thấu kính (1 – 2 lần/tuần và sau mỗi lần thay đổi kích thước).
o Làm sạch thấu kính (1 lần/ tháng).
o Kiểm tra thiết bị đo nhiệt độ bức xạ tiêu chuẩn di động (2 tháng/ lần).
5.4. Tính chất của sản phẩm sau khi đi qua hệ thống làm nguội nhanh (QTB)
Thép sau khi cán đi qua hệ thống làm nguội nhanh có cấu trúc lớp mactenxit bề mặt mỏng hơn, nhưng có cỡ hạt mịn hơn nên tính chất của thép cao hơn.
Bảng 5.7. Tính chất cơ học của thép CT3
|
Tính chất cơ học |
Yêu cầu min |
Giá trị đạt được qua làm nguội |
|
|
Tốc độ làm nguội |
|||
|
Tốc độ làm nguội cao |
Không làm nguội |
||
|
Giới hạn chảy (kG/mm2) |
50 |
55 |
36 |
|
Độ bền kéo (kG/mm2) |
57 |
65 |
50 |
|
Độ giãn dài (%) |
- |
20 |
28 |
- Tính chất cơ học
o Giới hạn chay cao: Thép sau khi đi qua hệ thống QTB có giới hạn chảy cao mà không cần bổ sung thêm các nguyên tố hợp kim, giảm chi phí. Hàm lượng C không tăng lên ( cải thiện tính hàn).
o Hàm lương C thấp:
ü Lớp bề mặt qua xử lý nhiệt có độ dẻo cao.
ü Thép dễ hàn hơn (so với thép hợp kim thấp).
ü Lớp vảy gỉ trên bề mặt thép ít.
ü Khả năng chống ăn mòn tốt.
ü Chịu được nhiệt độ cao.
ü Khả năng chịu uốn tốt mà bề mặt thép không xuất hiện vết nứt tế vi.
o Chi phí sản xuất thấp, giá thành lại được nâng lên.
5.5. Kết luận
Sau khi thép được đi qua hệ thống QTB (hộp tôi), cấu trúc tế vi của thanh thép có sự thay đổi: bề mặt xuất hiện lớp mactenxit và lõi là hỗn hợp: ferit, peclit, bainite. Chính vì vậy, các đặc tính cơ học của thanh thép như: giới hạn chảy, giới hạn bền… cao hơn khi không có hệ thống QTB. Mỗi một nhóm sản phẩm sẽ có số lượng, kích thước… các chi tiết trong hệ thống QTB là khác nhau và sự tối ưu các thông số đó sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, hạ giá thành, tăng sức cạnh tranh so với sản phẩm cùng loại trên thị trường.
