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| 電磁攪拌器 | |
| 作者：岳陽中科電氣有限公司 殷利民 | |
| 連鑄電磁攪拌器是一種工作在高溫高濕度及高塵渣等惡劣環(huán)境下的電氣設(shè)備。為了達(dá)到必要的電磁推力，同時又要盡量減小電磁攪拌器的體積，往往設(shè)計成工作在大電流、低電壓、低頻率狀態(tài)下。因此，無論對本體還是對其配套逆變電源系統(tǒng)，都提出了比較苛刻的要求。的有效可靠冷卻，逆變電源的性能及可靠性，各種保護(hù)功能的靈敏度及可靠性等等，都變得至關(guān)重要。這些首先得從參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計上進(jìn)行精細(xì)及科學(xué)的設(shè)計計算。其次，比設(shè)計更重要的是怎樣從制造工藝上保證設(shè)計的可行性及*性。 2、參數(shù)設(shè)計 連鑄電磁攪拌的實(shí)質(zhì)在于借助電磁力的作用來強(qiáng)化鑄坯中末凝固鋼液的運(yùn)動，從而改變鋼水凝固過程中的流動，傳熱和遷移過程，達(dá)到改善鑄坯質(zhì)量的目的。影響連鑄電磁攪拌的冶金效果的主要因素在于：a.能否提供足夠大的電磁推力。b.不同鋼種的末凝固鋼液需要多大的電磁推力。c.電磁攪拌的作用區(qū)域是否足夠大。d.電磁攪拌的安裝位置是否得當(dāng)。第1、第3個因素取決于的參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，而第2、第4個因素則取決于的運(yùn)行工藝。因此，一套電磁攪拌裝置要達(dá)到*的冶金效果，除了要求其本身性能優(yōu)良外，還要求使用操作者有一定的實(shí)踐經(jīng)驗，這些要在以后的使用操作過程中不斷的積累和豐富。
fe≈1/2σVsBo2KsKe …… ① 式中： σ—鋼液的電導(dǎo)率 Vs—磁場的運(yùn)行速度（Vs =2τf ，f頻率，τ極距） Bo—表面磁場強(qiáng)度 1/Ks—磁場的衰減系數(shù)（變量） Ke—磁場的漏磁系數(shù) 由此可見，電磁推力與很多因素有關(guān)，是一個很復(fù)雜的變量。但也不難發(fā)現(xiàn)，影響電磁推力大小的主要因素為： a.的表面磁場（Bo） b.磁場的運(yùn)行速度（Vs） c.的固有特征系數(shù)（Ks·Ke） d.鋼液的電導(dǎo)率（σ） 上述第1、2、3、個因素取決于的結(jié)構(gòu)及電磁參數(shù)，第4個因素則取決于被攪拌鋼液的成份。一般來講在攪拌區(qū)域內(nèi)，電磁推力必須使鋼液的流動速度達(dá)到0.5～1m/s，太小無法使鋼液流動起來，太大又易產(chǎn)生負(fù)偏析、同時運(yùn)行也不經(jīng)濟(jì)。因此在設(shè)計時應(yīng)考慮以下幾個方面： 1.1.1.電磁功率 從上面①式可知對電磁推力影響zui大的是的表面磁場（Bo），而Bo是與的線圈安匝數(shù)（N·I）成正比的。通常，由于受安裝空間的限制同時也為了降低電磁功率，線圈匝數(shù)（N）不能加得太多，因此，怎樣zui大限度的提高電流強(qiáng)度（I）就成為提高電磁推力的zui有效途徑。當(dāng)然電流強(qiáng)度的提高也會受到很多限制，比如，線圈的發(fā)熱如何帶走，低頻電源的成本如何控制等等。因此應(yīng)合理分配電流及匝數(shù),通常的原則是：平衡考慮設(shè)備成本，適當(dāng)增加電流強(qiáng)度,以期用zui小的電磁功率達(dá)到zui大的電磁推力。 1.1.2.*頻率 從上面①式可知增加頻率（f）可增加電磁推力，但另一方面，增加頻率會引起磁場衰減系數(shù)（1/ks）變大，從而又減小電磁推力，因此電磁推力隨頻率的變化不是單調(diào)的，而是有一個zui大值。同時頻率的增加，還會引起感應(yīng)電壓的增加，從而引起電磁功率的增加，關(guān)系較復(fù)雜。要定位是不現(xiàn)實(shí)的也沒有必要，*頻率可通過理論分析及實(shí)際測試進(jìn)行確定，原則是：在同等電磁功率下，盡可能達(dá)到zui大的電磁推力。 1.1.3.鋼水導(dǎo)電率 不同鋼種，其鋼液導(dǎo)電率（σ）是不同的，但相差不是很大，因此一般情況下，可以不予考慮。 1.1.4.鋼液粘度 從力學(xué)原理上來講，電磁攪拌的過程，實(shí)質(zhì)上就是電磁力克服鋼水粘性力從而使鋼液產(chǎn)生運(yùn)動的一種過程，不同鋼種，其粘性系數(shù)相差很大，因此所需電磁推力也是不同的，對碳結(jié)構(gòu)鋼而言，主要取決于含C量，含C量越高所需電磁推力就越大，不銹鋼所需電磁推力比碳鋼要大1倍以上。具體應(yīng)根據(jù)鋼種和鑄坯截面及安裝位置進(jìn)行確定。 1.1.5.合金元素的影響 合金元素的加入改變了凝固組織結(jié)構(gòu)，不同化學(xué)成份的鋼水其柱狀晶發(fā)展程度也不一樣，一般來講合金元素的成份越多，其柱狀晶就越發(fā)達(dá)，所需電磁力也越大。 3、結(jié)構(gòu)設(shè)計 主要由產(chǎn)生電磁場的電磁感應(yīng)器、保護(hù)電磁感應(yīng)器的外殼體及冷卻電磁感應(yīng)器的冷卻水路組成。從結(jié)構(gòu)上來講，電磁攪拌大致有以下三種結(jié)構(gòu)形式：“油—水”二次冷卻結(jié)構(gòu)形式、外水直冷式結(jié)構(gòu)形式、空芯銅管內(nèi)冷式結(jié)構(gòu)形式。 “油一水”二次冷卻結(jié)構(gòu)形式其感應(yīng)器浸泡在不導(dǎo)電的硅油中進(jìn)行冷卻，殼體設(shè)計成夾層結(jié)構(gòu)，夾層中通水與硅油進(jìn)行熱交換以帶走感應(yīng)器的熱量。由于冷卻效率差，體積大，現(xiàn)已被淘汰。 第二種是以法國ROEC公司為代表的外水直冷式結(jié)構(gòu)形式。其感應(yīng)器直接浸泡在凈化水中進(jìn)行冷卻，其zui大的優(yōu)點(diǎn)是冷卻效果較好、體積小。因此單位體積產(chǎn)生的攪拌功率大，且結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，可以制作成結(jié)晶器內(nèi)置式結(jié)構(gòu)；但由于感應(yīng)器長期浸泡在水中其繞組絕緣很容易損壞，因此缺點(diǎn)也同樣突出，就是使用壽命短，一般為1~2年。 第三種是以瑞典ABB公司為代表的空芯銅管內(nèi)冷式結(jié)構(gòu)形式。其感應(yīng)器繞組由空芯銅管繞制而成，銅管內(nèi)通純水進(jìn)行冷卻。空心銅管內(nèi)冷技術(shù)是一種比較復(fù)雜的電磁產(chǎn)品冷卻技術(shù)。此項技術(shù)在電磁攪拌裝置上的應(yīng)用研究zui開始主要用于大型板坯連鑄電磁攪拌裝置上，在國內(nèi)也只有本公司研制成功過這種裝置。方坯電磁攪拌裝置與板坯電磁攪拌裝置的zui大不同在于：方坯電磁攪拌裝置體積小，而空心銅管在同等導(dǎo)電截面下，比實(shí)心電磁線體積要大，因而鐵芯采用常規(guī)的齒槽結(jié)構(gòu)則無法裝下采用空心銅管繞制的線圈，為此必須改變鐵芯結(jié)構(gòu)，采用不帶齒槽的環(huán)形鐵芯，采用克蘭姆環(huán)形繞組環(huán)繞在鐵芯上?？招俱~管內(nèi)冷式電磁攪拌裝置zui大的優(yōu)點(diǎn)是絕緣結(jié)構(gòu)合理，性能穩(wěn)定，使用壽命長（可達(dá)5~8年），同時冷卻效率zui高，使用維護(hù)方便；其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制作工藝講究，體積稍大。 |
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