CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CÁN RAY XE LỬA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRUỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
BỘ MÔN KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÁN KÉO VÀ ÉP KIM LOẠI

CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CÁN
RAY XE LỬA

GVHD: ThS. NGUYỄN ĐĂNG KHOA
SVTH: NGUYỄN MẬU LỤC TỈNH
MSSV: V0804677

Tháng 04 năm 2012
1


MỤC LỤC
Lời nói đầu

3

Chương 1: Sản phẩm thép hình và máy cán thép hình

4

1.1 Tình hình sản xuất thép cán tại Việt Nam và thế giới

4

1.2 Phân loại sản phẩm cán thép hình

6

1.3 Giao thông đường sắt và sản phẩm ray xe lửa

8

Chương 2: Cơ sở lý thuyết cán thép hình cỡ lớn

10

2.1 Các sản phẩm thép hình cỡ lớn

10

2.2 Máy cán hình cỡ lớn

10

2.3 Quy trình công nghệ cán thép hình cỡ lớn

12

2.4 Hệ thống lỗ hình

14

2.5 Nhiệt độ cán

15

Chương 3: Thiết kế công nghệ xưởng cán

16

3.1 Quy trình tổng quát cán ray xe lửa

16

3.2 Quy trình chi tiết cán ray xe lửa

16

3.2 Thiết kế hệ thống lỗ hình

18

Chương 4: Thiết bị xưởng cán

21

4.1 Máy cán

21

4.2 Lò nung

22

4.3 Sàn làm nguội

24
2


4.3 Máy cắt

25

Chương 5: Chỉ tiêu và hiệu quả kinh tế

26

5.1 Quy hoạch thiết bị

26

5.2 Chế độ làm việc

27

Tài liệu tham khảo

28

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước chúng ta đang từng bước phát triển một cách mạnh mẽ, điều đó
đồng nghĩa với việc rất nhiều công trình dân dụng và công nghiệp được xây dựng

lên. Vì vậy nhu cầu về vật liệu là rất lớn.
Để đáp ứng được nhu cầu đó, ngày càng nhiều nhà máy và công ty sản xuất
thép cán ra đời, không chỉ cho nhu cầu xây dựng mà còn cho các ngành cơ khí chế
tạo, giao thông vận tải, nông nghiệp…
Một trong những ngành quan trọng và lâu đời của nước ta đó là ngành vận tải
đường sắt. Được ra đời từ năm 1881, đường sắt Việt Nam đã trải qua nhiều giai
đoạn phát triển và đã thể hiện ưu thế của mình, đó là khối lượng vận chuyển lớn,
tốc độ cao và ổn định.
Trong kì làm đồ án lần này, em được giao cho đề tài thiết kế công nghệ và
thiết bị cán ray xe lửa. Đây là một đề tài khó, vì cán ray xe lửa rất phức tạp và
lượng tài liệu tham khảo còn hạn chế. Tuy nhiên, nhờ sự giúp đỡ tận tình của cá
thầy trong bộ môn Kim Loại Và Hợp Kim, em đã hoàn thành đồ án.
Trong quá trình thực hiện đồ án không thể tránh được những thiếu sót. Rất
mong các thầy và các bạn nhiệt tình đóng góp ý kiến để em có thể hoàn thiện đồ
án này.

3


Sinh viện thực hiện đồ án
Nguyễn Mậu Lục Tỉnh

Chương 1: Sản phẩm thép hình và máy cán thép hình
1.1 Tình hình sản xuất thép cán tại Việt Nam và thế giới
1.1.1Sản suất thép hình tại Việt Nam
Kế hoạch 5 năm lần thứ nhất (1960 – 1965), được sự giúp đỡ của Trung
Quốc, miền Bắc khởi công xây dựng khu công nghiệp gang thép Thái Nguyên với
năng suất 20 vạn tấn/năm. Ở miền Nam, các công ty Đài Loan đầu tư vào xây
dựng các nhà máy cán thép Nhà Bè, Vicasa, Vikimco… năng suất từ 3 đến 5 vạn
tấn/năm.

Năm 1975, đất nước thống nhất, nước ta khôi phục lại các cơ sở cán thép sau
chiến tranh và xây dựng thêm nhà máy luyện cán thép Gia Sàng năng suất 5 vạn
tấn/năm.
Kể từ sau đổi mới 1986, hàng loạt các công ty thép liên doanh với nước
ngoài ra đời như Posco (Việt-Hàn), Vina Kioei (Việt – Nhật), Vinausteel (Việt –
Úc)…
Tổng Công ty Thép và Công ty Thép Miền Nam đã xây dựng thêm các nhà
máy cán thép hình liên tục 30 vạn tấn/năm tại Thái Nguyên, 12 vạn tấn/năm tại Đà
Nẵng, 50 vạn tấn thép hình/năm và 30 vạn tấn thép tấm/năm tại Bà Rịa Vũng Tàu.
Tính đến năm 2006, sản lượng thép cán cả nước đạt khoảng 4,7 triệu tấn. Tuy
nhiên, công nghệ sản xuất còn lạc hậu và chủ yếu là cán thép Cacbon, trong đó sản
xuất thép hình dùng trong xây dựng, các loại ống hàn là chủ yếu. Nước ta chưa có
4


nhà máy chế tạo và cán thép hợp kim, chưa có nhà máy sản xuất ống không hàn.
Thông tin về một số nhà máy cán thép ở Việt Nam được trình bày trong bảng sau:

Bảng 1.1 Một số nhà máy cán thép ở Việt Nam
TT

1

Tên nhà máy

Kiểu máy

Năng
suất
(Ngàn

T/n)
Nhà
máy Bố trí hàng, 120
luyện cán thép có
cán
Gia Sàng Thái vòng
Nguyên
Hiện
có
thêm 2 giá
cán liên tục

2

Nhà máy cán
thép 650 Lưu
Xá,
Thái
Nguyên

Bố trí hàng, 160
từ
năm
1991 đã cải
tạo thành
bán liên tục

3

Nhà máy cán Liên tục

thép hình liên
tục
Thái
Nguyên

300

4

Nhà máy cán Liên tục
thép hình Phú
Mỹ

500

5

Nhà máy cán Liên tục
thép hình cỡ
nhỏ Hòa Phát

160

5

Các thông số
công nghệ

Nơi
chế

tạo

Chủng loại sản
phẩm

Phôi
thỏi
(120x120)
Thỏi
đúc
(90x90140x140)
Lòliên tục 30
tấn/h
V=10m/s
Thỏi
đúc
(100x100195x195)
Lò liên tục 30
tấn/h
V=3.5 -20m/s
Phôi (120x120)
Lò liên tục
60T/h
V=80m/s

Đức,
Trung
Quốc,
Việt
Nam

Thép tròn và
thép gai Φ10
đến Φ32
Thép góc nhỏ,
dây Φ6 và Φ8.

Trung
Quốc,
Đài
Loan,
Việt
Nam
Italia

Thép U, I, góc
trung bình và
nhỏ
Dây Φ6, Φ8
Tròn, gai Φ10Φ32
Gai, tròn Φ10Φ36
Dây thép Φ6Φ8

Phôi (120x120) Nhật,
Lò liên tục Italia
60T/h
V= 80 m/s
Phôi (120x120) Italia
Lò liên tục
30T/h

V= 80 m/s

Tròn, gai Φ10Φ36
Thép hình khác
Dây Φ6, Φ8
Tròn, gai Φ10Φ32
Dây thép Φ6,
Φ8


6

Nhà máy cán Liên tục
thép hình cỡ
nhỏ
Vina
Kioei

400

Phôi (135x135) Nhật
Lò liên tục
60T/h
V= 60m/s

Tròn, gai Φ10Φ40
Dây thép Φ6.
Φ8
Thép nối ren

. Theo kế hoạch phát triển của ngành thép cho tới năm 2020, nước ta có nhà
máy cán phôi thép, chủ yếu là phôi tấm có công suất từ 50 vạn đến 100 vạn tấn/
năm, có nhà máy cán thép hợp kim năng suất khoảng 5 đến 10 vạn tấn/năm
1.1.2 Tình hình sản xuất thép trong khu vực và trên thế giới
Những năm 70 của thế kỉ trước, Mỹ, Nhật, Anh, Nga, Đức, Pháp là những
nước sản xuất thép có sản lượng và chất lượng cao trên thế giới. Cuối thế kỉ 20,
các nước Trung Quốc, Hàn Quốc đã có tiến bộ vượt bậc về sản xuất thép. Từ năm
1996, sản lượng thép của Trung Quốc đã đạt 101,2 triệu tấn, tuy chất lượng chưa
bằng các nước phát triển, nhưng Trung Quốc đã vượt lên đẫ đầu trên thế giới. Sản
lượng thép của Trung Quốc sau 10 năm đã đạt tới 349, 4 triệu tấn, vượt cả tổng sản
lượng thép của Châu Âu.
Bảng 1.2 Sản lượng thép các nơi trên thế giới
Đơn vị tính: 1000.000 tấn
Châu lục,
quốc gia,
khối.
Châu Âu
Khối EU
Bắc Mỹ
Mỹ
Nam Mỹ
Châu Phi
Trung Đông
Châu Á
Trung Quốc
Nhật Bản
Úc

Năm
1999

Năm
2000

Năm
2001

Năm
2002

Năm
2003

Năm
2004

Năm
2005

284,0
175,9
130,0
97,4
34,6
12,8
9,8
308,8
124,0
94,2
8,9

308,9
186,7
135,4
101,8
39,1
13,8
10,8
331,9
127,2
106,4
7,8

304,7
180,5
119,9
90,1
37,4
14,9
11,7
353,9
150,9
102,9
7,9

308,5
180,9
122,9
91,6
40,9

15,8
12,5
394,9
182,2
107,7
8,3

319,4
184,0
126,3
93,7
43,0
16,3
13,4
442,4
222,4
110,5
8,4

338,6
193,4
134,0
99,7
45,9
16,7
14,3
508,7
280,5
112,7
8,3

331,5
186,5
127,0
93,9
45,3
17,9
15,3
583,8
349,4
112,5
8,6

1.2 Phân loại sản phẩm cán thép hình
6


1.2.1Thép hình có tiết diện đơn giản
Đó là các loại thép tròn, vuông, dẹt, gai, ovan, tam giác, lục lăng…

Hình 1.1: Thép hình có tiết diện đơn giản
1.2.2 Thép hình có tiết diện phức tạp
Đó là thép đường ray xe lửa, tàu điện, máy trục, các dầm thép chữ I, chữ U,
chữ T…

Hình 1. 2: Thép có tiết diện phức tạp
1.2.2Thép có tiết diện đặc biệt
Đó là các loại thép có tiết diện thay đổi theo chu kì, thép gai, bánh xe lửa…

Hình 1.3: Thép có tiết diện đặc biệt

7


1.3 Giao thông đường sắt và sản phẩm ray xe lửa
1.3.1 Ngành giao thông đường sắt
Đường sắt, hay vận tải đường sắt, là loại hình vận chuyển/vận tải hành khách
và hàng hóa bằng phương tiện có bánh được thiết kế để chạy trên loại đường đặc
biệt gọi là đường ray.
Đường ray bao gồm hai thanh thép chạy song song đặt cố định xuống nền là
các thanh chịu lực bằng gỗ, bê tông hay sắt thép (gọi chung là thanh tà vẹt) và
khoảng cách giữa hai thanh ray (gọi là khổ đường) được duy trì cố định. Các thanh
ray và tà vẹt đặt trên nền đã được cải tạo có khả năng chịu lực nén lớn. Chạy trên
đường ray là tàu lửa. Tiếp xúc với đường ray là bánh thép. Các toa tàu di chuyển
trên đường ray với lực ma sát ít hơn rất nhiều so với các phương tiện dùng bánh
cao su trên đường thông thường và do đó đầu tàu dùng kéo các toa tàu sử dụng
năng lượng hiệu quả hơn.
1.3.2 Sản phẩm ray xe lửa
Ray xe lửa được chế tạo từ thép hợp kim thấp được nấu luyện ở hai loại lò chính
mà lò Mactanh và lò Becxơme. Ray thường dùng là ray có kí hiệu từ P38 đến P75.
Ở Việt Nam hiện nay sử dụng phổ biến ray P43 đến P50.
Những yêu cầu kĩ thuật của ray xe lửa là:
 Có tính chịu mài mòn và chịu va đập tốt
 Cường độ chịu tải trọng cao mà không bị phá hủy
 Hệ số giãn nở vì nhiệt là rất nhỏ
 Thành phần hóa học phải chính xác, đồng nhất, tạp chất phi kim ít.
 Hai mặt đầu ray phải cứng, chịu va đập và mài mòn tốt hơn than ray
 Giới hạn bền cho phép của ray không nhò hơn 80Kg/mm2

8

Các kích thước cơ bản của ray xe lửa được thể hiện trong hình sau:

Hình 1.4 Các kích thước cơ bản của ray xe lửa
Thông tin kích thước của một số loại thép ray xe lửa được thể hiện trong bảng
sau:
Bảng 1.2 Một số loại ray xe lửa thường dùng ở Việt Nam

9


Chương 2: Cơ sở lý thuyết cán thép hình cỡ lớn
Sản phẩm ray xe lửa là một trong những sản phẩm của máy cán hình cỡ lớn.
Do đó chương này đề cập đến công nghệ cán hình cỡ lớn.
2.1 Các sản phẩm thép hình cỡ lớn
Thép hình cỡ lớn đa số được cán từ thép Cacbon kết cấu và thép Cacbon thấp,
thép hợp kim thấp cũng được sử dụng nhưng rất ít. Vì các ray và dầm chịu lực
phải dẻo dai và chịu áp lực tốt nên đa số được làm từ thép CT3, CT5, CT10,
CT45v.v…
Các loại sản phẩm cán thép hình cỡ lớn đa số được sản xuất trên máy cán hình
cỡ lớn, còn lại một số ít được sản xuất trên máy cán ray - dầm. Các loại sản phẩm
thép hình cỡ lớn bao gồm thép ray, thép chữ I, thép chữ U, thép chữ T, chữ L, thép
góc, thép vuông, tròn v.v... Các loại sản phẩm này có kích thước, tiết diện và trọng
lượng theo chiều dài được sản xuất trên máy cán hình cỡ lớn 650 và 550 trình bày
trong bảng 2.1
Bảng 2.1 Một số sản phẩm của máy cán hình cỡ lớn 650 và 550

Đối với máy cán hình 750 và lớn hơn thì sản phẩm có kích thước lớn hơn.
2.2 Máy cán hình cỡ lớn
Máy cán hình cỡ lớn có đường kính trục cán tinh từ 500 ÷ 750 mm và có khi

lớn hơn thường được bố trí theo kiểu hàng và được chia ra 2 nhóm: nhóm cán thô
và nhóm cán tinh.

10


a/ Nhóm giá cán thô:
Gồm một giá cán 2 trục đảo chiều có đường kính trục D = 800 mm đặt ở hàng
thứ nhất và một giá cán thô 3 trục đặt ở hàng thứ 2. Vật liệu ban đầu của máy cán
có khi là thỏi đúc cũng có khi là phôi. Các giá cán thô có nhiệm vụ cán thô các
dầm chữ I, U, T và các loại thép hình cỡ lớn khác.
Riêng đối với máy cán thô hai trục đảo chiều có vốn đầu tư cơ bản và tổng chi
phí lớn hơn so với giá cán thô 3 trục. Giá cán thô đảo chiều này cho phép thay đổi
lượng ép theo sơ đồ riêng độc lập và cho khả năng thay đổi lượng ép lớn vì vậy mà
số lần cán được giảm đi.
Ngày nay, người ta dùng phương pháp đúc – cán liên tục để tạo phôi cho cán
thép ray, thép hình chữ I v.v…, chúng có hình dáng gần giống với sản phẩm nên
có thể sẽ không dùng nhóm giá cán thô.
b/ Nhóm giá cán tinh
Gồm 2 giá cán trong đó có một giá cán 3 trục và một giá cán 2 trục. Giá cán 2
trục có đường kính trục 650 mm. Giá cán 2 trục này dùng để cán tinh lại lần cuối
cùng cho ra sản phẩm. Sử dụng giá cán tinh 2 trục có ưu điểm: độ cứng vững lớn,
điều chỉnh trục nhanh và chính xác, bảo đảm chất lượng sản phẩm v.v…
Trục cán của giá cán tinh 2 trục quay được nhờ một động cơ riêng biệt truyền
qua trục bánh răng chữ V và trục khớp nối vạn năng. Giữa giá cán 2 trục và 3 trục
người ta đặt dự phòng một thiết bị truyền động bằng khớp nối vạn năng để khi có
sự cố nào đó xảy ra với một trục nối của hệ thống thì trục nối dự phòng sẽ làm
việc. Như vậy tất cả các trục cán của 2 giá cán đó vẫn làm việc bình thường bằng
một động cơ điện khác.
Đối với các loại máy cán hình cỡ lớn nói riêng và cán hình hiệc đại ngày nay

thì trục cán có số vòng quay thay đổi tương đối rộng vì có một động cơ điện có
khả năng điều chỉnh tốc độ trong một khoảng rộng và xác định. Ngoài ra máy còn

11


có một hệ thống con lăn dịch chuyển phôi hoàn toàn tự động, có máy lật phôi, cơ
cấu dịch chuyển, bàn nâng thủy lực và các cơ cấu cơ khí hiện đại khác.
Máy cán hình cỡ lớn thường được bố trí theo hàng, đôi khi theo hình chữ Z. Sự
phân chia các loại máy cán hình phụ thuộc vào quy ước của từng nước. Ở Việt
Nam thì sự phân chia như sau: máy cán hình cỡ lớn 500 có nghĩa là máy cán hình
cỡ lớn ấy có giá cán tinh cuối cùng có khoảng cách của 2 tâm trục bánh răng chữ
V là 500mm, còn đường kính trục cán trong giá từ 500 ÷ 530 mm.
Bảng 2.2 Các thông số, tính năng kĩ thuật, sản phẩm của máy cán hình cỡ lớn

2.3 Quy trình công nghệ sản xuất thép hình cỡ lớn
2.3.1 Chọn phôi ban đầu và làm sạch bề mặt
Máy cán hình cỡ lớn dùng các loại phôi thỏi của máy cán phá Blumin hoặc của
máy cán phôi có tiết diện từ ( 125 x 125 ) mm đến ( 200 x 200) mm. Chiều dài của
phôi khoảng ( 6 ÷ 12) m và có trọng lượng từ ( 0,6 ÷ 1,8 ) tấn.
Khử khuyết tật và làm sạch bề mặt của phôi do phôi để lâu ngoài không khi, bị
dính bẩn và oxi hóa. Có thể dùng bàn chải sắt để làm sạch hoặc rửa bằng hóa chất.
2.3.2 Nung phôi trước khi cán
Đây là khâu vô cùng quan trọng trong quy trình công nghệ sản xuất thép hình.
Đối với các loại phôi thép hình cỡ lớn thì chế độ nung và các yêu cầu chung cũng
12


giống như khi nung phôi cán nóng nói chung. Nghĩa là nung tới nhiệt độ cán đã
quy định mà phôi không bị cháy, không bị quá nhiệt v.v… Kinh nghiệm cho thấy

rằng:
 Đối với các loại thép Cacbon có hàm lượng C < 0,45 % và các thép hợp
kim thấp ( 15Mn, 30Mn2, 15CrMo), nhiệt độ nung phôi tối ưu là từ
1200 ÷ 12200C
 Các loại thép C cao như C50, C60, C65; các loại thép hợp kim 60CrSi2,
30CrNi3, 35CrMnSiA v.v… thì nhiệt độ nung phôi là 1140 ÷ 12000C.
 Các loại thép C70, C85, CD70, CD80 v.v… có nhiệt độ nung phôi tối ưu là
1140 ÷ 11600C.
2.3.3 Quy trình cán
Khi phôi đạt tới nhiệt độ cán, phôi được đẩy ra khỏi lò và được chuyển trên các
con lăn tới các giá cán. Lần lượt qua giá cán thô, giá cán trung, giá cán tinh cuối
cùng và cuối cùng ra sản phẩm. Tùy theo kích thước khác nhau mà số lần cán cũng
khác nhau, các bước công nghệ cán các loại thép chữ I, U, T, đường ray, thép tròn,
vuông v.v… được biểu diễn vắn tắt như sau:

13


Hình 2.1 Quy trình công nghê cán hình cỡ lớn
Một điều đáng lưu ý là phải kết thúc cán ở nhiệt độ trên nhiệt nhiệt độ kết tinh
lại để chất lượng sản phẩm cao và các đặc tính kĩ thuật như yêu cầu, các loại thép
đường ray cần phải nhiệt luyện 2 đầu.

Hình 2.1 Máy cán hình cỡ lớn 650

2.4 Hệ thống lỗ hình
Như ta đã biết, lỗ hình chính là các rãnh được tiện trên trục cán mà hình
chiếu của mặt cắt qua đường tâm của trục qua mặt bên thể hiện biên dạng của lỗ
hình. Trên mỗi trục có thể tiện nhiều lỗ hình khác loại, hay cùng loại mà chỉ khác
nhau về kích thước.

Để đơn cho việc thiết kế lỗ hình hay vẽ trên bản vẽ kỹ thuật, ta chỉ vẽ biên
dạng của lỗ hình.Việc xác định hình dáng, kích thước và số lượng lỗ hình, cách bố
trí lỗ hình trên trục cán để tạo ra sản phẩm như ý muốn phải dựa trên cơ sở công
nghệ nhất định.
Thiết kế hệ thống lỗ hình cũng như việc chế tạo chúng ở xưởng cơ khí phải
đảm bảo các yêu cầu sau:
14


 Dung sai cho phép đối với sản phẩm.
 Chất lượng bề mặt, kích thước.
 Điều kiện ăn phôi và quá trình biến dạng phôi trong lỗ hình ổn định.
 Tuổi thọ trục cán lớn.
 Điều kiện thao tác thuận tiện cho việc cơ giới hóa, tự động hóa.
Ngoài ra, hệ thống lỗ hình còn phải dựa vào thiết bị của xưởng cán như:
 Kích thước của máy cán, cách bố trí máy cán.
 Phương pháp cán (liên tục, bán liên tục hay bán cơ giới).
 Kích thước phôi, mác vật liệu.
2.5 Nhiệt độ cán.
Trong quá trình cán từ lúc bắt đầu đến khi ra thành phẩm, nhiệt độ phôi cán
mất dần đến lúc kết thúc cán. Sự mất nhiệt trong quá trình cán là do nhiều yếu tố,
các yếu tố đó là:
 Sự mất nhiệt do môi trường không khí xung quanh.
 Sự mất nhiệt do chuyển phôi từ lò nung đến máy cán đầu tiên và từ
giá cán náy đến giá cán khác.
 Sự mất nhiệt do bức xạ, do đối lưu ra môi trường.
 Sự mất nhiệt do phôi truyền qua trục cán và cơ cấu dẫn hướng.
 Sự mất nhiệt do dung dịch làm nguội: nước lạnh hay dầu bôi trơn.
Tóm lại, quá trình cán bị mất nhiệt không theo một quy luật nào nhất định để
ta có thể tính toán một cách chính xác bằng toán học. Tuy nhiên, ta có thể chọn ra

một số yếu tố cơ bản để tính sự mất nhiệt nói trên.

15


Chương 3: Thiết kế công nghệ xưởng cán
3.1 Quy trình công nghệ tổng quát cán ray xe lửa
Toàn bộ quy trình công nghệ tổng quát cán thép đường ray xe lửa được biểu
diễn theo sơ đồ sau:
 Quy trình công nghệ cán ray từ thỏi đúc:

Hình 3.1 Quy trình công nghệ sản xuất ray xe lửa
3.2 Xác định quy trình công nghệ chi tiết
3.2.1 Xác định các thông kĩ thuật
 Máy cán:
 Sử dụng máy cán ray – dầm 750, vận tốc cán v = 5 m/s
 Trục cán trên máy có 2 loại lỗ hình: hệ lỗ hình hộp chữ nhật – vuông để
cán phá, lỗ hình mũ để cán thô, lỗ hình ray để cán ray.
 Bố trí 2 hàng giá cán với 3 giá cán gồm 12 lỗ hình để cán ray như sau:

16


Hình 3.1: Hệ thống lỗ hình cán ray trên máy cán ray dầm 750
 Phôi để cán:
 Vật liệu phôi : thép C45, có bổ sung 0,1% Ti, 0,5 % Cr, 2% Ni để nâng
cao tính chống mài mòn và độ bền dẻo của ray.
 Kích thước của phôi (180x180) dài 6m
 Sản phẩm:
 Sản phẩm là thép ray P50 dài 12,5 m có tiết diện như như sau:

Hình 3.2 Thép ray P50
17


3.2.2 Quy trình công nghệ
Phôi ban đầu có tiết diện (180 x 180) mm được khử bỏ hết khuyết tạt, sau đó
được đưa vào nung trong các lò nung liên tục đến nhiệt độ cán, cụ thể đối với thép
C45 là (1180 ÷ 1200) 0C. Phôi được cán trên máy cán phá 2 trục đảo chiều Φ900.
Sau đó được gia nhiệt đến (1140 ÷ 1150) 0C để đưa vào giá cán 3 trục Φ850 rồi
cán qua giá cán tinh Φ750 để ra thành phẩm. Ray cán ra được cắt thành từng đoạn
có chiều dài 12,5 m.
Các thanh ray được mang đi tôi 2 đầu bằng phương pháp Xoocbit hóa. Phương
pháp này sử dụng dòng điện Phu-Cô nung và tôi bề mặt đầu ray, độ thấm tôi đạt từ
( 4 ÷ 6 ) mm, chiều dài thấn tôi từ ( 200 ÷ 250) mm, độ cứng đạy từ ( 350 ÷ 450 )
HB. Như vậy ray tăng được độ chống mài mòn và chống va đập khi sử dụng. Cuối
cùng, ray được thử độ bền nén bằng máy búa hơi, nếu đạt yêu cầu thì đóng mác kí
hiệu và xuất xưởng.
3.3 Hệ thống lỗ hình cán ray P50
3.3.1 Hệ thống lỗ hình cán thô
Lỗ hình này được tạo trên trục cán của giá cán 2 trục đảo chiều, chọn hệ số
giãn dài trung bình μtb= 1.28, các kích thước tính toán như sau:

Hình 3.3 Lỗ hình chữ nhật để cán phá
3.3.2 Hệ thống lỗ hình cán mũ: (có bản vẽ đính kèm)
Các lỗ hình được bố trí trên trục cán của giá cán 3 trục

18

Hình 3.4 Hệ lỗ hình mũ trên trục giá cán 3 trục
3.3.3 Hệ thống lỗ hình cán ray: (có bản vẽ đính kèm)

19


Hình 3.5 Hệ lỗ hình ray trên giá cán tinh

20


Chương 4: Thiết bị xưởng cán
4.1 Máy cán
Để tính toán các chi tiết của máy cán, trước hết cần xác định lực cán, Momen
cán.
 Lực cán:
 Diện tích tiếp xúc giữa phôi và trục cán
F = 23.702 mm2
 Áp lực cán đơn vị trung bình ptb, đối với cán ray xe lửa ptb=
60KG/mm2
 Lực cán P = ptb x F = 60 x 23702 =1.422.120 KG/mm2
 Mômen cán:
Mc = P x ψ x = 1.422.120 x 0,5 x = 127.198.279 N.mm
 Công suất động cơ
 Momen ma sát một: Mms1 = P x d x f” = 1.422.120 x 487.5 x 0.05 =
34.664.175 N. mm
 Momen ma sát 2: Mms2 = (Mc+ Mms1) x 0.1 = (127.198.279 +
34.664.175) x 0,1 = 16.186.245 N.mm
 Moment không tải M0 = 0,05 Mc = 0.05 x 127.198.279 = 6.359.913
N.mm

 Giả sử cán không đảo chiều thì Moment tĩnh quy về trục động cơ là:
Mtdc = = = = 34.149.742 N.mm
 Công suất động cơ N =2700 kW
4.1.1 Trục cán hình Φ750
Vật liệu là trục cán là thép hợp kim 40CrNi, có các thông số như sau:

21


Hình 4.1 các kích thước cơ bản của trục cán
 Chiều dài thân trục:
Chọn L/D = 2 thì chiều dài trục cán là 1500 (mm)
 Đường kính cổ trục:
d = 0,65 D = 487,5 ( mm )
 Chiều dài cổ trục:
l = d = 487,5 (mm)
 Bán kính lượn cổ trục:
r = 0,1 d = 58,75 (mm)
 Khoảng cách từ tâm cồ trục đến mép ngoài mặt làm việc:
c= l/2 = 243,75 (mm)
 Nghiệm bền trục cán:
 Tại thân trục cán:
σu= = = [σu] = 40 KG/mm2
 Tại cổ trục cán:
τx= = = 7,68 τu = 15 KG/mm2
Vậy trục cán đủ bền.
4.1.2 Gối đỡ và ổ đỡ trục
22

Gối đỡ trục cán là bộ phận đặt ở 2 bên thân giá cán để lắp ổ đỡ 2 đầu trục cán.
Gối đỡ trục thường làm bằng gang xám, có khi làm bằng thép đúc thông thường.
Gối đỡ trục thường làm bằng 2 nửa trên và nửa dưới ghép lại, có khi gối đỡ được
đúc liền. Trong quá trình làm việc, trục cán dưới của các giá cán 2 trục; trục cán
giữa của các giá cán 3 trục thường cố định cho nên gối đỡ dưới và giữa của chúng
được đặt trực tiếp vào thân giá cán. Gối đỡ trên được lắp đặt vào thân giá cán và
được nâng lên nhờ cơ cấu đối trọng, cơ cấu thủy lực hoặc cơ cấu lò xo nâng trục.
Sử dụng gối đỡ Babit [P] = 25 N/mm2 và bạc lót vì chúng có khả năng nhịu lực
lớn và tuổi thọ lâu dài:

Hình 4.2 Gối đỡ và bạt lót
4.1.3 Cơ cấu điều chỉnh lượng ép
Để làm giảm chiều dày của vật cán, người ta thường dùng 2 vít nén điều chỉnh
luợng ép. Hai vít nén này được lắp đặt vào 2 thanh ngang trên của giá cán. Ở một
số giá cán 3 trục người ta còn bố trí vít nén ở 2 thanh ngang dưới. Nhiệm vụ chính
của vít nén là điều chỉnh lượng ép theo thiết kế đã tính toán. Vít nén điều chỉnh lên
xuống phải rất dễ dàng, một đầu tỳ vào gối đỡ trục trên qua cốc an toàn, đầu kia
được nối với bánh vít dẫn động quay bằng động cơ điện hay bằng sức người…

23


Bộ phận quan trọng nhất của cơ cấu điều chỉnh lượng ép là vit me, chọn vit me
có các thông số sau: P = 1.422.120 KG, đường kính chân ren hình thang đỡ chặn
một phía, d = 487,5 mm, vật liệu làm vít là thép 40X.
Nghiệm bền vít ép: σu =< [σu] = 8 KG/mm2
4.1.4 Khung giá cán
Khung giá cán (thân giá cán) là một chi tiết lớn nhất, tất cả các chi tiết như trục
cán, gối, ổ đỡ trục, cơ cấu điều chỉnh lượng ép, cơ cấu dẫn hướng, cơ cấu cân bằng
trục v.v…đều được lắp đặt trên khung giá này.

Trong quá trình làm việc, lực cán tác dụng lên trục cán và truyền vào thân giá
cán rồi truyền xuống móng máy, vì vậy thân giá cán đòi hỏi phải có độ bền cao, ít
bị biến dạng, độ cứng vững lớn. Có những khung giá cán nặng tới hàng trăm tấn.
Chọn khung giá cán kiểu kín làm bằng thép C55, có [σ b] = 60 (N/mm2) theo
phương pháp đúc.
Khi làm việc, dưới tác dụng của lực cán P ở các góc khung xuất hiện các
mômen siêu tĩnh M0, thanh ngang có mômen M1. Dưới tác dụng của lực cán và
các mômen, các thanh ngang của giá cán chịu uốn và các thanh đứng của khung
giá cán chịu kéo.
4.2 Lò nung phôi để cán
Chọn lò nung liên tục dùng khí đốt, vì phôi để cán là phôi có khối lượng lớn,
quá trình nung cần phải có 3 vùng nhiệt độ: vùng nhận nhiệt, vùng nung và vùng
đồng đều nhiệt.
Nhiệt độ tối đa của lò là 13000C.

24


Hình 4.3 Lò nung liên tục
4.3 Sàn làm nguội

Sàn làm nguội dùng để làm nguội kim loại sau khi cán đồng thời vận chuyển
chúng đến nơi thành phẩm, sàn làm nguội thực hiện chuyển dịch theo chiều ngang
phân xưởng – chiều vuôn góc với chiều chuyển động của vật cán khi ra khỏi trục
cán.
Các thông số kĩ thuật của sàn làm nguội như sau:

Nhiệt độ kim loại ra khỏi sàn nguội 50 – 100 0C

Chiều dài sàn làm nguội là 35 m


Bề rộng sàn làm nguội Với Q là sản lượng theo giờ của nhà máy
G là trọng lượng 1 sản phẩm
a là bước sàn nguội (khoảng cách giữa 2 sản phẩm) (m)
t là thời gian làm nguội (h)

4.4 Máy cắt

25