凝固末端電磁攪拌技術(shù)在蘇鋼連鑄中的應(yīng)用

程風(fēng)扣（蘇鋼集團(tuán),江蘇 蘇州 215153）

凝固末端電磁攪拌技術(shù)在蘇鋼連鑄中的應(yīng)用

程風(fēng)扣
（蘇鋼集團(tuán),江蘇 蘇州 215153）

電磁攪拌的實(shí)質(zhì)是借助電磁力控制鑄坯液相穴中鋼水的運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化鋼水的傳熱，從而控制凝固過(guò)程。合理采用電磁攪拌能有效地細(xì)化鑄坯晶粒，減少中心偏析和疏松，大大提高等軸晶率，并最終提高鑄坯質(zhì)量。本文概述了2#連鑄機(jī)末端電磁攪拌系統(tǒng)及其應(yīng)用過(guò)程中需要注意的一些問(wèn)題。

連鑄；電磁攪拌器；自動(dòng)控制；測(cè)量?jī)x表；監(jiān)控上位機(jī)

1 前言

煉鋼車間連鑄機(jī)投產(chǎn)后，發(fā)現(xiàn)單一使用結(jié)晶器攪拌不能獲得足夠的等軸晶結(jié)構(gòu)，或中心疏松和中心偏析達(dá)不到要求。因此增加了末端電磁攪拌系統(tǒng)，它能有效減少鑄坯中心偏析和疏松，提高鑄坯質(zhì)量。因此2#連鑄機(jī)增加末端電磁攪拌系統(tǒng)，使之成為連鑄過(guò)程中改善鑄坯質(zhì)量的最重要和最有效的手段之一。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

該凝固末端電磁攪拌成套裝置由凝固末端電磁攪拌器4臺(tái)、PLC自動(dòng)控制柜1臺(tái)、末端變頻柜4臺(tái)、冷卻水裝置和儀表閥臺(tái)1套及監(jiān)控操作工控機(jī)1套等構(gòu)成。 系統(tǒng)采用1000kVA、400V三相四線制電源供電，經(jīng)電源分配柜分為4路送到4臺(tái)變頻柜，經(jīng)變頻柜變頻后分別送至4臺(tái)末端電磁攪拌器，從變頻柜至末端電磁攪拌器之間各配有1個(gè)中繼端子箱，另送一路控制電源至PLC自動(dòng)控制柜。系統(tǒng)由1臺(tái)工控機(jī)進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)控。

2.1 電磁攪拌器

（1）構(gòu)造與工作原理。電磁攪拌器主要由外殼和感應(yīng)器兩部分組成，外殼由高性能不銹鋼焊接而成，感應(yīng)器由鐵芯和線圈組成。鐵芯為環(huán)形結(jié)構(gòu)，線圈由空心銅管繞制而成。線圈接成對(duì)稱的三相“Y”形連接。該電磁攪拌器安裝在鑄坯二次冷卻水末端，正常開(kāi)澆后，給線圈輸入三相電源，從而沿電磁攪拌器內(nèi)腔圓周方向產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用于鑄坯，這樣垂直穿過(guò)鑄坯的磁場(chǎng)對(duì)鑄坯內(nèi)的鋼液產(chǎn)生作用力，最終達(dá)到攪拌鑄坯內(nèi)部鋼液的目的。

（2）運(yùn)行注意事項(xiàng)。運(yùn)轉(zhuǎn)中，各冷卻水絕對(duì)不能切斷并注意流量計(jì)、漏電等系統(tǒng)保護(hù)是否工作正常。流量低下或漏電動(dòng)作切斷電源，這時(shí)應(yīng)查明原因并采取措施后方可再接通電源運(yùn)行。運(yùn)行過(guò)程中冷卻水的保障至關(guān)重要。因?yàn)橐粋€(gè)微小的失誤都有可能造成電磁攪拌器的損壞。由于攪拌器內(nèi)部沒(méi)有溫度保護(hù)電路，因此必須絕對(duì)保證水的質(zhì)量，因?yàn)橐粋€(gè)微小的顆粒都有可能堵塞內(nèi)部管道從而導(dǎo)至線圈溫度升高而燒毀。

制室上位機(jī)輸入攪拌模式、電流、頻率、正轉(zhuǎn)時(shí)間、反轉(zhuǎn)時(shí)間和等待時(shí)間等參數(shù)，這些參數(shù)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)，下載到主站CPU固定數(shù)據(jù)塊里，然后經(jīng)DP網(wǎng)，用主站與分站通訊的專用功能塊SFC15，寫(xiě)入變頻系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)SFC14讀取變頻系統(tǒng)的各參數(shù)實(shí)際值。該通訊方式，相對(duì)傳統(tǒng)硬件接線的控制方式，具有抗干擾、速率高、故障少等特點(diǎn)。

2.3 冷卻水系統(tǒng)

該水站及儀表閥臺(tái)主要由純水箱、兩臺(tái)水泵、過(guò)濾裝置、板式換熱器、氣動(dòng)閥、DMD-99電導(dǎo)率儀、ABB電磁流量計(jì)、E+Η壓力變送器、WZPK-336B測(cè)溫?zé)犭娮?、投入式液位?jì)等設(shè)備構(gòu)成。壓力變送器用于檢測(cè)泵出口壓力，當(dāng)泵啟動(dòng)一定時(shí)間，如檢測(cè)壓力達(dá)不到0.8MPa，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)另一臺(tái)水泵。電磁流量計(jì)用于測(cè)量每流冷卻水回水流量，當(dāng)回水流量低于6.0m3/h時(shí)，具有流量偏低報(bào)警，聯(lián)鎖跳電的功能，防止線圈過(guò)熱。熱電阻用于測(cè)量每流冷卻水回水溫度，當(dāng)溫度高于65℃，具有高溫跳電保護(hù)功能。電導(dǎo)率計(jì)用于觀察純水箱內(nèi)的電導(dǎo)率度，當(dāng)電導(dǎo)率高于100μs/cm時(shí)，具有報(bào)警跳電的功能。投入式液位計(jì)用于測(cè)量水箱的液位，當(dāng)液位低于80cm，具有低水位報(bào)警聯(lián)鎖功能。

2.4 末端 Wincc遠(yuǎn)程監(jiān)控

監(jiān)控主界面包含遙控和遠(yuǎn)測(cè)信息內(nèi)容，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變頻電源和水系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并直觀顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，提供了功能強(qiáng)大、人機(jī)界面友好的實(shí)時(shí)監(jiān)控界面。如圖1所示。遠(yuǎn)測(cè)信息：把現(xiàn)場(chǎng)模擬量通過(guò)PLC在Wincc監(jiān)控畫(huà)面上實(shí)時(shí)顯示。Wincc實(shí)時(shí)測(cè)量顯示各流變頻電源的電流、頻率、漏電流、電壓和現(xiàn)場(chǎng)的其他參數(shù)，通過(guò)這些參數(shù)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變頻電源運(yùn)行狀態(tài)，并判斷運(yùn)行是否正常。參數(shù)設(shè)定：在主頁(yè)面的上方對(duì)各流變頻電源的攪拌模式、電流、頻率、正轉(zhuǎn)時(shí)間、反轉(zhuǎn)時(shí)間和等待時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。設(shè)定值可參照本地觸摸屏參數(shù)設(shè)置。

2.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)主要由西門(mén)子S7-300主站、ET200M子站和變頻系統(tǒng)等構(gòu)成。

（1）主站概述。主站主要由CPU315-2DP、CP343-1、SM321/SM322等模塊構(gòu)成。主站CPU主要存儲(chǔ)各模擬量處理、報(bào)警聯(lián)鎖動(dòng)作、變頻數(shù)據(jù)通訊、應(yīng)急事故水控制、水泵自動(dòng)切換等程序，是控制系統(tǒng)的核心。CP343-1用于將該系統(tǒng)接入車間的工業(yè)以太網(wǎng)，以便跟上位機(jī)進(jìn)行通訊。開(kāi)關(guān)量輸入模塊主要用于接收就地控制柜的按鈕、開(kāi)關(guān)、接觸器觸點(diǎn)等信號(hào)，開(kāi)關(guān)量輸出模塊用來(lái)控制變頻系統(tǒng)的啟停、復(fù)位等就地控制操作。

（2）子站概述。子站處于水系統(tǒng)控制柜內(nèi)，主要由ET200M、SM331、RTD等模塊構(gòu)成。該站主要負(fù)責(zé)采集水系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)：如流量、壓力、溫度、水位、水質(zhì)及出口過(guò)濾器狀態(tài)等，而且可通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)通訊，傳送實(shí)際值和報(bào)警信息在控制室Wincc畫(huà)面上顯示，同時(shí)當(dāng)?shù)乜奢敵鲇步狱c(diǎn)信號(hào)報(bào)警和聯(lián)鎖變頻系統(tǒng)。

（3）變頻系統(tǒng)通訊。每次連鑄開(kāi)澆前，操作人員在控

[1]石瑞.電磁攪拌技術(shù)在冶金方面的應(yīng)用[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2012(02).

[2]李雪靜.凝固末端電磁攪拌器的應(yīng)用[J].機(jī)械工程師,2010(06).

圖1 Wincc監(jiān)控主畫(huà)面

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.013