時(shí)間:2012-06-07 15:21:23來源:山東深川電氣科技有限
一、連鑄與電磁攪拌理論
隨著用戶對(duì)鋼材質(zhì)量提出越來越高的要求,使得提高鑄坯質(zhì)量成為連鑄生產(chǎn)中的首要問題。鑄坯內(nèi)部質(zhì)量在很大程度上取決于鑄坯內(nèi)部是否呈現(xiàn)均勻而致密的等軸晶凝固組織。但是在連鑄坯實(shí)際凝固過程中,由于鋼水冷卻速度很快,造成鑄坯凝固時(shí)柱狀晶的發(fā)展,往往產(chǎn)生搭橋現(xiàn)象,帶來縮孔偏折、疏松、夾雜物聚集等缺陷。
由于電磁場的作用具有非接觸的特點(diǎn),特別適合于高溫鋼水這種特殊場合,連鑄機(jī)的電磁攪拌技術(shù)隨之應(yīng)運(yùn)而生,它可以顯著改善鑄坯質(zhì)量,因此在國內(nèi)外受到高度重視并得到廣泛應(yīng)用。目前,煉鋼廠連鑄機(jī)電磁攪拌裝置已經(jīng)成為冶煉高件性能品種鋼水必不可少的設(shè)備。
電磁攪拌的工作原理基于電磁感應(yīng)定律,載流導(dǎo)體處于磁場中就要受到電磁力的作用而發(fā)生運(yùn)動(dòng)。就此而言,電磁攪拌的工作原理和異步電機(jī)相同,攪拌器相當(dāng)于電機(jī)的定子,鋼水相當(dāng)于電機(jī)的轉(zhuǎn)子。由電磁攪拌器的線圈繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,在導(dǎo)電的鋼水中產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流與磁場作用產(chǎn)生電磁力,對(duì)鋼水起到了攪拌作用。連鑄電磁攪拌的實(shí)質(zhì)是借助在鑄坯液相穴中感生的電磁力來強(qiáng)化鋼水運(yùn)動(dòng)。帶有電磁攪拌器的結(jié)晶器結(jié)構(gòu)形式如下圖所示:
二、電磁攪拌對(duì)電源的特殊要求
電磁攪拌系統(tǒng)由兩大部分組成:電磁攪拌器和變頻電源。鋼水之所以能被攪拌,是由于攪拌器激發(fā)的交變磁場穿透到鑄坯的鋼水內(nèi),在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流與磁場相互作用產(chǎn)生電磁力,電磁力作用在鋼水體積元上,從而推動(dòng)鋼水運(yùn)動(dòng)。其中感生電磁力與電流強(qiáng)度的平方成正比。電流越大,中心磁感應(yīng)強(qiáng)度越高。一般情況下,結(jié)晶區(qū)電磁攪拌器要求中心磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值>500Gs;為保證達(dá)到磁感應(yīng)強(qiáng)度要求,必須要有足夠大的電流。這就要求變頻電源必須能夠長時(shí)間提供大電流,通常要在達(dá)到400A以上。
電磁攪拌器作用在鋼水中電磁力和鋼水?dāng)嚢璧乃俣炔粌H與電流強(qiáng)度有關(guān),而的影響很大。頻率的選擇主要和結(jié)晶鋼管的導(dǎo)磁率、厚度、斷面等因素密切相關(guān),它們不僅影響最大電磁力的量值,選擇不當(dāng)還會(huì)弱化攪拌功率。一般情況下,為了保證磁場的穿透效果,最佳攪拌頻率在1-8Hz之間,一般鑄坯斷面大,結(jié)晶器鋼管厚的電源頻率取低一點(diǎn);斷面小。鋼管薄的電源頻率取高一點(diǎn)。
由于大電流和鋼水的熱效應(yīng),攪拌器線圈溫度較高,為了散熱,攪拌器浸泡在冷卻水中。這就要求攪拌器線圈的絕緣要很高,進(jìn)而造成攪拌器線圈造價(jià)不菲。為了盡可能延長攪拌器的使用壽命,變頻電源要采用低電壓、大電流的設(shè)計(jì)原則,并要有平滑的輸出波形,以防止輸出電壓中的高壓峰值對(duì)線圈絕緣造成破壞。
綜上所述,電磁攪拌配套的變頻電源要能夠在低電壓、頻率低、大電流的情況下長時(shí)間可靠工作,對(duì)電磁攪拌器要提供必要的保護(hù)。另外,通常情況下, 啟用電磁攪拌時(shí),會(huì)有多臺(tái)大功率變頻電源同時(shí)工作,這就要考慮避免對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生有害影響,影響其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行。
三、SVF-EV變頻器適于電磁攪拌使用的特點(diǎn)
電磁攪拌電源基本可以分為兩類:一是采用分力組件,配合PLC或單片機(jī)、工控機(jī),組成變頻電源;二是采用改裝通用型變頻器的方法。很多電源廠家通過攻關(guān),研制出了分力組建的變頻電源,但是由于國內(nèi)電力電子技術(shù)和產(chǎn)品工藝相對(duì)落后,只能采用通用型控制芯片和電子技術(shù),難以制造出高性能的交-直-交模式的專用電源;同時(shí)因?yàn)榻M件數(shù)目多,而生產(chǎn)沒有規(guī)模,制造廠缺乏嚴(yán)格的質(zhì)量控制手段,這種電源的可靠性比大規(guī)模生產(chǎn)的通用型變頻器更低,故障率偏高,而且出現(xiàn)問題時(shí)不易查找到準(zhǔn)確的故障點(diǎn)。采用改裝通用型變頻器的方法與采用分立組件組裝相比,電源的可靠性要高很多,但并不是每一種變頻器都適合用來改造。這主要是因?yàn)橥ㄓ眯妥冾l器是為控制交流電機(jī)而設(shè)計(jì)的,并不適于用作電磁攪拌電源。
SVF-EV變頻器,與同類變頻器相比較,更為適合改裝成電磁攪拌用的變頻電源。SVF-EV變頻器內(nèi)部安置了直流電抗器,可以在電網(wǎng)電壓瞬間波動(dòng)時(shí),保護(hù)變頻器的整流部分,同時(shí)也抑制了由于整流所產(chǎn)生的部分諧波電流對(duì)電網(wǎng)的影響,改善了輸入到變頻器的電流波形,增強(qiáng)了變頻器抵抗電網(wǎng)電壓浪涌的能力,同時(shí)交流電抗器還減小了由于諧波電流所產(chǎn)生的諧波電壓,減小了對(duì)同電源系統(tǒng)中的影響。變頻器輸出電流波形為正弦波,波形畸變率小,這對(duì)于保護(hù)攪拌器線圈十分重要。在分立組件組成的電源系統(tǒng)中不可缺少的隔離變頻器,在使用SVF-EV變頻器時(shí)就不再需要。
SVF-EV變頻器采取了齊全的保護(hù)功能,這為適應(yīng)冶金系統(tǒng)的惡劣環(huán)境,達(dá)到高性能的要求提供了保證。例如:SVF-EV變頻器采用了三相輸出電流檢測,而不是常規(guī)的二相輸出電流信號(hào)檢測,因此變頻器能根據(jù)三相輸出電流檢測,而不是常規(guī)的二相輸出電流信號(hào)檢測,因此變頻器能根據(jù)三相輸出電流的檢測值,計(jì)算三相輸出電流之和,較快地輸出保護(hù)功能,在采用SVF-EV變頻器制造成的低頻電源上得以全部實(shí)現(xiàn)。另外,諸如過流保護(hù)、接地保護(hù)、欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、欠載保護(hù)、變頻器低溫/過熱保護(hù)、過熱保護(hù)、輸入/輸出相保護(hù)等保護(hù)功能也一應(yīng)俱全。
四、具體實(shí)施方案及應(yīng)用效果
某煉鋼廠四號(hào)連鑄機(jī)在設(shè)計(jì)、安裝電磁攪拌系統(tǒng)的電源、控制系統(tǒng)時(shí),經(jīng)過充分考察、論證,這套電磁攪拌系統(tǒng)在四號(hào)連鑄機(jī)的長時(shí)間使用表明,電磁攪拌在改善連鑄坯柱狀晶、搭橋、針孔,增加等軸晶區(qū),減少成分偏析,減輕或消除中心疏松和中心縮孔等方面的效果非常明顯,對(duì)提高連鑄坯質(zhì)量具有明顯作用。而SVF-EV變頻器的穩(wěn)定可靠運(yùn)行,為電磁攪拌系統(tǒng)充分發(fā)揮作用提供了基礎(chǔ)保證。
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