电磁搅拌技术在莱钢六号合金钢连铸机上的设计与应用

摘要：介绍结晶器电磁搅拌在矩形坯连铸机上的应用。采用内置式结晶器电磁搅拌后，连铸坯低倍组织大为改善，质量明显提高。

关键词：电磁搅拌；莱钢；合金钢连铸机；磁感应

中图分类号：TF341.6 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 14-0000-01

EMS Technology Design and Application in Laiwu Steel VI Alloy Steel Caster

Yang Bo

(Laiwu Iron and Steel Group Co.,Ltd.Automation Department,Laiwu271104,China)

Abstract:Mold Electromagnetic Stirring in a rectangular billet continuous casting machine application.With built-mold electromagnetic stirring,billet macrostructure greatly improved,the quality has improved significantly.

Keywords:Electromagnetic stirring;Laiwu Steel;Alloy steel continuous casting machine;Magnetic induction

一、概要

电磁搅拌器的工作原理与三相异步电动机的工作原理基本相同。EMS的实质是借助在铸坯的液相穴内感生的电磁力，强化液相穴钢水的运动。具体地说，搅拌器激发的交变磁场渗透到铸坯的钢水内，就在其中感应起电流，该感应电流与当地磁场相互作用产生电磁力，电磁力是体积力，作用在钢水体积元上，从而能推动钢水运动。由此，强化钢水的对流、传热和传质过程，从而控制铸坯的凝固过程。有效地细化铸坯晶粒，扩大等轴晶区，减少中心偏析。对改善铸坯表面和内在质量起到重大的作用，成为连铸技术的重要环节。

二、电磁搅拌器设计技术

电磁搅拌器的设计，首先要考虑的问题是EMS的线圈必须在环境极其恶劣的高温水中长期稳定的运行。为此，对EMS线圈所用导线的防水性能及EMS绝缘处理要求十分苛刻，它是关系到EMS能否正常运行的关键。因此，运行中必须保证冷却水的水质符合技术要求。同时还必须保证冷却水的流量、出水温度的要求。应对EMS线圈的绝缘电阻进行定期检测，确保EMS的正常安全运行。

三、电磁搅拌器技术特点

（一）结晶区电磁搅拌器采用旋转磁场连续搅拌的运行方式，中心磁感应强度幅值＞500Gs。末端电磁搅拌器采用旋转磁场交替搅拌或混合搅拌的运行方式，减少中心偏析，防止产生白亮带。中心磁感应强度幅值＞600Gs。

（二）采用低电压、大电流的设计方案，有效地防止高压峰值对绝缘的破坏，延长搅拌器的使用寿命。因为电流大，中心磁感应强度高，故电磁搅拌器适应的断面跨度大，一台搅拌器可适应多种铸坯断面。

（三）对L/D比值进行优化，适当加长搅拌器的长度：1.有利于延长钢水在结晶器内的滞留时间，使过热度尽快消失，提高冶金效果，改善铸坯的内在质量。2.有利于减少搅拌器端部漏磁的影响，使内腔磁场分布较均匀，提高搅拌器的效率。3.有利于提高搅拌角速度，扩大搅拌范围，增加搅拌效果。4.有利于扩大电磁搅拌器的断面跨度，一台搅拌器可适用多种铸坯断面。5.适当加长搅拌器的长度，因为凝固末期的位置受断面、钢种、拉速、过热度等的影响较大，精确地确定凝固末端的位置是很困难的，所以搅拌器铁心的长度需适当取长一点。6.适当降低结晶器电磁搅拌器安装位置，使弯月面附近的磁场尽可能小。即使搅拌强度较强，也不至于引起弯月面的波动和卷渣，使弯月面附近的钢水的流动速度适当。同时适当降低安装位置，有利于提高铸坯的内在质量。7.外置式线圈采用纯净水闭路冷却方式冷却。严格控制进水压力（≤0.3MPa），出水流量和出水温度（≤45°），以延长搅拌器寿命。

四、电磁搅拌器控制系统组成及原理

本系统专为各种电磁搅拌器提供低频大电流电源、并对其实施控制、保护和管理。系统由供电电路、控制电路、整流电路、滤波及补偿电路、逆变电路、参考综合电路，脉宽调制电路、保护电路、检测电路和其它辅助电路组成。系统设计和制造中，充分利用了现代微电子技术、电力电子技术和计算机技术的新成果、采用新器件、新材料和新工艺。系统的控制和管理采用工业个人计算机，符合当今国际工业控制领域通用化、标准化发展的新潮流。功能强大，可靠性高，可以准确而及时地采集现场信息和数据，参数设定方便，运行状态监控严格，具有丰富的故障诊断和显示功能，并有中文故障提示。系统内含的PLC集编辑，编译，运行，测试于一身。采用大屏幕的PLC梯形图显示，极大地方便了用户对本设备开关量故障的维修。对模拟量除有故障诊断功能外还提供了报警功能。报警功能是指当设备出现某种不正常状态但仍可以运行时，提醒操作者在设备工作的间隙及时对设备进行维护以减少故障的发生，提高生产的效率和产品的质量，延长设备的使用寿命。例如：当某相电流明显减小但不至于停机时报警，以便及时进行处理。采用大规模集成电路大大减少了电子元器件数量，明显提高了系统可靠性。大功率器件采用最新IGBT模块，具有迅速的短路、过流、欠压、过热保护功能，集成度高、可靠性高。采用交――直――交变频方式，调频范围宽，不受电源频率的限制，SPWM调制，功率因数高，动态响应快。工控机的控制程序严密且具有鲜明的逻辑性，确保了操作、运行有序、可靠性高。闭环控制既保证电流的调节准确，又确保系统在设定的参数下稳定运行。

五、电磁搅拌器控制功能

（一）上位机的功能：1.监控功能；2.遥控状态下设定运行参数、启动、停止系统；2.数据库管理功能；4.完成上下位机通讯。

（二）下位机的功能：1.运行状态监控、保护功能；2.本地自动状态下设定运行参数；3.内置PLC，完成全屏幕梯形图编辑、编译、调试功能；4.完成上下位机通讯；5.协助完成各种管理、调试功能。

（三）电磁搅拌器的保护及报警功能：1.机械保护。电磁搅拌器的电磁线圈完全包在不锈钢制成的壳体内，对感应器线圈有十分良好的保护。电磁搅拌器的电缆接头通过防水栓密封，防止水蒸气进入保护罩。2.冷却水路保护及电气的保护：（1）电磁搅拌器出口的水流量保护（报警时的水流量为20m3/小时，断开的水流量为17m3/小时）。（2）电磁搅拌器出口水温保护（出口水温设定为45℃，高温季节调整到50℃，最高不得超过50℃）。检测（1）和（2）项是由用户自己提供给感应器进行检测。其接通/断开接点直接与低频电源的控制系统相连接。（3）由于电磁搅拌器是铸机的一部分，因此电磁搅拌器停止工作时也必须充满水。其停机过钢时最小的水流量必须大于10m3/小时。

六、结束语

MEMS技术可以提高铸坯钢的一次低倍组织合格率，从而提高产品的正品率，保证钢材的各项质量指标有效提高，电磁搅拌是改善连铸坯质量、扩大连铸品种的一种有效手段。