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方坯连铸电磁搅拌器的设计

12/20

《 川四 冶金 》 19 8

4

i

坯 方铸连 电 搅磁拌 器的 设

重 计庆 钢 设 饮 计研究 院

运平

, 同 时虑考到 国 内 连铸 发展 需 要

。,

定前

采言用 电磁 搅 拌 新术技

,在收

集,

整 理和分

析连

铸 采用 电磁 搅 是拌七 十年代 初 发 展期

内外 有 关电 搅磁拌 试 及验 产生资料 的 基 础

起 的来 项 一新 技

,明

,

验试 和 生产 实 践 证都,

为 了 时争间

抢 度

,

尽速快 在连 铸2 管0

,

磁电搅拌 以可 改善 连 坯 的 凝铸 组织固

.

钢 试 中验 用上 电 搅 拌磁

我们打 破 常规,

从 使而连 铸 坯 的 部 质量 得 到内 提高 来

,

近十年

过 验 室实的 模 拟 实 验阶

计 设 三了 二极

世 界 国 都各 相 继在 连 铸机上试 和验 用

。应

转 达马式 电 磁 搅 器拌 机 二 冷区 的 部上

,

,

把 它 安 装并 连 铸

1 在892年1

此,项新 技

术198

如7图 1所示

月年

,

川 省 冶 金局 组 织攀 枝 花钢 铁

,

12

日进行 了 首 试次验 并获 得 成 功

,

套 设备

究研 院

,

、重 庆学大 到重 钢 广三

0在1

x7

2

0

运转5正 常

,

电目 搅 拌 已成 为磁连 铸 2管0

机 流 立二 式 连 铸机 上进行2 管 钢 的 试 0

0 试 验 初 期 发 2现 管钢 连 铸 坯的 中 心 疏松

钢,的 主 要 技术措 施 之 一二

1

.

较严

轧制 成 的圆 管 坯 的 心中疏松 等 级。

电磁搅 拌 型 的确式 定

不达 管到 坯 准 标 的 要求 铸 的坯 内部质

,量

为 0 了善改2 管 钢 连

搅拌型

式特

别是 为了 减 中轻 心疏

I

( ‘1

按 ) 搅 器拌的 实 际构结 式型分

有,

J

一 二4J州

:¹ 转马旋 达式

国外 代 表 性 的

是。

‘又

.

I{

I

RS ID

一 C E 型M

(法 国 铁钢 究 研一 法 院

国1

晶器结4 导 向

辊2

5

:

{种

机 公 电司)

马达

。 线 º性 马 式

国外 代 性 的

是 SAE 型A( 典瑞通 用 电气 公 司 )合

表见示图 2

(2 (l ))

»状管

三 种

搅 拌 的 器拌搅 式方及 其 适用

搅按拌 器 安 装 的位置

分。

,也

有结

晶 器上的 电 磁搅 拌

,

,

线圈铁 心

般 安 装在结 器晶 铜壁 的 背后

主 用要于 改

善 乙

铸 的坯表 面 和 皮下质量

气泡

、,

到表 无面夹 杂和

皮下

无 中 等 颗粒或 大 粒颗夹 杂 和

气 2 ) 二( 区 冷 电的磁搅

、,

坯 表 面 加稍 清理 不或 清 理经 即可 送 去。

拌搅器安

、装、

二冷区

辊夹 拌搅器

3

二 冷区

要主 用于 增 加 坯 铸的等轴 晶

使晶 细粒化

减少 心 疏中松 和 中心 偏析,

使

1

图电

磁搅 拌器 安装 位 置示 意 图

夹杂 横在断 面上 布分 匀均等 部 量 得到质 改

善从

而 使 铸 内

3 坯( ) 固 凝末 的 电 磁端搅

.

壮7

.

马 搅达型式

拌的

(3相 ,

1

2,

3

)

向 方(用途

对)对

l 一!引1 ||引

‘气 1 1

|

|环

‘形

(旋小 坯 方一大 坯 方

)‘

二汤

,夕

七户

愁(

之舀

(大3 坯 一 板方坯

)水(板

坯)

z

{

_ 布卸

,‘ 3-

管式

(

内 部

)(小 方 坯一大 方坯 )

水(

平板 坯)

:

…{「

(

外部 )

.…

:

…2

图二

,一

-种各 搅拌 方 及 法其示 意 图“

,7

9

拌器 装安 铸在坯接 完 近全凝 固的 相

腔,一 般 是 圆 的

形气小 耗量 成隙熟

,

方,

铸 和坯 铁 芯 的 间空

区域

减轻 对中 偏心 析和缩 孔 更 加有 效

3 )(

,

磁即 阻

因 而小 可 低 降 拌搅 器 的电

拌搅器 的 磁场 性 特

有,二

,

:

)

l

磁搅

器 使拌用 交流 电

,

场,

(3 。)

旋转 达 马式 拌 搅 器 外国使 用 比较,

旋 转场 或磁移 动 磁 场

在磁 动场的 作 用

,

有大量 的 报导,

内国 作 过也类 似 的

,下

,

坯铸凝 壳 内部 的钢 水 发 旋生转 或 动移静 磁

模拟实验 ,

有 丰富 的 资 和料数 据

以 足证保

2

)搅拌 器使 用 直 流电

,

拌 搅器 的。

拌器 的 设计 取 得成 功(4

)

磁 是静 止不 动 场的直 流 磁 场铸 坯通 直流电 壳凝内 部 带 电 水在钢 磁 作 场用下 发 生运

2

.旋转

马达式 搅 拌 器的结 构 似类 交,

异步 动 电机的定子

的 经验

,

结 构 简

,国

内又 有

用 二冷 区电磁 搅拌 的 原因

,

丰 富

的设 计 制和 造 种各 交流 步 电异动 搅机 拌器 的 制造 质量 容 易 得 保到。

(

)1连 2 管 钢铸试 验初 期0

发现铸 坯,

和铸由 坯制 轧成 的 圆管 坯 的中 心 疏 松 比较 严

如 ,在第 一 轮 验试中

,

,

了 三浇 钢炉,

铸 坯 上、取了 4 个 低倍 试 样 上

有 个7

中 疏 松 心2级 以

磁 电 拌搅主 工要艺 参 的数确 定 :

5占% 8

,

, 坯轧 制铸成 圆 坯管 取后

中心 疏松 一般都 超 过 3

磁搅 拌 的 主工要艺参 数 有

,

了9 个低 倍试样

拌 安器装位 置 搅拌 时 间如

:

;搅

器 拌 的磁通 密度 ,

,

标准 定规。

不 能 投

料 管

拌 搅器放

三个 参 数 确的定原 则 及 方 法述分

二在冷 比 放区 在 晶结器 上 有更 于利减 少 中

1.

拌搅器 安装 置

位:

(2) 在已 有的 铸 机 的 二连 区安 冷 装电

理从论 上 应 考 虑 二种 因素

a.

磁 拌搅器 一 比般 较容

,易

设 有 改备动 不

。铸

芯坯部 未 生 成 树 枝晶

,

,晶 ” 桥

之大

,

,

而 要

在 结 晶器 上进行 搅拌因 受 空间 限

晶结器 的 构结需 作 重大 修改

就搅要

拌b

.才

能消除

桥”晶;

达到

减少

中 心疏松和 中 心 析 偏 目 的的

于 上述 两 原 因种

,

们我决 定把电 磁搅拌

,

芯 部坯 未成生等 晶 轴之前 就 要 搅

拌器安 装在 二冷 区

3。

。才能 达

到 柱 状晶 的 结晶 早 转及变 为等 扩轴大 等 轴 晶 的 目区的

,。

采用 三 二相极旋 转 马达 式 搅 拌 器 的

晶的结晶

原因

(

1 ) 我们 对 三 相 极二交 流 异 步 动 电

机二

冷区 的搅 拌 靠 近器结 器晶 下口 安 装 虽

然 可 以增 铸坯加的 等 轴 区

晶,

但 也来 带

有相

问 子定 铁 内芯 腔 的 中 磁 密通 分 布 度作了 测

定,

:

,

晶结 出器口 处的 铸 坯凝 壳 比 薄

发较 现 中心 部 分 和 铁 芯 内 表 面 处 的通磁密

,

的 距离没 有 夹辊夹 持 和 不得 到 喷嘴 的直

接度

相 差大不

在 铁芯 内腔 整个 横 断 上 面

。 喷冷 却 水裂

,

,铸

坯 易 发鼓 肚生

,

,表 面 容 产易

生,,

磁 通密度 分 布 基 本 是 上 均匀的 拌 ,

拌器 安装

重严时导 漏致钢 ,

使,铸 机生产 中

。口

在 二 冷 区 要 主对 铸是坯芯 部 的 钢 水进 行 搅

出的钢 水 喷溅 搅在拌 器上

往 往 搅拌 器把

这样

,

三 二相 极结 构 电的 磁搅拌 器 能 充

烧坏 所 搅以 拌 器 宜 靠不近 结 晶 下 据 国器 外报导 的 资 料推 算

根,

分利 用 其电磁

能 心 越近

,三

相四 极流 交步 异动电

,

机国

外 冷二 区搅 拌器

定 子

铁 内 腔芯的 内 面 表 处 的 磁 通密 大 磁 度通密 度 越

一 离般 都放 在 铸 坯 凝 壳 厚 度 大致 于 等 铸 坯 厚度

,

中 部 心 的分磁 通三 相 四极

结 构的

理度论 上等 于 零

所以

,

的相

应区域

,

考 虑 到

以 上 因 和 素 原铸 机有,

磁 搅拌器 不 宜 安 装 在二 冷 区 使用

二区 的 冷 体具 结构

( ) 旋2转 马 达 式 电 拌磁搅 器 的铁 芯

.内

我们 把 搅 拌器安 装 在 二,冷 这 一 个第 平 上台 拌拢 铁 器 芯心 距中 的

结肋

-

晶器 下口 22 米5

.

当拉坯 速 度 为1 。

.

米/2

,

,

,

TS A F 03 0 /5 压 调器 5.

其负 载 电流 最 大为

坯过 穿 拌 搅

器凝壳 厚 度 约为 4 0

离距

.2

液 芯 开始 被 动搅时

铸坯

3 5

安2

培,

以 我 们 规定搅 拌 器 最 的大 作工,

毫米

实 测 了未 经搅 的 2 拌0 以所,

线流为 5 4

3

.电

0安

钢 管 连坯 芯铸 部等轴 晶 区 外 缘 到 铸坯 面表的

,

须率

0

般 一为 6毫 米

,

,

结 晶器 口

。磁电 能穿 透 物体的 能 力 供与 电频率 和

被 2 5米

2

铸.坯 芯 部 轴 晶 还未 等 生成电磁

搅 拌 器 磁通 密度 的 确

,穿透 物体 的厚 度 和 物 体 身 材本料 质性 有

关 3 是 磁 图通 穿透 体 的 衰 减物 曲线 可以看出 率5

(

o,,

,

从 图中

通 密 度 是磁电搅拌 器 的 关 键 参数之 一

,

低频 穿透 能力大

,,

把网电频

,

通磁密 度

。小

铸 坯 芯液搅 动 不 来

起,

,

兹赫) 变为 低 频

要 一套 变频

,机

不 能 稳 控 制 柱定状 晶 等向轴 晶转变

达不,

用 网电频率

管磁 通 透 穿能力

到差 拌 的 目的搅

,烈

磁 通

度密太 大

,搅

拌于激 且过

,因不 需要

昂 贵的 变频 机 是组合算 拌的 器一 都般 采 用电网频 率

以 所

,

以经

济上还 我 们也决

铸坯 会 上出现 严 的 重负偏 析 白亮

国带外方 连坯铸机 上使用 的 电 磁搅,

, 不 要 必的 大加了 搅 设拌 的备容 量

有 一个 合 适的 磁 通 度密0 5 高斯 时斯 时动

,

,

所以

,

本 岩田 等人齐用

,

银代替 钢 水 作拟模实验

,证 明 磁 密通度 为

不,能 动搅液 芯

,

一0旦 达到 53高

2 ’ 。‘

就芯 开剧 始烈 搅地 动

国 所

内比

l.傀e l sI.|L

‘.

.训比 、 、 1

卜 袱

、 、

做的 模 实 验拟 证 明

设也 的计 这 个搅 拌器

,要

使钢 水发 生 旋 转

0运斯以上高

“‘’ 。

磁5 通密 度 须必 4

在我

) 们 州 嘴侧

内 腔 心 中 的处最 大磁。

如蚝

度可达密 到5

.3

0 高

拌 搅间时,

坯液铸 钢芯 旋 转 到水一 的 定速度

打碎树 晶枝 梢末

,

使 柱 状

晶 向 轴 等 晶转 变

,

l}

,}

\

日 的本岩 田 等齐 人通 过模 实拟验 时间

“ ‘

认。为 要

达・

i乡 父”月

矛 ! 气

打 树枝 晶碎 末 的 梢 旋转速 至度 少 有要1 秒 0 取选一 高 度定的 铁 心 来证保液 芯

所 须 的必 搅拌 间时h

铁心 高度 的 计 算 公 式

:图

3 络一令广 气

、。

、0 5兹赫 时 磁 的通 衰减曲 线 1 〕

5003

定采用 网电 频率

五1

.

式h

U

坯拉速 度—

高 心 (度 毫 )米(

/米分

)结

构 计没及冷却 介 质 的确定

绝缘 冷 却 及护

、防

连 铸二 区冷

是高 说温,

四1

磁 搅 拌电器电 参 的 数 定确

水 汽

区,

,且

又 是

铸连 生产 中 发 漏生 钢的 区域 工 作 条件极端 恶

,劣。

对 这电 气 备 来

设 磁电 拌 搅 器长期 在

,

工 厂 取中 低压 电 网 的 标准 电 压 为 搅拌

器的供电 压

2

。电

这 个区域 使 用和

护问防题

须 解 决本 身的 绝

缘冷却

,

最 大线

压为 电38 0

组绕导 线 采 用 内 新国研 制 成功 的 耐水绕

磁 拌 搅 的 器最大 电 流取决 于所 选用

组线

,

其寿命 可达 5 至 年 5

1

,

组 铁 和再

,芯

的调

压 器 技的 术特性

本 设计采 用

涂上环 氧树脂 漆 防 腐绝 缘 性 能

好经测

定.

.,

即.

通 水 时 绕

组 导 线对 拌搅 器 体 的 壳电阻 为

。0 1一0 。 欧兆,

.

3磁能

,

铁 芯

内径 愈小 愈 好

,

,

于 由到 受铸坯 断

搅拌 器 使用 以来,

,

出现 缘绝,

面 尺 寸

和套内 空间 限 制

,并

考虑 到且 铸

,坯

。发

生变 形时 本身 静 不 止

动,

顺利能穿 过 搅 拌器内

0

腔本

搅拌器 安装 在 二 冷区无风 吹 冷 电扇 要流很

,

大搅

拌 器的 内 径 为定3 5

4

.

毫米

,

坯 与搅 拌器

散易热

, 加上磁 路 中空 气 隙 求要绕 组

内 ,壁 之间的 最小 距 离 为2 毫 米 4

铸 的坯导 向

大, 及 以内套 对磁 的通衰 减作

,

因用此 热损 耗

大,

,

是却。

为 了保 证 引锭 杆 和 铸坯能 顺 利通 过 电 搅 拌磁 器的 腔内

,

辊电磁撑拌 器 设中计 必 须 解 决的难 题 之 一 本

搅 拌 为器圆 筒 形立 式 置 三层放 构

结,

搅 拌器的上 下口 设 置导 向 ,

采 用

此向 向导 辊还 着起 夹 持铸 坯 的 作 用 。

防止

图 4 示

,所

,

,

三层 自各通 水

铸坯 冷发 鼓生 肚

5.

外套

水通

防止 二 冷区周 围环 境的 热

,

搅拌器 的 冷 却 介质 及 绕组 结构

,

传 到 铁 芯上

间中 通层 水带走 铁 芯 和绕组工气

, ,

冷却 质介 曾考虑 过采 用矿 物 油或 压缩 空

于 由 物矿油容 易 燃 烧火起

作时 生产的 热量 套内 通 水 走带 铸 的 辐坯射 热

要 专且用

用使明证2

.

层 结构 冷的 效果 好却,

,

。站

,压 空缩气 虽 来 源方 然

便,

,

但冷却效 不果连

铸车间 水 源

套的 冷 却水 温 升最高

也 只但 有5 ℃ 左右

,

如水 方便 奥 质种 料

水 的

冷却 效 最果好所 以,

,

内套材质 及

厚度

,

,

决 定

采 用 洁净 的作水 为 却冷介

不同 物质 电对磁 能 的 蔽 屏作 不 同用氏

不体 钢锈 是非 磁

性 体,

屏 作蔽用 普比 碳钢r

电 在 机业 中 采行用 的 水 冷 绕 组结构 有二

:

小 得多所 以套内材 采 用 IC质

,1

i8

Ng Ti

物一

是 组绕 铜 做线 成 中 空的

,

内,孔通

,

;

越 体 厚磁 能 穿透电能 力越小

减)规 律变 化 见( 图3

,

,

大致 成 数衰指

一 ,是绕组 铜线做 成 实 心 的,

表包绝 材缘整

体 浸泡水 必 须经 软 化处 ,

为了 减少 电磁 能 耗

组 和 绕铁芯 涂 上 防 腐绝 缘漆。

,

机械 强 度 和 变形 允 许 的 条件 下

。内套

在水厘里

者 水质 要求高

壁 , 应 尽 厚 可小能 些

本 拌 器 壁搅 厚为 5 毫5

公 /

理果

,

否则铜 管 内 易成 结生 结 垢 垢 不 也清 除易。

影响

冷 却

效,

,允 许

冷却水 的 最 大 压 力 为。

,

者 可以 使用 洁净

也的于易

,

“即使 组 绕芯 铁 表面上 有 沉淀 物。

用水冲洗 干

本搅 拌器 采用 绕组铁 芯 体

浸 泡在 里 的水 结构

,分

.

、 . 曰.

.

-六

、1

主要 设 备 性能及投 资

设备 称名

5 4

0数量

及性

6能 伏

,

(千 )1

量 容:

变 器压 一 , :台 伏 千安输 电入

压0

。伏

输出 电压 1

:

铁芯统组

2

套 3 问套

2 ( )压调 器一

台4

3

电图磁 搅拌 器 结构 示 意

图型号

:

SFA T 5

3:

0/

o

.

,5

量:

5 : 。千 3伏

6

,输 电压

:

3 0

8

伏输 入 流电负 载电 流一

5 6安负 ,

器拌 径 内的 确定

o3一0伏 ,8

:

53

2

相三 二极 转磁场 旋中心 的 磁 通 度密近 似

(3)

正 比 于 组 绕的安 匝数

即 铁 芯 内 径 成反 比,

,

而 与

极 间 二 的 离距,

型号

相 数:

:

搅拌

器 个一: D C P3 0 2型 量 容5:

13

0千伏 安

因此,

了 充分利 用

三极数

,

2

,

电 定

:o

一3 韶,伏

定电流

号5 00

,伏

:

4 05

额,定 率

频,

:

0 赫5

:兹

显得到 改 善

,

电 磁搅 拌已 成 为 铸连 管2钢 0

。的

(

)4低 压 配 屏电二个

:

要 技术措 之 一施

BL

S一

1一 型非:

额定

电 压 安

。为

了查 电磁 明搅 拌 一 技 术这措 施直 带

‘接

定电

流:一

5 0 0 (

2 0 0)

来的 经 效 济

对 果 轧比 制 验试:

,任 选

五 了个 炉号 的 坯管进 行

经搅拌过 的 管坯 料投 3 5 64 。

.

(5) 高 开压 柜 一 关个

,

7

型号

G I AG 3 型 5 6 0千 伏额 定 电 1流0

.一

,

额定 电

,

得 成 品钢 2 9

1管

79

,

成 材率 为

.

,

:

。4 8

%.

未经 搅 拌 的 坯

.料投 37

28

.

吨5%

,

。( 6

操作) 一 台个2

.

0

成得品 管钢3 比

之下

2.

9

7

,

吨成

率 为材8

4

总投1

资,

搅 拌 经的 不 比搅拌 的成 材 率 提高

变 器 压系 利 用重 三 厂 钢 旧有 的 没 计有

7

%

,

假 重若 钢三 每厂年 生 2产万 吨2 管 0钢

,

费 外

,

之 余其 全 部费用 包 括 土

, 建5 3万 共元

.

、装

连材铸坯

单电 磁 搅 拌一 技 术这 措 增 加施 的纯。

和 运输 费等用 一 在括内,

变压 器包。

入 有 就 4元万 右 6 左 总而言 之

投资一 六 万共 元 左右

,

钢重 三厂 立 连 铸机式 上

采,

磁 拌 搅 使 用器情 及 况 其经 济效果

电磁 搅 拌 成是功 的

济经 效 也益 是 明显

,在

连铸 机上 成 功 采 用电 磁搅拌。

今后

连 优 质 铸碳 素钢 和不 钢锈 等 高级 钢 种 供提了

2 拌搅器从8 年 1 月 投入 用至 今使已 浇 钢2

70多炉 ,

可靠

的 术 技 措施

参〔

l〕 S MH a

其. A 中3钢 2

炉。

, , ZD 钢 硅 炉 5 20

6钢多 炉 0

搅 器拌运 正转 常,

,

完全 达 了设

.

,

Ir文

o

nan

,

要求0

98

.

,

拌器 电耗

,少

均 每 吨铸坯消

耗.

r r

d

st

e e

,

l电度

算 人 民0

,

:

90 元

ni

e rt a

n

t, i noa

l

19,7

,

9恤

1

,2

9

试业验 表

明对

铸坯 进行电 磁搅

晶拌粒 细

,化 ,

2〕 岩 田齐

仑)钢铁

917

犯51

,

54

2

后,

铸 坯等

晶 轴增加 ,

中 心 松疏

3 〕北京 钢 铁 研究院 等

,

磁搅 电拌 对金

,轻减

缩 管残 余 基 消除

(上 接本第 102 页 )

铸 内坯部 质 量明

办浦‘ 甲 矛喻 山甲 ‘J宁 甲 呀 , 曰‘J口, , ..

,

.

属 凝 固组织 的 响影

》‘曰 」内尸

1799、山

J护 目 ,

.

,门、‘ ‘泊日 卜 r,甲 自‘J日妇

护‘

介 “ 困妇,,

妞、地 月川‘ 即恤尸

~J , 护 压叫‘流 月勺 ,八‘ 几 J 目rr

、‘,,

二弧

形铸连机 上 如 采 弧 用 结 式晶器 一

0总 热占 阻的 8 ~ 9 %

经2 计算 测与 定表

3

,短则结 晶 器 长较结晶 的器 优越性 更 为 出 突 结短晶器

口,

、。

铸坯

在钢 面 液 2 0下成气

,隙

0~

0

米毫左 右此因,

,

即已

形 重 三 厂 弧钢形 连 铸机 设 计 采 用 6 毫6 0 使米用 效 果 是 比也较 好

且, 不很 定稳,

纯单增 加结晶 晶结器在受

;水;

的 长 并度不 能提 高结 晶 器 的散 量 热另外

钢 三 由厂于近 年 来 采 用 潜 入 式 水

结 晶 从 的 器刚 性;

,

保 护 渣

浇铸 工 艺

,新,

就大 减 大 了少 钢。

作 用下 的 静变形铜

壁的 曲

;扭

作 状 态 的热 变 形下

的流冲刷 深 度

加 坯了 壳与 结 晶 器

之 间

的结

器晶 内 断腔面 形状 的 变

;

,化

效 接有触 面

改 了 善 热 导件

条因

此 现采

。结

晶 器 整的 体扭 曲的 研况表 明究 越。

晶 铜器 壁的 磨损 情等

用 7

毫 米5 长 的 度 结晶 器尚可 进一 步 短 0

短减结 器 较晶长 结 晶 器优

0

x具 体

值可数 通 试验 过与 定 后测确 定

冷高 效 果

,

这 对提

,减少拉

坯 阻力

,

,

改善 铸

质重 钢

三 厂 式 立连铸 机采用 1 7

750

2 5

0

X

, 高提拉 坯速

度延

结长 晶 器 使用寿 命

毫 米 短 晶结器 实 际 使 用 结的 果表 明 较原 米

少 结 晶 器 的 制造 加工 量 与 铜 板 消 耗 等 均 产能有 利 的生 影响

来 7 01

5 2 0

x

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毫米

长的 晶 器为结

好。

,

8

3


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