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一、連鑄與電磁攪拌理論

隨著用戶對鋼材質(zhì)量提出越來越高的要求，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。但是在連鑄坯實際凝固過程中，由于鋼水冷卻速度很快，造成鑄坯凝固時柱狀晶的發(fā)展，往往產(chǎn)生搭橋現(xiàn)象，帶來縮孔偏折、疏松、夾雜物聚集等缺陷。

由于電磁場的作用具有非接觸的特點，特別適合于高溫鋼水這種特殊場合，連鑄機的電磁攪拌技術(shù)隨之應(yīng)運而生，它可以顯著改善鑄坯質(zhì)量，因此在國內(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，載流導體處于磁場中就要受到電磁力的作用而發(fā)生運動。就此而言，電磁攪拌的工作原理和異步電機相同，攪拌器相當于電機的定子，鋼水相當于電機的轉(zhuǎn)子。由電磁攪拌器的線圈繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在導電的鋼水中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與磁場作用產(chǎn)生電磁力，對鋼水起到了攪拌作用。連鑄電磁攪拌的實質(zhì)是借助在鑄坯液相穴中感生的電磁力來強化鋼水運動。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，從而推動鋼水運動。其中感生電磁力與電流強度的平方成正比。電流越大，中心磁感應(yīng)強度越高。一般情況下，結(jié)晶區(qū)電磁攪拌器要求中心磁感應(yīng)強度幅值>500Gs;為保證達到磁感應(yīng)強度要求，必須要有足夠大的電流。這就要求變頻電源必須能夠長時間提供大電流，通常要在達到400A以上。

電磁攪拌器作用在鋼水中電磁力和鋼水攪拌的速度不僅與電流強度有關(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，選擇不當還會弱化攪拌功率。一般情況下，為了保證磁場的穿透效果，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;斷面小。鋼管薄的電源頻率取高一點。

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，進而造成攪拌器線圈造價不菲。為了盡可能延長攪拌器的使用壽命，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、大電流的情況下長時間可靠工作，對電磁攪拌器要提供必要的保護。另外，通常情況下，啟用電磁攪拌時，會有多臺大功率變頻電源同時工作，這就要考慮避免對電網(wǎng)產(chǎn)生有害影響，影響其它用電設(shè)備的正常運行。

三、SVF-EV變頻器適于電磁攪拌使用的特點

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、工控機，組成變頻電源;二是采用改裝通用型變頻器的方法。很多電源廠家通過攻關(guān)，研制出了分力組建的變頻電源，但是由于國內(nèi)電力電子技術(shù)和產(chǎn)品工藝相對落后，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;同時因為組件數(shù)目多，而生產(chǎn)沒有規(guī)模，制造廠缺乏嚴格的質(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)問題時不易查找到準確的故障點。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改造。這主要是因為通用型變頻器是為控制交流電機而設(shè)計的，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)電壓瞬間波動時，保護變頻器的整流部分，同時也抑制了由于整流所產(chǎn)生的部分諧波電流對電網(wǎng)的影響，改善了輸入到變頻器的電流波形，增強了變頻器抵抗電網(wǎng)電壓浪涌的能力，同時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，這對于保護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變頻器時就不再需要。

SVF-EV變頻器采取了齊全的保護功能，這為適應(yīng)冶金系統(tǒng)的惡劣環(huán)境，達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，而不是常規(guī)的二相輸出電流信號檢測，因此變頻器能根據(jù)三相輸出電流檢測，而不是常規(guī)的二相輸出電流信號檢測，因此變頻器能根據(jù)三相輸出電流的檢測值，計算三相輸出電流之和，較快地輸出保護功能，在采用SVF-EV變頻器制造成的低頻電源上得以全部實現(xiàn)。另外，諸如過流保護、接地保護、欠壓保護、過壓保護、欠載保護、變頻器低溫/過熱保護、過熱保護、輸入/輸出相保護等保護功能也。

四、具體實施方案及應(yīng)用效果

某煉鋼廠四號連鑄機在設(shè)計、安裝電磁攪拌系統(tǒng)的電源、控制系統(tǒng)時，經(jīng)過充分考察、論證，這套電磁攪拌系統(tǒng)在四號連鑄機的長時間使用表明，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)定可靠運行，為電磁攪拌系統(tǒng)充分發(fā)揮作用提供了基礎(chǔ)保證。