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(lái)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(wèn)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(guò)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(lái)縮孔偏折、疏松、夾雜物聚集等缺陷。

由于電磁場(chǎng)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(chǎng)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(guó)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(chǎng)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(chǎng)，在導(dǎo)電的鋼水中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與磁場(chǎng)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(lái)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(chǎng)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(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)的穿透效果，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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)攻關(guān)，研制出了分力組建的變頻電源，但是由于國(guó)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(méi)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(wèn)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(lái)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(cè)，而不是常規(guī)的二相輸出電流信號(hào)檢測(cè)，因此變頻器能根據(jù)三相輸出電流檢測(cè)，而不是常規(guī)的二相輸出電流信號(hào)檢測(cè)，因此變頻器能根據(jù)三相輸出電流的檢測(cè)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(guò)流保護(hù)、接地保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠載保護(hù)、變頻器低溫/過(guò)熱保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、輸入/輸出相保護(hù)等保護(hù)功能也。

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(guò)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(zhǎng)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。