凝固末端電磁攪拌技術在蘇鋼連鑄中的應用

程風扣

摘 要：電磁攪拌的實質是借助電磁力控制鑄坯液相穴中鋼水的運動，強化鋼水的傳熱，從而控制凝固過程。合理采用電磁攪拌能有效地細化鑄坯晶粒，減少中心偏析和疏松，大大提高等軸晶率，并最終提高鑄坯質量。本文概述了2#連鑄機末端電磁攪拌系統及其應用過程中需要注意的一些問題。

關鍵詞：連鑄;電磁攪拌器;自動控制;測量儀表;監控上位機

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

1 前言

煉鋼車間2#連鑄機投產后，發現單一使用結晶器攪拌不能獲得足夠的等軸晶結構，或中心疏松和中心偏析達不到要求。因此增加了末端電磁攪拌系統，它能有效減少鑄坯中心偏析和疏松，提高鑄坯質量。因此2#連鑄機增加末端電磁攪拌系統，使之成為連鑄過程中改善鑄坯質量的最重要和最有效的手段之一。

2 系統構成

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、PLC自動控制柜1臺、末端變頻柜4臺、冷卻水裝置和儀表閥臺1套及監控操作工控機1套等構成。 系統采用1000kVA、400V三相四線制電源供電，經電源分配柜分為4路送到4臺變頻柜，經變頻柜變頻后分別送至4臺末端電磁攪拌器，從變頻柜至末端電磁攪拌器之間各配有1個中繼端子箱，另送一路控制電源至PLC自動控制柜。系統由1臺工控機進行上位機監控。

2.1 電磁攪拌器

（1）構造與工作原理。電磁攪拌器主要由外殼和感應器兩部分組成，外殼由高性能不銹鋼焊接而成，感應器由鐵芯和線圈組成。鐵芯為環形結構，線圈由空心銅管繞制而成。線圈接成對稱的三相“Y”形連接。該電磁攪拌器安裝在鑄坯二次冷卻水末端，正常開澆后，給線圈輸入三相電源，從而沿電磁攪拌器內腔圓周方向產生一個旋轉磁場作用于鑄坯，這樣垂直穿過鑄坯的磁場對鑄坯內的鋼液產生作用力，最終達到攪拌鑄坯內部鋼液的目的。

（2）運行注意事項。運轉中，各冷卻水絕對不能切斷并注意流量計、漏電等系統保護是否工作正常。流量低下或漏電動作切斷電源，這時應查明原因并采取措施后方可再接通電源運行。運行過程中冷卻水的保障至關重要。因為一個微小的失誤都有可能造成電磁攪拌器的損壞。由于攪拌器內部沒有溫度保護電路，因此必須絕對保證水的質量，因為一個微小的顆粒都有可能堵塞內部管道從而導至線圈溫度升高而燒毀。

2.2 自動控制系統

自動控制系統的PROFIBUS-DP網絡主要由西門子S7-300主站、ET200M子站和變頻系統等構成。

（1）主站概述。主站主要由CPU315-2DP、CP343-1、SM321/SM322等模塊構成。主站CPU主要存儲各模擬量處理、報警聯鎖動作、變頻數據通訊、應急事故水控制、水泵自動切換等程序，是控制系統的核心。CP343-1用于將該系統接入車間的工業以太網，以便跟上位機進行通訊。開關量輸入模塊主要用于接收就地控制柜的按鈕、開關、接觸器觸點等信號，開關量輸出模塊用來控制變頻系統的啟停、復位等就地控制操作。

（2）子站概述。子站處于水系統控制柜內，主要由ET200M、SM331、RTD等模塊構成。該站主要負責采集水系統的實際數據：如流量、壓力、溫度、水位、水質及出口過濾器狀態等，而且可通過工業以太網通訊，傳送實際值和報警信息在控制室Wincc畫面上顯示，同時當地可輸出硬接點信號報警和聯鎖變頻系統。

（3）變頻系統通訊。每次連鑄開澆前，操作人員在控制室上位機輸入攪拌模式、電流、頻率、正轉時間、反轉時間和等待時間等參數，這些參數通過工業以太網，下載到主站CPU固定數據塊里，然后經DP網，用主站與分站通訊的專用功能塊SFC15，寫入變頻系統，同時通過SFC14讀取變頻系統的各參數實際值。該通訊方式，相對傳統硬件接線的控制方式，具有抗干擾、速率高、故障少等特點。

2.3 冷卻水系統

該水站及儀表閥臺主要由純水箱、兩臺水泵、過濾裝置、板式換熱器、氣動閥、DMD-99電導率儀、ABB電磁流量計、E+H壓力變送器、WZPK-336B測溫熱電阻、投入式液位計等設備構成。壓力變送器用于檢測泵出口壓力，當泵啟動一定時間，如檢測壓力達不到0.8MPa，系統會自動啟動另一臺水泵。電磁流量計用于測量每流冷卻水回水流量，當回水流量低于6.0m3/h時，具有流量偏低報警，聯鎖跳電的功能，防止線圈過熱。熱電阻用于測量每流冷卻水回水溫度，當溫度高于65℃，具有高溫跳電保護功能。電導率計用于觀察純水箱內的電導率度，當電導率高于100μs/cm時，具有報警跳電的功能。投入式液位計用于測量水箱的液位，當液位低于80cm，具有低水位報警聯鎖功能。

2.4 末端 Wincc遠程監控

監控主界面包含遙控和遠測信息內容，能實時監測變頻電源和水系統的工作狀態，并直觀顯示相關數據，提供了功能強大、人機界面友好的實時監控界面。如圖1所示。遠測信息：把現場模擬量通過PLC在Wincc監控畫面上實時顯示。Wincc實時測量顯示各流變頻電源的電流、頻率、漏電流、電壓和現場的其他參數，通過這些參數可實時監測變頻電源運行狀態，并判斷運行是否正常。參數設定：在主頁面的上方對各流變頻電源的攪拌模式、電流、頻率、正轉時間、反轉時間和等待時間進行設定。設定值可參照本地觸摸屏參數設置。

參考文獻：

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[2]李雪靜.凝固末端電磁攪拌器的應用[J].機械工程師，2010（06）.endprint