Quy trình cán nguội băng tôn

QUY TRÌNH CÁN NGUỘI


Ưu điểm của sản phẩm mạ từ
cuộn cán nguội
・Độ dày có tính chính xác cao
(thép lá mỏng)
・Bề mặt đẹp
(ít trầy xước, không gỉ sét)
・Tính chất cơ học vượt trội
(dễ gia công)
Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved


Tẩy gỉ

Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved


Mục đích của dây chuyền tẩy gỉ
①Làm sạch lớp oxit sắt (vảy thép) trên mặt thép cán nóng
②Hàn nối cuộn
③Chỉnh biến dạng bề mặt
④Cắt biên
⑤Kiểm tra chất lượng
⑥Bôi dầu cán

Tổng quan dây chuyền thiết bị tẩy gỉ
＜Sơ đồ dây chuyền tẩy gỉ số 1, nhà máy Fukuyama＞
＞
{Công đoạn đầu vào}

{Công đoạn giữa
Trục nắn phẳng

{Công đoạn đầu ra}
No.1 Tandem CRM
(khi chạy kết hợp)

Bể acid
Máy hàn

Dàn bù đầu vào

Pay-off roll
Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved

Cắt biên
Dàn bù tự do

Bôi dầu

T/R


Hàn {Flash butt welding-FBW}
Phương pháp hàn giáp mối:
Cho 2 mép cần hàn đến gần và tiếp xúc
nhẹ với nhau, cho dòng diện mạnh đi qua
tạo tia lửa điện, nhiệt sinh ra từ đó làm
nóng chảy thép và nối 2 mép với nhau.

Điện cực
Giáp mối
Tia lửa điện

Mối hàn chưa đạt

Nối mép
Mài bề mặt

Mối hàn chuẩn
1mm

Dây chuyền tẩy gỉ chủ yếu dùng mối hàn này vì hàn
nhanh, mối hàn bền, bề mặt sau hàn phẳng
Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved


Hàn {Laser beam welding – LBW}
Phương pháp hàn tia laser: Đưa vật liệu hàn vào vị trí hàn, dùng tia laser nung chảy
vật liệu hàn để nối 2 mép (Mối hàn nhỏ hơn hàn giáp mối vì không tiếp xúc và ép trực
tiếp lên mép, nhưng cần trang bị máy phát tia laser)
②Hàn
・Tiếp vật liệu hàn
・Chiếu tia laser
Vật liệu hàn
Tia laser

①Giáp mối
Thanh kẹp đi xuôi chiều

③Hoàn thiện bề mặt (squeezing)
・Cán phẳng phần lồi trên đường hàn
Trục vắt

{Tổng quan máy hàn tia laser}
Ống dẫn tia laser

Máy phát tia laser

Máy phát tia laser
Máy cắt đầu cuộn

Máy cắt đầu cuộn
Bệ máy hàn

Thanh kẹp dẫn ra
Thanh kẹp dẫn vào
出側クランプ

Hướng tôn đi vào

Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved

Hướng tôn đi vào
Thanh kẹp dẫn vào


Nguyên lý tẩy gỉ ①
・Thép ở nhiệt độ cao tiếp xúc với oxy hoặc khí ga trong không khí sẽ hình
thành một lớp vật chất sau phản ứng oxy hóa trên mặt Vảy

・Được cán ở nhiệt độ trên 800℃
℃, bề mặt của thép cán nóng có một lớp
vảy với thành phần gồm FeO (Austite), Fe3O4 (Magnetite), Fe2O3
(Hematite) xếp theo thứ tự từ trong ra ngoài.

Fe2O3 (Hematite; HV600)

0.1μ

Fe3O4 (Magnetite: HV300) 0.4μ
Độ dày lớp vảy 6-10μ

FeO (Austite; HV300)

Thép 2～
～5mm

9.5μ

※Đối với thép dày 4.0mm

・Mục đích tẩy gỉ là lợi dụng phản ứng hòa tan và tác dụng làm tróc lớp
vảy của dung dịch acid để phục hồi bề mặt sáng đẹp của thép.
・Trước khi vào bể dung dịch, tôn được scale breaking để tăng hiệu quả tẩy gỉ.
Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved


Scale breaking
Tạo ra nhiều vết nứt trên lớp vảy giúp cho acid xâm nhập vào lớp
vảy và vào mặt phân cách giữa lớp vảy và thép.

Vết nứt

Uốn cong nắn phẳng lặp
lại nhiều lần để làm nứt
lớp vảy trên bề mặt

Trục nhỏ
Φ80mm

Trục nắn phẳng・・・
・・・Nắn
phẳng bề mặt tôn và làm nứt lớp vảy
・・・
Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved


Cơ chế tẩy gỉ 1
・Phản ứng hòa tan nhờ acid clohidric
Fe2O3 + 4HCl → 2FeCl2 + 2H2O + 1/2O2 ↑ (1)
Fe3O4 + 6HCl → 3FeCl2 + 3H2O + 1/2O2↑ (2)
FeO + 2HCl → FeCl2 + H2
(3)
・Tác dụng làm tróc (hiệu ứng tạo bọt khí hydro) nhờ acid clohidric
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
(4)
Gỉ màu đỏ
(FeaOb: Khó hòa tan)

H+

H+

H2 O

H2 O
H+

Fe2+
FeaOb

H2
Fe

Thép

Gỉ màu đen
（FeO+Fe）
）

Fe2+

FeO

・Hòa tan FeO trong gỉ màu đen (3)
Hòa tan gỉ màu đỏ (1)(2) ・Phản ứng với Fe sinh ra khí hydro
⇒Làm tróc gỉ màu đỏ (4)

・Mức độ dễ tẩy FeO > Fe3O4 > Fe2O3 (cứng và dính chặt)
Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved

Cơ chế tẩy gỉ 2
Quan hệ nhân quả trong quá trình tẩy gỉ bằng acid
・Lưu lượng acid: tốc độ di chuyển của acid giữa dòng chảy chính
và bề mặt thép Càng nhanh càng có hiệu quả
・Lớp có nồng độ Fe2+cao (nồng độ FeCl2): cản trở phản ứng giữa FeO và
ion H+ sinh ra từ phản ứng hòa tan lớp vảy FeO
Càng ít càng hiệu quả
Thấp ← Nồng độ HCl → Cao
C1
C2
Dòng chảy chính
Dung dịch
Acid HCl
Lớp Fe2+

Lưu lượng acid

m=
Phần tiếp xúc
(dòng chảy rìa)

Thép
Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved

D(C 2 − C1 )
σ

Thêm HCl vào
phần tiếp xúc

Các lớp vảy
Fe2O3 Hematite
Fe3O4 Magnetite
Fe O Austite


Nguyên lý tẩy gỉ ②
{Ưu và nhược điểm của acid clohidric}
・Ưu điểm
①Nhanh phản ứng với lớp vảy
②Bề mặt sau khi tẩy đều và đẹp
・Nhược điểm
①Giá thành cao
②Nhanh bay hơi và hỏng, cần kín khí và chống ẩm
③Acid thải ra khó xử lý

＜So sánh tốc độ tẩy gỉ＞
＞

Nhờ kỹ thuật xử lý acid thu hồi đã phát triển như
hiện nay và việc thu hồi tái sử dụng làm hạ giá
thành
Acid HCl đang được ưa chuộng
{Cơ cấu tẩy gỉ bằng acid sulfuric}
FeO và Fe dễ tan, nhưng vì Fe2O3 khó tan trong acid sulfuric, cần làm nứt toàn
bộ lớp vảy bằng cơ học, tạo điều kiện cho các phản ứng sau
FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 ↑
Kể cả khi Fe2O3 ，Fe3O4 không tan hết thì lớp vảy cũng tróc ra.
Khí hydro sinh ra từ phản ứng giữa acid sulfuric với thép có tác dụng làm tróc lớp vảy.

Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved


Chất ức chế (inhibitor)
{Mục đích sử dụng chất ức chế}
・Khi tẩy gỉ, điều kiện tuyệt đối là tẩy sạch vảy hoàn toàn, nhưng quá trình tẩy trong
dung dịch không diễn ra đồng thời, làm bề mặt thép phơi ra trực tiếp trong acid.
Thép bị acid ăn mòn, kéo theo vấn đề
biến đổi độ dày, thủng lỗ, hao phí thép và thất thoát acid.
Dùng chất ức chế ngăn không cho thép bị ăn mòn quá mức
{Tác dụng của chất ức chế}

・Cho 1 lượng rất nhỏ chất ức chế tổng hợp từ
hợp chất hữu cơ chứa nitơ (nồng độ 0.3%)
Hình thành 1 màng mỏng bảo vệ bề
mặt thép sau khi vảy bị tẩy đi.

Không có
chất ức chế Có chất ức chế
Hình: So sánh bề mặt thép sau khi tẩy gỉ


Các loại bể acid
Loại

Shallow bath pickling

Jet pickling

iBox pickling

Cấu
tạo
Cấp bổ sung
Bể phụ

Bể phụ

Tuần hoàn
cưỡng bức

P

P

Bể phụ

Bể phụ

Cấp bổ sung
Bể phụ

Bể phụ

Đặc ・ Thép chạy trên thành ・Tẩy bằng dòng dung dịch ・Giống shallow bath, chỉ
điểm vách và nhúng vào dung tại ra từ bơm công suất lớn khác ở chỗ thép chạy hoàn
dịch tại những đoạn võng. gắn bên trong bể
toàn bên trong bể.
・Cấu tạo đơn giản
・Cấu tạo phức tạp

・Cấu tạo tương đối đơn
giản
・Vùng tiếp xúc nằm giữa ・Hiệu quả cao
các thành vách, hiệu quả
・Vùng tiếp xúc suốt chiều
tẩy rửa thấp.
dài bể nên hiệu quả cao.
・Vùng tiếp xúc là khu vực gần bề mặt thép, nồng độ acid thấp
・Thành vách ở đầu ra làm cao hơn, trong quy trình tẩy gỉ, acid mới nên được bổ
sung tại đầu ra (nồng độ 35%), acid cũ nên được thu hồi tại đầu vào (nồng độ 3%)
(số lượng 3-4 bể)
Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved


Xử lý acid thu hồi
{Tổng quan quá trình xử lý}
Quy trình làm giàu và tách sắt (II) clorua (FeCl2) từ acid thu hồi (nồng độ 1-3%) đem nung,
cho phân tử clohidric (HCl) hấp thụ nước thu được acid clohidric (nồng độ 18%)

{Thiết bị thu hồi acid}
①Lò phun: Acid cũ được phun sương từ đỉnh lò và được nhiệt phân thành oxit sắt và hơi acid clohidric
khi đốt bằng khí carbon. Oxit sắt sẽ tự rơi xuống đáy lò do tỉ trọng nặng.
Phản ứng nhiệt phân: 2FeCl2 + 1/2O2 + 2H2O → Fe2O3 + 4HCl
②Cyclone: Lọc vi lượng oxit sắt lẫn trong hơi acid thu được từ lò phun bằng lực li tâm.
③Tháp hấp thu: Hơi acid thu từ cyclone phản ứng với nước phun ra từ đỉnh tháp trở thành acid sau tái
sinh.
④Tháp rửa: Dùng nhiều nước để rửa sạch số lượng nhỏ phân tử acid sót lại trong khí ga.

H2O

Dung dịch Lượng
acid thu hồi nhỏ tinh
thể FeCl2

H2O, HCl bốc
hơi khi nung

FeCl2
thể rắn

Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved


Cán nguội

Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved


Mục đích của dây chuyền cán nguội
Mục đích của dây chuyền cán nguội
①Cán mỏng (khống chế độ dày của thép)
②Khống chế độ biến dạng

Ví dụ thiết bị dây chuyền tẩy gỉ - cán liên tục (P/L-TA)
Công đoạn tẩy gỉ

Bể tẩy acid

Trục nắn phẳng

Máy cắt biên

Máy hàn tia laser

Công đoạn cán nguội

Dàn bù số 2

Dàn bù số 1

Công đoạn cán nguội

Dàn bù số 3

②Nắn phẳng

Tang căng

Công đoạn
tẩy gỉ
①Cán mỏng 4.0mm
Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved

0.8mm

Trục cán nguội


Khống chế độ dày

Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved


Lí luận và kiến thức cơ bản về cán nguội
Trục cán

Điểm tới hạn
(trung bình)

Vật liệu
Vận tốc
trước
khi cán

Độ dày
trước
khi cán

Độ dày
sau khi
cán

Hướng cán

Vận
tốc sau
khi cán

ω: tốc độ xoay góc ngoạm
R: bán kính trục

Ld: độ dài cung ngoạm

Tỉ lệ cán: r = (h2 - h1)/h2
Nguyên tắc thể tích bất biến: v2h2= v1h1 (nếu chiều rộng không đổi)
Tỉ lệ tiến: f = (v1 – Rω)/Rω (v2tốc xoay của trục bằng nhau tại điểm tới hạn (điểm trung bình)
Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved


Ứng suất tại tiết diện giới hạn
Cán là quá trình cân bằng 4 yếu tố sau
Tỉ lệ cán

Lực cán

Lực
căng

Hệ số
ma sát

Khống chế độ dày chủ yếu là khống chế
lực cán và khống chế lực căng

Lực tác dụng lên các yếu tố cực nhỏ tại tiết diện giới hạn
Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved


Điều chỉnh độ dày
Biến dạng đàn hồi

của máy cán
Máy cán (hộp cán)

Biến dạng dẻo của thép

Lực cán P

Lực cán P
Độ dày
sau cán h

Khống chế độ dày

Độ dày sau cán

Độ dày trước
cán H

Khe hở giữa 2 trục
Lực cán
P
h=S +
M
Hệ số tính cứng
của máy cán

Lực
cán
(t)

Đường
chéo
M
Hệ số kéo dài

Độ nén ép tuyệt đối (mm)

Lực
cán

Đường biến
dạng dẻo
Đường xiên
xấp xỉ K

(t)

H
Độ dày thép (mm)

Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved

Lực
cán
(t) P
S
h
H
Khe hở trục / độ dày thép
(mm)

Khống chế độ dày (BISRA-AGC)
Khi lực cán thay đổi, duy trì độ dày
không đổi của thép bằng cách điều
chỉnh khe hở trục S theo công thức sau

Lực
cán

Đường xiên
xấp xỉ K

(t)

Δh = ΔS +
Đường
chéo M

P2

ΔP
②

P1

①

S2

S1

h1
h2
Khe hở trục / Độ dày thép (mm)

Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved

H1

H2

ΔP
M


Biểu đồ biến thiên độ dày
Ví dụ thực tế biến thiên độ dày
Đoạn thẳng là ví dụ việc tăng giảm tốc độ cán để thay đổi độ dày

Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved


Khống chế độ biến dạng

Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved


Phân loại biến dạng

Phẳng
(OK)

Giãn biên

Giãn bụng

Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved

Giãn hông
Giãn biên
giãn bụng (giãn chữ M)
(giãn chữ W)


Nguyên nhân ảnh hưởng độ phẳng của thép
Back-up roll (BUR)
Intermediate roll (IMR)

Giá cán số 5
(Giảm lực)
Uốn trục cán
(Nhả ra)

Work roll (WR)

Lực cán ép

Biến dạng đàn hồi của
trục cán do lực cán

Trục cán nở bụng do nhiệt độ

Nguyên nhân ảnh hưởng độ phẳng của thép
Copyright ©2014 JFE Steel Corporation All Rights Reserved