基于流场控制的结晶器电磁制动应用研究

摘 要：本文详述了基于结晶器流场控制的ABB电磁制动设备以及电磁制动技术应用发展现状，针对ABB电磁制动设备在京唐钢铁公司2150连铸车间稳定投入运行条件及遇到的结晶器液位波动大、电导率高、漏钢预报影响等问题进行了重点分析，最后结合提高板坯内部质量，生产高洁净钢的要求，对ABB电磁制动在降低流速和弯月面紊流，并防止结晶器保护渣夹带、除去浇铸铝或硅镇静钢夹杂物的应用进行了研究。

关键词：流场控制；电磁制动；结晶器；结晶器液位；ABB

生产高清洁度钢时要求在连续浇铸的过程中实现对夹杂物和钢液流场的完全有效的控制。从中间包浸入式水口流出的钢液，一方面钢液从出口处流出来以后，形成上下两个回流区，其中上返流冲击液面造成液面的波动，易造成卷渣，下返流穿透深度较大，导致非金属夹杂物随着钢液流至结晶器深处而不易上浮，形成内部缺陷。另一方面钢水冲击作用容易导致凝固壳重溶甚至产生拉漏事故，同时也促进凝固壳对夹杂物的捕获。随着拉速的增大，钢水冲击深度、流场、湍动能和夹杂物含量影响增大，从而影响高拉速高质量连铸的发展。电磁制动技术能在高拉速生产过程中显著改善铸坯质量。因而，电磁制动技术也受到极大的重视并得到发展和广泛运用。首钢京唐钢铁公司在引进DANIELI高效板坯连铸机的同时引进了ABB的高速厚板FC-Mold电磁制动设备，以保证在高拉速生产板坯的同时进一步保证和提高板坯质量。

1 ABB FC-Mold电磁制动装置

ABB结晶器电磁装置设备主要包括电力变压器、可控硅整流器（每流两个）、控制柜、结晶器电磁装置线圈组（每流四个线圈）分为上线圈和下线圈、外部设备和冷却水设备。其中PLC控制系统，通过DP方式与其它PLC进行通讯，不仅控制整流器本身，也控制整个结晶器电磁装置系统，另外，PLC本身组态了PP220操作面板用于监测使用过程中的系统产生报警信息和设置参数及工作模式等；铸机每流配备完全由微处理器控制，高效、且占地空间小、双六脉冲可控硅DCA602整流器，可以在结晶器电磁装置每次通电时转化电流，以防止结晶器钢结构中的磁场积聚。冷却水系统包括一个去离子水（低电导率）封闭回路、一台热交换器和一个工业冷却水回路。封闭回路内的去离子水通过热交换器、一台泵和线圈内的冷却水通道。

2 FC-Mold电磁制动装置投入影响和制约

2.1 电磁制装置投入运行条件

电磁制动装置投入使用需要结晶器本身安装电磁制动线圈，线圈的线序极为重要，否则产生的磁场方向会发生变化，无法实现稳流去夹杂作用，进一步造成生产故障。要使电磁制动装置顺利投入，同时还要满足电磁制动上下线圈水流量，同时线圈水温度不超过50度，另外在使用过程中水系统电导率低于4?s，最好保持在2?s以下，否则可能烧毁线圈。在投入启动电磁制动装置时拉速低于0.8m/min，如果大于这个速度投入运行，由于电磁制动线圈内电流与浇铸板坯宽度和拉速构成一定匹配关系，电磁线圈会瞬间产生较大冲击电流而非从0.8m/min拉速缓慢提升得到缓慢爬升电流，会导致液位波动大，严重的造成断浇事故。

2.2 电磁制动装置运行对结晶器钢水液位的影响

京唐钢铁公司2150连铸车间采用VUHZ的SH7-S10液位传感器通过电磁感应方式对结晶器钢水液位进行测量，波动范围+-2mm。ABB的FC-Mold电磁制动装置采用直流电技术制成，按照设计理论上对VUHZ的液位传感器不产生干扰，并且在梅山钢铁做了测试。连铸车间采用VUHZ的液位传感器电磁制动补偿G卡进行钢水液位补偿即电磁制动装置线圈输入电流侧增加电流互感器，同时在VUHZ系统侧增加补偿数据采集G卡。补偿G卡能够通过电流互感器感知电磁制动装置电流及其方向，并根据感应的电流大小对自身液位进行补偿。在操作上尤为重要的是，每次更换了结晶器和线圈都要对电磁制动装置进行至少两次液位补偿的自学习校核过程。一方面液位检测系统感知电磁制动系统运行过程，另一方面操作人员可以通过观测曲线判断液位补偿情况。学习过程如图1所示。

2.3 电磁制动装置对漏钢预报系统影响

当结晶器电磁装置的电流逐渐变化时，结晶器铜板上的热电偶会受电流变化感应所产生电压的影响，使得温度数值发生较大变化。对于这个问题一方面要求ABB维护人员在调试期间进行不断测试，通过ABB电磁制动装置控制系统在程序中加入滤波发生器控制可控硅整流器实现限制电流的急剧改变。另外在选用安装热电偶的同时，热电偶出线使用绞合双线电缆系统。热电偶电缆应被水平固定在结晶器上，其距离不大于热电偶之间的水平距离。通过上述方式，可以消除电磁制动装置在启动和停止时电流波动变化大而带来的对漏钢预报系统的干扰。

结合电磁制动装置在京唐2150连铸车间结晶器上投入使用，彻底解决了电磁制动装置在运行过程中遇到的结晶器钢水液位影响、水系统影响其正常运行、对热电偶的影响等问题，并说明了正确有保障的投入使用电磁制动装置运行条件的经验。最后结合电磁制动在改善板坯质量方面进行了探讨与研究。

[参考文献]

[1]Sten Kollberg，Helmut Hackl. Improving the Quality of Flat Rolled Products using the EMBr in continous casting[J].Iron and Steel Engineer （USA）.Vol.73，No.7，pp.24-28.July 1996.

[2]陈芝会，王恩刚，赫冀成.板坯连铸结晶器电磁制动技术及其应用[J].炼钢，2004年6月20卷第三期.