CÔNG NGHỆ CÁN TẤM THÉP DÀY

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

CÔNG NGHỆ CÁN TẤM THÉP DÀY
SVTH : ĐỖ ĐÌNH ĐỈNH
MSSV : V0804147
GVHD : TS. NGUYỄN TRƢỜNG THANH
BỘ MÔN: KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

TP HỒ CHÍ MINH, 5/2012

1


LỜI NĨI ĐẦU

Đồ án mơn học cán kéo thép vơ cùng bổ ích với chúng em, là cơ hội để chúng em có
thể vận dụng những kiến thức đƣợc học trong môn học Cán kéo và ép kim loại vào
thực tế thiết kế, ngồi ra cịn giúp chúng em chủ động trong việc tự nghiên cứu, tìm
hiểu về lĩnh vực này.
Xin chân thành các thầy cô trong bộ môn đã truyền đạt cho em những kiến thức vô
cùng quý báu, xin cảm ơn sâu sắc đến hai thầy TS Nguyễn Trƣờng Thanh và ThS
Nguyễn Đăng Khoa đã dành nhiều thời gian và tâm huyết để giúp em hoàn thành đồ án
này.

2

MỤC LỤC

Contents
CHƢƠNG I: TỒNG QUAN VỀ NGÀNH THÉP ............................................................................... 5
1.1 Tầm quan trọng của ngành thép ........................................................................................... 5
1.2 Tình hình thép thế giới ......................................................................................................... 5
1.3 Tình hình thép Việt Nam...................................................................................................... 7
1.3.1 Sơ lƣợc quá trình phát triển ............................................................................................... 7
1.3.2 Tình hình phát triển ........................................................................................................... 8
a) Chƣa chủ động đƣợc nguồn phôi ........................................................................................... 8
b) Thị trƣờng cạnh tranh ngày càng gay gắt............................................................................... 9
1.4 Khái niệm và đặc điểm cán thép tấm ................................................................................. 10
1.5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ thép tấm ............................................................................. 11
CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................................. 15
2.1 Nguyên lý cán .................................................................................................................... 15
2.2 Vùng biến dạng và các thơng số của nó ............................................................................. 15
2.2.1 Vùng biến dạng ............................................................................................................... 15
2.2.2 Các thông số vùng biến dạng .......................................................................................... 16
2.3 Hệ số ma sát ....................................................................................................................... 19
2.4 Sự mất nhiệt khi cán nóng .................................................................................................. 20
2.5 Đặc điểm q trình biến dạng của thép khi cán tấm dày ................................................... 21
2.6 Máy cán thép ...................................................................................................................... 23
CHƢƠNG III: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ........................................................................................ 27
3.1 Lựa chọn hệ thống máy cán ............................................................................................... 27
3.2. Thiết bị xƣởng cán: .......................................................................................................... 28
3.2.1. Bàn nhận phôi và nhận phôi vào lò nung: ...................................................................... 28
3.2.2. Giá cán 4 trục đảo chiều : ............................................................................................... 28
3.2.3. Máy nắn nóng:................................................................................................................ 30
3.2.4. Sàn làm nguội:................................................................................................................ 30

3.2.5. Máy cắt: .......................................................................................................................... 30
3.3.Quy trình cơng nghệ cán: ................................................................................................... 31
3.4 Lựa chọn nhiệt độ nung:..................................................................................................... 32
3.5. Chọn nhiệt độ cán: ............................................................................................................ 32
3.6. Chọn nhiệt độ kết thúc cán: ............................................................................................... 32
3.7. Tính số lần cán: ................................................................................................................ 33
3


3.8 Sự biến dạng qua các lần cán: ........................................................................................... 33
3.9 Vận tốc cán ......................................................................................................................... 38
3.10 Lực cán, momen cán và công suất động cơ...................................................................... 39
3.11 Kiểm tra chất lƣợng sản phẩm, an tồn lao động và vệ sinh mơi trƣờng ......................... 44
3.11.1 Kiểm tra chất lƣợng sản phẩm....................................................................................... 44
3.11.2 An tồn lao động ........................................................................................................... 45
3.11.3 Vệ sinh mơi trƣờng........................................................................................................ 45

4


CHƢƠNG I: TỒNG QUAN VỀ NGÀNH THÉP

1.1 Tầm quan trọng của ngành thép
Sự ra đời của ngành thép đã góp phần lớn vào q trình phát triển của lồi
ngƣời. Thép đã xuất hiện ngày càng nhiều trong các cơng trình xây dựng cầu đƣờng,
nhà cửa…Hơn nữa thép cũng là nguyên vật liệu chính cho các ngành cơng nghiệp
khác nhƣ đóng tàu, giao thông vận tải, xây dựng nhà máy và sản xuất máy móc thiết bị
phục vụ cho hoạt động sản xuất tạo ra sản phẩm đáp ứng nhu cầu của con ngƣời.
Hiện nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nhiều vật liệu mới đã ra đời
nhƣ vật liệu Compozit, Polymer, Ceramic… nhằm thay thế cho thép nhƣng vẫn chƣa

đáp ứng đƣợc nhu cầu của thị trƣờng đề ra.
Nhận biết đƣợc tầm quan trọng của ngành thép hầu hết các quốc gia đã dành
nhiều chính sách ƣu đãi để phát triển ngành thép. Các nƣớc có tiềm lực kinh tế mạnh
nhƣ: Nhật Bản, Nga, Mỹ Trung Quốc, Thụy Điển…là những nƣớc có nền cơng nghiệp
sản xuất thép mạnh mẽ nhất.

1.2 Tình hình thép thế giới
Brussels- thế giới sản xuất thép thô- đạt khoảng 1,414 triệu tấn cho năm 2010
tăng 15% so với năm 2009 và là một kỷ lục mới cho sản xuất thép thơ tồn cầu.
Tất cả các nƣớc sản xuất thép lớn và khu vực cho thấy tăng hai con số trong
năm 2010. EU và Bắc Mỹ có tỉ lệ tăng trƣởng cao hơn trong đó châu Á có tỉ lệ tăng
trƣởng thấp hơn.
Trong tháng 12/2010, theo tình hình báo cáo sản xuất thép thơ của 66 nƣớc
vả Hiệp hội thép thế giới là 116,2 triệu tấn tăng 7,6% so với cùng kì năm ngối. Các tỉ
lệ sử dụng thép thô của 66 nƣớc trong tháng 12/2009 giảm nhẹ xuống 73,8% so với
75,2% trong tháng 11/2011. Tuy nhiên so với 12/2010 thì tháng 12/2011 có tỉ lệ sử
dụng cao hơn 1,1%.

5


Hình 1.1 Sản lượng thép thơ hàng năm

Hình 1.2 Tỷ lệ sản xuất thép thô của 10 nước đứng đầu thế giới
Trong tháng 1/2011 sản lƣợng thép thô của thế giới tiếp tục tăng. Theo thống
kê từ hiệp hội thép thế giới (WSA) sản lƣợng thép thô của 64 nƣớc là119 triệu tấn,
tang 5,3% so với cùng kỳ năm ngoái. Trong đó sản lƣợng thép thơ của Trung Quốc đạt
52,8 triệu tấn với mức tăng trƣởng 0,5%.

6

Bảng 1.1 Sản lượng thép thô của thế giới trong tháng 1/2011 ( triệu tấn)
Khu vực

Sản lƣợng

Tăng trƣởng (%)

Thế giới

119

5,3

Trung Quốc

52,8

0,5

Nhật bản

9,7

10,7

Hàn Quốc

5,6

24,2

Đức

3,7

4,4

Italia

2,1

10.3

Mỹ

6,8

9,4

Brazil

2,8

3,8

1.3 Tình hình thép Việt Nam
1.3.1 Sơ lƣợc quá trình phát triển
Việt Nam đã coi ngành sản xuất thép là ngành công nghiệp trụ cột của nền

kinh tế, đáp ứng tối đa nhu cầu về các sản phẩm thép của các ngành công nghiệp khác
và tăng cƣờng xuất khẩu. Bên cạnh đó, Chính phủ dành nhiều chính sách khuyến khích
các thành phần kinh tế khác đầu tƣ vào ngành thép nhằm tận dụng tối đa nguồn vốn và
nhân lực còn rỗi của các ngành thúc đẩy phát triển kinh tế đảm bảo công ăn việc làm
cho ngƣời lao động.
Ngành thép Việt Nam còn rất non trẻ, đƣợc xây dựng từ những năm 60 của
thế kỉ XX với sự ra đời của mẻ gang đầu tiên năm 1963, nhƣng phải đến năm 1968
mới có mẻ thép đầu tiên ra đời tại công ty gang thép Thái Nguyên. Trong giai đoạn từ
1975 đến 1990, ngành thép Việt Nam phát triển rất chậm, phần lớn sử dụng nguồn
7


thép của các nƣớc Đông Âu và Liên Xô cũ, sản lƣợng trong giai đoạn này duy trì ở
mức 40.000-80.000 tấn/năm.
Từ năm 1990 đến nay, ngành thép Việt Nam có nhiều thay đổi và tăng
trƣởng mạnh. Sự ra đời của tổng công ty thép Việt Nam (VSA) năm 1990 đã góp phần
quan trọng vào sự bình ổn và phát triển của ngành. Năm 1996 là năm đánh dấu sự
chuyển mình của ngành thép với sự ra đời của bốn công ty lien doanh sản xuất thép là:
công ty lien doanh thép Việt Nhật (Vinakyoei), Việt Úc (Vinausteel), Việt Hàn (VPS)
và Việt Nam – Sigapore (Nasteel) với tổng công suất khoảng 840.000 tấn/năm.
Từ 2002-2008 nhiều doanh nghiệp tƣ nhân và doanh nghiệp lien doanh với
nƣớc ngoài đƣợc thành lập, ngành thép Việt Nam thực sự phát triển mạnh mẽ với tổng
công suất lên đến trên 6 triệu tấn/năm. Hiện nay, hầu hết các nhà máy thép ở Việt
Nam chỉ sản xuất các loại thép dài, các sản phẩm thông thƣờng nhƣ thép thanh tròn
trơn, thép vằn

thép dây cuộn

và một số loại thép hình cỡ nhỏ và

vừa phục vụ cho xây dựng và gia công. Các loại thép dài cỡ lớn (>

) phcu5 vụ cho

các cơng trình xây dựng lớn hiện vẫn chƣa tự sản xuất đƣợc mà phải nhập ở nƣớc
ngoài. Từ năm 2006 trở về trƣớc nƣớc ta khơng có doanh nghiệp nào sản xuất thép dẹt.
Năm 2007 theo thống kê sơ bộ toàn thế giới tiêu thụ 1400 triệu tấn thép.
Trong đó Việt Nam tiêu thụ dƣới 10 triệu tấn, bé hơn 1%, bình quân 100kg/ngƣời.
Bình quân khối ASEAN tiêu thụ khoảng 200kg/ngƣời. Ở các nƣớc tiên tiến, sản lƣợng
tiêu thụ đạt 1000kg/ngƣời.

1.3.2 Tình hình phát triển
a) Chƣa chủ động đƣợc nguồn phơi
Hiện nay ngành thép Việt Nam cịn phụ thuộc nhiều vào thị trƣờng thế giới.
Mặc dù phôi sản xuất trong nƣớc chiếm 60% tổng lƣợng cho sản xuất thép (cịn lại
40% phơi phải nhập khẩu) nhƣng ngun liệu cho sản xuất phôi là thép phế liệu vẫn
phải nhập tới 70%. Và tình hình phế liệu trên thế giới đang có xu hƣớng tăng. Vì vậy
Việt Nam cũng gặp khó khăn trong vấn đề cạnh tranh, nếu nâng giá thép lên cao thì
tạo điều kiện cho thép từ các nƣớc nhập vào ồ ạt; ngƣợc lại nếu hạ giá thành thì khơng
8


đủ cho chi phí. Trong khi đó, nƣớc ta đang trong giai đoạn hội nhập với thế giới nên
môi trƣờng trong nƣớc cũng gặp nhiều vấn đề khó khăn. Vì vậy các doanh nghiệp
trong nƣớc cần phải đầu tƣ các quy trình cơng nghệ mới, nâng cao năng suất, chất
lƣợng sản phẩm.

b) Thị trƣờng cạnh tranh ngày càng gay gắt
Hiệp hội thép Việt Nam cho biết từ năm 2010 ngành thép Việt Nam sẽ đối
mặt với sự cạnh tranh gay gắt ngay trên sân nhà. Ngành thép Việt Nam sẽ khơng cịn

đƣợc hƣởng các ƣu đãi cao về chính sách thuế do thực hiện đầ đủ các cam kết hội nhập
WTO từ năm 2010 trở đi.
Bên cạnh đó, nhiều dự án thép mới đi vào sản xuất năm 2010 sẽ tăng thêm sự
mất cân đối giữa nguồn cung và mức tiêu thụ của thị trƣờng, dẫn đến sự cạnh tranh
quyết liệt trên thị trƣờng tiêu thũ các sản phẩm thép xây dựng, thép cuộn cán nguội,
ống thép hàn, tôn mạ kim loại…
Đặc biệt, thép Việt Nam sẽ tiếp tục phải gánh chịu sự cạnh tranh khốc liệt về
giá bán do chi phí sản xuất phơi thép ở Việt Nam cao gấp 2 lần so với thế giới, trong
khi năm 2010 đƣợc dự báo là năm mà giá cả nguyên vật liệu đầu vào nhƣ quặng, than,
dầu, điện tiếp tục tăng.
Theo dự báo của Hiệp hội thép Việt Nam, sản xuất và tiêu thụ thép xây dựng
và các sản phẩm thép khác sẽ tăng.
Theo dự báo của Hiệp hội thép Việt Nam năm 2011 sản xuất và tiêu thụ thép
xây dựng và các sản phấm thép khác tăng 10-12% so với năm 2010. Tuy nhiên cung
ứng thép choa sản xuất thép trong nƣớc chỉ đáp ứng khoảng 60%. Nhƣ vậy những
tháng cuối năm ngành thép vẫn có khả năng duy trì đƣợc tốc độ tăng trƣởng. Giá thép
sẽ khơng cịn những đợt tăng/giảm giá đột biến vì ngành thép thế giới đã rút kinh
nghiệm từ năm 2008 nẹn sẽ điều chỉnh sản lƣợng và giá phù hợp với tình hình cung
cầu thế giới. Tuy nhiên tiến độ các dự án thƣờng không đúng và các doanh nghiệp
mới khi thâm nhập thị trƣờng sẽ vẫn cịn khó khăn do đặc trƣng của ngành phụ thuộc
nhiều vào hệ thống phân phối.

9


Hơn nữa, Bộ Công Thƣơng và Hiệp hội Thép cũng khuyến cáo, theo lộ trình
cam kết với WTO, thời gian tới, một số sản phẩm thép sẽ không đƣợc hƣởng ƣu đãi và
bảo hộ cao về thuế nhập khẩu, tính cạnh tranh với sản phẩm thép nhập khẩu sẽ ngày
càng trở nên khốc liệt hơn.
Vì vậy, để nâng cao năng lực cạnh tranh với thép ngoại ngay trên “sân nhà”,

các doanh nghiệp sản xuất thép khơng cịn “con đƣờng” nào khác là đầu tƣ đổi mới
cơng nghệ ít tiêu hao năng lƣợng, công suất lớn, ổn định sản xuất, củng cố hệ thống
phân phối, mở rộng thị trƣờng tiêu thụ, điều chỉnh giá bán linh hoạt hơn.

1.4 Khái niệm và đặc điểm cán thép tấm
Thép tấm đƣợc chia làm hai loại là thép tấm cán nóng và thép tấm cán nguội.
Thép tấm cán nóng thƣờng là loại dày, dày vừa; cịn thép tấm cán mỏng và cực mỏng
thì đƣợc cán nguội.
Khác với thép hình, thép tấm đƣợc cán trên các trục không khoét rãnh, mức
độ biến dạng đồng đều trên tồn bộ chiều rộng tiếp xúc, diện tích tiếp xúc rất lớn nên
lực cán rất lớn. Do đặc điểm lực cán lớn nên sự biến dạng đàn hồi của khung giá cán
và các chi tiết lắp trên giá cán và truyền động cũng rất lớn làm ảnh hƣởng đến độ
chính xác của sản phẩm cán.
Thép tấm cán nóng thƣờng có chiều dày từ 4
dƣới 1.4mm thƣờng đƣợc cán nguội.

10

60mm. Thép có chiều dày


Bảng 1.2 Sự khác nhau giữa thép cán nóng và thép cán nguội
Thép cuộn cán nguội
Độ dày thông

Thép cuộn cán nóng

0.15mm-2mm

0.4mm trở lên

Trắng sáng, có độ bóng

Xanh đen, tối đặc

cao.

trƣng

Thƣờng đƣợc xén biên

Hai biên cuộn thƣờng

thẳng và sắc mép

bo tròn, xù xì, biến

thƣờng
Bề mặt

Mép biên

màu rỉ sét khi để lâu.
Bảo quản

Hàng cán nguội thƣờng

Có thể để thép cuộn

có bao bì và để trong

cán nóng ngồi trời

nhà.Rất nhanh rỉ sét bề

một thời gian dài.Và

mặt khơng sử dụng đƣợc

khơng cần bao bì bảo
quản.

1.5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ thép tấm
Trƣớc đây, nƣớc ta hiện vẫn chƣa có nhà máy cán thép nóng, chủ yếu là nhập
phơi từ nƣớc ngồi về và sau đó cán nguội.
Nhƣng sau hơn 3 năm xây dựng và lắp đặt ngày 20/12/2007 Công ty cổ phần
thép Cửu Long Vinashin (đơn vị thành viên của Tập đoàn công nghiệp tàu thủy Việt
Nam Vinashin) đã vận hành chạy thử dây chuyền sản xuất cán nóng thép tấm đầu tiên
ở Việt Nam. Sự kiện này đã thu hút sự qua tâm của các cấp lãnh đạo ngành đóng tàu vì
nó mang một ý nghĩa rất quan trọng: mẻ thép tấm đầu tiên do ngƣời Việt Nam chế tạo
đã ra lò đánh dấu một bƣớc chuyển biến rất tốt cho ngành cơng nghiệp đóng tàu thủy,
từ chỗ phải nhập 100% thép tấm nƣớc ngồi thì bây giờ sẽ có điều kiện nội địa hóa dần
khâu vật liệu quan trọng này. Tuy nhiên sau đó cơng ty này đã bị phá sản.
Ngày 11/03/2010 tại Hà Nội, Tổng công ty thép Việt Nam (VNSTEEL) và
Tập đồn thiết kế, chế tạo cơng nghệ sản xuất thép trên thế giới – Danieli, Italia - đã

11


kí hợp đồng chuyển nhƣợng cổ phần của VNSTEEL tại công ty cổ phần thép miền

Nam về việc thực hiện dự án sau khi thỏa thuận sơ bộ về một lien doanh với 80% vốn
Việt Nam và 20% vốn Italia để xây dựng một nhà máy cán thép tấm nóng đầu tiên tại
Việt Nam đƣợc ký tại Rome ngày 10/12/2009 nhân chuyến viếng thăm chính thức
nƣớc Cộng hịa Italia của đồn cấp cao chính phủ Việt Nam do Chù tịch nƣớc Nguyễn
Minh Triết dẫn đầu.
Liên doanh mới này, ngay trong năm 2010 sẽ đƣợc xây dựng tại khu vực Phú
Mỹ I, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu một nhà máy thép tấm cán nóng cơng suất 2 triệu
tấn/năm với số vốn đầu tƣ 550 triệu USd bằng hình thức chìa khóa trao tay. Nhà máy
sẽ đƣợc đầu tƣ, trang bị những thiết bị, cơng nghệ hiện đại nhất đang có hiện nay trong
ngành cơng nghiệp sản xuất thép. Khi hồn thành xây dựng và đi vào hoạt động, nhà
máy sẽ đáp ứng khoảng trên 20% nhu càu thép cán nóng cho thị trƣờng Việt Nam.
Năng lực sản xuất bán thành phẩm của các công ty thép trong nƣớc, đặc biệt
là phôi thép đã đƣợc cải thiện đáng kể trong 5 năm qua, từ 1,3 triệu tấn lên 3,7 triệu
tấn vào năm 2010. Do đó, tỷ suất lợi nhuận của những doanh nghiệp có thể sản xuất
phơi thép gia tăng đáng kể và giảm mức độ ảnh hƣởng bất lợi từ những biến động của
thị trƣờng nguyên liệu. Trong năm 2010, sản lƣợng phôi thép sản xuất trong nƣớc đáp
ứng 70% khối lƣợng nguyên liệu đầu vào cho ngành thép.
Đặc biệt, ba doanh nghiệp thép hàng đầu là Tisco, Hòa Phát và Pomina đã
tăng công suất đáng kể. Công suất sản xuất phôi thép của Tisco và Công ty Thép miền
Nam đạt 350.000 tấn/năm/cơng ty trong năm 2010. Hịa Phát đang thực hiện giai đoạn
2 của dự án Nhà máy thép liên hợp nhằm nâng công suất sản xuất phôi thép từ 350.000
tấn lên 1 triệu tấn trong năm 2012. Pomina cũng tăng công suất sản xuất phôi thép từ
500.000 tấn lên 1,1 triệu tấn vào đầu năm 2012. Tổng công suất sản xuất phôi thép
trong nƣớc sẽ tăng từ 5,7 triệu tấn năm 2010 lên 7,5 triệu tấn vào năm 2012, đảm bảo
nguồn cung phôi thép cho sản xuất trong nƣớc trong năm 2012 và giúp các công ty
thép nội địa kiểm soát tỷ suất lợi nhuận tốt hơn.
Nhu cầu thép tấm lá (sử dụng trong các ngành công nghiệp: thép ống, tôn
mạ, ô tô, xe máy, điện lạnh và đồ gia dụng…) tại Việt Nam tăng nhanh chóng trong
12

vài năm qua. Các số liệu thống kê cho thấy tiêu thụ đạt gần 5 triệu tấn/năm chiếm
khoảng 40% tổng tiêu thụ thép các loại. Tuy nhiên sản xuất trong nƣớc chỉ đáp ứng
chƣa đến 10% còn lại phải nhập khẩu.
Thị trƣờng thép Việt Nam còn khá nhỏ. Năm 2007 cả nƣớc tiêu thụ gần 8,7
triệu tấn thép các loại, trong đó thép xây dựng dạng thanh là 4,21 triệu tấn và phần còn
lại là thép tấm. Hiện tại, năng lực sản xuất thép thanh đã vƣợt 50% so với nhu cầu, còn
năng lực thép tấm trong nƣớc mới vào khoảng 600.000 tấn.
Tuy mức tiêu thụ hiện cịn ít, nhƣng theo ông Đỗ Duy Thái, Tổng giám đốc
Công ty Thép Việt, thị trƣờng thép Việt Nam đã bƣớc vào giai đoạn phát triển. Ơng
nói: “Các doanh nghiệp trong và ngồi nƣớc đều nhìn thấy triển vọng này, từ đó bắt
đầu một cuộc chạy đua đầu tƣ”.
Viện Nghiên cứu chiến lƣợc thuộc Bộ Công Thƣơng dự báo, đến năm 2020
nhu cầu thép của Việt Nam vào khoảng 22 triệu tấn. Con số này tuy khá lớn, nhƣng
vẫn chƣa thấm vào đâu so với năng lực sản xuất vào thời điểm đó.
Nếu tất cả các dự án của doanh nghiệp trong và ngoài nƣớc đã và chuẩn bị
đƣợc cấp giấy phép thực hiện đúng tiến độ đầu tƣ đã cam kết, thì đến năm 2020 ngành
thép Việt Nam sẽ có sản lƣợng không dƣới 40 triệu tấn.
Tiềm năng của thị trƣờng trong nƣớc rõ ràng là cịn khá lớn, nhƣng đó khơng
phải là lý do duy nhất để Việt Nam thu hút đƣợc dự án thép lớn của nƣớc ngồi. Vị trí
địa lý gần nhƣ là trung tâm của khu vực Đông và Nam châu Á, bờ biển dài và có nhiều
khu vực thuận lợi cho việc xây dựng cảng biển nƣớc sâu để tiếp nhận tàu trọng tải lớn,
lại có nguồn than anthraxit khá lớn, Việt Nam là địa điểm tốt để xây dựng các cơ sở
sản xuất thép lớn cung cấp cho cả khu vực.
Theo quan điểm của Bộ Công Thƣơng, việc nƣớc ngồi đầu tƣ lớn vào ngành
thép có nhiều ƣu điểm, nhƣ: hầu hết là dự án 100% vốn nƣớc ngồi; thu hút nhiều lao
động và sẽ đóng góp nhiều cho ngân sách qua thuế; phần lớn các dự án đầu tƣ ở miền
Trung, là khu vực còn nhiều khó khăn…
Nhƣng nhiều doanh nghiệp thép trong nƣớc lại cho rằng, chính các dự án
chủ yếu do nƣớc ngồi đầu tƣ 100% vốn lại là điều khơng có lợi, vì ngồi khoản thuế

13


mà thu đƣợc nhiều hay ít vẫn cịn là ẩn số, Việt Nam sẽ chẳng cịn gặt hái đƣợc gì
đáng kể. Một số nhà doanh nghiệp đề nghị, Việt Nam nên làm theo cách của Trung
Quốc là giới hạn tỷ lệ góp vốn của nƣớc ngồi trong các dự án thép, nhằm tạo cơ hội
cho các nhà đầu tƣ trong nƣớc.
Dù sao, sự xuất hiện của các dự án luyện cán thép lớn cũng là mối đe dọa đối
với các doanh nghiệp sản xuất trong nƣớc, nhất là những cơ sở nhỏ. Tuy nhiên, điều
quan trọng hơn là sự xuất hiện của các tổ hợp sản xuất thép này đặt ra nhiều vấn đề
đáng lo, nhất là về môi trƣờng.
Với quy mô sản xuất hàng chục triệu tấn thành phẩm, mỗi năm các tổ hợp
này cũng sẽ thải ra hàng chục triệu tấn xỉ than và xỉ quặng cùng với một lƣợng lớn
khói bụi vào khơng khí. Xử lý những chất thải này nhƣ thế nào là việc không thể
không tính đến ngay từ bây giờ. Lẽ đƣơng nhiên, khi nộp hồ sơ xin cấp phép, nhà đầu
tƣ nào cũng đƣa ra phƣơng án giải quyết, nhƣng điều đó khơng có nghĩa ta có thể yên
tâm. Bài học của Hyundai - Vinashin và Vedan là ví dụ.
Các tổ hợp luyện cán thép này sẽ tiêu thụ nguồn năng lƣợng điện, than khổng
lồ. Mặc dù một số dự án có kế hoạch đầu tƣ xây dựng nhà máy điện riêng để tự đáp
ứng nhu cầu năng lƣợng, nhƣng nó cũng khiến cho mức độ phụ thuộc vào nguồn năng
lƣợng nhập khẩu của Việt Nam ngày càng lớn. Mỗi dự án đều chiếm diện tích đất và
mặt nƣớc rất lớn, chẳng hạn khu liên hợp luyện cán thép của Formosa ở Hà Tĩnh sử
dụng trên 3.000 héc ta đất và mặt nƣớc.
Do đó song song với việc phát triển ngành sản xuất thép ta cũng cần chú ý
đến việc tiết kiệm nhiên liệu, bảo vệ mơi trƣờng bằng cách là có thể thay thế các dây
chuyền công nghệ lạc hậu tiêu hao nhiều năng lƣợng bằng những dây chuyền hiện đại
tiết kiệm tài nguyên quốc gia. Đây là mục tiêu mà các nhà máy thép đang hƣớng đến.

14

CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁN

2.1 Nguyên lý cán
Cán là phƣơng pháp gia công làm biến dạng kim loại giữa khe hở của hai hay
nhiều trục làm việc quay tròn quanh đƣờng tâm của chúng.

2.2 Vùng biến dạng và các thơng số của nó
2.2.1 Vùng biến dạng
Khoảng khơng gian giới hạn bởi mặt tiếp xúc giữa trục cán trên, trục cán
dƣới với phôi cán và mặt tiết diện đầu phôi mới chạm vào trục cán và mặt cắt theo
đƣờng nối hai tâm trục cán vng góc với đƣờng cán gọi là vùng biến dạng.

Hình 2.1: Sơ đồ tính tốn các thông số cán
Với V1, V2: lần lƣợt là tốc độ quay của trục cán trên và trục cán dƣới
R1, R2: lần lƣợt là bán kính của trục cán trên và trục cán dƣới
H, h: lần lƣợt là chiều dày của phơi vào và phơi ra
: góc ăn phơi
15


Theo nhiều thực nghiệm đều cho kết quả là vùng biến dạng thực tế luôn luôn
lớn hơn vùng biến dạng lý thuyết trên bản vẽ bởi vì có sự ảnh hƣởng của vùng biến
dạng đến vùng lân cận.

2.2.2 Các thông số vùng biến dạng
: lƣợng ép tuyệt đối
h
(%)
h0

 h gọi là hệ số lƣợng ép tỷ đối

h 

 gọi là hệ số biến dạng theo chiều cao

=

∆b lƣợng dãn rộng tuyệt đối

b  b1  b0

 b gọi là lƣợng dãn rộng tỷ đối

b 

 gọi là hệ số biến dạng theo chiều rộng



h1
(<1).
h0

b
(%);
b0

b1

(>1).
b0

∆l gọi là lƣợng dãn dài tuyệt đối

  l1  l0

 l gọi là lƣợng dãn dài tỷ đối

l 

 gọi là hệ số biến dạng theo chiều dài



l
l0
l1
( 1)
l0

Trong đó:
h0, b0, l0 chiều dày (cao), chiều rộng và chiều dài của phôi trƣớc
khi cán
h1, b1, l1 chiều cao, chiều rông và chiều dài của phôi sau một lần
cán.

16

Cung AB đƣợc gọi là cunh ăn hay cung biến dạng mà hình chiếu của nó lên
trục x ký hiệu là lc – độ dài cung ăn
hay lc  R. sin  

lc = R.sinα

h 2
4

lc  R.h

Khi α nhỏ :

Khi D1≠ D2:

lc 

2 R1.R2
.h(h  h1  h2 )
R1  R2

Góc tạo bởi đƣờng nối tâm trục cán trên và dƣới với đƣờng nối từ tâm trục
cán lên điểm A khi phôi mới tiếp xuc với trục cán là α – góc ăn tự nhiên.
Góc ăn đƣợc tính đơn giản nhƣ sau:
cos   1 

Trong đó:

h
D

∆h – lƣợng ép
D – đƣờng kính làm việc của trục cán.
α nhỏ (10÷150) lấy  

h
D

Quan hệ giữa các đại lƣợng
h 

h
h h0  h1

 1  1  1 
h0
h0
h0

b 

b b1  b0 b1

 1   1
b0
b0
b0

l 

l l1  l0 l1

 1   1
l0
l0
l0

 . . 

h1 b1 l1 h1.b1.l1 V1
. . 
 1
h0 b0 l0 h0 .b0 .l0 V0

Mặt trung tính là mặt mà ở đó các phần tử của phôi bị trục cán cuốn vào có
cùng tốc độ với trục cán. Phía trƣớc mặt trung tính gọi là vùng trễ và phía sau mặt

17


trung tính gọi là vùng vƣợt trƣớc. Vì vậy các phần tử của phôi ở vùng trễ chậm hơn tốc
độ trục cán, cịn ở vùng vƣợt trƣớc thì nhanh hơn.
Hệ số vƣợt trƣớc đƣợc tính nhƣ sau: S = (v1 – vtc)/vtc
S0 

Hệ số vƣợt trễ
Trong đó:

v x  v0
v

 1 0
vx
vx

v1 – tốc độ phôi ra khỏi trục cán ;
vtc – tốc độ vòng của trục cán ;
vx – tốc độ trục cán chiếu xuống trục tọa độ x

Góc tạo bởi đƣờng nối hai tâm trục cán và đƣờng nối từ một tâm trục cán
đến giao điểm của mặt trung tính với cung an gọi là góc trung tính, kí hiệu là . Hệ số
vƣợt trƣớc có thể tính thơng qua góc trung tính (khơng tính lƣợng giãn rộng).

S

R 2

h1

18


2.3 Hệ số ma sát
Điều kiện ăn phôi tự nhiên là nhờ hệ số ma sát giữa trục cán và phơi. Khi
phơi chạm vào trục cán đang làm việc thì phơi bị trục cán cuốn và biến dạng chúng.
y

Co
F

So

N

N

B

T

x
T

S

Hình 2.2 Sơ đồ lực khi cán
Tác dụng lên phơi có lực N (theo định luật Newton), lực tiếp tuyến T, lực F
do q trình chuyển động phơi đến trục cán cùng với lực quán tính U. Chiếu các lực
này xuống trục nằm ngang x và cân bằng chúng.
T = N tagα + ( U –F) / 2cosα
Để quá trình cán xảy ra phải có điều kiện T

Nf trong đó f – hệ số ma sát

giữa trục cán và phôi cán.
f  tg 

(U  P)
2 N cos 

Nếu nhƣ vắng mặt lực F và bỏ qua lực qn tính U (vì quá nhỏ), lúc đó ta có

điều kiện cán là:
f  tg hay   

19


Bảng 2.1 hệ số ma sát f ([6], trang 58)
Trạng thái cán

Cán nóng

Cán nguội

Loại trục cán

Hệ số ma sát f

Trục có gờ, rãnh

0.45÷ 0.62

Trục cán hình

0.36÷ 0.47

Trục cán tấm

0.27÷ 0.36

Trục có độ bóng bình thƣờng

0.09÷0.18

Trục có độ bóng cao

0.03÷0.09

2.4 Sự mất nhiệt khi cán nóng
Từ khi bắt đầu cán cho đến khi ra thành phẩm, nhiệt độ phôi ban đầu sẽ mất
dần đến lúc kết thúc cán. Các yếu tố làm mất nhiệt:
Sự mất nhiệt do mơi trƣờng khơng khí xung quanh.
Sự mất nhiệt do chuyển phơi từ lị nung đến máy cán đầu tiên và từ giá
cán náy đến giá cán khác.
Sự mất nhiệt do bức xạ, do đối lƣu ra môi trƣờng.
Sự mất nhiệt do phôi truyền qua trục cán và cơ cấu dẫn hƣớng.
Sự mất nhiệt do dung dịch làm nguội: nƣớc lạnh hay dầu bơi trơn
Tóm lại, q trình cán bị mất nhiệt khơng theo một quy luật nào nhất định
để ta có thể tính tốn một cách chính xác bằng tốn học. Tuy nhiên, ta có thể chọn ra
một số yếu tố cơ bản để tính sự mất nhiệt nói trên.
Ta xem số lần phơi cán qua các giá cán là i, và nhiệt lƣợng còn lại là Qi, sự
mất nhiệt do bức xạ và đối lƣu là : Qbx và Qdl. Qua i lần cán phôi bị biến dạng và sinh
ra một lƣợng nhiệt là Qbd và mất một lƣợng nhiệt do truyền cho trục là Qtr.

20


Sau khi cán qua i lần, nhiệt lƣợng phơi cịn lại: (Q0 nhiệt lƣợng ban đầu của
phôi)
Qi= Q0 – Qdl – Qbx + Qbd – Qtr
Giá trị nhiệt lƣợng này có ý nghĩa trong việc tính tốn nhiệt lƣợng của phơi

trong q trình vận hành hệ thống.
Tấm thép đƣợc chia làm hai loại thép tấm cán nóng và thép tấm cán nguội.
Thép tấm cán nóng thƣờng là loại dày, dày vừa, cịn thép tấm cán mỏng và cực mỏng
thì đƣợc cán nguội.
Khác với thép hình thép tấm đƣợc cán trên các trục không khoét rãnh, mức
độ biến dạng đống đều trên toàn bộ chiều rộng bề mặt tiếp xúc, diện tích tiếp xúc rất
lớn nên lực cán rất lớn. Do đặc điểm lực cán lớn nên sự biến dạng đàn hồi của khung
giá cán và các chi tiết lắp trên giá và truyền động cũng rất lớn làm ảnh hƣởng đến độ
chính xác của sản phẩm cán.
Thép tấm cán nóng thƣờng có chiều dày từ 4

60mm. Thép có chiều dày

dƣới 1.4mm thƣờng đƣợc cán nguội.

2.5 Đặc điểm quá trình biến dạng của thép khi cán tấm dày
Khi cán trong các giá cán trục ngang bề rộng của tấm thép lớn hơn nhiều so
với chiều dày. Thƣờng thƣờng

chiều rộng ban đầu và chiều dày

trung bình của tấm thép). Trong trƣờng hợp này lƣợng giãn rộng của thép khơng đáng
kể. Khi tính toán áp lực của kim loại trên trục cán, yếu tố giãn rộng có thể bỏ qua,
nghĩa là sự biến dạng của kim loại có thể coi nhƣ phẳng và đều.
Ở giá cán trục ngang thép biến dạng trong điều kiện
dài cung tiếp xúc). Ở giá cán thô.

Ở giá cán tinh là

21

(

độ


Quá trình biến dạng thép trong trục đứng tiến hành trong điều kiện
là độ dải cung tiếp xúc và chiều rộng trung bình của phơi
trong trục đứng).
Khi cán trong giá trục đứng lƣợng giãn rộng ở vùng tiếp giáp với trục phân
bố không đều. Tại vùng tiếp giáp ở đầu và cuối tấm thép khơng có sự giãn rộng.
Lƣợng giãn rộng tăng dần lên và trên một khoảng cách nhất định kể từ hai đầu tấm đạt
giá trị cực đại( vùng ổn định), miền ngồi là vùng có lƣợng giãn rộng chƣa ổn định.
Khi cán ở giá trục đứng chiều rộng của đầu trƣớc tấm thép nhỏ hơn khoảng cách giữa
hai trục khi đã cán ổn định. Sự biến dạng bổ sung của đầu trƣớc tấm thép đƣợc giải
thích dựa vào đặc điểm sự chảy của thép dƣới tác dụng biến dạng đàn hồi của giá trong
điều kiện có miền ngồi khơng hồn tồn.
Khi cán những tấm rộng từ phơi tấn hẹp thì ta định mức cắt mép tăng 45%( theo sơ đồ cán dọc) và 2 – 4% ( theo sơ đồ cán ngang)
Để đánh giá hiệu suất sử dụng giá trục đứng ngƣời ta căn cứ vào hệ số có
ích

: lƣợng giãn rơng bổ sung khi cán trong giá cán trục ngang, do sự giãn rộng ở
vùng tiếp giáp khi cán trong giá trục đứng gay nên
lƣợng ép trong giá trục đứng
Chiều rộng của tấm thép sau khi cán trong giá trục ngang phụ thuộc vào
chiều rộng của phôi trƣớc khi cán trong giá đứng và đƣợc xác định:

Trong đó b1: chiều rộng của tấm thép sau khi cán trong trục đứng
: lƣợng giãn rộng tự nhiên của tấm thép có tiết diện vng vắn vá chiều
rộng b1 khi cán ở giá trục ngang

22


Hệ số có ích của giá trục đứng trong điều kiện

có thể xác

dịnh theo cơng thức thực nghiệm

bo chiều rơng ban đầu của phôi
b1 chiều rông của phôi sau khi cán trong trục đứng
b2 chiều rộng của tấm thép sau khi cán trong giá trục ngang
: chiều dài phần đầu và phần cuối phôi cán với lƣợng ép thay đổi

2.6 Máy cán thép
 Máy cán thép là máy cán chuyên dung để cán thép ở trạng thái nóng và trạng
thái nguội. Máy cán thép đƣợc chia ra làm nhiều loại: máy cán hình, máy cán
tấm, máy cán ống…Máy cán thép gồm ba bộ phận hợp thành: nguồn năng
lƣợng, bộ phận truyền dẫn động và giá cán.
 Giá cán: là nơi tiến hành quá trình cán bao gồm: trục cán , gối, ổ đỡ trục cán, hệ
thống nâng hạ trục, hệ thống cân bằng trục, than máy, hệ thống dẫn phôi, cơ cấu
lật trở phôi…
 Hệ thống truyền động: là nơi truyền mômen cho trục cán bao gồm hộp giảm
tốc, trục nối, khớp nối, bánh đà, hộp chia lực…
 Nguồn năng lƣợng: là nơi cung cấp năng lƣợng cho máy, thƣờng dùng các loại
động cơ điện một chiều, xoay chiều hoặc các máy phát điện.

23

Hình 2.3 Sơ đồ máy cán
I-Nguồn động lực; II- Hệ thống truyền động; III- Giá cán
1: Trục cán;2:Nền giá cán;3: Trục truyền;4 Khớp nối trục truyền;5:Thân giá cán
6: Bánh răng chữ V;7:Khớp nối trục;8:Giá cán;9 Hộp phân lực:10:Hộp giảm tốc
11: Khớp nối;12: ộng cơ điện
 Cán thép là một trong những ngành gia công kim loại bằng áp lực, đây là phƣơng
pháp gia cơng khơng phoi, tạo hình nhờ khả năng biến dạng dẻo của kim loại mà
không cần phải cắt gọt nên tiết kiệm đƣợc nhiều kim loại.
 Dựa theo số lƣợng và cách bố trí trục cán ta có các loại sau:
 Máy cán hai trục đảo chiều: sau một lần cán thì chiều quay của trục lại đƣợc quay
ngƣợc lại. Thƣờng áp dụng khi cán phôi, cán tấm dày.
 Máy cán hai trục không đảo chiều: dung trong cán liên tục hoặc cán tấm mỏng
 Máy cán ba trục: có thể có loại ba trục có đƣờng kính đều bằng nhau hoặc có loại
hai trục bằng nhau còn trục giữa nhỏ hơn.
 Máy cán bốn trục: gồm hai trục nhỏ làm việc còn hai trục lớn dẫn động, đƣợc
dung nhiều khi cán tấm nóng hoặc cán nguội.
24


 Máy cán nhiều trục dung để cán ra tấm mỏng hoặc cực mỏng nhƣ máy sáu trục,
12 trục… có thể cán ra thép mỏng đến 0,001mm

Hình 2.4 Các loại giá cán
a)Giá cán hai trục; b) Giá cán ba trục; c) Giá cán ba trục Layma; d) Giá cán bốn trục
 Máy cán hành tinh: loại này có nhiều trục nhỏ tựa vào hai trục to để làm biến
dạng kim loại. Máy này có thể cán ra sản phẩm rất mỏng từ phơi dày. Ví dụ nhƣ
phơi ban đầu có kích thƣớc 50 150mm sau khi qua máy cán hành tinh có thể
đạt chiều dày 1 2mm

25