Tài liệu Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ ____________________________________________ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2009 _____________________________________ Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker của dây chuyền sản xuất xi măng công suất 1,2 triệu tấn/năm. Ký hiệu:186-09.RD/HĐ-KHCN ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ (ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Hữu Hiền. 7899 Hà Nội, tháng 01-2010 MỤC LỤC Nội dung Trang Mở đầu 1 Chương 1: Nghiên cứu khảo sát thiết kế sản phẩm 2 I. Nội dung của đề tài 2 II. Nội dung nghiên cứu khảo sát 3 Chương 2: Tính toán, thiết kế sản phẩm, lập quy trình công nghệ, tính toán công nghệ chế tạo sản phẩm. 9 I. Tính toán kiểm nghiệm kết cấu sản phẩm do hãng IHI Nhật Bản cung cấp cho dây chuyền sản xuất xi măng công suất 1,2 triệu tấn /năm 9 II. Tính toán chế tạo sản phẩm 11 1. Một số phương pháp gia công biến dạng 11 2. Quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm vành co giãn nhiệt bằng phương pháp cán uốn. 14 Chương 3: Thiết kế, chế tạo máy cán vành co giãn nhiệt. 33 I. Yêu cầu chung của thiết bị 33 1. Nhu cầu phải chế tạo máy 33 2. Các thông số cơ sở để thiết kế máy 33 II. Tính toán trục cán 34 1. Tính toán trục cán 34 2. Tính công suất động cơ 37 Kết luận 40 Phụ lục 1: Bản vẽ và ảnh chụp sản phẩm hoàn chỉnh. 41 Phụ lục 2: Bản vẽ và ảnh chụp sơ đồ công nghệ các nguyên công 51 cán vành co giãn. Phụ lục 3: Bản vẽ và ảnh chụp máy cán vành co giãn. 81 Phụ lục 4: Hợp đồng, phụ lục hợp đồng, hồ sơ nghiệm thu cấp cơ 92 sở, biên bản nghiệm thu, phiếu nhập kho. Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. Mở đầu Nền công nghiệp sản xuất xi măng đã đóng vai trò quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Hiện nay, công nghiệp sản xuất xi măng của nước ta đã phát triển đến trình độ cao ngang tầm với khu vực và Châu Á. Nhiều công ty sản xuất xi măng trong nước với thiết bị, dây chuyền công nghệ hiện đại như: Công ty xi măng Hoàng Thạch, Công ty xi măng Bỉm Sơn, Công ty xi măng Nghi Sơn, Công ty xi măng Tam Điệp, Công ty xi măng Hải Phòng, Công ty xi măng Hoàng Mai… Hầu hết đang sử dụng thiết bị sản xuất xi măng theo công nghệ nguyên liệu khô, nhập các thiết bị của nước ngoài, trong đó có hệ thống sấy nguyên liệu cung cấp cho lò nung clinker. Việc nghiên cứu các thiết bị xi măng nói chung, các phụ tùng, bộ phận thiết bị xi măng thế hệ mới nói riêng là nhiệm vụ cần thiết của ngành cơ khí, chủ động chế tạo một số thiết bị trong nước tiến tới chế tạo hoàn chỉnh cả dây chuyền sản xuất xi măng. Khớp co giãn nhiệt là bộ phận kết nối trong hệ thống sấy nguyên liệu cung cấp cho lò nung clinker, đảm nhận nhiệm vụ kết nối đường ống giữa hệ thống tháp trao đổi nhiệt sấy nguyên liệu với lò nung clinker, đồng thời đảm bảo bù trừ chiều dài hệ thống đường ống cung cấp nguyên liệu bị dãn nở khi nhiệt độ biến đổi từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ làm việc của hệ thống sấy, duy trì hệ thống làm việc kín, ổn định. Dạng hỏng của khớp co giãn nhiệt sau một thời gian làm việc khoảng 12.000 đến 15.000 giờ thường bị thủng, rách, hệ thống sấy sẽ bị hở. Các công ty sản xuất xi măng thường thay thế bằng khớp co giãn nhiệt mới nhập ngoại của các nhà cung cấp thiết bị khi lắp đặt dây chuyền. Đến nay, chưa có cơ sở nào trong nước ta chế tạo cung cấp khớp co giãn nhiệt cho các công ty sản xuất xi măng lò quay. Vì vậy, việc nghiên cứu tính toán, thiết kế, chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy cung cấp nguyên liệu cho lò nung clinker trong nước là một trong những công việc thiết yếu mà nhiều cơ sở sản xuất xi măng lò quay công nghệ nguyên liệu khô có nhu cầu, chủ động việc thay thế khi mòn hỏng, giảm nhập ngoại, góp phần giảm chi phí đầu tư mua sắm thiết bị, nâng cao hiệu quả sản xuất xi măng. TT.CTCK - NARIME/2009 1 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. Chương 1: NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT, THIẾT KẾ SẢN PHẨM I. Nội dung của đề tài Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker của dây chuyền sản xuất xi măng công suất 1,2 triệu tấn/năm. Cơ quan chủ trì: Viện Nghiên cừu Cơ khí Địa chỉ: Số 4 đường Phạm Văn Đồng, quận Cầu Giấy - Hà Nội. Điện thoại: 04.37647350; 37644442, Fax: 04.37649883. Cơ quan phối hợp chính: - Viện Công nghệ. - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Công ty cổ phần Xi măng Bỉm Sơn. Chủ nhiệm Đề tài: Nguyễn Hữu Hiền, kỹ sư chế tạo máy - Viện Nghiên cứu Cơ khí. Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker của dây chuyền sản xuất xi măng công suất 1,2 triệu tấn/năm. Chủ động chế tạo cung cấp các dạng khớp co giãn nhiệt tương tự cho các cơ sở sản xuất xi măng trong nước. Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu kết cấu khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker. - Phân tích vật liệu của sản phẩm. - Tính toán các thông số kỹ thuật. - Nghiên cứu, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt. - Chế tạo thử 01 khớp co giãn nhiệt. - Lắp đặt làm việc trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker tại Công ty cổ phần Xi măng Bỉm Sơn. - Báo cáo tổng kết đề tài. Mục tiêu kinh tế - xã hội: Sản phẩm được chế thử thành công sẽ mở rộng chế tạo các khớp co giãn nhiệt kích thước lớn có kết cấu tương tự, ứng dụng trong những cơ sở sản xuất xi măng lò quay và các nhà máy nhiệt điện sử dụng sấy nhiên liệu than, thay thế nhập khẩu. Mục tiêu khoa học công nghệ: Làm chủ được công nghệ chế tạo dạng khớp co giãn nhiệt lắp trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker của dây chuyền sản xuất xi măng. TTCTCK-NARIME/2009 2 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. Mục tiêu - phương pháp nghiên cứu: Trên cơ sở khớp co giãn nhiệt lắp trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker đang được một số cơ sở sản xuất xi măng trong nước mua sử dụng của các hãng nước ngoài, đề tài nghiên cứu kết cấu, phân tích vật liệu, lập quy trình công nghệ, chế tạo thử sản phẩm lắp đặt tại một trong các đơn vị sản xuất xi măng trong nước. Yêu cầu khoa học đối với sản phẩm tạo ra: TT Tên sản phẩm 1 Các báo cáo và hồ sơ kỹ thuật về Khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. Yêu cầu cụ thể - Bộ bản vẽ thiết kế chế tạo khớp co giãn nhiệt. - Bảng vật liệu, số liệu thành phần hóa học. - Bảng số liệu kết quả làm việc. - Sơ đồ, quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm. Ghi chú Yêu cầu kỹ thuật, chỉ tiêu chất lượng đối với sản phẩm (cho đề tài R&D): TT (1) 1 Tên sản phẩm và chỉ tiêu chất lượng chủ yếu (2) Đơn vị đo Mức chất lượng Kết quả đạt được (3) (4) Khớp co giãn nhiệt trong hệ Chiếc Đạt được các đặc thống sấy nguyên liệu cấp tính kỹ thuật: cho lò nung clinker của dây - Khớp co giãn nhiệt chuyền sản xuất xi măng làm việc dẫn nguyên công suất 1,2 triệu tấn/năm. liệu ổn định, đảm - Giới hạn khoảng nhiệt độ bảo kín khít. Co giãn làm việc ổn định đến nhiệt từ nhiệt độ môi 1000ºC. trường 20ºC đến 1000ºC, - Tuổi thọ làm việc 24 tháng. Mẫu tương tự Số lượng sản phẩm tạo ra Trong nước Thế giới (5) (6) (7) Sản phẩm của hãng IHI Nhật Bản. 01 II. Nội dung nghiên cứu khảo sát. 1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài: Hiện nay, các thiết bị sản xuất xi măng trên thế giới đều sử dụng công nghệ nguyên liệu khô nung clinker bằng lò quay, với hệ thống sấy và tháp trao đổi nhiệt sấy nguyên liệu bằng dòng khí nóng từ 850ºC đến 1000ºC để được nhiệt độ của nguyên liệu 80ºC đến 110ºC trước khi cấp vào lò nung clinker. Phần nối đường ống vận chuyển nguyên liệu từ tháp trao đổi nhiệt vào lò nung clinker là một khớp co giãn nhiệt, yêu cầu khớp nối “mềm”, có khả năng chịu nhiệt độ cao và co giãn nhiệt TTCTCK-NARIME/2009 3 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. trong điều kiện nhiệt độ bên trong ống dẫn biến đổi từ nhiệt độ môi trường đến 1000ºC vẫn duy trì đảm bảo điều kiện làm việc ổn định và độ kín khít của ống dẫn nguyên liệu. Trong những năm tới, các thiết bị xi măng thế hệ mới đều có những cải tiến, hoàn thiện hệ thống sấy nguyên liệu. Trong đó, khớp co giãn nhiệt là bộ phận luôn gắn liền với hệ thống. 2. Tình hình nghiên cứu trong nước: Trong giai đoạn hiện nay và dự báo trong 50 năm tiếp theo, nhu cầu sản xuất xi măng ngày một gia tăng, nhiều cơ sở sản xuất xi măng đang cải tạo thay thế thiết bị mới, hoặc xây dựng mới với dây chuyền hiện đại. Hầu hết các thiết bị thế hệ mới tại các công ty sản xuất xi măng trong nước đang sử dụng công nghệ nguyên liệu khô nung clinker bằng lò quay, kèm theo hệ thống sấy và tháp trao đổi nhiệt sấy khô nguyên liệu. Sau một thời gian sử dụng khoảng 18 đến 20 tháng (khoảng 12.000 đến 15.000 giờ làm việc), khớp co giãn nhiệt bị hỏng cần thay mới, các công ty sản xuất xi măng đang phải nhập ngoại của nước ngoài. Hiện nay, trong nước chưa có cơ sở nghiên cứu chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy khô nguyên liệu xi măng. 3. Khảo sát sản phẩm đề tài: Nhóm tác giả đã khảo sát, nghiên cứu kết cấu khớp nối co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm tại Công ty cổ phần Xi măng Bỉm Sơn do hãng IHI của Nhật Bản cung cấp, khớp nối co giãn nhiệt được lắp trên đường dẫn nguyên liệu vào bộ phận sấy với nhiệt độ sấy đến 1000ºc. Tại vị trí lắp khớp nối co giãn nhiệt, cho phép hướng ống nguyên liệu vào và ống ra qua khớp nối có thể không thẳng hàng đến 50 mm. Khớp nối co giãn nhiệt giải quyết khắc phục hiện tượng đẩy dồn đường ống do dãn dài ống khi nhiệt độ của hệ thống sấy biến đổi rộng từ trang thái nguội (dừng làm việc) đến nhiệt độ sấy max = 1000ºc. Ống dẫn nguyên liệu được lót bằng lớp cách nhiệt amiăng và gạch chịu nhiệt, đảm bảo nhiệt độ của vỏ ống Φ1200x12 mm lớn nhất đến 120ºc. nhiệt độ bên ngoài tại vị trí lắp vành co giãn nhiệt, có thời điểm lên đến 300ºc. Dưới đây là một số hính ảnh của khớp nối co giãn nhiệt Φ1307 mm đang lắp ráp tại Công ty cổ phần Xi măng Bỉm Sơn và hình ảnh cắt bỏ khớp nối khi hỏng. TTCTCK-NARIME/2009 4 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. ẢNH KHƠP CO GIÃN XMBS (CŨ) + PHÂN TÍCH VẬT LIỆU (4 TRANG) TTCTCK-NARIME/2009 5 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. TTCTCK-NARIME/2009 6 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. TTCTCK-NARIME/2009 7 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. TTCTCK-NARIME/2009 8 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. Chương 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ SẢN PHẨM LẬP QUY TRÌNH GIA CÔNG, TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO SẢN PHẨM I. Tính toán, kiểm nghiệm kết cấu sản phẩm do hãng IHI Nhật Bản cung cấp cho dây chuyền sản xuất xi măng công suất 1,2 triệu tấn/năm . 1. Nội dung tính toán: - Tính toán độ co giãn nhiệt của hệ thống đường ống và khả năng đáp ứng của khớp nối với yêu cầu bù trừ độ giãn dài của đường ống. - Tính toán chế tạo vành co giãn nhiệt. 2. Tính toán độ dãn dài của đường ống: Hệ thống ống dẫn trong hệ thống sấy nguyên liệu của dây chuyền sản xuất xi măng tại Công ty cổ phần Xi măng Bỉm Sơn có các thông số cơ bản như sau: Đường kính Φ1200 mm dày 12mm, vật liệu 09Mn2, Chiều dài từ xi lô sấy cuối cùng đến miệng lò nung clinker là 12 mét. Nhiệt độ của ống dẫn bên trong có bảo ôn bằng amiăng và gạch chịu nhiệt. Theo thống kê thực tế tại Công ty cổ phần Xi măng Bỉm Sơn có lúc quá nhiệt do hệ thống khống chế nhiệt gặp lỗi, nhiệt độ tại khớp co giãn lên đến 300ºC. Giả thiết nhiệt độ môi trường của Việt Nam với thời tiết mùa đông có vùng đến 0ºC → chênh lệch nhiệt độ của đường ống dẫn nguyên liệu từ trạng thái nguội đến trạng thái làm việc ∆t = 300ºC. Tính độ giãn dài đường ống: ∆L.ống = Ω .∆t.L.1000 (mm). Trong đó: + ∆L.ống: Độ dãn dài của đường ống (mm). + L: Chiều dài của đường ống dẫn nguyên liệu (m), L = 12 mét + Ω: Hệ số dãn nở nhiệt đối với thép, Ω = 1170.10-8 mm/ ºC (Sổ tay thép và gang, tác giả Nghiêm Hùng, ĐHBKHN xuất bản năm 1997). + ∆t: Chênh lệch nhiệt độ từ trạng thái nguội đến trạng thái làm việc, ∆t = 300ºC. ∆L.ống = 1170.10-8.300.12.1000 = 42,12 mm. 3. Tính toán độ co giãn chiều dài của vành co giãn nhiệt: 3.1. Độ dãn dài của bản thân vành co giãn nhiệt; - Chiều dài của các cung múi phía ngoài: Bán kính trung bình của các cung múi phía ngoài Rn = 16,3 + 0,6 =16,9 mm Chiều dài của các cung múi phía ngoài Ln = П.Rn.Z Trong đó: TTCTCK-NARIME/2009 9 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. Ln: Chiều dài khai triển của các cung phía ngoài (mm). Rn: Bán kính trung bình của cung phía ngoài (mm). Z: Số cung phía ngoài (Z=5) Ln = П.Rn.5 = П .16,9.5 = 265,5 (mm). - Chiều dài của các cung múi phía trong: Bán kính trung bình của các cung múi phía trong Rt = 17,5 + 0,6 =18,1 (mm). Chiều dài của các cung múi phía ngoài Lt = П.Rt.Z Trong đó: Lt: Chiều dài khai triển của các cung phía trong (mm). Rt: Bán kính trung bình của cung phía trong (mm). Z: Số cung phía trong (Z=5) Lt = П.Rt.5 = П .18,1.5 = 284,3 (mm). - Chiều dài của các đoạn thẳng: Lđt = Li x Z Trong đó: + Li là chiều dài đoạn thẳng của múi sóng “hình sin” của vành co giãn (Li = 40 mm). + Z là số đoạn thẳng trong các múi “hình sin” của vành co giãn (Z = 10). Lđt = 40.10 = 400 (mm). - Chiều dài của 2 đoạn ghép vành đỡ vành co giãn nhiệt: Lđ = 50.2 = 100 (mm). Tổng chiều dài khai triển của vành co giãn nhiệt Lvcg = Ln + Lt + Lđt + Lđ = 265,5 + 284,3 + 400 + 100 = 1049,8 mm (1,05 m). Chiều dài giãn nở nhiệt của vật liệu vành co giãn: ∆Lvcg = Ω.∆t. Lvcg.1000 Trong đó: ∆Lvcg: Độ dãn dài của vành co giãn nhiệt. ∆Lvcg: Chiều dài khai triển của vành co giãn nhiệt ( 1,05m) ∆t: Chênh lệch nhiệt độ (∆t = 300 ºC) Ω: Hệ số dãn nở nhiệt đối với thép Ω = 1170.10-8 (mm/ºC). ∆Lvcg = 1170.10-8.300.1,05.1000 = 3,7 (mm). 2.1 Độ co giãn của vành co giãn nhiệt; - Tổng cộng độ giãn dài của đường ống + vành co giãn nhiệt. L∑ = ∆L.ống + ∆Lvcg = 42,1 + 3,7 = 45,8 (mm). - Với số bước của vành co giãn nhiệt n = 5, kích thước của bước co giãn t = 70, khả năng co giãn dồn nén các sóng “hình sin” bằng 1/4 bước → chiều dài có thể co giãn ∆Lcg = 5x70x1/4 = 87,5 mm > 45,8 → đáp ứng được yêu cầu co giãn của hệ thống đường ống. TTCTCK-NARIME/2009 10 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. II. Tính toán chế tạo sản phẩm 1. Một số phương pháp gia công biến dạng Trong một số sản phẩm co giãn nhiệt tại các bộ phận nối khí xả trong động cơ đốt trong, trong các thiết bị có đường ống dẫn khí nóng nhiệt độ cao thường chế tạo 2 lớp vật liệu, để vành co giãn nhiệt có thể đàn hồi, đồng thời tạo thuận lợi cho quá trình biến dạng khi gia công. Khớp co giãn nhiệt do hãng IHI Nhật Bản cung cấp lắp đặt tại Công ty cổ phần Xi măng Bỉm Sơn đươc chế tạo bằng vật liệu thép bền nóng theo tiêu chuẩn JIS G4312-91 của Nhật bản. Phần ống dẫn tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu làm bằng SUS316, các bích chặn làm bằng SUS304, vành co giãn nhiệt cấu tạo 2 lớp làm bằng SUS304, mỗi lớp dày 0,6 mm, tổng chiều dày 1,2 mm. Sản phẩm vành co giãn nhiệt dạng ống có sóng “hình sin”; bước sóng t =70 mm, chiều cao của bước sóng h = 75 mm. Khác với việc tạo sóng, tạo múi cho các tấm phẳng thông dụng thường gặp trong dân sự, được cán uốn bằng giàn cán bố trí những cặp lô cán nối tiếp nhau theo phương ngang. Hiện nay, trên thế giới đã áp dụng công nghệ chế tạo một số sản phẩm có chiều dày mỏng, có biên dạng đơn giản hay phức tạp bằng một số công nghệ tiên tiến. Phương pháp tạo biến dạng bằng thủy lực: Dùng thủy lực áp suất lớn ép biến dạng ống phôi thành sản phẩm theo khuôn, phương pháp này chi phí đầu tư lớn, thiết bị thủy lực công suất lớn, chế tạo khuôn kích thước lớn, gia công khuôn phức tạp. Sơ đồ ép bằng thủy lực từ vật liệu tấm TTCTCK-NARIME/2009 11 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. 1. Nắp khuôn 2. Chày 3. Chêm điều khiển thủy lực 4. Sản phẩm 5. Cối 6. Áo cối 7. Chêm điều khiển thủy lực. 8. Xi lanh thủy lực điều khiển chêm Phương pháp tạo biến dạng bằng sức nổ: Dùng sức nổ của vật liệu nổ làm biến dạng sản phẩm trong khuôn. Phương pháp này cũng tốn kém, đòi hỏi chi phí khuôn, thiết bị bảo vệ an toàn kèm theo cao, chi phí đầu tư lớn. Sơ đồ dép bằng khối nổ đúc 1. Cối 2. Tấm ép 3. Phôi 4. Khối nổ 5. Vòng chắn TTCTCK-NARIME/2009 12 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. Sơ đồ ép bằng sức nổ thuốc súng tác dụng qua nước 1. Áo cối 2. Cối 3. Phôi tấm 4. Đệm cao su 5. Nắp 6. Hạt nổ 7. Thuốc súng Phương pháp cán uốn: Căn cứ vào biên dạng, chiều cao, bước biên dạng phân chia biến dạng theo nhiều nguyên công. Trong mỗi nguyên công được chia làm nhiều bước làm biến dạng dần từ ống trụ tròn đường sinh thẳng thành ống vành co giãn có biên dạng “hình sin”. Trong khuôn khổ của đề tài, trên cơ sở sản phẩm mẫu vành co giãn nhiệt của nước ngoài cung cấp cho các công ty sản xuất xi măng trong nước; dựa vào điều kiện, khả năng chế tạo thiết bị, chế tạo sản phẩm đáp ứng được nhu cầu sử dụng thay thế nhập ngoại, nhóm tác giả đã thiết kế chế tạo máy cán uốn, thực hiện các nguyên công để cán uốn vành co giãn nhiệt. TTCTCK-NARIME/2009 13 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. 2. Quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm vành co giãn nhiệt bằng phương pháp cán uốn. Như phần trên đã trình bày, việc tạo phôi của sản phẩm có 2 lớp, mỗi lớp dày 0,6 mm, tổng chiều dày là 1,2 mm, lốc thành ống trụ tròn có 2 lớp được áp sát vào nhau (không có khe hở giữa 2 lớp). Khi tinh toán biến dạng, lấy mặt phân cách giữa 2 lớp làm cơ sở tính toán cho biến dạng tại các nguyên công. Sản phẩm được hình thành từ ống trụ có đường sinh thẳng, bán kính cong của biên dạng ρ i là ∞; góc prôfin γ i = 0˚ qua các bước biên dạng đến nguyên công cuối cùng có bán kính biên dạng ρ i = 17,5; góc prôfin γ i = 180˚. Mỗi bước biến dạng thực hiện góc prôfin γ i = từ 18˚÷ 28˚, quá trình biến dạng được chia làm 11 nguyên công. 2.1. Tính toán số liệu các nguyên công của quy trình công nghệ + Kích thước khai triển đường kính: - Đường kính trung bình tính toán: Φtb = [(1307,4-1,2)+(1157,4-1,2)]:2 = 1231,2. - Độ giãn đường kính trong quá trình cán uốn vật liệu inox SUS304 = 1%. - Đường kính trung bình tại mặt tiếp giáp giữa 2 lớp Ltb= 1231,2:1,01 = 1219 (mm). - Kích thước khai triển của lớp ống trong Ltr = П.(1219 - 0,6) = 3827,7 (mm). - Kích thước khai triển của lớp ống ngoài Lng = П.(1219 + 0,6) = 3831,5 (mm). + Chiều dài khai triển: L ∑ = П x18,1 x5 + П x16,9 x5 + 10 x40 + 2x60 = 1069,78 mm (1070 mm). 2.2. Tính toán biến dạng. Công thức chung tính toán cán uốn vành co giãn qua các nguyên công: ρi = li .180 γi .π Trong đó: ρ i : Bán kính cong tại nguyên công cán uốn (mm). lt : Chiều dài khai triển của cung phía trên: lt = П.Rt = П.16,9 = 53,10 (mm). (3.1) ld : Chiều dài khai triển của cung phía dưới: ld = П.Rd = П.18,1 = 56,86 (mm). (3.2) γ i : Góc uốn (º) giá trị của γ i phụ thuộc vào sự phân chia số nguyên công và mức độ biến dạng giữa các nguyên công. Với chi tiết yêu cầu biến dạng sâu, qua nghiên cứu thử nghiệm, sản phẩm vành co giãn nhiệt Φ1307 mm cần phân chia làm 11 nguyên công, với góc uốn nâng dần γ i từ 28º ÷180º. TTCTCK-NARIME/2009 14 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. 2.3. Lực cán uốn Lực ép: P = k. S2 .Bσ b + q.F (kg). l Trong đó: + P: Lực ép (kg) ; + l: Khoảng cánh 2 điểm uốn (mm); + S: Chiều dày vật liệu (mm); S =1,2 mm . 2 2 + σ b : Giới hạn bền của vật liệu (kg/mm ); đối với thép không gỉ σ b = 60 kg/mm (bảng 85 trang 174 sổ tay công nghệ dập nguội, nhà xuất bản KHKT năm 1997). + B: Chiều rộng của biên dạng (mm); tại NC2, B = 157,8 mm. + k: Hệ số phụ thuộc tỷ lệ l l l , k =1,33 khi >8; k =1,26 khi >12. S S S Đối với vành co giãn nhiệt, khoảng cách lớn nhất tại NC2; l =189,4 mm. Chọn k = 1,26. + F: Diện tích bị ép làm biến dạng; tại NC2 diện tích F = 569,7 mm2. + q: Áp suất phụ thuộc vào vật liệu và hình dạng nổi của vật cán uốn (kg/mm2). Trị số q đối với thép không gỉ, chiều dày 1,2 mm, đối với thép có [σb] > 35 kg/mm2 chọn q = 6 (bảng 56, trang 117, sổ tay công nghệ dập nguội). S2 .Bσ b + q.F l 1,2 2 P = 1,26. .157,8.60 + 6.157,8 2.189,4 Lực ép P = k. P = 992 (kg) . Áp lực cần thiết trên mỗi đầu trục là 992:2 = 496 (kg). 2.4. Xác định đường kính xi lanh và áp lực khí nén cấp cho xi lanh P = p.Fx Trong đó: P: Lực ép cần cho mỗi đầu xi lanh (kg); p: Áp suất khí nén cấp cho xi lanh (kg/cm2); với máy nén khí áp suất p = 8 kg/cm2. 2 Fx: Diện tích piston xi lanh khí (mm2). Fx = П. D . 4 P = p. Fx P = p. П. D2 . 4 496 = 8. П. D2 4 D = 88,8 (mm2). Chọn đường kính xi lanh D = 120 mm. TTCTCK-NARIME/2009 15 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. 2.5. Tính toán công nghệ chế tạo vành co giãn nhiệt 2.5.1. Nguyên công (NC1): + Cắt phôi ống trong: 0,6x1050 x 3827,7 (mm). + Cắt phôi ống ngoài: 0,6x1050 x3831,5 (mm). + Lốc uốn ống ngoài. - Đường kính trong Ф1219 (mm); - Đường kính ngoài: Ф1219+1,2 = 1220,2 (mm); - Chiều dài ống: Ltr = 1070 (mm). + Lốc uốn ống trong - Đường kính ngoài: Ф1219 (mm); - Đường kính trong: Ф1219 – 1,2 = 1217,8 (mm); - Chiều dài ống: Ltr = 1070 (mm). + Lồng ống trong vào ống ngoài, lốc đồng thời thành ống 2 lớp có đường kính trung bình Φtb = 1219 mm. 2.5.2. Nguyên công 2 (NC2): a. Biên dạng sản phẩm. Cán uốn xác định vị trí các khoảng cách bước vành co giãn. Theo kết quả tính toán tại công thức (3.1), chiều dài khai triển cung trên của NC2: lt = 53,1 mm. Theo kết quả tính toán tại công thức (3.2), chiều dài khai triển cung dưới của NC2: ld = 56,86 mm. Góc uốn nguyên công 2 ( γ 2 ) γ 2 = 28º. Bán kính uốn nguyên công 2 ( ρ t 2 ) ρt 2 = lt .180 53,1.180 = = 108,66 (mm). 28.π γ 2 .π - Chiều sâu biên dạng NC2: h2 = ρt 2 - ρt 2 .cosβ2/2 h2 = ρt 2 .(1-cosβ2/2) Trong đó: h2: Chiều sâu biên dạng của sản phẩm NC2 (mm); β2: Góc biên dạng NC2 (˚); h2 = 108,66.(1-cos280/2) h2 = 3,23 (mm). - Bước của biên dạng NC2 TTCTCK-NARIME/2009 16 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. T2 = 2. ρt 2 . sinβ2/2 + lo Trong đó: T2: Bước biên dạng sản phẩm NC2 lo: Chiều dài đoạn thẳng của biên dạng sản phẩm (mm), lo =136,85 mm. β2: Góc biên dạng NC2 (˚). T2 = 2.108,66.sin28/2 + 136,85. T2 = 189,43 (mm). b. Biên dạng bánh cán: - Biên dạng bánh cán trên: + Rctl2: Bán kính lõm bánh cán trên: Rctl2 = ρt2 + 0,6. Rctl2 = 108,66+0,6 = 109,12 (mm) + Chiều sâu biên dạng bánh cán trên NC2: hct2 (mm) hct2 = Rctl2.(1-cosβ2/2) hct2 = 109,12.(1-cos28/2) hct2 = 3,23 (mm). + Bước của biên dạng bánh cán trên NC2: Tct2 (mm). Tct2 = 2.Rctl2.sinβ2/2 + lo Tct2 = 2.109,12sin28/2 + 136,85 Tct2 = 189,43 (mm). - Biên dạng bánh cán dưới: + Rcdđ2: Bán kính đỉnh của bánh cán dưới NC2: Rcdđ2 = ρt2 - 0,6. Rcdđ2 = 108,66 - 0,6 = 108,06 (mm) + Chiều sâu biên dạng bánh cán dưới NC2: hcd2 (mm) hcd2 = Rcdđ2.(1-cosβ2/2) hcd2 = 108,06.(1-cos28/2) hcd2 = 3,23 (mm). + Bước của biên dạng bánh cán dưới NC2: Tcd2 (mm). Tcd2 = 2.Rcdđ2.sinβ2/2 + lo. Tcd2 = 2.108,06.sin28/2 + 136,85 Tcd2 = 189,43 (mm). 2.5.3. Nguyên công 3 (NC3): a. Biên dạng sản phẩm. - Chiều dài khai triển cung trên NC3: lt = 53,1 mm. TTCTCK-NARIME/2009 17 Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo khớp co giãn nhiệt trong hệ thống sấy nguyên liệu cấp cho lò nung clinker công suất 1,2 triệu tấn/năm. - Chiều dài khai triển cung dưới của NC3: ld = 56,86 mm. - Góc uốn NC3: γ 3 = 22º - Bán kính uốn NC3: + ρt 3 : Bán kính biên dạng trên của sản phẩm ρt3 = lt .180 53,1.180 = = 138,29 (mm). 22.π γ 3 .π + ρ d 3 : Bán kính biên dạng dưới của sản phẩm. ρd3 = ld .180 56,86.180 = = 148,08 (mm). γ 3 .π 22.π - Chiều sâu biên dạng NC3: h3 = ( ρt3 - ρt 3 .cosβ3/2) + lo.cos(90- β3/2) + ( ρ d 3 - ρ d 3 .cosβ3/2). h3 = ( ρt 3 + ρ d 3 ).(1-cosβ3/2) + lo.sin(β3/2) . Trong đó: h3: Chiều sâu biên dạng của sản phẩm NC3 (mm); β3: Góc biên dạng NC3 (˚); lo: Chiều dài đoạn thẳng của biên dạng sản phẩm (mm), lo =40 mm. h3 = (138,29+148,08).(1-cos22/2) + 40.sin(22/2) . h3 = 12,89 (mm). - Bước của biên dạng NC3 T3 = [ ρt3 . sinβ3/2 + lo.sin(90- β3/2) + ρ d 3 .sinβ3/2].2 T3 = [( ρt3 + ρ d 3 ) sinβ3/2 + lo.cos β3/2].2 Trong đó: T3: Bước biên dạng sản phẩm NC3. lo: Chiều dài đoạn thẳng của biên dạng sản phẩm (mm), lo =40 mm. β3: Góc biên dạng NC3 (˚). T3 = [(138,29+148,08). sin22/2 + 40.cos 22/2].2 T3 = 187,83 (mm). b. Biên dạng bánh cán: - Biên dạng bánh cán trên: + Rctđ3: Bán kính đỉnh bánh cán trên: Rctđ3 = ρd3 - 0,6. Rctđ3 = 148,08 - 0,6 = 147,48 (mm) + Rctl3: Bán kính lõm bánh cán trên: Rctl3 = ρt3 + 0,6. Rctl3 = 138,29 + 0,6. = 138,89 (mm). + Chiều sâu biên dạng bánh cán trên NC3: hct3 (mm) TTCTCK-NARIME/2009 18