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| 电磁搅拌器在连铸上的优势与展望 | |
| 湖南科美达电气 刘立勤 | |
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目前，电磁技术在钢铁生产流程中得到了广泛的应用，特别是在连续铸钢领域，突出表现为成熟技术的推广应用与新技术的开发和工业化。连铸领域的电磁技术主要有：电磁搅拌、电磁制动、电磁铸造与软接触等。
电磁搅拌技术
1952年，首先在连铸机结晶器下方安装了试验性的电磁搅拌装置。二十世纪70年代以来，随着连铸技术的不断发展，连铸钢种的不断扩大，电磁搅拌技术已越来越受到人们的重视。
连铸过程采用电磁搅拌的主要作用是提高连铸坯的质量，例如去除夹杂物、消除皮下气泡、减轻中心偏析、提高连铸坯的等轴晶率。因此，在浇铸断面较大的铸坯如大方坯、大板坯以及浇铸质量要求较高或易出现质量问题的钢种时，电磁搅拌技术便成为首选。按照搅拌的位置不同，连铸电磁搅拌可分为结晶器电磁搅拌 (M-EMS)、二冷区电磁搅拌(s-EMS)、凝固末端电磁搅拌(F—EMS)。目前，方坯连铸应用较多的是结晶器电磁搅拌，有时为进一步提高质量，增加凝固末端电磁搅拌，即结晶器与凝固末端联合搅拌。板坯连铸应用较多的是二冷区电磁搅拌。近年来，板坯结晶器电磁搅拌技术的应用逐渐为各国钢铁企业所重视，特别是日本在这方面的开发与应用十分活跃。
我国连铸电磁搅拌技术的研究始于上世纪70年代，当时以自主开发为主。从80年代中期开始，我国在引进特殊钢连铸机和板坯连铸机的同时，先后引进了不同位置和不同类型的电磁搅拌装置。经过20多年的研究、开发与消化吸收，我国在电磁搅拌技术领域取得了长足的进步，目前已经完全能够承担搅拌器的设计、制造与工业应用，只是线圈导线外层缠绕的防水绝缘膜仍需从国外进口。国内电磁搅拌器的生产厂家现在也处于激烈竞争的状态中，并与国外厂商争夺国内的搅拌器市场。
总体来说，电磁搅拌在电磁连铸技术领域中发展最为成熟，应用也最为广泛。目前存在的主要问题是如何进一步提高电磁搅拌器线圈的使用寿命。搅拌器在运行时线圈发热，需要循环水来冷却，由于循环水长时间的浸泡与冲刷，线圈表面的防水膜与绝缘膜会逐渐老化而失效，造成线圈的绝缘性能下降而产生漏电。当漏电电流大到一定值时就需要对线圈进行修复。对于使用结晶器冷却水的内置式结晶器电磁搅拌器来说，目前线圈的平均使用寿命约为一年。因此，采用新的技术提高使用线圈的使用寿命是电磁搅拌技术发展的趋势。
电磁制动技术
20世纪80年代，瑞典的ABB公司与日本的川崎制铁一起开发了板坯连铸结晶器电磁制动技术。最初的电磁制动器带有两个制动区域，分别覆盖水口出口的一端。至90年代初，电磁制动器得到进一步的改进，具有单一的、覆盖整个板坯宽度的磁场，后来又发展成为两个覆盖整个板坯宽度的磁场。目前，国内在电磁制动器的设计、制造与工业应用方面都不存在技术问题。
电磁制动的主要作用是降低水口出口处钢液的流速，由此降低了钢液对连铸坯液相穴的冲击深度，有利于非金属夹杂物的上浮。此外，采用电磁制动技术后，结晶器弯月面的波动幅度减小，防止了液面的翻该及保护渣的卷入。因此，电磁制动在拉速较高的情况下冶金效果最为明显。薄板坯连铸机的拉速为常规厚度板坯连铸机拉速的2至4倍，故在薄板坯连铸中应用电磁制动最适合。新建的薄板坯连踌机大多数都安装了电磁制动装置或预留位置。
电磁制动技术的最新应用是用以生产复合连铸坯。所谓复合连铸坯是指连铸坏的外层为不锈钢或其它种类的高品质钢，而内芯则为普碳钢。这是国外刚发展起来的一项生产复合钢板的新工艺。其：工艺原理为：具有不同化学成分的两种钢液分别同时通过长、短两个浸入式水口注入同一结晶器内，在两个水口中间的两种钢液交界面处施加电磁制动用以抑制两种钢液的混合。由于电磁制动力的作用，结晶器内的熔池分为上下两部分，结晶器的冷却作用把上部的钢液凝固成为复合连铸坯的外层．下部的钢液在外壳的里面凝固形成复合连铸坯的内芯。日本在这方面的研究进展较快，已在实验室铸出外层为不锈钢、内芯为普碳钢的复合连铸坯，在未来几年内可望实现工业化。
电磁铸造与软接触
电磁铸造是用电磁线圈取代传统的结晶器，利用电磁力的作用将液体金属悬浮起来并约束成一定形状进行连续铸造的过程。由于金属在凝固过程中处于磁悬浮状态，因而避免了传统连铸坯的表面缺陷，如振痕、表面夹渣、翻皮等，其内部质量电因电磁场的作用而明显提高。目前，铝的无模电磁铸造技术已实现工业化。尽管发达国家自20世纪70年代就开始探索钢的无模电磁铸造技术，但由于钢的导电率低、密度大、熔点高、导热性差，需要很强的磁场才能够克服钢水静压力，因此钢的无模电磁铸造难以实现。在这种情况下，出现了钢的软接触连铸技术。
软接触指的是在连铸时仍使用传统结晶器，但在结晶器的外面弯月面区域施加高频电磁场，弯月面附近钢液的侧面在电磁力的作用下向中心收缩，与结晶器内壁的缝隙加大，而初生的坯壳会产生远离结晶器壁的位移。在软接触连铸中，保护渣的消耗量增加，铸坯表面振痕大大减轻或基本消失，表面质量大幅度提高，产生与无模电磁铸造相似的效果。
软接触技术中的难题是如何将高频磁场尽可能多地透过导电性良好的结晶器铜管而作用到金属中。目前普遍采用的方法是在铜管的弯月面附近的范围内开缝，缝隙中填充绝缘材料。日本在钢的软接触连铸技术的开发研究中处于世界领先的地位。住友金属的研究人员对直径为180mm、含碳量为0.11％的圆坯进行了软接触连铸试验研究；新日铁公司进行了直径为190mm的不锈钢圆坯软接触试验；神户制钢公司进行了150mm碳钢方坯的软接触试验。国内有几所大学与科研院所采用低熔点的锡、锡—铅合金、镓—锡合金进行软接触的试验研究，尚未有钢的软接触试验报道。
科美达电磁搅拌技术
一）科美达电磁搅拌器的技术措施及特点
1、技术力量雄厚，技术先进我公司的主要技术人员和技师，均是从80年代初就开始从事电磁搅拌器研究和制造的高级技术人才。具有自行开发和研制的丰富经验。我公司研制生产的电磁搅拌器是在消化吸收ABB、ROTELEC和JME等国外公司电磁搅拌器技术的基础上，结合国内20多年来电磁搅拌器的研究成果而精心设计制造的。具有中心磁密高、电磁体积力大、搅拌效果好，能耗低、结构合理和使用寿命长等特点。根据用户需要可提供各种类型电磁搅拌器和电磁制动装置。并推出了旋转磁场型、行波磁场型、螺旋磁场型电磁搅拌器。
2、我公司和美国GL电磁场软件公司合作开发了赛金电磁场计算法，所谓赛金电磁场计算法就是在边界带采用新的带域磁场微积分方程和在区域内采用伽辽金磁场微分方程构成有效的赛金电磁搅拌计算方法，采用该软件对电磁搅拌器的电磁参数进行优化设计，因此电磁搅拌器的中心磁密高，电磁体积力大，搅拌效果好。赛金电磁场计算法计算结果的虚拟模型能直观的看到电磁场运动的形态和合金溶液被搅拌的形态，这是任何其它公司所不能做到的。
3、我公司具有电磁搅拌器电磁力的计算软件，能快速、准确的计算出不同频率、不同电流情况下的电磁力，从而为用户提供较准确的最佳搅拌电流和频率。
4、精心选材 1)搅拌器电磁线的选择是确保电磁搅拌器质量的核心问题，根据我们多年的生产实践和在电磁线厂生产现场的跟踪考察，电磁线的选择应严格把握住导线材质、进口聚酰亚胺-氟树脂复合薄膜的质量、烧结设备的性能及烧结工艺参数的确定。2)绝缘漆采用进口材料专为电磁搅拌器而研制的防水无溶剂漆，漆膜附着力强，完整性好，绝缘电阻衰减缓慢，有效地保护了电磁线的绝缘，延长搅拌器的使用寿命。 3)热缩管、防水密封胶等均采用美国和日本进口产品。 4)接线端子采用新型结构，并采用聚四氟乙烯耐高温、高强度材料，对其成形表面进行特殊配方的活化处理，以改善其表面粘结性能。
5、生产能力强、设备先进、工艺装备完善。
6、工艺先进 1)采用先进的真空干燥，真空压力浸漆工艺，使绝缘漆的填充性能好，漆膜完整。2)采用热压成形新工艺，防止损伤导线的绝缘。３)采用先进的绕线工艺，提高线圈的绝缘性能和冷却效果。
7、先进的检测手段和完善的质量保证体系 1)关键检测设备均采用进口的先进设备，如：三维磁场测试仪、红外测温仪、绝缘电阻测试仪、低频示波器和双数显多用表等２)对电磁线厂提出严格的质量要求，并派员跟踪考察。3)整盘导线的入厂复查：要求聚酰亚胺薄膜烧结导线在90℃±1℃的恒温水浴器中浸泡、水煮7周后，导线的绝缘性能没有明显变化。4)单个线圈的绝缘检测。5)整机浸漆前后的绝缘检测。6)整机水压绝缘试验将电磁搅拌器线圈置于水压试验缸中进行水压试验，在0.6Mpa的水压下，保压12小时，用500V档绝缘电阻测试仪或500V 兆欧表检测线圈对地绝缘电阻，绝缘电阻一般均达到500兆欧以上。 7)模拟电磁搅拌器实际工作环境，在额定电流、频率的情况下进行空间磁场测试，确保电磁搅拌器的各项性能满足用户的需求，并提供完整的测试报告。 8)出厂试验。
（二）．电磁搅拌器控制系统及控制的特点
1、低频电源系统本系统中低频电源系统变频变压部分采用了进口的YASKAWA的控制电磁搅拌器的专用变频机芯VVVF，它主要有以下技术特点：
1) 该电磁搅拌低频电源系统采用了当前较为先进的全控型IPM逆变功率模块，即能控制开通，也能控制关断，而且具有较高的开关速度，同时内置驱动
2) 钢的软接触试验基本上都是在半连续的试验连铸机上进行，极少数试验是在生产连铸机上进行，尚未见到在工业生产的连铸机上成功应用软接触连铸技术的报道。
前景与展望
连铸电磁搅拌技术已经非常成熟，其冶金效果也是显而易见的，而钢铁企业是否采用，则取决于对钢种、成本、经济效益等综合因素的考虑。在钢材畅销的今天，经营者开足马力生产，只要钢材的质量满足要求便不再担心销路，对进一步提高钢材的质量也许不会太在意。然而，危机总是存在的，将来供大于求时，提高质量便成为亟待解决的问题，电磁搅拌将作为提高连铸坯质量的有效手段而被广泛采用。
电磁制动技术就其本身而言，已达到工业生产的实用阶段。但至今国内连铸机很少采用，国外也仅是数量有限的连铸机安装电磁制动装置进行工业生产。在薄板坯连铸中采用电磁制动技术是非常有必要的。随着国内连铸机拉速的不断提高，采用电磁制动技术提高钢的洁净度会日益增多。利用电磁制动技术生产复合连铸坯是连铸领域新的热点，其工业应用前景非常广阔，但国内在这方面的试验研究尚未开展，应当引起足够的重视，加强在这方面的投入。 （图片） （图片） | |
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