內置式電磁攪拌結晶器在線快速更換解決方案

李克勤

摘 要：內置式電磁攪拌結晶器在線快速更換技術是重慶鋼鐵集團公司的一項發明專利（專利號：200620111638）。簡要介紹了實現內置式電磁攪拌結晶器在線快速更換的技術難點和解決方案。該技術在重慶鋼鐵股份有限公司煉鋼廠1#、5#連鑄機上已成功運用多年，為企業創造了顯著的經濟效益，在鋼鐵冶金企業方坯或圓坯連鑄機上具有一定的推廣價值。

關鍵詞：電磁攪拌系統；結晶器；連鑄機；配套設施

中圖分類號：TF777.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.089

在連鑄生產過程中，電磁攪拌的主要作用是使鋼液中的非金屬夾雜物上浮，去除鋼水中的夾雜物，減少中心偏析和中心疏松，消除皮下氣泡，提高連鑄坯的等軸晶率，從而改善鋼坯內部組織機構，提高連鑄坯的質量。

按照攪拌位置的不同，連鑄電磁攪拌可分為結晶器電磁攪拌（M-EMS）、二冷區電磁攪拌（S-EMS）和凝固末端電磁攪拌（F-EMS）。目前，方坯連鑄一般采用結晶器電磁攪拌。結晶器電磁攪拌按線圈安裝位置的不同可分為內置式和外置式結晶器電磁攪拌。內置式電磁攪拌器安裝于結晶器的水箱內，與外置式相比，具有攪拌效果好、運行成本低的優點。

重慶鋼鐵股份公司煉鋼廠1#、5#連鑄機為5機5流方坯鑄機，在生產過程中，有時會因溢、漏鋼等原因造成某一流澆鑄中斷，從而影響了生產節奏，造成整臺鑄機停產，鋼水回爐、改判，降低了鋼水收得率和鋼坯產量，給企業造成了一定的經濟損失。

重鋼煉鋼廠普通結晶器在線快速更換早已實現，而內置式電磁攪拌結晶器由于由電纜和結晶器線圈通過螺栓相連接，所以只能在停產狀態下更換，這是制約電攪鋼種生產的瓶頸問題，亟待解決。

1 技術現狀

內置式電磁攪拌結晶器由于由電纜和結晶器線圈相連接，流過的電流大，在線快速更換被普遍認為不可能實現。

目前在國內，外置式電磁攪拌結晶器（電磁攪拌線圈在結晶器外，固定在座套上）在線快速更換已經實現（同普通結晶器），而內置式電磁攪拌結晶器在線快速更換還沒有任何一家鋼廠能夠實現。

2 技術難點

生產時，結晶器處于振動、高溫、高濕的環境中，快速更換裝置必須滿足環境要求，不能因結晶器振動而使電纜與結晶器連接處出現松動、接觸不良，產生拉弧現象，確保系統工作的可靠性。

由于電磁攪拌線圈通入的是低頻三相交流電（重鋼1#、5#連鑄機電磁攪拌相電流≤380 A），所以快速更換裝置必須滿足電氣性能的要求。

結晶器在線快速更換要求在7 min內完成，電磁攪拌線圈的拆除與接通操作必須做到方便、快捷。

3 設計要求

設計要求主要有：①滿足工藝要求，主要有體積大小、電氣性能、環境要求和操作時間要求；②取材方便、易于加工；③操作簡單、方便、快捷；④有利于減少設備故障，降低維護量；⑤低成本（配件、材料價格低）。

4 設計方案的比選、確定

大電流情況下的接觸形式主要有單面接觸、雙面接觸和圓柱行面接觸三種，如圖1所示。

單面接觸形式的體積較大，由于現場位置狹小，因此不適合采用該形式；圓柱行面接觸形式在大電流情況下接觸面間隙會產生電弧焊，使插頭無法拔出，因此也不合適采用該形式；而雙面接觸形式體積小，最為適合。

經過現場認真勘查和分析，確定了電磁攪拌結晶器快速更換裝置設計方案，即刀開關式快換裝置。

刀開關的動刀片和靜刀片通常由底部的膠木板連成一個整體，而該方案巧妙地把刀開關分成上下兩部分。上半部固定在結晶器上；下半部為活動部分，用來連接電纜。刀開關為常用電氣元件，滿足電氣性能要求，工作方式為無負荷分斷，可同時接通或分斷三相電路，開關容量可根據最大電磁攪拌電流放大1～2級選取，如圖2所示。

該裝置于2005-09分別在重鋼煉鋼廠1#、5#連鑄機上得到了成功應用。

5 配套設施改造

為將該技術投入生產使用，考慮到與液面控制的接收器一同實現快速更換，我們還設計、加工了1#、5#連鑄機新型結晶器保護罩各1套。在保護罩的外側，對應每一流開了個小門，拉開小門，即可拆裝結晶器液面控制系統的接收器和電磁攪拌快換裝置，如圖3所示。

6 電磁攪拌系統中的主要故障表現

在電磁攪拌系統故障中，線路故障占有較大比例，主要表現為：①接觸不良造成接線柱和銅螺母連接處出現燒蝕；②接線頭下的電纜易發生斷股和折斷。

根據發熱功率計算公式P=I2R可知，在電流I一定的情況下（根據工藝要求而定），降低發熱功率的關鍵是降低接觸電阻R，而降低接觸電阻的方法主要有加大接觸面積、防止導體接觸面氧化。

7 電氣性能改進措施

電氣性能改進措施主要有：①加大銅螺母尺寸，擴大接觸面；②在加工電磁攪拌線圈接線柱和銅螺母時，采用緊配合方式加工，改善接線柱與銅螺母之間的接觸；③快換裝置與電磁攪拌電纜之間采用軟電纜過渡連接，使電纜與快換裝置的連接處不易折斷，降低振動電纜的質量，使其不易脫落；④對電纜接線頭進行處理，挫平接觸面，擴大接觸面積，并用導電膏涂覆，防止表面氧化，降低接觸電阻；⑤改進快換裝置底板材質，用憎水性的玻璃纖維樹脂板替代親水性的酚醛樹脂板（膠木板），并涂刷絕緣漆，提高開關底板的耐水性，從而提高絕緣性能，延長快換裝置的使用壽命。

8 改造效果

重鋼煉鋼廠1#、5#連鑄機于2005-10實現了電磁攪拌結晶器在線快速更換，大幅度降低了電磁攪拌鋼水回爐、改判等損失，提高了鑄機作業率和鋼坯產量，減少了電磁攪拌系統設備故障。

9 結束語

內置式電磁攪拌結晶器在線快速更換技術的成功研發是連鑄電磁攪拌技術發展的一項創舉。該技術適用于方坯（圓坯）連鑄機的內置式電磁攪拌結晶器。應用電磁攪拌結晶器在線快速更換技術，可在不中斷生產的情況下，通過更換內置式電磁攪拌結晶器進行補澆，大幅度減少方坯（圓坯）連鑄機在生產過程中因某一流發生漏鋼事故而造成的鋼水回爐、改判等事故，對提高連鑄機的作業效率和產量，降低事故損失，提高企業效益具有重要意義。

〔編輯：王霞〕