được cán trên máy cán dầm-ray đối với các loại lớn (từ số 20 trở lên) và cán trên máy cán hình cỡ lớn (từ số 20 trở xuống). Ngoài các số thép tiêu chuẩn, còn có các loại dầm chữ I rộng bản và loại nhẹ hơn so với các loại tiêu chuẩn. Kích thước và dung sai chỉ dẫn trong các tài liệu kỹ thuật. Căn cứ vào nhu cầu của nền kinh tế một số chủng loại thép hình chữ I sản xuất với số lượng ít và có thể dừng sản xuất căn cứ vào thị trường sử dụng. Các loại thép chữ I loại nhẹ khác với các loại thép chữ I tiêu chuẩn bởi chiều dày thân, rộng bản có kích thước nhỏ hơn. Các loại thép chữ I nhẹ chỉ áp dụng cho các số từ 16 đến 30. Quy trình sản xuất thép chữ I gồm một số bước thay đổi hình dạng của phôi ban đầu như hình vẽ 2.

Thép dầm chữ U, số lớn (hơn số 20) được cán trên các máy cán dầm-ray, các số nhỏ (nhỏ hơn số 20) được cán trên các máy cán hình cỡ lớn. Các loại thép dầm chữ U loại nhẹ có kích thược phần thân mỏng hơn. Sai lệch kích thước của dầm chữ I thể hiện trong tiêu chuẩn. Căn cứ nhu cầu thị trường một số loại không được sản xuất hoặc với số lượng rất ít, ví dụ dầm số 33, 36 và một số loại khác. Với sự xuất hiện các xưởng cán hình 450, có thể tổ chức cán các loại thép chữ U loại nhẹ từ số 16 ðến số 30. Việc sử dụng các loại thép chữ I trong các ngành kinh tế sẽ làm tiết kiệm được từ 10% đến 12% kim loại còn sử dụng thép chữ U tiết kiệm được 8-10%

Sơ đồ của máy cán thép dầm và thép đường ray hiện đại trên thế giới là máy cán gồm một giá cán thô duo-đảo chiều được bố trí ở hàng cán thứ nhất, hai giá cán ba trục trio cán đảo chiều và một giá duo cán không đảo chiều được bố trí ở hàng cán thứ hai. Trên các máy cán thép dầm ray hiện đại người ta bố trí lò nung giữa máy cán lớn và máy cán dầm-ray để tránh sự phụ thuộc lẫn nhau, tăng tính cơ động.

Tuy nhiên, sơ đồ bố trí thiết bị của các máy cán dầm-ray kiểu cũ được bố trí sau máy cán lớn 1100 gồm có một giá cán duo-đảo chiều để cán phôi và hai giá cán khác cũng hai trục duo-đảo chiều để cán sản phẩm dầm ray, không có lò nung trung gian. Các máy cán dầm-ray hiện đại tiếp nhận các phôi thép thỏi lớn có chiều dài 3,4-4,5 m, trọng lượng tới 5,9 tấn, trực tiếp từ các máy cán lớn hoặc từ kho chứa.

Khu vực lò nung có hai lò nung liên tục để nung các phôi thép nguội từ kho chứa và hai lò nung kiểu buồng cho các phôi đang còn nóng từ máy cán lớn. Các lò nung liên tục nâng nhiệt đến 900-10000C sau đó chuyển sang lò kiểu buồng để nung hoàn thiện. Phôi thép thỏi lớn với nhiệt độ 12000C được đưa đến giá cán duo đảo chiều có đường kính trục là 900 mm, chiều dài thân trục 2300 mm được dẫn động bởi động cơ điện dòng một chiều công suất 6230 kW với số vòng quay 0-60-120 vòng/phút. Giá cán 900 có cấu tạo giống như giá cán lớn 1150, chỉ khác ở tỷ lệ kích thước và cấu tạo của một số tiểu tiết nhỏ. Trục cán quay trong bạc kín ghép từ vật liệu phíp, hành trình nâng trục trên 700 mm, cân bằng trục trên bằng tải đối trọng. Cơ cấu đai ốc vít nén được dẫn động bới động cơ 200 kW.

Sơ đồ mặt bằng bố trí thiết bị máy cán thép dầm-ray chia ra các khu vực sau đây: I-khu vực kho chứa thép phôi lớn (bloom); II-khu lò nung; III-gian máy cán; IV-khu vực của máy cán; V-khu nhiệt luyện; VI-kho sản phẩm; VII-khu xử lý thép đường ray; VIII-khu xử lý thép dầm. Để thực hiện sản xuất được các loại thép dầm và các thép đường ray khổ hẹp cũng như khổ rộng, tất cả các xưởng cán loại này trên thế giới đã dùng các loại thiết bị sau: 1-giá cán duo 900; 2-giá cán thô trio 800; 3-giá cán tinh duo 800; 4-băng tải cấp phôi đầu vào; 5-lò nung; 6-băng tải của máy cán và băng tải xích; 7-băng tải cấp phôi cho máy cán; 8-máy cưa; 9-máy đóng dấu; 10-máy uốn; 11, 19, 27- sàn làm nguội; 12, 17-máy nắn; 13,18-máy nắn thủy lực; 14-máy cắt nguội; 15-cưa nguội; 16-giá đỡ; 20-lò giữ đẳng nhiệt; 21, 29-giá đỡ; 22-lò tôi; 23-máy nắn kiểu con lăn; 24-lò tôi kiểu tang trống; 25-giá có nắp đậy; 26-lò ủ; 27-máy nắn kiểu con lăn (số tự nhiên là thứ tự lắp đặt theo trình tự quy trình công nghệ)

Phía trước và phía sau của giá cán 900 duo-đảo chiều có lắp đặt hệ thống bàn đỡ với thước đảo phôi và cơ cấu lật phôi. Các thước đảo phôi được dẫn động bằng động cơ dòng điện một chiều 150 kW với tốc độ vòng quay 25 vòng/phút. Sau giá cán 900, phôi cán được đưa tới hàng cán thứ hai gồm hai giá cán thô trio và một gía cán tinh duo. Trục cán của gía cán thô trio có đường kính 800 mm và chiều dài thân trục là 1900 mm, được lắp trong ổ đỡ có bạc ép liền khối từ vật liệu gỗ phíp, làm nguội và bôi trơn bằng nước, có mỡ bôi trơn gián đoạn định kỳ, được dẫn động bới động cơ điện dòng một chiều có công suất 4500 kW và tốc độ 0-70-140 vòng/phút. Máy có khung giá kiểu hở với nắp đậy được kết khối với phần khung bởi chốt giữ dạng nêm. Giá cán có các cơ cấu đai ốc vít nén trên và dưới được thiết kế sao cho có thể điều chỉnh bằng tay gạt. Trục trên được cân bằng bới hệ thống lò so. Giá cán có hệ thống vòi phun làm nguội trục. Các trục cán của hai giá cán thô được nối với nhau bằng khớp then hoa. Giá cán tinh được bố trí cùng hàng với hai giá cán thô và có đường kính trục cán 80 mm, chiều dài thân trục 1100 mm, được dẫn động bởi động cơ điện 1840 kW với số vòng quay 0-80-160 vòng/phút.

Trục của giá cán tinh được lắp đặt trong ổ bi đũa bốn hàng, bôi trơn bằng bơm áp lực. Việc thay thế các trục cán được tiến hành ngay trên các giá. Hàng cán thứ hai có các băng tải dẫn vào, dẫn ra, sàn băng tải xích gạt. Hai giá cán ba trục có các bàn nâng hạ kiểu bập-bênh được bố trí ở hai phía.

Khi cán các loại théo dầm chữ I thì giá cán bốn trục liên hợp sẽ được lắp đặt tại vị trí giá cán tinh. Giá cán liên hợp bốn trục có hai trục nằm đường kính 980 mm chiều dài thân trục là 600 mm và hai trục đứng không dẫn động đường kính 700 mm và chiều dài thân trục 300 mm, được bố trí cùng trong mặt phẳng với hai trục nằm. Các trục nằm được lắp đặt trong ổ bạc gỗ phíp. Các trục đứng được lắp đặt trong ổ bi đũa côn bốn hàng.

Sau khi cán trên máy cán tinh thép được băng tải vận chuyển đưa đến khu vực năm máy cưa đĩa, tại đó thép được cưa thành các đoạn đều nhau với tốc độ tới 100-120 m/s. Sau khi cưa các loại thép đường ray được khắc dấu trên máy đóng dấu (với ký hiệu mẻ nấu và số thứ tự thanh ray). Tiếp theo thép đường ray được đưa đến máy nắn con lăn gồm hai con lăn đứng và hai con lăn nằm để nắn uốn thanh đường ray đang ở trạng thái nóng.

Các thanh ray có chiều dài 25 mét tiếp tục được đưa đến sàn làm nguội kiểu băng tải xích. Tại sàn nguội có bố trí cơ cấu lật phôi dùng để lật các thanh ray trước khi dẫn đến khu xử lý nhiệt và lật các thanh thép dầm chữ L, U và I trước và sau khi làm nguội. Sau khi làm nguội trên sàn các thanh ray được đưa vào một trong số 05 lò giữ đẳng nhiệt ở nhiệt độ 6000C từng đợt, một đợt một một cụm 5-6 thanh cách nhau 9 phút.

Các thanh ray được vận chuyển trong lò bằng xích gạt, tại đây chúng được giữ 2 tiếng. Trước khi giữ đẳng nhiệt thép đường ray nên được hạ nhiệt xuống 2500C  3000C, giữ lại một chút thời gian sau đó lại nâng lên nhiệt độ giữ đẳng nhiệt 600-6500C. Sau giữ đẳng nhiệt các thanh ray được đưa đến sàn nguội trung tâm, tại đây thép ray được hạ nhiệt 50-600C sau đó qua máy nắn con lăn sau đó là nắn tinh chỉnh lần cuối bằng máy ép thủy lực. Để tôi thể tích các thép đường ray được chuyển từ khu bảo quản vào kho, từ đó các thanh đường ray được đóng bó kiểu “xếp nghiêng” từ 8 đến 11 thanh và đưa vào lò tôi từng bó sau 5-7 phút một lần. Thép ray ở nhiệt độ 8500C được tôi trong bể dầu 50-800C. Sau khi tôi thép ray được ram ở nhiệt độ 4500C trong thời gian 2 tiếng. Sau khi ram thép thanh ray được nắn trên máy nắn sáu trục nằm và máy nắn sáu trục đứng để nắn thẳng theo mặt phẳng thẳng đứng và mặt phẳng nằm ngang. Sau đó được đưa đến bộ phận kiểm tra để tiếp nhận, đóng bó đưa vào kho hay chuyển đến khách hàng.

Gia công cơ đối với các thanh thép ray được thực hiện theo dây chuyền công nghệ gồm công đoạn nắn trên máy nhiều trục, nắn trên máy thủy lực, phay mặt mút và khoan lỗ ovan trên các máy phay và máy khoan. Để tăng cường độ bền và tính chống mài mòn, sau công đoạn phay và khoan các thanh ray được tôi cao tần bề mặt để có cấu trúc hạt xoócbit. Độ cứng của các đầu thanh ray đạt giới hạn 300-400 HB. Để đảm bảo điều kiện làm việc lâu dài, thép thanh ray không những chỉ có cơ tính của lớp tôi cao mà còn cần có độ bền chống va đập dẫn đến phá hủy giòn. Kiểm tra thử độ bền phá hủy giòn cho thấy thép thanh ray được tôi trong môi trường hơi nước-khí kết hợp tôi cao tần có độ bền ở trạng thái ứng suất đàn hồi cao nhất. Chiều cao tải trọng thử khi thanh ray sau tôi không bị phá hủy là 4,2-5,0 m. Khả năng của các thanh ray sau tôi thể tích trong môi trường dầu cũng tương đương như vậy. Ứng suất dư của thép đường ray xuất hiện trong quá trình làm nguội và quá trình xử lý nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng thép và các đặc tính sử dụng khác. Việc tôi các đầu thanh ray bằng hỗn hợp hơi nước-không khí trong điều kiện đã uốn đàn hồi trước sẽ làm tăng các đặc tính sử dụng.

Các thép thanh chữ U, chữ I và các thép tiết diện khác được sản xuất trên máy cán dầm-ray sẽ được máy cưa cắt thành các đoạn bằng nhau, qua sàn làm nguội, vận chuyển đến khu vực máy nắm, tại đây thép được nắn bằng máy con lăn nhiều trục và máy nắn thủy lực.

Sau kiểm tra, các thanh thép tiếp tục được cắt nguội thành các thanh sản phẩm, cắt các phần bị sai hỏng. Các loại thép hình sau cán được đưa vào kho và chứa trong các hộp khung hàn, có bàn nâng, các khung hộp này có bánh xe chuyển động trên đường ray. Công suất của các máy cán dầm ray hiện đại là 160-200 tấn/giờ tương đương 1,3-1,5 triệu tấn năm. Công suất của các máy cán dầm-ray kiểu cũ là 750-800 triệu tấn/năm.

Trên các loại máy cán dầm-ray sau khi nâng cấp, tại vị trí giá cán tinh cuối cùng, người ta thường lắp đặt giá cán liên hợp bốn trục để có thể cán các loại thép chữ I khổ rộng có các mặt bản song song, trong khi đó vẫn giữ được khả năng cán các thép có tiết diện thông thường.

Tại nước Anh, nhà máy “Shelton Iron and Steel, Etruia, Stoke on-trent” cán thép chữ I rộng bản trên máy cán dầm-ray liên hợp gồm hai giá cán thô mà một giá cán tinh. Giá cán thô đầu tiên là duo, hai trục đường kính 1070 mm, giá cán thô thứ hai là giá liên hợp và giá cán thứ ba -duo cán tinh có đường kính trục 840 mm. Các giá có động cơ riêng, trục quay trong các ổ bi đũa, tổng công suất động cơ là 10 ngàn kW.

Thép chữ I rộng bản kích thước 406x178 mm và thép chữ U 432x102 mm được cán từ phôi 610x430 mm sau 11-12 lần cán tại giá thứ nhất và 7-11 lần cán tại giá thứ hai và một lần cuối tại giá cán tinh. Trên máy cán này cũng sản xuất thép đường ray các loại, thép góc và thép tròn đường kính tới 89 mm, thép tấm khổ hẹp có chiều rộng 406 mm, khi đó tại giá thứ nhất (I) trục cán có đường kính 915 mm, giá cán tinh liên hợp được thay thế bằng giá cán duo hai trục đường kính 840 mm.

Máy cán liên hợp gồm hai giá liên hợp (một giá cán thô, một giá cán tinh) và một giá cán phụ trợ để ép cạnh lắp đặt phía sau giá cán thô. Giá cán thô có đường kính trục nằm 1320 mm và đường kính trục đứng 890 mm, dẫn động bởi động cơ điện 4600 kW. Giá cán phụ lắp đặt sau giá cán thô có đường kính trục là 838 mm và dẫn động bởi động cơ 2000 kW. Cấu tạo giá cán tinh cũng giống giá cán thô nhưng công suất động cơ điện là 2750 kW. Giá cán thô thực hiện 4-11 lần cán, còn giá cán tinh luôn luôn chỉ thực hiện một lần cán. Thép sau cán được cắt thành các đoạn 4,5-27,5 m. Trong các lỗ hình được tạo nên bởi hai trục, hệ số biến dạng từng thành phần không đều nhau, vì vậy khi tăng chiều rộng bản thép có thể dẫn đến tăng ứng suất dư làm xuất hiện sai hỏng.

Để khắc phục hiện tượng trên và phục vụ việc cán thép dầm rộng bản, khi cải tạo các máy cán dầm ray chỉ có các giá trio và duo, người ta thường bổ sung thêm một số hoặc thay thế bằng các giá cán liên hợp chuyên dụng. Tính đến năm 1972, Nước Mỹ có 7 và nước Anh có 5 trong số 25 nhà máy cán thép dầm chữ I rộng bản trên toàn thế giới. Các thép chữ I rộng bản cỡ lớn, có chiều cao từ 600 mm đến 2000 mm được chế tạo bằng phương pháp hàn ba thép tấm ghép lại với nhau. Các loại thép chữ I cỡ lớn được sản xuất bằng phương pháp hàn được sử dụng cho các dầm cầu trục vận chuyển, đảm bảo tính kinh tế.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Большая советская энциклопедия, TOM XVIII, page 635.

[2]. A. A. Korolev. Mechanical equipment of rolling mills. Metallurgy 1965. Page 355-360

[3]. B.G. Fastovskii. Spravotrnhic Prokattrica. “Metallurgy 1972”. Page 127-132.