1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌技术

时间：2024-05-17

鲁军李大吉王豫东吾塔

（新疆八一钢铁股份有限公司，新疆乌鲁木齐 830022）

前言

在连铸设备正常运行和连铸工艺稳定的前提下，采用二冷区电磁搅拌，借助电磁力强化铸坯中液相穴内未凝固钢液的运动，从而改变钢水凝固过程中的对流、传热和传质过程，使钢液的凝固与铸坯冶金凝固机理相吻合，从而提高铸坯等轴晶率，减轻中心偏析、中心缩孔、中心疏松，改善铸坯内部质量。

板坯连铸机二冷区电磁搅拌要获得良好的冶金效果，搅拌位置、搅拌区有效作用长度和搅拌参数的选择至关重要。而最佳搅拌位置和搅拌区有效作用长度的确定需综合考虑生产钢种、铸坯断面、过热度、拉坯速度、冷却制度、冶金长度和铸机结构等。

1 1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌型式

板坯连铸机二冷区电磁搅拌的型式主要有三种，单边行波磁场型、双边行波磁场型和辊式行波磁场型[1]。单边行波磁场型在内弧侧的支撑辊后面沿拉坯方向布置一台行波磁搅拌器，激发垂直向下或向上的行波磁场，内弧侧钢液由凝固前沿向下或向上流动，外弧侧钢液向上或向下流动，形成单一的环流，环流中心偏向内弧。双边行波磁场型是在内外弧的宽面上沿板宽方向水平布置一对搅拌器，激发方向相同水平行进的磁场，导致钢液沿板宽向一个方向流动，冲击窄面坯壳后分裂成上下两股流动，在有效搅拌区上下各形成一个环流。但上环流区相对下环流区钢液温度高，粘性小，因而上环流区比下环流区要大。辊式行波磁场型，又称电磁搅拌辊型，使用4个搅拌辊在内外弧组成两对，若上下两对搅拌辊的有效搅拌区的流动方向一致，则形成两个蝶形流动；若上下两对搅拌辊的流动方向相反，则在两对辊之间形成一个大的环流，而在上一对辊的上方和下一对辊的下方又各形成一个小环流，3个环流中心的流速为零。板坯连铸机二冷区电磁搅拌三种型式优缺点比较如表1所示。

由表1可看出，电磁搅拌辊型安装灵活，不需改变辊列结构，不需改变扇形段设计，是其他两种类型电磁搅拌不可比拟的。根据1号板坯连铸机扇形段的辊子布置状况和二冷区电磁搅拌型式的生产应用反馈，确定1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌采用电磁搅拌辊型式。

电磁搅拌辊将感应器做成长轴形，安装在非磁性特殊辊套内，外形大小与连铸机常规支承辊相近，工作时辊套随铸坯移动作旋转运动。由于受辊内安装空间限制，电磁搅拌辊如果采用常规电磁辊，磁场强度偏小，决定采用岳阳中科发明的高磁场电磁搅拌辊，以最大限度提高电磁推力。高磁场电磁搅拌辊主要有如下特点：

1)采用无齿槽的圆柱形铁芯绕组连绕技术，最大限度提高绕组的空间利用率，增加铁芯的导磁面积，从而增加磁通密度，加大电磁推力。2)采用在除工作面以外的其他面加装磁屏蔽环的专利设计，最大限度的防止磁场从不作功的方向泄露，从而大大增加工作面的磁通密度，增加电磁推力。3)采用优质取向硅钢Q120B作铁芯叠片，增加了电磁搅拌辊内部的磁场强度，改善电磁搅拌辊铁芯饱和度，降低了电磁搅拌辊本身的损耗。4)电磁搅拌辊辊套采用进口高Ni-Cr耐热耐磨特种不锈钢制作，确保铸机安全正常生产，同时加强透磁性能。5）辊套尽可能采用大直径辊套，在宽度方向增加一个辅助支架，减少辊套的弯曲变形。

2 1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌安装位置

1号板坯连铸机的拉坯速度如表2所示。

根据表2的生产工艺参数，模拟计算得出铸坯凝固曲线，如图1所示。

图1 铸坯凝固曲线

由图1可看出，在距弯月面约4.1m～6.9m范围内，铸坯未凝固率在60%～48%之间。根据现代电磁搅拌冶金原理的“热模型理论”及“机械模型理论”，当铸坯未凝固率指标在60%～48%之间时，可以得到最佳的搅拌效果。1号扇形段的第1对辊和第7对辊位位置距弯月面大致在4.1和6.9m处。因此选择在1号扇形段的1号、7号辊位安装电磁搅拌辊，如图2所示。

3 1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌系统组成

1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌系统由供电 (变压器及高、低压配电)、变频电源、电磁搅拌辊、冷却水装置及远程监控操作五部分组成，主要包括以下设备：

图2 1号板坯连铸机电磁搅拌扇形段

1)1台主干式变压器，容量：500KVA、原边电压：10KV，副边电压：400V；2)1面电源分配及工控柜；3)2面变频电源柜；4)2对（4根）高磁力电磁搅拌辊；5)1套冷却水装置；6)1套自动制纯水装置；7)1套远程监控操作系统。10KV高压电源经高压开关柜送至主变压器变压至400V后送至电源分配柜，电源分配柜进行分配后分别送至2个变频电源柜，经变频电源柜变频变压后输出一个频率在1～16Hz，电流最大400A的低频电源至电磁搅拌对辊。一个变频电源柜带一对辊。电磁搅拌双辊系统构成如图3所示。

冷却水装置由自动纯水制备、纯水箱、纯水泵、热交换器、离子交换柱、磁过滤器、流量调节、流量检测、压力检测、温度检测及水质检测等组成。其中纯水泵为一备一开。流量调节置于电磁搅拌辊之前，可按要求分配每台电磁搅拌器本体的用水量。流量检测用于对每台电磁搅拌器用水量的远程控制，具有流量偏低报警功能，防止电磁搅拌辊缺水。温度检测用于观察电磁搅拌辊出水的温度情况，为流量调节提供依据。水质检测用于观察纯水塔内水的电导率并具报警功能。对水系统可实现远方和当地操作功能，对流量、压力、温度、水位、水质的运行状态实现远方监测功能。当出现不正常时，向远方输送报警信息，同时当地输出硬结点，作为报警信号或者联停逆变系统。