基于流場(chǎng)控制的結(jié)晶器電磁制動(dòng)應(yīng)用研究

劉鵬哲　劉峰　石磊磊

摘 要：本文詳述了基于結(jié)晶器流場(chǎng)控制的ABB電磁制動(dòng)設(shè)備以及電磁制動(dòng)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀，針對(duì)ABB電磁制動(dòng)設(shè)備在京唐鋼鐵公司2150連鑄車間穩(wěn)定投入運(yùn)行條件及遇到的結(jié)晶器液位波動(dòng)大、電導(dǎo)率高、漏鋼預(yù)報(bào)影響等問(wèn)題進(jìn)行了重點(diǎn)分析，最后結(jié)合提高板坯內(nèi)部質(zhì)量，生產(chǎn)高潔凈鋼的要求，對(duì)ABB電磁制動(dòng)在降低流速和彎月面紊流，并防止結(jié)晶器保護(hù)渣夾帶、除去澆鑄鋁或硅鎮(zhèn)靜鋼夾雜物的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：流場(chǎng)控制；電磁制動(dòng)；結(jié)晶器；結(jié)晶器液位；ABB

生產(chǎn)高清潔度鋼時(shí)要求在連續(xù)澆鑄的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)夾雜物和鋼液流場(chǎng)的完全有效的控制。從中間包浸入式水口流出的鋼液，一方面鋼液從出口處流出來(lái)以后，形成上下兩個(gè)回流區(qū)，其中上返流沖擊液面造成液面的波動(dòng)，易造成卷渣，下返流穿透深度較大，導(dǎo)致非金屬夾雜物隨著鋼液流至結(jié)晶器深處而不易上浮，形成內(nèi)部缺陷。另一方面鋼水沖擊作用容易導(dǎo)致凝固殼重溶甚至產(chǎn)生拉漏事故，同時(shí)也促進(jìn)凝固殼對(duì)夾雜物的捕獲。隨著拉速的增大，鋼水沖擊深度、流場(chǎng)、湍動(dòng)能和夾雜物含量影響增大，從而影響高拉速高質(zhì)量連鑄的發(fā)展。電磁制動(dòng)技術(shù)能在高拉速生產(chǎn)過(guò)程中顯著改善鑄坯質(zhì)量。因而，電磁制動(dòng)技術(shù)也受到極大的重視并得到發(fā)展和廣泛運(yùn)用。首鋼京唐鋼鐵公司在引進(jìn)DANIELI高效板坯連鑄機(jī)的同時(shí)引進(jìn)了ABB的高速厚板FC-Mold電磁制動(dòng)設(shè)備，以保證在高拉速生產(chǎn)板坯的同時(shí)進(jìn)一步保證和提高板坯質(zhì)量。

1 ABB FC-Mold電磁制動(dòng)裝置

ABB結(jié)晶器電磁裝置設(shè)備主要包括電力變壓器、可控硅整流器（每流兩個(gè)）、控制柜、結(jié)晶器電磁裝置線圈組（每流四個(gè)線圈）分為上線圈和下線圈、外部設(shè)備和冷卻水設(shè)備。其中PLC控制系統(tǒng)，通過(guò)DP方式與其它PLC進(jìn)行通訊，不僅控制整流器本身，也控制整個(gè)結(jié)晶器電磁裝置系統(tǒng)，另外，PLC本身組態(tài)了PP220操作面板用于監(jiān)測(cè)使用過(guò)程中的系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警信息和設(shè)置參數(shù)及工作模式等；鑄機(jī)每流配備完全由微處理器控制，高效、且占地空間小、雙六脈沖可控硅DCA602整流器，可以在結(jié)晶器電磁裝置每次通電時(shí)轉(zhuǎn)化電流，以防止結(jié)晶器鋼結(jié)構(gòu)中的磁場(chǎng)積聚。冷卻水系統(tǒng)包括一個(gè)去離子水（低電導(dǎo)率）封閉回路、一臺(tái)熱交換器和一個(gè)工業(yè)冷卻水回路。封閉回路內(nèi)的去離子水通過(guò)熱交換器、一臺(tái)泵和線圈內(nèi)的冷卻水通道。

2 FC-Mold電磁制動(dòng)裝置投入影響和制約

2.1 電磁制裝置投入運(yùn)行條件

電磁制動(dòng)裝置投入使用需要結(jié)晶器本身安裝電磁制動(dòng)線圈，線圈的線序極為重要，否則產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向會(huì)發(fā)生變化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流去夾雜作用，進(jìn)一步造成生產(chǎn)故障。要使電磁制動(dòng)裝置順利投入，同時(shí)還要滿足電磁制動(dòng)上下線圈水流量，同時(shí)線圈水溫度不超過(guò)50度，另外在使用過(guò)程中水系統(tǒng)電導(dǎo)率低于4?s，最好保持在2?s以下，否則可能燒毀線圈。在投入啟動(dòng)電磁制動(dòng)裝置時(shí)拉速低于0.8m/min，如果大于這個(gè)速度投入運(yùn)行，由于電磁制動(dòng)線圈內(nèi)電流與澆鑄板坯寬度和拉速構(gòu)成一定匹配關(guān)系，電磁線圈會(huì)瞬間產(chǎn)生較大沖擊電流而非從0.8m/min拉速緩慢提升得到緩慢爬升電流，會(huì)導(dǎo)致液位波動(dòng)大，嚴(yán)重的造成斷澆事故。

2.2 電磁制動(dòng)裝置運(yùn)行對(duì)結(jié)晶器鋼水液位的影響

京唐鋼鐵公司2150連鑄車間采用VUHZ的SH7-S10液位傳感器通過(guò)電磁感應(yīng)方式對(duì)結(jié)晶器鋼水液位進(jìn)行測(cè)量，波動(dòng)范圍+-2mm。ABB的FC-Mold電磁制動(dòng)裝置采用直流電技術(shù)制成，按照設(shè)計(jì)理論上對(duì)VUHZ的液位傳感器不產(chǎn)生干擾，并且在梅山鋼鐵做了測(cè)試。連鑄車間采用VUHZ的液位傳感器電磁制動(dòng)補(bǔ)償G卡進(jìn)行鋼水液位補(bǔ)償即電磁制動(dòng)裝置線圈輸入電流側(cè)增加電流互感器，同時(shí)在VUHZ系統(tǒng)側(cè)增加補(bǔ)償數(shù)據(jù)采集G卡。補(bǔ)償G卡能夠通過(guò)電流互感器感知電磁制動(dòng)裝置電流及其方向，并根據(jù)感應(yīng)的電流大小對(duì)自身液位進(jìn)行補(bǔ)償。在操作上尤為重要的是，每次更換了結(jié)晶器和線圈都要對(duì)電磁制動(dòng)裝置進(jìn)行至少兩次液位補(bǔ)償?shù)淖詫W(xué)習(xí)校核過(guò)程。一方面液位檢測(cè)系統(tǒng)感知電磁制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程，另一方面操作人員可以通過(guò)觀測(cè)曲線判斷液位補(bǔ)償情況。學(xué)習(xí)過(guò)程如圖1所示。

2.3 電磁制動(dòng)裝置對(duì)漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)影響

當(dāng)結(jié)晶器電磁裝置的電流逐漸變化時(shí)，結(jié)晶器銅板上的熱電偶會(huì)受電流變化感應(yīng)所產(chǎn)生電壓的影響，使得溫度數(shù)值發(fā)生較大變化。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題一方面要求ABB維護(hù)人員在調(diào)試期間進(jìn)行不斷測(cè)試，通過(guò)ABB電磁制動(dòng)裝置控制系統(tǒng)在程序中加入濾波發(fā)生器控制可控硅整流器實(shí)現(xiàn)限制電流的急劇改變。另外在選用安裝熱電偶的同時(shí)，熱電偶出線使用絞合雙線電纜系統(tǒng)。熱電偶電纜應(yīng)被水平固定在結(jié)晶器上，其距離不大于熱電偶之間的水平距離。通過(guò)上述方式，可以消除電磁制動(dòng)裝置在啟動(dòng)和停止時(shí)電流波動(dòng)變化大而帶來(lái)的對(duì)漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)的干擾。

結(jié)合電磁制動(dòng)裝置在京唐2150連鑄車間結(jié)晶器上投入使用，徹底解決了電磁制動(dòng)裝置在運(yùn)行過(guò)程中遇到的結(jié)晶器鋼水液位影響、水系統(tǒng)影響其正常運(yùn)行、對(duì)熱電偶的影響等問(wèn)題，并說(shuō)明了正確有保障的投入使用電磁制動(dòng)裝置運(yùn)行條件的經(jīng)驗(yàn)。最后結(jié)合電磁制動(dòng)在改善板坯質(zhì)量方面進(jìn)行了探討與研究。

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