thực trạng công nghệ và thiết bị nhà máy thép vua trên cơ sở đó đánh giá ưu nhược điểm của nhà máy

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH THÉP
I. Tình hình sản xuất thép ở Việt Nam:
Trước những năm 1960 thì ngành cán thép Việt Nam coi nh không
có. Các loại thép hầu nh được nhập từ Pháp ( trước những năm 1954 ) và
Liên Xô, Trung Quốc và các nước Đông Âu ( từ năm sau năm 1954 ). Kế
hoạch năm năm lần thứ nhất ( 1960-1965 ), nhà nước đã đầu tư xây dựng
khu gang thép Thái Nguyên dưới sự giúp đỡ của Trung Quốc nhưng do
chiến tranh nên công cuộc xây dựng còn dở dang. Năm 1975, nhà máy
luyện cán thép Gia Sàng ( thuộc khu liên hiệp gang thép Thái Nguyên ) đi
vào hoạt động với năng suất 50.000 tấn/năm (nay là 100.000 tấn/năm ) -
đây là nhà máy cán thép đầu tiên có trên miền Bắc nhờ sự viện trợ của Đức
( Cộng hoà dân chủ Đức cũ ). Miền nam được giải phóng, ta tiếp nhận thêm
một vài nhà máy cán thép hình cỡ nhỏ như: Vicasa, Vikimco, ( năng suất
bấy giờ khoảng 50.000 tấn/năm ). Đến năm 1978 thì nhà máy cán thép Lưu
Xá - Thái Nguyên có năng suất 120.000 tấn/nămđược đi vào hoạt động. Từ
sau khi công cuộc đổi mới do Đảng ta đề xướng và lãnh đạo được đi vào
thực hiện thì ngành cán thép đã có những bước phát triển mạnh mẽ, các xí
nghiệp cán thép tư nhân, liên doanh với nước ngoài hoặc 100% vốn nước
ngoài đã hình thành từ Bắc đến Nam. Tính đến năm 2000 cả nước đã xản
xuất được 2.000.000 tấn thép cán để phục vụ cho nhu cầu trong nước và
tham gia xuất khẩu. Các nhà máy cán thép Việt nam đã chế tạo được những
máy cán hình cỡ lớn như máy cán hình Φ650, cỡ vừa và nhỏ như máy cán
hình Φ450, Φ350, Φ250, v v Ngoài ra họ còn có khả năng thiết kế những
khu liên hợp gang thép quy mô vừa và nhỏ có năng suất từ 1÷3 vạn
tấn/năm. Các chuyên gia cán thép người Việt Nam đã có đủ năng lực đảm
nhiệm các chức vụ quan trọng, giải quyết được những sự cố, những vấn đề
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
công nghệ phức tạp và ngày càng được mọi người coi trọng. Sau đây là tình

hình sản xuất thép tại một số nhà máy cán thép ở ba miền Bắc, Trung, Nam
từ sau khi thống nhất đất nước năm 1975 trở lại đây.
A. Khu vực phía Nam:
1. Nhà máy cán thép Biên Hoà:
Ngay từ lúc tiếp nhận ( khi mới giải phóng ) phân xưởng có một dây
chuyền cán thép dây và thanh bán liên tục mau của Đài Loan lớn nhất lúc
bấy giờ. Sau nhiều năm sản xuất cùng với việc cải tạo sửa chữa hiện nay
dây chuyền đã đạt sản lượng cao nhất so với thiết kế 50.000 ( tấn/năm ).
Sản phẩm của nhà máy hiện nay chủ yếu là thép tròn Φ12 ÷ Φ24 và thép
dây Φ8, Φ9, Φ10.
2. Nhà máy cán thép Nhà Bè:
Khi nhà máy được tiếp quản lúc giải phóng miền Nam năm 1975 nhà
máy chỉ có một dây chuyền cán thép thanh tròn và góc nhỏ bố trí ngang,
mua của Đài Loan. Hầu hết các công đoạn của dây chuyền vẫn hoạt động
bình thường, tuy nhiên vận hành máy hầu hết là thủ công, công nghệ lạc
hậu. Năm 1995 nhà máy đầu tư thêm dây chuyền cán thép bán liện tục của
Đài Loan với công suất thiết kế đật 120.000 ( tấn/năm ). Sản phẩm chủ yếu
của công ty là thép dây Φ8 và thép thanh tròn Φ12 ÷ Φ24.
3. Nhà máy cán thép Thủ Đức:
Cũng được tiếp nhận khi mới giải phóng, lúc đó nhà máy có một dây
chuyền cán thép bố trí ngang mua của Đài Loan, công suất thiết kế đạt
40.000 ( tấn/năm ). Sản phẩm chủ yếu của nhà máy là thép thanh tròn Φ10
÷ Φ22, hiện nay dây chuyền này vẫn sản xuất bình thường nhưng vận hành
rất thủ công, công nghệ lạc hậu. Năm 1994 nhà máy được đầu tư thêm một
dây chuyền bán liên tục công suất thiết kế đạt 120.000 ( tấn/năm ). Năm
1996 nhà máy lắp đặt thêm một tổ cán thép dây Φ8, Φ10 nối liền sau máy
2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
cán thép thanh để đa dạng hoá sản phẩm và nâng cao tính cạnh tranh trên
thị trường.

4. Nhà máy cán thép Tân Thuận:
Tên trước đây của nhà máy là phân xưởng " Hợp kim sắt Nhà Bè "
chuyên sản xuất hợp kim sắt và đất đèn mà chủ yếu là Ferro silic. Năm
1995 nhà máy đưa vào hoạt động dây chuyền cán bán liện tục 30.000
( tấn/năm ), sản phẩm là thép dây Φ8, Φ10 do Công ty thép Miền Nam tự
thiết kế và chế tạo.
B. Khu vực miền Trung:
1. Phân xưởng cán thép của nhà máy thép CT. Đà Nẵng:
Năm 1993 khi mới bắt đầu đi vào sản xuất với dây chuyền máy cán
thanh bố trí ngang hai hàng thì sản phẩm chủ yếu của phân xưởng là thép
tròn trơn và thép vằn kích thước Φ10 ÷ Φ24. Đến năm 1997 dây chuyền
trên được cải tạo, nâng công suất lên 40.000 ( tấn/năm ) thì sản phẩm chủ
yếu của nhà máy là thép Φ8.
2. Nhà máy cán thép miền Trung ( Công ty Kim Khí và tổng hợp
miền Trung ):
Đây là dây chuyền cán thanh bán liên tục công suất 30.000 ( tấn/năm
) do công ty GTTN thiết kế và chế tạo. Sản phẩm của công ty là các loại
thép tròn từ Φ10 ÷ Φ24 và thép góc.
C. Khu vực miền Bắc:
1. Nhà máy luyện cán thép Gia Sàng ( Công ty Gang thép Thái
Nguyên ):
Năm 1975 nhà máy bắt đầu đi vào hoạt động với công suất thiết kế
ban đầu là:
- Thép thỏi: 65.000 ( tấn/năm )
- Thép cán: 50.000 ( tấn/năm )
- Thép kéo dây: 50.000 ( tấn/năm )
3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Sau 3 năm ( năm 1978 ) nhà máy đã vượt công suất thép cán theo
thiết kế đạt sản lượng 50.485 ( tấn ). Những năm tiếp theo nhà máy sản

xuất với phương thức đa dạng hoá sản phẩm từ thép tròn Φ8 ở dạng cuộn,
thép tròn trơn ở dạng thanh từ Φ9 ÷ Φ40, thép vằn Φ10 ÷ Φ30, thép dẹt
20×5 ( mm ),thép vuông 20×20 ÷ 60×60 ( mm ), thép góc 25×25 ÷ 50×50
( mm ). Năm 1994 nhà máy được đầu tư cải tạo mặt bằng với các thiết bị
bổ sung được mua từ Trung Quốc nên công suất được nâng lên 100.000
( tấn/năm ). Năm 1996 để mở rộng nhà máy đầu tư bổ sung thêm tổ máy
cán dây Φ8, Φ10 nối tiếp ngay sau dây chuyền cán thanh.
2. Nhà máy cán thép Lưu Xá:
Nhà máy cán thép Lưu Xá bao gồm 2 phân xưởng cán 650 & 250
Với phân xưởng cán 650 đi vào hoạt động năm 1978 với thiết kế máy có
thể sản xuất được các loại thép hình: U, I, góc, ray cỡ trung bình, các loại
phôi vuông, phôi tròn từ Φ50 ÷ Φ100, thép dẹt 50×200. Năm 1995 do nhu
cầu của thị trường nhà máy đã cải tạo mở rộng mặt bằng, sản xuất các loại
thép thanh Φ14 ÷ Φ40 có năng suất thiết kế đạt 120.000 ÷ 160.000
( tấn/năm ).
Với phân xưởng cán 250 chủ yếu sản xuất các loại thép dây Φ6, Φ8,
Φ10 với công suất 2 ( vặn tấn /năm ) do Công ty Gang thép Thái Nguyên tự
chế tạo và lắp đặt.
3. Nhà máy thép Hà Nội:
Nhà máy thép Hà Nội là đơn vị thành viên của Công ty " Cổ Phần
Dịch Vụ Vận Tải Trung Ương - Bộ Giao Thông Vận Tải ". Nhà máy được
thành lập từ ngày 21/06/1991 với sản phẩm chính là các loại thép thanh
Φ10 ÷ Φ28 trên dây chuyền bán thủ công năng suất 1,2 (vạn tấn/năm ).
4. Nhà máy thép VINAFCO
Nhà máy thép hà nội vinafco là đơn vị thành viên của công ty Cổ
Phần Dịch Vụ Vận Tải Trung Ương - Bộ Giao Thông Vận Tải .Đơn vị
4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
được thành lập ngày21 tháng 6 năm 1991, trên địa bàn 2200 m
2

sè 69 Vũ
Trọng Phụng - Quận Thanh Xuân - Hà Nội theo quyết định số 32\ QĐ -
NC.
Lĩnh vực hoạt động của nhà máy là sản xuất kinh doanh thép xây dựng có
kích thước từ D10-D28 mm trên dây truyền cán thép bán thủ công . Sản
phẩm của nhà máy có chất lượng tốt và nhãn hiệu hàng hoá độc quyền
VUA cho đến thời điểm hiện nay năng suất của nhà máy trong một năm là
1,5 -:-2 (vạn tấn /năm)
5. Các nhà máy cán thép liên doanh và tư nhân:
Cuối năm 1995 có hai nhà máy liên doanh cán thép của nước ngoài
với tổng công ty thép Việt Nam là VPS & VINAKYOEI cùng đi vào sản
xuất. Trước đó một thời gian thì nhà máy cán thép liên doanh giữa
OSTRAYLIA với Công ty GTTN và nhà máy liên doanh ống hàn
VINAPIPE của tổng công ty thép Việt Nam với Hàn Quốc cũng đã cho ra
thị trường lô sản phẩm đầu tiên. Cuối năm 1997 nhà máy cán thép Tây Đô -
một liên doanh giữa Đài loan với Công ty thép Miền Nam cũng đã đi vào
hoạt động. Trong vài năm gần đây có rất nhiều nhà máy cán thép khác nữa
được xây dựng như: Nam Đô, Hoà Phát, HPS, Sông Đà, SSE, Đã đưa
sản lượng thép của nước ta tăng đáng kể về số lượng và chất lượng, phong
phú về chủng loại, hầu hết các nhà máy này đều có năng suất cao, dây
chuyền công nghệ hiện đại so với các nhà máy cán thép cũ ở Việt Nam.
BẢNG1.1 CÁC THÔNG SỐ VỀ THIẾT BỊ CÁC NHÀ MÁY THÉP Ở VIÊT NAM
Thứ
tù
Tên máy
cán
Kiểu máy
và thời
điểm lắp
đặt

Năng
suất
(T/năm)
Tính năng
kỹ thuật cơ
bản
Nơi chế
tạo
Sản phẩm
Máy cán
hình
nhỏ,
Bố trí
hàng
1975
120.000 Phôi
135×135
V
c
=10m/s
CHDCĐ
Trung
Quốc,
Thanh tròn
D10÷ D32
Thép góc
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1
Gia Sàng

Thái
Nguyên
Cải tạo
1994
Bán liên
tục + vòng
Lò nung:
36T/h
Việt
Nam
nhỏ, thép
dây φ6÷φ8
2
Máy cán
hình cỡ
trung
650,
Lưu Xá
Thái
Nguyên
Bố trí
hàng
1978
Cải tạo
1991
thêm dây
chuyền
bán liên
tục để cán
dây

120.000
÷
160.000
Phôi
100÷195
V
c
=3,5m/s
Lò nung:
60T/h
Trung
Quốc,
Đài
Loan
Thép hình
cỡ trung
U,I,L thanh
tròn
D10÷ D32
Thép dây
3
Máy cán
Việt- ý
(Công ty
Sông
Đà)
Liên tục
2002
160.000
Phôi

120× 120
V
c
=60m/s
Lò nung:
45T/h
Dani
ý
Thép dây
φ6, φ8, φ10
và
D10÷D36
4
Máy cán
hình
nhỏ,
Biên
Hoà
Bán liên
tục
Trước
1975
50.000
Phôi
100 × 100
V
c
=8m/s
Lò nung:
20T/h

Đài
Loan
Thanh tròn
D12÷ D24
Thép dây
φ8, φ10
5
Máy cán
hình
nhỏ,
Nhà Bè I
Thủ công
Trước
1975
40.000
Phôi
80 × 80
V
c
=4m/s
Lò nung:
12T/h
Đài
Loan
Thép góc
nhỏ,
Thép dây
φ8, φ10
Máy cán Bán liên 120.000 Phôi Đài Thanh tròn
6

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
6
hình
nhỏ,
Nhà Bè
II
tục
1994
100 × 100
V
c
=12m/s
Lò nung:
30T/h
Loan
D12÷ D24
Thép dây
φ8, φ10
7
Máy cán
hình
nhỏ,
Thủ Đức
I
Thủ công
Trước
1973
40.000
Phôi
80 × 80

V
c
=4m/s
Lò nung:
12T/h
Đài
Loan
Thép góc
nhỏ,
Thép dây
φ8, φ10
8
Máy cán
hình
nhỏ,
Thủ Đức
II
Bán liên
tục
1994
120.000
Phôi
100 × 100
V
c
=12m/s
Lò nung:
30T/h
Đài
Loan

Thanh tròn
D12÷ D24
Thép dây
φ8, φ10
9
Máy cán
dây
SSE Hải
Phòng
Liên tục
2001
300.000
Phôi
120 × 120
V
c
=80m/s
Lò nung:
40T/h
DANI
ý
Thép dây
φ8, φ10
10
Máy cán
thép
công ty
Hoà Phát
Liên tục
2001

350.000
Phôi
120 × 120
V
c
=80m/s
Lò nung:
45T/h
DANI
ý
Thép dây
φ8, φ10
và thanh
vằn D10
÷D36
11
Máy cán
thép
Lĩnh
Nam
Thanh
Thủ công
1999
30.000 Phôi
100 × 100
V
c
=7m/s
2Lò nung:
8T/h

Công ty
gang
thép
Thái
Nguyên
Thanh tròn
D10÷ D24
Thép góc
chữ U và I
nhá
7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trì Hà
Nội

12
Máy cán
hình nhỏ
Vinakyo
e
Liên tục
1995
300.000
Phôi
135 × 135
V
c
=60m/s
Lò nung:
45T/h

Italia,
Nhật
Bản
Thanh tròn
D10÷ D40
Thép dây
φ6, φ8
13
Máy cán
hình nhỏ
VPS
Liên tục
1995
200.000
Phôi
135 × 135
V
c
=60m/s
Lò nung:
40T/h
Italia,
Hàn
Quốc
Thanh tròn
D10÷ D40
Thép dây
φ6, φ8
14
Máy cán

hình nhỏ
Vinauste
el
Bán liên
tục
1995
180.000
Phôi
120 × 120
V
c
=16m/s
Lò nung:
40T/h
Đài
Loan
Thanh tròn
D10÷ D40
15
Máy cán
dây
Nasteelv
i_na
Bán liên
tục
1995
120.000
Phôi
120 × 120
V

c
=30m/s
Lò nung:
30T/h
Italia,
Nhật
Bản
Thép dây
φ6, φ8
16
Máy cán
hình nhỏ
Tây Đô
Bán liên
tục
1997
120.000
Phôi
100
V
c
=17m/s
Lò nung:
30T/h
Đài
Loan
Thép dây
φ6, φ8
Trong bảng tổng hợp này chưa tính đến các máy cán mini thủ công
được chế tạo trong nước có công suất nhỏ hơn 10.000 Tấn/năm nằm ở rải

8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
rác ở các nhà máy của tổng công ty thép Việt Nam, các nhà máy cơ khí, tư
nhân. Tổng sản lượng của các nhà máy cán này hàng năm khoảng hơn
250.000 Tấn /năm.
Có thể nói cùng với sự phát triển của công nghệ cán thép trên thế
giới nhìn chung công nghệ cán thép ở nước ta trong những năm gần đây có
những bước phát triển mạnh mẽ. Ngành Thép đã thỏa mãn nhu cầu trong
nước về chủng loại thép xây dựng thông thường, sản phẩm gia công sau
cán và đã nâng trình độ công nghệ lên một bước đáng kể.
Tuy nhiên do còn nhiều khó khăn và hạn chế do đó trong giai đoạn
tới ngành thép không tránh khỏi những thách thức lớn:
+ Sản lượng thép còn thấp, chủng loại sản phẩm Ýt, đặc biệt là không có
thép tấm và thép ống không hàn.
+ Còn mất cân đối giữa năng lực cán thép và sản suất phôi thép.
+ Ngoài ra hiện nay ngành thép đang cạnh phải cạnh tranh mạnh mẽ với
hàng ngoại nhập, đặc biệt là trong khi Việt Nam chóng ta đang ngày càng
hội nhập với nền kinh tế trong khu vực và trên thế giới…, Chúng ta đang
gia nhập khu vực mậu dịch tự do APTA
I.3/ Tình hình sản xuất thép trong khu vực và trên thế giới.
Tình hình sản xuất thép trong khu vực và trên thế giới nói chung gia
tăng rõ rệt. Các nhà máy thép được xây dựng từ năm 1991 trở lại đây phát
triển rất mạnh, điển hình là Trung Quốc và Hàn Quốc các tiến bộ khoa học
kỹ thuật ngày càng được ứng dụng nhiều lần cho giá thép ngày càng giảm,
năng suất ngày càng tăng.
9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bảng 1.1 Sản lượng thép cán của một số nước ( triệutấn/năm ) dẫn
đầu thế giới
TT Năm SX

Quốc gia
1998 1997 1996 1995 1994 1993 1992
1.
Trung Quốc 114,3 108,9 101,2 95,4 92,6 89,5 80,9
2.
Mỹ 97,7 98,5 95,5 95,2 91,2 88,8 84,3
3.
Nhật 93,5 104,5 98,8 101,6 98,3 99,6 98,1
4.
Đức 44,7 45,0 39,8 42,1 40,8 37,6 39,7
5.
Nga 42,5 48,4 49,3 51,6 48,8 58,3 67,0
6.
Hàn Quốc 40,0 42,6 38,9 36,8 33,7 33,0 28,1
7.
Ytalia 26,1 25,8 24,3 27,8 26,2 25,7 24,8
8. Brazil
25,8 26,2 25,2 25,1 25,7 25,2 23,9
9.
Ên Độ 23,9 24,6 23,8 22 19,7 28,2 18,1
10.
Ucraina 23,5 25,6 22,3 22,3 24,1 32,6 41,8
11.
Pháp 20,2 19,8 17,6 18,1 18,0 17,1 18,0
12.
Anh 17,3 18,5 18,0 17,6 17,3 16,6 16,2
13.
Đài Loan 16,9 16,0 12,4 11,6 11,6 12,o 10,7
14.
Canađa 15,8 15,6 14,7 14,4 13,9 14,4 13,9

15.
Tây Ban Nha 14,9 13,7 12,2 13,8 13,4 13,0 12,3
16.
Mêhicô 14,1 14,3 13,2 12,1 10,3 9,2 8,5
17.
Thổ Nhĩ Kỳ 14,0 14,5 13,6 13,2 12,6 11,5 10,3
18.
Bỉ 11,6 10,8 10,8 11,6 11,3 10,2 10,3
10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNGII
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CÁN HÌNH
II. Lý thuyết cán dùng trong tính toán công nghệ .
1./ Lý thuyết cán hình:
Căn cứ vào đặc điểm biến dạng của vật cán và cách bố trí trục cán
mà quá trình cán được chia làm ba dạng: cán dọc, cán ngang, cán nghiêng.
Trong đề tài này chúng ta chỉ nghiên cứu lý thuyết cán dọc. Xem Hình (1 -
2)
• Khái niệm cán dọc:
Cán dọc là quá trình làm biến dạng kim loại một cách liên tục giữa
hai trục cán. Nhờ có hai trục cán quay ngược chiều nhau và có ma sát tiếp
xúc mà vật cán biến dạng và chuyển động ra phía trước.
Vùng biến dạng và các thông số đặc trưng
(xét TH R
1
=R
2
=R).
Vùng biến dạng: Là vùng kim loại biến dạng dẻo nằm trong phạm vi
tác dụng của trục cán (vùng ABCD). Sau khi vật cán ra khỏi vùng biến

dạng thì chiều dày vật cán giảm chiều dài vật cán thì tăng lên và chiều rộng
cũng tăng chút Ýt vì thế nó làm
cho hình dạng của vật cán thay đổi.
11
h
1
h
2
o1
E
A
B
D
C
o
2
R
11
R
2
1
2
I
α
b
2
b
1
l
x

γ
v
v
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 1 - 2: Sơ đồ vùng biến dạng của kim loại khi cán.
1-Vật cán; 2-Trục cán
Góc ăn: Gọi α là góc ăn kim loại hay góc tạo bởi cung tiếp xúc AB,
hoặc CD giữa bề mặt trục cán và kim loại. Với mỗi máy cán khác nhau,
sản phẩm khác nhau thì ta sẽ có góc ăn khác nhau.
Cung AB = CD = l
x
: Đây là chiều dài cung tiếp xúc hay chiều dài của
cung biến dạng.
Góc γ = cung (IOB): Là góc trung hoà, tại đó vận tốc của cán kim
loại bằng vận tốc của trục cán (v
kl
= v
t
).
- h
1
, h
2
: Chiều cao của vật cán trước và sau khi biến dạng.
- b
1
, b
2
: Chiều rộng của vật cán trước và sau khi biến dạng.
- l

1
, l
2
: Chiều dài của vật cán trước và sau khi biến dạng.
• Lượng Ðp của kim loại:
- Lượng Ðp tuyệt đối ∆h: Là hiệu số chiều cao của vật cán trước và sau
khi biến dạng. Lượng Ðp tuyệt đối được biểu thị bằng ∆h = h
1
- h
2
(mm).
12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-Lượng Ðp tương đối ε: Là tỉ số giữa lượng Ðp tuyệt đối và chiều dầy
ban đầu của vật cán tính theo %, nó được biểu thị bằng công thức:

%100.
h
hh
1
21
−
=ε
(1-1)
• Mối quan hệ giữa
h
∆
, α, l
x
:

Ta có:
BE
2
h
2
h
2
h
21
=−=
∆
Mà BE = OB - OE = R- Rcosα
BE = R(1- cosα) ⇒
h
∆
= D(1- cosα)
Từ R(1- cosα) = 2Rsin
2
2
α
Do sin
22
α
≈
α
vì α quá nhỏ
Nên
R
h
4

R2
2
h
2
∆
=α⇒
α
=
∆
(Rad)
Ta lại có: cung AB = R. α = l
x
=
2
D
.α
⇒ l
x
=
h
2
D
∆⋅
=
hR
∆
(mm) (1-2)
13
α
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình (1 - 3): Quan hệ giữa ∆h, α, l
x
.
Nhận xét: Ta thấy góc ăn α (rad) tỉ lệ thuận với ∆h và tỉ lệ nghịch
với đường kính D, còn chiều dài cung tiếp xúc l
x
tỉ lệ thuận với ∆h.
• Lượng dãn rộng:
Là hiệu số chiều rộng của vật cán sau khi cán và trước khi cán, và
được biểu thị bằng công thức:
∆b = b
2
- b
1
mm
Trong thiết kế lỗ hình trục cán cần phải tính ∆b một cách chính xác,
có rất nhiều công thức tính ∆b khác nhau nhưng người ta thường sử dụng
công thức của Baxtino:

f2
h
hR(
h2
h
15,1b
1
∆
−∆
∆

=∆
) mm (1-3)
Trong đó:
∆h: Lượng Ðp trung bình
R: bán kính trục cán
f: hệ số ma sát =(1,05 - 0,0005 t
c
)
t
c
: nhiệt độ vật cán
h
1
: chiều cao ban đầu của vật cán
Công thức
14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

( ) ( )















α
α+++
∆
=∆
∆
n
tb
btb
.R
b
11hH
k.h.b.2
b
(1 - 4)
Trong đó:
H, h Chiều cao vật cán trước và sau khi cán.
b
tb
Chiều rộng trung bình vùng biến dạng.
α Góc ăn kim loại (rad)
Rα Độ dài cung ăn
n = 1 khi b
tb
< Rα; n = 2 khi b
tb
> Rα;
∆h lượng Ðp

• Hệ số dãn dài khi cán:
Hệ số dãn dài (
µ
) hay hệ số kéo dài là tỉ số giữa chiều dài sau khi
cán l
2
và trước khi cán l
1
.

1
2
l
l
=
µ
> 1 (vì l
2
luôn lớn hơn l
1
)
(1- 5)
• Quan hệ giữa µ và ε:
Theo định luật thể tích kim loại không đổi trong suốt quá trình cán,
đối với sản phẩm có n lần cán thì thể tích kim loại luôn không đổi và:
V
1
=V
2
= = V

n
= hằng số.
Tức là V
1
= F
1
L
1
= V
2
= F
2
L
2
= = V
n
= F
n
L
n
Ta có F
1
/F
2
= L
2
/L
1
= F
2

/F
3
= L
3
/L
2
= = F
n-1
/F
n
= L
n
/L
n-1
F
1
=B
1
H
1
⇒ B
1
H
1
/B
2
H
2
= L
2

/L
1
= µ
F
2
=B
2
H
2
Nếu trong quá trình cán mà chiều rộng vật cán không thay đổi B
1
≈ B
2
Ta có H
1
/H
2
= L
2
/L
1
= µ
Tức là H
2
/H
1
= 1/µ
15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ta đã có ε =

%100)
H
H
1(%100
H
HH
%100
H
h
1
2
1
21
1
−=
−
=
∆
⇒ ε=1-1/µ
(1-6)
Ta có thể kết luận rằng µ luôn lớn hơn 1, còn ε tỷ lệ thuận với µ.
Nghĩa là lượng Ðp tương đối càng lớn thì hệ số kéo dài cũng càng lớn và
ngược lại.
• Điều kiện để vật cán ăn vào trục.
Để thực hiện được quá trình cán thì điều đầu tiên phải xét đến đó là
vật cán có thể ăn vào trục được hay không?
Khi dùng một ngoại lực đưa vật cán vào hai trục cán quay ngược
chiều nhau, tại thời điểm vật cán tiếp xúc với hai trục cán, thành phần lực
ma sát nằm ngang T
x

phải lớn hơn thành phần áp lực pháp tuyến nằm
ngang N
x
mới bảo đảm cho vật cán ăn vào trục. NÕu T
x
< N
x
thì vật cán
không ăn vào trục dẫn đến quá trình cán không thể xảy ra.

Hình(1-4): Sơ đồ phân bố lực khi vật cán tiếp xúc với trục cán
16

α

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nếu 2T
x
>2N
x
⇒ T
x
>N
x
thì vật cán ăn vào trục.
Mà N
x
= Nsinα
T
x

=Tcosα
T = Nf (f là hệ số ma sát)
Ta có Nfcosα > Nsinα
f > sinα/cosα hay tgβ > tgα ⇒ f >α (vì α nhỏ nên tgβ ≈ α)
Vậy điều kiện để vật ăn vào trục cán là:
f >
R
h
∆
⇒ ∆h = Rf
2
(1
- 7)
Để vật cán tự ăn vào trục phải bảo đảm điều kiện lượng Ðp tuyệt đối
nhỏ hơn bán kính trục cán nhân với bình phương hệ số ma sát.
Trong thực tế sản xuất và bằng thực nghiệm có một số phương pháp làm
cho vật cán dễ ăn vào trục khi cán nh: tạo gờ hoặc khoét rãnh trên bề mặt
trục cán, cũng có thể đập bẹp đầu phôi
• Hiện tượng vượt trước và trễ khi cán.
Khi quan sát sơ đồ quá trình cán ta luôn thấy V
H
< Vcosα < V
h
tức là tại
vùng biến dạng của kim loại khi cán tốc độ của vật cán ra khỏi trục V
h
luôn
lớn hơn tốc độ của trục cán V và tốc độ của vật cán khi ăn vào trục V
H
luôn

nhỏ hơn tốc độ trục cán V. Nghĩa là tại điểm kim loại tiếp xúc với trục cán
cho đến tiếp diện trung hoà ta luôn có: V
H
< V.
Từ tiết diện trung hoà theo hướng vật cán ra khỏi trục ta có: V
h
>V
Tại tiết diện trung hoà ta có: V
H
= V = V
h
.
- Hiện tượng mà tại vùng biến dạng của kim loại có V
h
>V là hiện
tượng vượt trước, vùng có tốc độ kim loại V
h
>V là vùng vượt trước.
- Hiện tượng mà tại vùng biến dạng của kim loại có V
H
< V là hiện
tượng trễ, vùng mà có tốc độ của kim loại V
H
<V là vùng trễ.
17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Tiết diện có góc trung hoà γ mà tại đó V
H
= V = V
h

gọi là tiết diện
trung hoà, mặt chia đôi hai vùng vượt trước và vùng trễ là mặt phân
giới.

Hình (1 - 5): Vùng trễ và vùng vượt trước
I- vùng trễ, II- vùng vượt trước
Lượng vượt trước của kim loại được đặc trưng bởi %
S
h
=
%100
V
VV
h
h
−
(1 - 8)
Trong đó:
V
h
là tốc độ của kim loại đi ra khỏi trục.
V: Tốc độ của trục cán
V=
60
Dn
π
(m/s) (1 - 9)
D - đường kính trục cán (mm)
n - số vòng quay của trục trong một phút (vòng/phút)
Thực tế lượng vượt trước: S

h
= 3% ÷ 6%
Tức là: V
h
= V+ VS
h
= V(1+ S
h
)
18
α
MÆt ph©n giíi
TiÕt diÖn trung hoµ
VH = V = Vh
α
γ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chính vì có lượng vượt trước nên trong máy cán liên tục phải bảo
đảm điều kiện sau:
F
1
V
1
(1+ S
h1
) = F
2
V
2
(1+S

h2
) = = F
n
V
n
(1+ S
hn
) = hằng số
Trong đó:
F
1
, F
n
: là tiết diện ngang của vật cán tại các giá
S
h1
S
hn
: lượng vượt trước của kim loại tại các giá.
Nếu không bảo đảm điều kiện này thì quá trình cán luôn trùng, căng,
qua một giới hạn nào đó dải cán bị đứt hoặc tạo thành vòng không thể cán
được.
• Xác định bán kính làm việc trung bình.
Đối với lỗ hình là ô van:

)mm(
2.3
th2
2
D

R
k
+
−=
(1 - 10)
Trong đó
D: Là đường kính danh nghĩa trục cán.
t : Là khe hở trục cán.
R
k
: Là bán kính làm việc trung bình.
Đối với lỗ hình tròn:

)mm(
2
d.8,0D
R
k
+
=
(1-11)
Trong đó:
d: Là đường kính của lỗ hình tròn.
Đối với lỗ hình vuông:

)mm(a.76,0DR
k
−=
(1 -
12 )

Trong đó
a: Là cạnh của lỗ hình vuông.
Đối với lỗ hình hộp chữ nhật và hộp vuông
19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

)mm(hDR
k
−=
(1 - 13)
Trong đó
h: Là chiều cao lỗ hình.
• Xác định lực cán:
Kim loại sẽ bị biến dạng trong vùng tiếp xúc giữa kim loại và trục
cán. Lực sinh công để thực hiện biến dạng đó gọi là lực cán và được xác
định bởi công thức:
P
c
= P
tb
. F ( kg; tấn)
Trong đó: P
tb
Là áp lực đơn vị hay áp lực trung bình ( N/ mm
2
;
kg/mm
2
)
F Là diện tích tiếp xúc giữa kim loại và trục cán (mm

2
) và
được tính theo công thức:

h.R
2
bb
l.bF
21
tb
∆
+
==
(1 - 14)
b
tb
: Là chiều rộng trung bình của vật cán (mm)
b
1
, b
2
: Là chiều rộng của vật cán trước và sau cán (mm)
l : Là chiều dài cung tiếp xúc (mm)
R : Là bán kính làm việc của trục cán
∆h : Lượng Ðp trung bình của vật cán
Tính áp lực đơn vị trung bình theo công thức của tác giả Ekelund :














+
∆
+








+
∆−∆
+=
η
10
v2
10
tb
HH
R

H
k2
HH
)H2,1H.R.f.6,1(
1P
( N/mm
2
) (1 - 15)
Trong đó:
v : Là vận tốc cán.
f : Là hệ số ma sát.
k: Là giới hạn chảy của kim loại chịu ứng suất cắt thuần tuý, tính theo
công thức:

( ) ( )
)/(3,04,1 01,0142
2
mmkGCrMnCtk +++−=
(1 -16)
20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
t: Là nhiệt độ lúc cán (
0
C).
C, Mn, Cr: Là hàm lượng % của Cacbon, Mangan, Crôm có trong thép.
Là hệ số dính được tính theo công thức.

2
/.() 01,014.(01,0 mmskGCt−=η
C: Là hệ số tính tới tốc độ cán và được tính theo bảng sau:

Tốc độ cán v (m/s) C
V<6 1
6~10 0,8
10~15 0,65
15~20 0,6
• Mô men cán và các mô men khác sinh ra khi cán
Mô men cán do lực cán sinh ra, tính theo công thức:
M
c
= 2.P.a (MN.m ; T.m) (1 - 17)
Trong đó:
P : Là lực cán ( MN ; T)
a : Là cánh tay đòn
a = (0,45 ÷ 0,5).l
x
Độ dài cung tiếp xúc :
h.Rl
x
∆=
⇒ a = (0,45 ÷ 0,5).
h.R
∆
(1 - 18)
Lấy a = 0,48.
hR
∆
.
⇒ M
c
= 2. P

c
. 0,48.
h.R
∆
⇔ M
c
= 0,96. P
c
.
h.R
∆
• Mô men ma sát ( M
ms
) được tính theo công thức:
M
ms
= M
ms1
+ M
ms2
M
ms1
: Là mô men ma sát do lực cán sinh ra tại cổ trục cán.
M
ms2
: Là mô men ma sát tại các chi tiết quay
M
ms1
= P.f.d (1 - 19)
Với P : Lực cán ( N, kg)

21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
d : Đường kính cổ trục cán (mm)
f’ : Hệ số ma sát của ổ đỡ trục cán. Chọn loại ổ đỡ trục cán là ổ
bi ( với loại trục làm bằng gang cầu) f = 0,003 ÷ 0,005
chọn f’ = 0,004
⇒ M
ms1
= 0,004. P. d
M
ms2
= (0,08 ÷ 0,12)( M
0
+ M
ms1
) (1 - 20)
Với: M
0
Là mô men không tải sinh ra để thắng trọng lượng của các
chi tiết quay khi máy chạy không tải.
M
0
= (3 ÷ 6)%.M
c
(1 - 2 )
LÊy M
o
= 0,05. M
c
Khi đó : M

ms2
= 0,1( M
c
+M
ms1
)
• Tính toán công suất động cơ:
N
đc
= M
tđc
.ω
đc
(kW) (1 - 22)
M
tđc
: Mô men tĩnh trên trục động cơ

d
t
02ms1msc
tdc
M
i.
MMMM
M
±







η
+++
=
( 1- 23 )
Trong đó : M
c
: mô men cán
M
ms1
, M
ms2
: Mô men ma sát tại cổ trục cán và tại các chi tiết
quay.
M
0
: Mô men không tải.
M
đ
: Khi tăng tốc.
M
đ
: Khi giảm tốc.
Khi cán không có sự tăng giảm tốc độ : M
đ
= 0
η
t

: Hệ số truyền động hữu Ých của máy ( 0,85 ÷ 0,93).
η
t
= η
1
. η
2
. η
3
η
1
: Hệ số truyền động hữu Ých của hộp giảm tốc.
η
2
: Hệ số truyền động hữu Ých của hộp bánh răng chữ V.
η
3
: Hệ số truyền động hữu Ých của trục khớp nối.
22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
i : Tỉ số truyền từ động cơ tới trục cán.

t
dc
t
dc
n
n
i
ω

ω
==
(1-24)
n
đc
, n
t
: Tốc độ quay của động cơ và trục cán (v/ph).
ω
đc
, ω
t
: Vận tốc góc của động cơ và trục cán ( rad/s).
Công suất động cơ tính được phải thoả mãn điều kiện:
N
đc
≤ [N
đc
] ( kW).
N
đc
: Công suất cho phép thực tế của động cơ.
2.5/ Công nghệ cán hình.
1. /Yêu cầu về phôi thép:
Việc sản xuất phôi cho các nhà máy cán đều được thống nhất theo mét
quy chuẩn nhất định nhưng cũng có thể sản xuất theo đơn đặt hàng của các
xưởng cán. Tuy vậy phôi phải luôn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và công
nghệ như:
 Đúng thành phần hoá học, đúng mác thép.
 Dung sai hình dáng, kích thước và dung sai trọng lượng phải nằm

trong giới hạn cho phép.
 Bề mặt phôi phải sạch, không rỗ, nứt, bọt khí.
 Phải đóng mác thép và số mẻ luyện rõ ràng.
Đánh giá chất lượng phôi đòi hỏi người làm công tác này phải có kinh
nghiệm, có tay nghề, biết và phân loại phôi không đạt tiêu chuẩn trước khi
đưa vào dây truyền sản xuất. Bởi vì chất lượng phôi quyết định chất lượng
sản phẩm, năng suất và hiệu quả kinh doanh của nhà máy.
2./ Yêu cầu trong quá trình nung phôi:
Nung phôi nhằm giảm trở kháng biến dạng, tăng tính dẻo của kim
loại và làm cho lực cán giảm một cách đáng kể, dẫn đến giảm công suất
23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
động cơ, giảm gọn kích thước, thiết bị, nhà xưởng đồng thời tăng tuổi thọ
của trục cán. Thông qua việc nung phôi mà thành phần hoá học được đồng
đều, chất lượng sản phẩm tốt, năng suất cao.
Với mỗi mác thép khác nhau ta sẽ tìm được một nhiệt độ thích hợp
vừa đảm bảo công nghệ, vừa Ýt tốn nhiên liệu. Việc xác định nhiệt độ nung
là khâu vô cùng quan trọng mang tính quyết định tới chất lượng, cơ lí tính
cũng nh hiệu quả kinh tế sản xuất.
Nhiệt độ nung quá cao thì phôi sẽ bị cháy, bị quá nhiệt, tốn nhiên liệu và
hao phí kim loại.
Nhiệt độ nung quá thấp sẽ không đảm bảo an toàn cho thiết bị nh: gẫy trục
cán, vỡ khớp nối, quá tải động cơ và chất lượng sản phẩm kém.
Nhiệt độ nung không đồng đều giữa các mặt, giữa bề mặt với tâm phôi sẽ
dẫn đến cong vênh theo chiều dày khi cán, biến dạng giữa các lớp không
đều làm cho phôi bị chẻ tách, trở lực cán tăng, chất lượng sản phẩm kém.
3./ Chế độ nhiệt khi nung phôi:
Quá trình nung phôi phụ thuộc vào tính dẻo và thành phần hoá học
của thép, tính dẫn nhiệt của thép lại phụ thuộc vào thành phần hoá học và
trạng thái lí học của nó như: Mật độ hạt, tổ chức hạt, nhiệt độ ban đầu

Thực tế kết hợp với lý thuyết ta có công thức kinh ngiệm để xác định nhiệt
độ nung tối ưu của kim loại:
T
nung
= T
chảy
- (200 - 250)
0
C
Trong đó: T chảy ứng với nhiệt độ nóng chảy của mỗi kim loại.
Đối với thép các bon người ta nung nhiệt độ nhỏ hơn một Ýt để tránh hiện
tượng thoát các bon và chảy, nhằm đảm bảo chất lượng thép và tăng chất
lượng sản phẩm.
⇒ Nhiệt độ nung của thép là
T
nung
= [T
chảy
- (100+150)]
0
C
24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Chất lượng nung kim loại trước khi cán tốt hay xấu phụ thuộc vào rất
nhiều yếu tố nh: Thiết bị nung, chế độ nung, tốc đọ nung, thời gian nung.
- Nhiệt độ cán, tức là nói tới nhiệt độ bắt đầu cán và khoảng nhiệt độ cán
mà tại đó biến dạng dẻo của kim loại là tốt nhất và lớn nhất. Mỗi kim loại
có nhiệt cán khác nhau.
Nhiệt độ bắt đầu cán đựơc xác định theo công thức kinh nghiệm sau:
T

cán
= T
nung
− ∆T (
0
C)
∆T khoảng nhiệt độ từ lò nung tới giá cán đầu tiên người ta xây dựng được
giản đồ biểu diễn các vùng nhiệt độ cán của thép dựa vào thành phần các
bon có trong thép trên giản đồ trạng thái Fe - C (Theo tài liệu phương pháp
cán kim loại thông dụng - hình44)
d. Nhiệt độ kết thúc cán.
Mỗi kim loại phải kết thúc cán ở nhiệt độ cán quy định trong vùng
nhiệt độ cho phép, không được kết thúc cán ở nhiệt độ tuỳ tiện. Vì nhiệt độ
cán cũng quyết định tới tổ chức tế vi của kim loại, tới cơ, lý tính của sản
phẩm từ đó quyết định tới chất lượng sản phẩm cán.
4./ Quá trình cán.
Đây là một quá trình quan trọng nhất trong toàn bộ dây truyền chính
vì vậy phải đảm bảo:
- Biến dạng qua các lần cán lớn để phá vỡ tổ chức của phôi thành tổ chức
có cơ, lí tính cao hơn.
- Làm cho mật độ hạt đồng đều và đồng đều trên toàn bộ thể tích sản
phẩm.
- Nhận được sản phẩm có hình dạng, kích thước chính xác và đảm bảo độ
dung sai cần thiết.
- Bảo đảm hiệu suất của máy cao nhất có nghĩa là số lần cán phải Ýt nhất.
- Tiêu hao năng lượng Ýt nhất và sự phân bố tải trọng của động cơ đồng
đều cho mỗi lần cán.
25