nâng cao chất lượng hệ điều khiển nhiệt độ lò nung phôi - nhà máy cán thép

Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
***


THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT


ĐỀ TÀI
NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ
LÒ NUNG PHÔI NHÀ MÁY CÁN THÉP

Học viên : Đỗ Đức Mạnh
Lớp : K12 - TĐH
Chuyên nghành : Tự động hoá
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : TS. Trần Xuân Minh
Ngày giao đề tài : tháng 11 năm 2010
Ngày hoàn thành đề tài : tháng 9 năm 2011

BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC CB HƢỚNG DẪN HỌC VIÊN





TS. Trần Xuân Minh Đỗ Đức Mạnh
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
2
LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là : Đỗ Đức Mạnh
Sinh ngày 24 tháng 01 năm 1983
Học viên cao học khoá 12 - Tự động hoá - Trƣờng Đại học kỹ thuật công
nghiệp Thái Nguyên
Hiện đang công tác tại Phòng Nghiên cứu khoa học - Quan hệ quốc tế, trƣờng
Cao đẳng Công nghệ và Kinh tế công nghiệp.
Xin cam đoan : Đề tài " Nâng cao chất lƣợng hệ điều khiển nhiệt độ lò
nung phôi - Nhà máy cán thép " do thầy giáo TS. Trần Xuân Minh hƣớng dẫn là
công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc,
xuất xứ rõ ràng.
Tác giả xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng nhƣ nội dung
trong đề cƣơng và yêu cầu của thầy giáo hƣớng dẫn. Nếu sai sót tôi xin hoàn toàn
chịu trách nhiệm trƣớc Hội đồng khoa học và trƣớc pháp luật.

Thái Nguyên, ngày 24 tháng 09 năm 2011
Tác giả luận văn

Đỗ Đức Mạnh






Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
3
LỜI NÓI ĐẦU
Công nghiệp hoá - hiện đại hoá nói chung, cán thép nói riêng đang chiếm vị trí
quan trọng trong đời sống xã hội. Tự động hoá cao song song với việc sử dụng một
cách có hiệu quả nhất nguồn năng lƣợng, tăng năng suất lao động, nâng cao chất
lƣợng sản phẩm, cải thiện môi trƣờng làm việc…
Với ý nghĩa nâng cao chất lƣợng điều khiển nhiệt độ, sử dụng hiệu quả nguồn
năng lƣợng, nâng cao năng suất - chất lƣợng sản phẩm… đƣợc sự đồng ý của cán
bộ hƣớng dẫn khoa học, tác giả đã lựa chọn đề tài " Nâng cao chất lƣợng hệ điều
khiển nhiệt độ lò nung phôi Nhà máy cán thép ".
Sau một thời gian nghiên cứu nghiêm túc, đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình của thầy
giáo hƣớng dẫn và các thầy cô trong khoa, sự giúp đỡ của các học viên trong lớp,
đến nay bản thuyết minh đề tài đã hoàn thành, gồm các nội dung nhƣ sau :
Chƣơng I : Tổng quan chung về công nghệ cán thép
Chƣơng II : Công nghệ lò nung phôi trong dây truyền cán thép
Chƣơng III : Thiết kế hệ điều khiển nâng cao chất lƣợng hệ điều khiển
nhiệt độ lò nung phôi nhà máy cán thép
Chƣơng IV : Kêt luận và kiến nghị
Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong khoa Điện

trƣờng Đại học kỹ thuật công nghiệp đã nhiệt tình hƣớng dẫn giúp đỡ cung cấp tài
liệu để tác giả hoàn thành bản thuyết minh này. Đồng thời tác giả muốn gửi lời cảm
ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Trần Xuân Minh, ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn tác giả
trong suốt thời gian qua. Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã hết sức
ủng hộ về vật chất lẫn tinh thần để tác giả hoàn thành công trình nghiên cứu này.
Mặc dù đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình của thầy giáo hƣớng dẫn, sự nỗ lực của
bản thân, song do kiến thức còn hạn chế, điều kiện tiếp xúc thực tế chƣa nhiều nên
bản thuyết minh không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Vậy tác giả mong tiếp
tục nhận đƣợc sự chỉ bảo của các thầy cô, sự góp ý chân thành của bạn bè đồng
nghiệp để công trình nghiên cứu đƣợc hoàn thiện hơn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn !
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
4
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 10
1. Tính cấp thiết của đề tài 10
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 10
2.1. Ý nghĩa khoa học 10
2.2. Ý nghĩa thực tiễn 11
3. Phƣơng pháp nghiên cứu 11
4. Nội dung nghiên cứu 11
CHƢƠNG I : TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ CÁN THÉP 12
1.1. KHÁI NIỆM CHUNG 12
1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY CÁN 13
1.2.1. Cấu tạo 13
1.2.2. Phân loại máy cán 14
1.3. TRANG BỊ CHO MÁY CÁN NÓNG QUAY THUẬN NGHỊCH 17
1.3.1. Đặc điểm công nghệ 17
1.3.2. Yêu cầu chung cho hệ truyền động của máy 18

1.3.3. Đặc điểm động cơ điện trong truyền động chính 19
1.3.4. Đặc điểm của máy cán truyền động riêng rẽ 20
1.4. MÁY CÁN NÓNG LIÊN TỤC 20
1.4.1. Đặc điểm công nghệ 20
1.4.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ trong máy cán nóng liên tục 22
1.5. MÁY CÁN NGUỘI 22
1.5.1. Đặc điểm công nghệ 22
1.5.2. Yêu cầu trang bị cho máy nguội 24
1.6. MÁY CÁN DÂY 25
1.6.1. Khái niệm 25
1.6.2. Động cơ cho máy cán dây 26
1.7. CÁC THIẾT BỊ PHỤ KHÁC 27
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
5
CHƢƠNG II : CÔNG NGHỆ LÕ NUNG PHÔI TRONG DÂY TRUYỀN CÁN
THÉP LIÊN TỤC 28
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY CÁN THÉP LƢU XÁ 28
2.2. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY CÁN THÉP LƢU XÁ 29
2.2.1. Công nghệ lò nung cán thép liên tục 29
2.2.1.1. Sơ lƣợc về lò nung 29
2.2.1.2. Khái niệm chung về nung kim loại 30
2.2.1.3. Khái niệm chung về lò nung kim loại 33
2.2.2. Cấu tạo lò nung 34
2.2.3. Thiết bị của lò nung 36
2.2.3.1. Hệ thống khí nén 36
2.2.3.2. Hệ thống đƣờng dầu 38
2.2.3.3. Hệ thống các mỏ đốt của lò 40
2.2.3.4. Nƣớc làm nguội 41
2.2.3.5. Thiết bị trao đổi nhiệt 41

2.2.3.6. Thiết bị sấy dầu 42
2.2.3.7. Hệ thống cấp gió 42
2.2.3.8. Hệ thống đƣờng khói 43
2.2.3.9. Hệ thống máy đẩy 5 tấn, 40 tấn, máy tống phôi 44
2.2.4. Nguyên lý hoạt động của lò nung 45
2.2.5. Hệ thống cung cấp điện và đo lƣờng điều khiển 46
2.2.5.1. Hệ thống cung cấp điện 46
2.2.5.2. Hệ thống đo lƣờng điều khiển 47
2.3. NHẬN XÉT 51
CHƢƠNG III : THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU
KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÕ NUNG PHÔI - NHÀ MÁY CÁN THÉP 53
3.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN PID 53
3.1.1. Cấu trúc chung của hệ điều khiển 53
3.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng hệ điều khiển 54
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
6
3.1.2.1. Chỉ tiêu chất lƣợng tĩnh 54
3.1.2.2. Chỉ tiêu chất lƣợng động 54
3.1.3. Các quy luật điều khiển 55
3.1.3.1. Quy luật điều chỉnh tỉ lệ (P) 55
3.1.3.2. Quy luật điều chỉnh tích phân (I) 56
3.1.3.3. Quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi phân (PD) 57
3.1.3.4. Quy luật điều chỉnh tỉ lệ tích phân (PI) 58
3.1.3.5. Quy luật điều chỉnh tỉ lệ vi tích phân (PID) 60
3.2. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỜ 64
3.2.1. Khái quát về điều khiển mờ 64
3.2.2. Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ 65
3.2.3. Bộ điều khiển mờ tĩnh 67
3.2.4. Bộ điều khiển mờ động 68

3.2.5. Hệ điều khiển mờ lai F - PID 70
3.3. ỨNG DỤNG PID MỜ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÕ NUNG PHÔI 74
3.3.1. Tổng hợp bộ điều khiển cho hệ thống 74
3.3.1.1. Hàm truyền bộ biến đổi 76
3.3.1.2. Hàm truyền động cơ 76
3.3.1.3. Hàm truyền van dầu 77
3.3.1.4. Hàm truyền senso vị trí 77
3.3.1.5. Hàm truyền senso nhiệt độ 77
3.3.1.6. Hàm truyền của nhiệt độ lò 77
3.3.1.7. Tổng hợp bộ điều chỉnh vị trí 78
3.3.1.8. Tổng hợp bộ điều chỉnh nhiệt độ 79
3.3.2. Mô phỏng hệ thống với bộ điều khiển PID 79
3.3.3. Thiết kế bộ điều khiển PID mờ 82
3.3.3.1. Luật điều khiển mờ và hợp thành 84
3.3.3.2. Giải mờ 84
3.3.4. Mô phỏng hệ thống với bộ điều khiển PID mờ 85
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
7
CHƢƠNG IV 88
4.1. Kết luận 88
4.2. Kiến nghị 88
TÓM TẮT 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
8
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
STT
Ký hiệu
Diễn giải tên hình vẽ
1
Hình 1.1
Các bộ phận chính của máy cán
2
Hình 1.2
Các kiểu máy cán theo số trục
3
Hình 1.3
Phƣơng thức đặt hộp cán

4
Hình 1.4
Đồ thị tốc độ cán của máy cán nóng quay thuận nghịch
5
Hình 1.5
Tiết diện phôi trƣớc và sau hộp cán
6
Hình 1.6a
Sơ đồ máy cán nguội liên tục
7
Hình 1.6b
Sơ đồ máy cán quay thuận nghịch
8
Hình 2.1
Sơ đồ cung cấp khí nén vào lò
9
Hình 2.2
Sơ đồ cấp dầu FO vào lò
10
Hình 2.3
Cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt
11
Hình 3.1
Cấu trúc hệ thống điều khiển
12
Hình 3.2
Thể hiện đặc tính của sai số xác lập
13
Hình 3.3
Thể hiện đặc tính của lƣợng quá điều chỉnh

14
Hình 3.4
Thể hiện đặc tính của thời gian quá độ
15
Hình 3.5
Thể hiện đặc tính của số lần dao động
16
Hình 3.6
Các đặc tính của quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi phân
17
Hình 3.7
Các đặc tính của quy luật điều chỉnh tỷ lệ tích phân
18
Hình 3.8
Các đặc tính của quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân
19
Hình 3.9
Điều khiển với bộ điều khiển PID
20
Hình 3.10
Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ
21
Hình 3.11
Hệ điều khiển mờ theo luật PI
22
Hình 3.12
Hệ điều khiển mờ theo luật PD
23
Hình 3.13
Hệ điều khiển mờ PID

24
Hình 3.14
Các vùng tác động của FLC và PID
25
Hình 3.15
Vùng tác động của các bộ điều chỉnh PID
26
Hình 3.16
Sơ đồ điều khiển nhiệt độ lò
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
9
27
Hình 3.17
Sơ đồ khối mạch vòng điều khiển vị trí
28
Hình 3.18
Sơ đồ rút gọn hệ thống điều khiển nhiệt độ lò
29
Hình 3.19
Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển nhiệt độ lò bằng bộ điều
khiển PID
30
Hình 3.20
Đặc tính quá độ của lò
31
Hình 3.21
Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển nhiệt độ lò bằng bộ điều
khiển PID (khi thay đổi tham số)
32

Hình 3.22
Đặc tính quá độ của lò khi thay đổi tham số
33
Hình 3.23
S ự phân bố giá trị mờ của biến đầu vào
34
Hình 3.24
Sự phân bố giá trị mờ của biến đầu ra
35
Hình 3.25
Các luật điều khiển mờ
36
Hình 3.26
Sơ đồ khối của khối luật bù mờ
37
Hình 3.27
Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển nhiệt độ lò bằng bộ điều
khiển PID mờ
38
Hình 3.28
Đặc tính quá độ lò khi sử dụng bộ PID mờ
39
Hình 3.29
Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển nhiệt độ lò bằng bộ điều
khiển PID mờ (khi thay đổi tham số)
40
Hình 3.30
Đặc tính quá độ lò khi thay đổi tham số (PID mờ)

Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
10
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Công nghiệp luyện kim - cán thép có vai trò hết sức quan trọng trong công
cuộc xây dựng phát triển nền kinh tế quốc dân, góp phần rất lớn vào việc ổn định
phát triển của xã hội, an ninh, quốc phòng Cùng với sự phát triển kinh tế của đất
nƣớc, hiện nay nƣớc ta đã và đang xây dựng nhiều nhà máy cán thép với dây truyền
công nghệ hiện đại để phục vụ cho nhu cầu xây dựng, phát triển của xã hội và quá
trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nƣớc. Có rất nhiều nhà máy cán thép đã và
đang đƣợc xây dựng nhƣ Khu công nghiệp gang thép Thái Nguyên, Nhà máy cán
thép Thăng Long, Nhà máy cán thép Thái Hƣng, Nhà máy cán thép Việt - Ý
Trong dây chuyền cán thép, trƣớc khi đƣa phôi ra cán, phôi phải đƣợc nung
trong lò nung. Quá trình nung phôi có ý nghĩa rất quan trọng đối với công nghệ cán
thép. Nó quyết định phần lớn chất lƣợng của thép và nếu có chế độ nung hợp lý sẽ
tiết kiệm đƣợc nhiên liệu và tăng năng suất sản xuất. Tuy nhiên hệ thống điều khiển
trong các lò nung phôi cho dây truyền cán hiện nay vẫn sử dụng các bộ điều khiển
kinh điển nên mức độ tự động hoá chƣa cao và vẫn chịu nhiều tác động từ các yếu
tố bên ngoài.
Xuất phát từ thực tiễn đó, việc nghiên cứu nâng cao chất lƣợng điều khiển hệ
thống lò nung, điều khiển nhiệt độ lò nung trong dây truyền cán thép sẽ tiết kiệm

đƣợc nhiên liệu, nâng cao chất lƣợng điều khiển từ đó góp phần nâng cao hiệu suất
sản xuất và năng suất thúc đẩy phát triển kinh tế.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần củng cố bổ sung cho cơ sở lý thuyết
về điều khiển nhiệt độ cho lò nung phôi trong các nhà máy cán thép.
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
11
2.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để nâng cao chất lƣợng điều khiển hệ
thống lò nung, điều khiển nhiệt độ trong lò nung phôi, góp phần nâng cao năng suất
và chất lƣợng sản phẩm thép đầu ra.
3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết và tài liệu từ thực tế thiết bị (lò nung phôi trong Nhà máy
cán thép Lƣu Xá) để đƣa ra hƣớng điều khiển mới, nâng cao chất lƣợng điều khiển
hệ thống lò nung.
Mô phỏng kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu.
4. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về công nghệ cán thép.
- Giới thiệu, phân tích công nghệ điều khiển hệ thống lò nung, điều khiển nhiệt
độ trong lò nung phôi của dây truyền cán thép, Nhà máy cán thép Lƣu Xá.
- Thiết kế hệ điều khiển nhiệt độ nâng cao chất lƣợng điều khiển nhiệt độ trong
lò nung phôi.
- So sánh kết quả thu đƣợc với các phƣơng pháp đang đƣợc ứng dụng để rút ra
kết luận và ý kiến đề xuất.

Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
12
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ CÁN THÉP

1.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Kim loại đƣợc gia công bằng áp lực rất phổ biến (cán, ép, dập, đột, cắt, kéo ).
Dƣới tác dụng của ngoại lực, kim loại sẽ biến dạng hoặc đứt gãy. Sự thay đổi kích
thƣớc và hình dạng ban đầu của vật thể kim loại khi bị ngoại lực tác dụng gọi là sự
biến dạng kim loại.
* Sự biến dạng của kim loại gồm : biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo
- Biến dạng đàn hồi là biến dạng sau khi thôi tác dụng của ngoại lực kim loại
trở về hình dạng và kích thƣớc ban đầu, vật chỉ biến dạng khi nó đang chịu tác dụng
của ngoại lực.
- Biến dạng dẻo là biến dạng sau khi thôi tác dụng của ngoại lực kim loại có
hình dạng và kích thƣớc khác ban đầu.
- Biến dạng đàn hồi luôn xảy ra trƣớc mọi biến dạng dẻo. Biến dạng dẻo của
kim loại phụ thuộc thành phần cấu tạo kim loại, nhiệt độ và phƣơng pháp gia công
bằng áp lực.
* Cán là một hình thức gia công bằng áp lực để làm thay đổi hình dạng và kích
thƣớc của vật thể kim loại dựa vào biến dạng dẻo của nó.
- Yêu cầu quan trọng trong quá trình cán là ứng suất nội biến dạng dẻo không
đƣợc lớn, đồng thời kim loại vẫn giữ đƣợc độ bền cao.
- Căn cứ theo nhiệt độ trong quá trình tái kết tinh để phân chia cán nguội và
cán nóng.
* Cán thép ở nhiệt độ dƣới 400
0

C  450
0
C là cán nguội.
* Cán thép ở nhiệt độ lớn hơn 600
0
C  650
0
C là cán nóng.
Trƣờng hợp do yêu cầu công nghệ, chẳng hạn cán thép tấm mỏng dƣới 1mm
thì phải cán nguội vì cán nóng sẽ sinh vảy thép khá dày so với thành phẩm.
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
13
1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY CÁN
Máy cán thực hiện nguyên công chính là làm biến dạng dẻo kim loại để có
hình dạng và kích thƣớc mong muốn. Kim loại đƣợc nén ép và kẹp kéo qua giữa hai
trục cán quay ngƣợc chiều nhau.
1.2.1. Cấu tạo
Một máy cán thƣờng có các bộ phận chính sau :
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Hình 1.1 : Các bộ phận chính của máy cán

Trong đó :
1 - Đế máy
2 - Thân máy
3 - Thiết bị kẹp trục
4 - Trục cán
5 - Khớp cầu
6 - Trục chính
7 - Hộp bánh răng
8 - Khớp nối
9 - Động cơ điện
* Giá cán :
Gồm hai trục cán (4) hay nhiều trục cán, mà gối trục đặt trên thân máy (2).
Trục cán có thể dịch chuyển theo phƣơng thẳng đứng và đƣợc định vị bởi thiết bị
kẹp trục (3), còn trục dƣới thƣờng đặt cố định.
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
14
* Cơ cấu và thiết bị truyền động :
Có thể khác nhau tuỳ theo nhiệm vụ và cấu tạo máy cán. Ở các máy cán lớn
(cán thô, cán thép lá dày) cũng nhƣ ở các máy cán tốc độ lớn thì các trục cán đƣợc
truyền động riêng rẽ từ hai động cơ điện riêng (mỗi động cơ kéo một trục cán), còn
các máy cán khác thông dụng hơn thì truyền động các trục cán do một động cơ điện
đảm nhận thông qua khớp nối (8), hộp bánh răng (7), trục chính (6) dùng để dẫn
động từ động cơ điện tới các trục cán. Do trục cán trên có thể dịch chuyển lên
xuống để thay đổi độ dày cán nên khoảng cách giữa hai trục chính cũng thay đổi
đƣợc. Do vậy hai đầu của các trục chính đều có khớp nối cầu và có thể thụt ra vào
đƣợc. Ngoài ra ở các máy cán đòi hỏi tốc độ ổn định thì giữa động cơ điện (9) và hộ
bánh răng (7) còn có bánh đà.
* Động cơ điện :
Thƣờng dùng động cơ chuyên dùng có thổi gió làm mát. Ở máy cán có tốc độ

cán không đổi (máy cán thô liên tục) thƣờng dùng động cơ đồng bộ (đôi khi dùng
động cơ không đồng bộ với bánh đà). Ở máy cán có điều chỉnh tốc độ cán, dùng
động cơ một chiều, nguồn một chiều đƣợc cấp từ bộ chỉnh lƣu.
1.2.2. Phân loại máy cán
* Phân loại theo tên gọi :
- Máy cán thô, đƣờng kính trục cán  = 800 ÷ 1300 (mm)
- Máy cán phôi dẹt, đƣờng kính trục cán  = 1100  1150 (mm)
- Máy cán phôi, đƣờng kính trục cán  = 450  750 (mm)
- Máy cán ray, đƣờng kính trục cán  = 750  900 (mm)
- Máy cán phân loại thô, đƣờng kính trục cán  = 500  750 (mm)
- Máy cán dây, đƣờng kính trục cán  = 250  350 (mm)
* Phân loại theo số trục cán và cách bố trí chúng :
Theo cách phân loại này, có máy cán 2 trục, 3 trục hoặc nhiều trục cán hơn (4,
6, 12, 20 trục) (hình 1.2). Các trục cán có thể đặt đứng, nằm ngang hoặc nghiêng.
Loại máy cán có trục nằm ngang phổ biến và thông dụng nhất.
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
15
Hộp cán có hai trục cán nằm ngang (hình 1.2a) đƣợc dùng trong máy cán quay
thuận ngịch để cán thô, cán tấm dày, cán phân loại.
Hộp cán có 3 trục cán nằm ngang (hình 1.2b) đƣợc dùng trong máy cán tấm
dày, tấm trung bình. Trong máy cán này, phôi cán chuyển động theo hai chiều còn
trục cán không đổi chiều quay.
Hộp cán có 4 trục cán (hình 1.2c) đƣợc dùng trong cán tấm (nóng và nguội).
Hai trục lớn phía ngoài là hai trục tựa để giảm sự biến dạng của hai trục làm việc
nhỏ phía trong.
Hộp cán có nhiều trục cán hơn (6, 12, 20 trục) (hình 1.2 d, e, f) cũng chỉ có hai
trục làm việc còn các trục khác là trục tựa. Thƣờng dùng trong cán nguội các tấm
mỏng.
a)

c)
b)
d)
e)
f)

Hình 1.2 a, b, c, d, e, f : Các kiểu máy cán theo số trục
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
16
Một hộp cán có thể đƣợc dẫn động từ 1 hay 2 động cơ hoặc 1 động cơ có thể
dẫn động đƣợc nhiều hộp cán (hình 1.3a). Phƣơng thức sau hay dùng cho máy cán
phân loại. Nó có khuyết điểm là phôi cán phải di chuyển ngang từ hộp này sang hộp
cán khác và do tốc độ các hộp cán nhƣ nhau nên không có khả năng tăng tốc khi
phôi cán dài hơn.
Phƣơng thức đặt các hộp cán nối tiếp nhau (hình 1.3b). Phôi đƣợc cán vài lần ở
hộp cán trƣớc rồi mới chuyển sang hộp cán sau. Phƣơng thức này thƣờng dùng để
cán thô, cán tấm dày.
Phƣơng thức đặt các hộp cán nối tiếp nhau liên tục. Phôi cán từ hộp này sang
thẳng hộp kia, khoảng cách giữa hai hộp cán nhỏ hơn chiều dài phôi. Máy cán loại
này cho năng suất cao nhƣng đòi hỏi sự đồng đều giữa các hộp cán để tránh phế
phẩm do phôi cán bị võng quá hoặc căng quá giữa hai hộp cán. Loại này dùng để
cán nóng phôi.
a)
§éng c¬
hép tèc
gi¸ c¸n hép c¸n
b)
c)

Hình 1.3 a, b, c : Phương thức đặt hộp cán
* Phân loại theo chế độ làm việc :
- Máy cán quay thuận nghịch có điều chỉnh.
- Máy cán không quay thuận nghịch có điều chỉnh.
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
17
- Máy cán không quay thuận nghịch không có điều chỉnh.
* Các tham số cho máy cán :
- Đƣờng kính trục cán (đối với máy cán phôi).
- Chiều dài trục cán (đối với máy cán lá).
- Đƣờng kính ống cán thành phẩm (đối với máy cán ống).
1.3. TRANG BỊ CHO MÁY CÁN NÓNG QUAY THUẬN NGHỊCH
1.3.1. Đặc điểm công nghệ
Máy cán nóng quay thuận nghịch (cán nóng đảo chiều) dùng để cán đi cán lại
nhiều lần một phôi gia công đã đƣợc nung nóng. Sau mỗi lần cán động cơ kéo trục
cán phải đảo chiều quay để cán lần tiếp theo.
Máy cán nóng quay thuận nghịch dùng để cán thô các phôi nung nóng (phôi
đƣợc đƣa tới từ phân xƣởng thép) gồm các máy cán phôi tấm, thanh dầm.
Máy cán nóng quay thuận nghịch có nhiều kiểu, nhiều loại, kết cấu khác nhau
nhƣng điều kiện của hệ làm việc là giống nhau.
Trƣớc mỗi lần cán, máy cán đƣợc tăng tốc không tải. Tới một tốc độ nhất định
thì bằt bắt đầu ngoạm phôi và quá trình cán bắt đầu. Tốc độ ngoạm phôi tƣơng đối
nhỏ (~ 15430 % tốc độ cực đại 
max
của lần cán tƣơng ứng) để ngoạm phôi tin cậy
và giảm va đập lúc ngoạm giữa phôi và trục cán. Sau khi đã ngoạm phôi, máy lại
phải tăng tốc để đảm bảo năng suất may. Trƣớc khi kết thúc một lần cán, máy cần
giảm tốc độ để tránh phôi bị văng quá xa khỏi hộp cán, mất thời gian phôi quay lại
để cán tiếp, giảm năng suất. Sau khi đảo chiều quay, máy tiếp tục lần cán sau một

cách tƣơng tự, các lần cán chẵn, phôi lại ở phía trƣớc hộp cán và đƣợc lật đi 90
0

bằng máy lật.
Số lần cán phụ thuộc kích thƣớc thỏi thép trƣớc khi cán và phôi phẩm sau khi
cán xong.
Trong quá trình cán phôi dài dần ra. Nếu các lần cán sau máy giữ nguyên tốc
độ cán thì sẽ làm tăng thời gian cán, giảm năng suất máy nên ở những lần cán sau
tốc độ máy tăng.
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
18
Sau những lần cán đầu, độ dài phôi chƣa lớn, tốc độ chƣa cần đạt tới trị số
định mức và đồ thị có dạng tam giác.
Những lần cán tiếp theo, phôi dài hơn, tốc độ cán tăng và cuối cùng đạt giá trị định
mức 
đm
. Đồ thị có dạng hình thang (hình 1.4)
Ở những lần cán cuối cùng, phôi dài hơn nhiều thì máy đƣợc tăng tốc nhờ
giảm từ thông. Lúc này trị số gia tốc và giảm tốc cũng giảm. Đồ thị có dạng nhƣ
hình OABCD.
Lần cán cuối cùng, tốc độ ra của phôi thƣờng lớn vì phôi không cản phải quay
lại hộp cán.

0 D
A
B
C
t
max

min



Hình 1.4 : Đồ thị tốc độ cán của máy cán nóng quay thuận nghịch
Động cơ truyền động máy cán nóng quay thuận nghịch làm việc ở chế độ rất
nặng nề, đặc trƣng bởi số lần gia tốc, giảm tốc lớn và quá tải lớn.
Lúc trục cán ngoạm phôi, dòng điện và mômen động cơ tăng vọt, tới 2,5  3 trị
số định mức. Sau khi ngoạm phôi máy tiếp tục tăng tốc và cần một mômen động lớn
phụ thêm gây quá tải cho động cơ. Nhƣ vậy, thực tế động cơ truyền động cho máy
cán nóng quay thuận nghịch luôn làm việc ở chế độ quá độ và phải điều chỉnh ở tốc
độ sâu.
1.3.2. Yêu cầu chung cho hệ truyền động của máy
- Giải điều chỉnh tốc độ rộng D = 10  1.
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
19
- Tần số đóng cắt lớn.
- Mômen quán tính nhỏ để đảm bảo thời gian quá độ ngắn, do đó giảm tổn hao
quá độ và tăng năng suất máy.
- Chịu phụ tải xung lớn khi ngoạm phôi.
- Có hệ số quá tải về mômen lớn 

= 3  3,5 và dòng lớn để tăng tốc nhanh
sau khi đã ngoạm phôi mà không quá chuẩn quy định.
- Hệ làm việc tin cậy, kinh tế.
Với hộp cán truyền động các trục bằng động cơ riêng thì cần đảm bảo điều
chỉnh quan hệ giữa tốc độ các trục cán trên và dƣới cũng nhƣ việc cân bằng tải giữa
các động cơ.
1.3.3. Đặc điểm động cơ điện trong truyền động chính

* Yêu cầu của máy cán nóng quay thuận nghịch :
- Tăng công suất truyền động chính.
- Nâng cao trị số gia tốc, giảm tốc.
- Tăng lực ép khi cán.
- Giảm thời gian cán.
- Tăng khối lƣợng phôi nhằm nâng cao năng suất cán.
Để đáp ứng yêu cầu trên, ngƣời ta thƣờng dùng trong truyền động chính các
động cơ một chiều có công suất giới hạn. Đó là các công suất có thể giới hạn bởi
điện áp cho phép giữa các thanh góp kề nhau (10  20)V ở cổ góp, sự đốt nóng cho
phép của phần ứng, tốc độ dài cho phép tối đa của phần ứng (~ 70 m/s).
Chỉ số kỹ thuật chính α của động cơ kéo trục cán là :
J
MP
dmdm
.



Trong đó :
+ P
đm
: công suất định mức (KW)
+ M
đm
: mômen định mức (KNm)
+ J : mômen quán tính phần ứng (Tấn.m
2
)
α càng lớn thì năng suât máy càng lớn với cùng một công suất.
Luận văn thạc sỹ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
20
1.3.4. Đặc điểm của máy cán truyền động riêng rẽ
Mỗi trục cán đƣợc dẫn động bằng một động cơ riêng :
* Ƣu điểm :
- Có thể nâng cao đƣợc công suất truyền động trục cán.
- Giảm mômen quán tính của cơ cấu truyền động nói chung do đó nâng cao
đƣợc trị số gia tốc, giảm tốc, tăng lực ép, tốc độ, năng suất.
- Không cần hộp bánh răng do đó giảm đƣợc (~5%) công suất toàn bộ.
- Không đòi hỏi hai trục làm việc phải có đƣờng kính trục thật chính xác nhƣ
nhau.
* Nhƣợc điểm :
- Xảy ra hiện tƣợng cong kim loại làm cho máy hoạt động không bình thƣờng,
tụt năng suất và có thể gây rạn nứt trục cán.
- Khi nhiệt độ mặt trên và dƣời khác nhau thì phôi bị bẻ cong về phía mặt nhiệt
độ thấp.
- Khi tốc độ quay của hai trục cán khác nhau thì phôi bị cong về phía trục có
tốc độ thấp.
- Do vậy, trong truyền động riêng rẽ cần phải duy trì tốc độ giữa hai trục cán ở
một phạm vi nhất định và phải phân đều phụ tải cho hai động cơ.
Với truyền động nhóm hiện tƣợng này đƣợc khắc phục nếu tốc độ và đƣờng
kính hai trục cán giống nhau.
1.4. MÁY CÁN NÓNG LIÊN TỤC
1.4.1. Đặc điểm công nghệ
* Máy cán nóng liên tục có nhiều hộp cán chỉ quay theo một chiều và đặt nối tiếp
nhau. Phôi đƣợc cán cùng một lúc qua lần lƣợt các hộp cán.
* Máy cán nóng liên tục có nhiều kiểu loại với các nhiệm vụ khác nhau :
- Máy cán phôi chuẩn bị : tạo phôi cho các máy cán khác nhƣ phân loại, cán
dây, cán nóng Đây là máy cán phôi vuông từ 300 mm xuống (50  150) mm. Nó
Luận văn thạc sỹ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
21
có thể gồm nhiều hộp cán với các đƣờng kính trục khác nhau. Tốc độ cán (5  6)
m/s.
- Máy cán tấm (cán lá) dùng cán các phôi dẹt thành băng thép rộng từ (500 
2300)mm, dày (0,8  20)mm. Phôi có thể nặng tới 5 tấn, tốc độ cán 30 m/s và năng
suất có thể đạt 600000 tấn/năm. Có hai nhóm hộp cán : nhóm cán thô và cán tinh.
- Máy cán lá có thể là liên tục (phôi đi lần lƣợt từ hộp cán này sang hộp cán
khác một cách liên tục) hoặc nửa liên tục (phôi đƣợc cán đi cán lại ở hộp cán này
rồi mới qua hộp cán khác).
- Máy cán phân loại : đa dạng về thể loại, hình dáng, kích thƣớc.
- Máy cán dây : sản phâm thép dây (5  10)mm.
- Máy cán ống : cán nhẵn (đảm bảo kích thƣớc ngoài ống), cán dát (khử sự
không đồng đều đƣờng kính, làm nhẵn mặt trong và ngoài ống), cán tóp hay chuốt
(thu nhỏ đƣờng kính ống).
* Đặc điểm của máy cán nóng liên tục :
- Tốc độ cán cao nên năng suất cao.
- Qua các lần cán, kim loại chƣa nguội nhiều nên chất lƣợng sản phẩm tốt, tuổi
thọ trục cán cao hơn, giảm đƣợc năng suất tiêu hao năng lƣợng.
- Máy làm việc với tốc độ cao nên hay xuất hiện phụ tải xung.
- Kim loại cán trên nhiều hộp cán cùng một lúc.
* Điều kiện đặc trƣng cho cán liên tục :
- Khối lƣợng phôi qua các hộp cán trong một đơn vị thời gian là không đổi

F
1
.V
1
= F
2

.V
2
= F
3
.V
3
=
Hình 1.5 : Tiết diện phôi trước và sau hộp cán
F
i
.V
i
= const
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
22
+ F
i
: tiết diện phôi trƣớc lúc vào hộp cán thứ i.
+ V
i
: tốc độ phôi trƣớc lúc vào hộp cán thứ i
* Nếu không đảm bảo điều kiện trên thì xảy ra hiện tƣợng :
- Cán nén (ép) : khối lƣợng phôi ra của một hộp cán nhỏ hơn khối lƣợng phôi
tới.
- Cán kéo (căng) : khối lƣợng phôi ra của một hộp cán lớn hơn khối lƣợng phôi
tới.
1.4.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ trong máy cán nóng liên tục
* Yêu cầu :
- Duy trì đƣợc một tốc độ ứng với chế độ cán nhằm đảm bảo quan hệ tốc độ

giữa các hộp cán.
- Có đặc tính quá độ tốt lúc ngoạm phôi nghĩa là lúc đó có độ sụt tốc độ nhỏ,
thời gian phục hồi tốc độ ngắn.
- Máy cán nóng liên tục có nhiều hộp cán, việc cấp điện cho từng phần ứng và
mạch kích từ động cơ ở các hộp cán có thể từ một nguồn chung hay từ nhiều nguồn
riêng cho mỗi hộp cán.
Hiện nay thƣờng dùng phƣơng pháp cung cấp riêng vì :
+ Đảm bảo thời gian phục hồi tốc độ nhanh hơn khi có xung phụ tải (khi có
phụ tải xung n
đ
bị giảm mạnh).
+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng vì cho phép điều chỉnh hai vùng theo hai
cách : điều chỉnh độc lập (giữ nguyên điện áp phần ứng mà điều chỉnh tốc độ qua
thay đổi từ thông và điều chỉnh tốc độ qua thay đổi từ thông tuỳ theo điện áp phần
ứng).
1.5. MÁY CÁN NGUỘI
1.5.1. Đặc điểm công nghệ
Các máy cán nóng không thể cho ra các sản phẩm thép lá mỏng chất lƣợng cao
nhằm thoả mãn các công nghệ gò, dập vì cán nóng sẽ tạo ra các lớp vảy nên
không đáp ứng đƣợc độ mỏng lá thép mong muốn và ở nhiệt độ cao, cấu trúc kim
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
23
loại cũng không thoả mãn đƣợc các yêu cầu về cơ học của thép. Do vậy phải tiến
hành cán nguội thép mỏng.
* Quy trình công nghệ cán nguội gồm các bƣớc :
- Đánh sạch bề mặt phôi (đánh vảy, tảy rỉ).
- Cán nguội, gia công nhiệt (ủ) để xấp lại cấu trúc kim loại.
- Cán bổ xung sau khi ủ với lực ép nhỏ (cán luyện).
- Các công nghệ kết thúc : cắt ba via, mạ thiếc

Các máy cán nguội cũng chia ra thành cán liên tục và cán quay thuận nghịch.
Sau khi cán nóng, các rulô thép nóng đƣợc đƣa từ phân xƣởng cán nóng sang
phân xƣởng cán nguội. Ở đây các rulô thép đƣợc để nguội từ (2,5  3,5) ngày đêm.
Trƣớc đó các rulô con còn đƣợc hàn ghép để cuốn vào rulô to giúp cán nguội liên
tục có năng suất cao hơn. Sau đó các băng thép qua máy đánh vảy và cán luyện với
lực ép nhỏ để tảy các vảy và rỉ rồi vào dây chuyền tảy rỉ bằng axit. Ở máy đánh vảy,
băng thép đƣợc uốn đi uốn lại nhiều lần qua các con lăn đƣờng kính nhỏ rồi đƣợc
cán ép lực nhỏ với kéo căng hai phía để phá nốt các vảy cứng. Sau khi tẩy sạch, cắt
ba via và thấm dầu, các băng thép lại đƣợc cuộn vào các rulô và xếp vào kho.
Máy cán nguội liên tục có nhiều hộp cán ghép nối tiếp (3, 4, 5 và 6 hộp). Các
hộp cán có số trục là 4 (hai trục làm việc, hai trục tựa) hay nhiều hơn vì khi cán
bằng thép có độ dày là h thì đƣờng kính trục không thể lớn hơn (1000  2000)h.
Trục đƣờng kính nhỏ sẽ dễ bị biến dạng đàn hồi (cong trục) nên phải tăng thêm các
trục tựa để đảm bảo lực ép, máy này có kết cấu cồng kềnh, phức tạp, gây khó khăn
cho bảo dƣỡng.
Băng thép đƣợc cán đồng thời trên nhiều hộp cán cùng một lúc nên cần phải
điều chỉnh tốc độ và phối hợp chính xác về tốc độ giữa các hộp cán, giữa hộp cán
đầu và trục tháo, giữa hộp cán cuối và trục quấn.
Máy thƣờng làm việc ở chế độ cán căng và cần đảm bảo lực căng theo yêu
cầu, năng suất máy cao.
Máy cán nguội quay thuận nghịch là máy cán đƣợc băng thép rất mỏng, dễ
điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu công nghệ vì chỉ có một hộp cán nhƣng sau mỗi lần
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
24
cán, khi đảo chiều lại phải điều chỉnh khoảng cách giữa hai trục làm việc nên tốc độ
cán trung bình thấp.
1
2
3

4
5
7
4
5
7
6
1
5
4
a)
b)

Hình 1.6 : Sơ đồ máy cán nguội liên tục (a) và quay thuận nghịch (b)
Trong đó :
1 - Trục tháo ; 2 - Hộp cán ; 3 - Thiết bị đo chiều dày
4 - Thiết bị kéo căng ; 5 - Thiết bị đo sức căng
6 - Thiết bị ép trục ; 7 - Trục quấn
1.5.2. Yêu cầu trang bị cho máy nguội
* Duy trì sức căng cố định của băng thép giữa các hộp cán, giữa hộp cán với các
trục tháo hoặc trục quấn ở mọi chế độ làm việc (ổn định và quá độ).
* Phạm vi điều chỉnh tốc độ tƣơng đối rộng :
- Đối với máy cán nguội liên tục tốc độ cao, yêu cầu điều chỉnh trơn trong một
dải rộng (50  100) : 1 từ tốc độ bò (0,5  1)m/s đến tốc độ cực đại lớn hơn 100 m/s.
- Đối với máy cán nguội quay thuận nghịch cần điều chỉnh tốc độ trong phạm
vi (1  1,5)m/s.
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
25
- Có thể điều chỉnh đồng thời hoặc riêng rẽ các hộp cán.

- Hãm và mở máy êm.
- Thời gian quá trình quá độ ngắn.
- Làm việc tin cậy, xác định.
1.6. MÁY CÁN DÂY
1.6.1. Khái niệm
Dây kim loại rất cần trong nền kinh tế quốc dân. Nó là phôi để sản xuất cáp,
bulông, đinh tán, lò xo hoặc dùng trong xây dựng, có hình dạng và kích thƣớc tiết
diện ngang rất khác nhau.
* Mỗi máy cán dây gồm các bộ phận chính sau :
Đầu chuốt (mà), tang kéo, động cơ, khớp đàn hồi hau đai hình thang nối động
cơ với hộp tốc độ, thiết bị quấn
Ở nhiều máy cán, dây kim loại đƣợc kéo qua nhiều đầu chuốt có kích thƣớc
giảm dần. Máy cán dây một đầu chuốt chỉ dùng khi kéo dây rất lớn.
* Máy cán dây nhiều đầu chuốt đƣợc chia làm hai nhóm chính :
- Nhóm 1 : Máy có thay đổi lƣợng dây ở các tang kéo trung gian.
- Nhóm 2 : Máy không thay đổi lƣợng dây ở các tang kéo trung gian.
Công nghệ cán dây trong một chu trình bắt đầu bằng chỉnh máy ở tốc độ thấp
không quá (0,5  1)m/s và chế độ là chạy nhắp. Chỉnh máy kết thúc khi dây đã quấn
đủ trên các tang kéo và ra khỏi máy. Lúc này máy chuyển sang chạy ở tốc độ cao.
Việc tăng tốc từ tốc độ bò lên tốc độ làm việc hay giảm tốc ngƣợc lại phải đảm bảo
bằng phẳng để tránh đứt dây hay không đều tiết diện.
Trong quá trình cũng phải đảm bảo điều chỉnh vô cấp tốc độ làm việc tuỳ theo
hinh dáng và tiết diện ngang của dây.
- Trong các máy cán dây nhóm 1 : việc điều chỉnh vô cấp tốc độ làm việc của
mỗi tang kéo là nhờ đai truyền hình thang kết hợp với hộp tốc độ (4) cấp điều chỉnh
bằng tay. Điều đó cho phép điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong dải rộng và có thể
sử dụng đƣợc truyền động xoay chiều.