電磁制動技術(shù)在連鑄機中的應(yīng)用

【摘要】將電磁制動裝置運用于結(jié)晶器的流場控制上，能夠有效防止其內(nèi)部駐波的形成，從而達到減少流動干擾的目的。本文首先介紹了電磁制動的發(fā)展以及電磁制動裝置的組成，重點研究了其在連鑄機中的應(yīng)用效果，結(jié)果表明其使用效果良好，能夠為高拉速澆鑄的質(zhì)量提供可靠保障。

【關(guān)鍵詞】電磁制動；連鑄機；表面質(zhì)量

引言

電磁制動的基本原理是：在與鑄流垂直的方向上，施加一個靜態(tài)磁場給結(jié)晶器，從而實現(xiàn)對流動鋼液的制動；在電磁感應(yīng)的作用下，鋼流中會產(chǎn)生一個感應(yīng)電壓，從而出現(xiàn)有感應(yīng)電流，這些電流在靜態(tài)磁場中會產(chǎn)生一個作用力，該作用力的方向與鋼水的運動方向相反，屬于制動力。電磁制動技術(shù)在改善連鑄結(jié)晶器中的鋼水流場的分布上具有較好的效果，能夠有效減少卷渣，有利于夾雜物的上浮等。當下，電磁制動技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，在最新投產(chǎn)的薄板坯連鑄機上幾乎全部采用了電磁制動裝置。

1、電磁制動的發(fā)展

第一代電磁制動裝置是由瑞典的ABB和日本川崎鋼鐵公司在1980年初聯(lián)合開發(fā)出來的，該電磁制動裝置被安置在結(jié)晶器的寬面上以及浸入式水口的兩側(cè)，有效的控制了鋼液的速度以及方向，避免了鋼液沖刷窄面坯殼，保證液面的穩(wěn)定；但是當時的電磁制動裝置存在磁場作用范圍小，流股無法穩(wěn)定，無法實現(xiàn)有力制動以及參數(shù)的優(yōu)化較為困難等問題。90年代初期，電磁制動技術(shù)得到了較大發(fā)展，將單一的固定磁場運用于整個板坯上，這種結(jié)構(gòu)在薄板坯連鑄中較為常用，它能夠有效減少鋼水的流速以及波動，防止保護渣卷入其中。Al或Si脫氧鋼需要出去其中的夾雜物。因此，需要將一個固定磁場安裝在結(jié)晶器的底部，從而減小夾雜物的穿入，由此也致使了FC-MOLD的出現(xiàn)，將兩個磁場設(shè)置于結(jié)晶器上，第一代FC-MOLD中，四個線圈是連接在一起的，不能對兩個磁場實施獨立控制，其控制效果主要是針對結(jié)晶器內(nèi)鋼水的流動而言的。第二代FC-MOLD的特點是可以對兩個磁場實施獨立控制，可以進一步減小夾雜物的穿入深度。

2、電磁制動裝置的組成

組成電磁制動裝置的主要部件有：可控硅變頻器、帶鐵芯線圈、高壓變壓器以及冷卻水設(shè)備等；安裝于結(jié)晶器的活動側(cè)以及固定側(cè)。圖1給出了其示意圖。在結(jié)晶器的各個寬面的滑行橫桿上安裝有電磁制動裝置的鐵芯。通過滑行橫桿的移動，電磁制動裝置的鐵芯可以傳輸?shù)脚c結(jié)晶器水套相接近的位置。高速流通的電流在鐵芯中產(chǎn)生靜態(tài)的磁場，全部澆注寬度都被覆蓋于磁場之中。由洛淪茲力而得到的制動力能夠?qū)摿髦苿印?/p>

3、電磁制動裝置的操作

電磁制動裝置的操作有兩種模式：手動模式和自動模式，其中，前者的操作在操作站中完成，而在正常情況下是采用自動模式進行操作。在自動模式下，直接將基礎(chǔ)自動控制輸入主控室中的相關(guān)設(shè)備中，也可以進入到2級系統(tǒng)中進行選擇；如果采用的是前者，操作者通過手動的方法將電流值輸入；如果采用的是后者，則需要按照儲存的數(shù)據(jù)選擇電流值。在線圈與可控硅變頻器之間安裝必要的安全開關(guān)，正常操作情況下，安全開關(guān)是打開的，進行機器維修時，需要將安全開關(guān)關(guān)閉。在操作電磁制動裝置時，需要滿足如下條件：1）冷卻系統(tǒng)正常；2）在澆注開始的一段時間內(nèi)，引錠頭需要在結(jié)晶器下方1米以上，澆注速度在0.8米每分鐘以上；3）當選擇“出尾坯”時，電磁制動裝置將自動關(guān)閉；當出現(xiàn)緊急降速，電磁制動裝置也會自動關(guān)閉；4）鐵芯必須位于工作位上。

4、電磁制動裝置的使用效果

通常，連鑄機都有較高的澆鑄速度，在高速運轉(zhuǎn)的情況下，渦旋會將結(jié)晶器保護渣卷入到鋼水中，這些夾雜物還來不及浮上來的時候就進入到板坯坯殼中并與之一起凝固，大大降低了鋼板的質(zhì)量，另外，鑄速較高時，鋼水沖擊結(jié)晶器窄面的力度會增大，有可能會造成剛剛凝固的坯殼融化掉。電磁制動裝置的使用能夠減緩鋼流流動的速度，鋼液的沖擊深度也因此而降低。鋼水流動的速度與電磁制動裝置產(chǎn)生的制動力是成正比的。

4.1 消除駐波現(xiàn)象，平穩(wěn)結(jié)晶器液面

在連鑄機的使用過程中，駐波現(xiàn)象十分突出。駐波是指部分鋼水流股在結(jié)晶器液面處形成的波峰，駐波距窄邊的距離與澆鑄的速度、結(jié)晶器液面的高低以及水口的形式點等都有較大的關(guān)系。在形成駐波的地方，結(jié)晶器的液面會發(fā)生劇烈的波動，卷渣現(xiàn)象十分嚴重，有可能造成粘結(jié)漏鋼等事故。應(yīng)用電磁制動裝置之后，鋼水主流股的流速得到了明顯的減緩，鑄坯窄面受到的沖擊也得到了改善，液面的波動幅度顯著減小。

4.2 降低鑄坯表面縱向裂紋指數(shù)

電磁制動技術(shù)的使用大大改善了鋼水的流動狀態(tài)，駐波現(xiàn)象被消除，穩(wěn)定了液面，鑄坯初生坯殼與結(jié)晶器銅板之前的潤滑狀況得到了改善，減少了鑄坯表面縱向裂紋的出現(xiàn)。有學(xué)者專門研究了鑄坯表面縱向裂紋、電磁制動以及電流大小三者之間的關(guān)系。當電磁制動裝置沒有被投入使用時，板坯縱向裂紋指數(shù)為1.0；電磁制動裝置投入使用后，當電流分別為：50A、85A以及125A時，板坯縱向裂紋指數(shù)分別為0.8、0.5以及0.3。由此可知，電磁制動裝置的使用明顯減少了鑄坯表面的縱向裂紋。

4.3 減少非金屬夾雜物和板卷表面缺陷

當結(jié)晶器的液面波動現(xiàn)象劇烈時，薄板坯連鑄中會出現(xiàn)嚴重的卷渣現(xiàn)象，高速運轉(zhuǎn)下的鋼水夾雜物較難上浮。采用電磁制動裝置后，鋼水穿透深度得到了降低，鋼水流動速度得到了減緩，結(jié)晶器液面實現(xiàn)了穩(wěn)定，卷渣得到了減少，夾雜物上浮也更加容易。

5、結(jié)論

本文首先介紹了電磁制動的發(fā)展以及電磁制動裝置的組成，重點研究了其在連鑄機中的應(yīng)用效果。得到如下結(jié)論：電磁制動裝置應(yīng)用于連鑄機后，連鑄結(jié)晶器內(nèi)金屬熔池的流場分布得到了有效改善，駐波現(xiàn)象被消除，結(jié)晶器液面和彎月面的波動有所減少；鑄坯表面縱向裂紋產(chǎn)生的幾率大大減少，有利于薄板坯高速澆鑄質(zhì)量的提高。

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作者簡介

汪宇（1983.12- ）：男，漢族，湖北省十堰市人，大學(xué)本科學(xué)歷，首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，初級工程師，主要從事大型板坯連鑄機電氣自動化專業(yè)工作。