内置式电磁搅拌结晶器在线快速更换解决方案

李克勤

摘 要：内置式电磁搅拌结晶器在线快速更换技术是重庆钢铁集团公司的一项发明专利（专利号：200620111638）。简要介绍了实现内置式电磁搅拌结晶器在线快速更换的技术难点和解决方案。该技术在重庆钢铁股份有限公司炼钢厂1#、5#连铸机上已成功运用多年，为企业创造了显著的经济效益，在钢铁冶金企业方坯或圆坯连铸机上具有一定的推广价值。

关键词：电磁搅拌系统；结晶器；连铸机；配套设施

中图分类号：TF777.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.089

在连铸生产过程中，电磁搅拌的主要作用是使钢液中的非金属夹杂物上浮，去除钢水中的夹杂物，减少中心偏析和中心疏松，消除皮下气泡，提高连铸坯的等轴晶率，从而改善钢坯内部组织机构，提高连铸坯的质量。

按照搅拌位置的不同，连铸电磁搅拌可分为结晶器电磁搅拌（M-EMS）、二冷区电磁搅拌（S-EMS）和凝固末端电磁搅拌（F-EMS）。目前，方坯连铸一般采用结晶器电磁搅拌。结晶器电磁搅拌按线圈安装位置的不同可分为内置式和外置式结晶器电磁搅拌。内置式电磁搅拌器安装于结晶器的水箱内，与外置式相比，具有搅拌效果好、运行成本低的优点。

重庆钢铁股份公司炼钢厂1#、5#连铸机为5机5流方坯铸机，在生产过程中，有时会因溢、漏钢等原因造成某一流浇铸中断，从而影响了生产节奏，造成整台铸机停产，钢水回炉、改判，降低了钢水收得率和钢坯产量，给企业造成了一定的经济损失。

重钢炼钢厂普通结晶器在线快速更换早已实现，而内置式电磁搅拌结晶器由于由电缆和结晶器线圈通过螺栓相连接，所以只能在停产状态下更换，这是制约电搅钢种生产的瓶颈问题，亟待解决。

1 技术现状

内置式电磁搅拌结晶器由于由电缆和结晶器线圈相连接，流过的电流大，在线快速更换被普遍认为不可能实现。

目前在国内，外置式电磁搅拌结晶器（电磁搅拌线圈在结晶器外，固定在座套上）在线快速更换已经实现（同普通结晶器），而内置式电磁搅拌结晶器在线快速更换还没有任何一家钢厂能够实现。

2 技术难点

生产时，结晶器处于振动、高温、高湿的环境中，快速更换装置必须满足环境要求，不能因结晶器振动而使电缆与结晶器连接处出现松动、接触不良，产生拉弧现象，确保系统工作的可靠性。

由于电磁搅拌线圈通入的是低频三相交流电（重钢1#、5#连铸机电磁搅拌相电流≤380 A），所以快速更换装置必须满足电气性能的要求。

结晶器在线快速更换要求在7 min内完成，电磁搅拌线圈的拆除与接通操作必须做到方便、快捷。

3 设计要求

设计要求主要有：①满足工艺要求，主要有体积大小、电气性能、环境要求和操作时间要求；②取材方便、易于加工；③操作简单、方便、快捷；④有利于减少设备故障，降低维护量；⑤低成本（配件、材料价格低）。

4 设计方案的比选、确定

大电流情况下的接触形式主要有单面接触、双面接触和圆柱行面接触三种，如图1所示。

单面接触形式的体积较大，由于现场位置狭小，因此不适合采用该形式；圆柱行面接触形式在大电流情况下接触面间隙会产生电弧焊，使插头无法拔出，因此也不合适采用该形式；而双面接触形式体积小，最为适合。

经过现场认真勘查和分析，确定了电磁搅拌结晶器快速更换装置设计方案，即刀开关式快换装置。

刀开关的动刀片和静刀片通常由底部的胶木板连成一个整体，而该方案巧妙地把刀开关分成上下两部分。上半部固定在结晶器上；下半部为活动部分，用来连接电缆。刀开关为常用电气元件，满足电气性能要求，工作方式为无负荷分断，可同时接通或分断三相电路，开关容量可根据最大电磁搅拌电流放大1～2级选取，如图2所示。

该装置于2005-09分别在重钢炼钢厂1#、5#连铸机上得到了成功应用。

5 配套设施改造

为将该技术投入生产使用，考虑到与液面控制的接收器一同实现快速更换，我们还设计、加工了1#、5#连铸机新型结晶器保护罩各1套。在保护罩的外侧，对应每一流开了个小门，拉开小门，即可拆装结晶器液面控制系统的接收器和电磁搅拌快换装置，如图3所示。

6 电磁搅拌系统中的主要故障表现

在电磁搅拌系统故障中，线路故障占有较大比例，主要表现为：①接触不良造成接线柱和铜螺母连接处出现烧蚀；②接线头下的电缆易发生断股和折断。

根据发热功率计算公式P=I2R可知，在电流I一定的情况下（根据工艺要求而定），降低发热功率的关键是降低接触电阻R，而降低接触电阻的方法主要有加大接触面积、防止导体接触面氧化。

7 电气性能改进措施

电气性能改进措施主要有：①加大铜螺母尺寸，扩大接触面；②在加工电磁搅拌线圈接线柱和铜螺母时，采用紧配合方式加工，改善接线柱与铜螺母之间的接触；③快换装置与电磁搅拌电缆之间采用软电缆过渡连接，使电缆与快换装置的连接处不易折断，降低振动电缆的质量，使其不易脱落；④对电缆接线头进行处理，挫平接触面，扩大接触面积，并用导电膏涂覆，防止表面氧化，降低接触电阻；⑤改进快换装置底板材质，用憎水性的玻璃纤维树脂板替代亲水性的酚醛树脂板（胶木板），并涂刷绝缘漆，提高开关底板的耐水性，从而提高绝缘性能，延长快换装置的使用寿命。

8 改造效果

重钢炼钢厂1#、5#连铸机于2005-10实现了电磁搅拌结晶器在线快速更换，大幅度降低了电磁搅拌钢水回炉、改判等损失，提高了铸机作业率和钢坯产量，减少了电磁搅拌系统设备故障。

9 结束语

内置式电磁搅拌结晶器在线快速更换技术的成功研发是连铸电磁搅拌技术发展的一项创举。该技术适用于方坯（圆坯）连铸机的内置式电磁搅拌结晶器。应用电磁搅拌结晶器在线快速更换技术，可在不中断生产的情况下，通过更换内置式电磁搅拌结晶器进行补浇，大幅度减少方坯（圆坯）连铸机在生产过程中因某一流发生漏钢事故而造成的钢水回炉、改判等事故，对提高连铸机的作业效率和产量，降低事故损失，提高企业效益具有重要意义。

〔编辑：王霞〕