电磁搅拌在炼钢中的应用和常见故障

技师专业论文工种：维修电工题目:电磁搅拌在炼钢中的应用和常见故障作 者：白文龙身份证号报等级：维修电工技师单 位：陕西龙门钢铁集团炼钢日 期：2012年7月9日-PAGE10--PAGE10-目 录一、电磁搅拌的发展历史及现状············二、电磁搅拌器的工作原理··············三、电磁搅拌装置的作用···············四、电磁搅拌器的分类················五、装置的主要特点及性能指标············六、系统组成···················七、常见故障及分析、解决办法：应用、改进和管理经验···八、电磁搅拌电控系统检修··············九、管理经验···················十、结束语····················十一、参考文献··················电磁搅拌在炼钢中的应用和常见故障作者：白文龙【摘要6#圈和逆变柜常见故障的解决方法和相关经验。【关键词】：电磁搅拌、变频电源、IGBT(大功率晶体管)、逆变柜、IPC【前言连铸电磁搅拌装置（以下简称EMS）能有效地改善铸坯的内部组织结构，提高表面钢的必要设备，因而已广泛应用于各种方坯连铸机上。EMSEMSEMS6#连铸机八机八流方坯连铸机，采用整体结构紧凑，搅拌功率大。【论文正文一、电磁搅拌的发展历史及现状ASEA公司发明用于电弧炉炼钢，后来才被用于连铸。2060年代奥地利开始使用电磁搅拌浇注合金钢。70年代，法国冶金研究院（IRSID）首次在方坯连铸机上进行了线性电磁搅拌技术的工业性试验，使硅铝镇静钢的皮下质量得到了改善。随后，圆坯连铸的旋转搅拌ABB,随着我国钢铁企业的崛起，国产电磁搅拌技术也突飞猛进，现在国内小圆、方坯电磁搅拌基本已实现国产化，板坯技术也日趋成熟。由于搅拌用的变频控制装置需要很大的电磁搅拌功率，因此在六七十年代功率半导体器件只能采用可控硅才能达到功率的要求。近年来，随着电力电子技术的发展，功率可控硅可关断可控硅巨型晶体管型）—IPM（智能型功率模块）.随着电磁搅拌材料及工艺的不断完善发展,电磁搅拌已接近国外先进水平,特别是引用了现代电力电子,微电子和计算机的一些成果,电磁搅拌变频电源已达到国外先进水平,国内生产厂家主要有科美达,湖南中科,岳磁高新,长航,鞍ft亚赛等.二、电磁搅拌器的工作原理产生感应电流，二是载流钢水与磁场与磁场相互作用产生电磁力。电磁力作用在钢水每个体积单元上，从而驱动钢水流动。就交流感应而言电磁搅拌的工作原理和异步电机类似（搅拌器线圈相当于电机定子，流动的钢水好比电机转子，由多相（两相或三相）线圈绕组产生行波磁场或旋转磁场，在导电的钢水中产生感应电流，感应电流与场与运动的导电钢水相互作用，在钢水中产生感应电流，感应电流与磁场相互作用产生电磁力，此电磁力的方向恰好与钢水的运动方向相反，对钢水起制动作用，因此这种搅拌被称为电磁制动。三、电磁搅拌装置的作用：1、成份的均匀化并消除偏析，提高产品质量与其它方式相比，由于可以通过调节搅拌器的各参数来调节搅拌力，所以搅拌作用可非常强烈，致使坩埚内所有合金溶液快速且均匀地被搅拌，因此，合金溶液成份均匀化而完全不会产生偏析。对镁、钛、硅等合金含量高的合金溶液，电磁搅拌器的作用更加明显。2、气泡和夹杂物上浮，提高产品质量由于合金溶液被强烈地搅拌，其气泡和夹杂物在搅拌中上浮，便于清除夹杂物，提高了产品的内在质量。3、缩短熔化时间、降低能耗，节省生产成本由于合金溶液被搅拌，相当于提高了冷料的导热率，所以冷料的熔化加速，缩短了熔化时间。与此同时，由于在合金溶液和冷料之间进行了强制接触，在数分钟内消除了合金溶液表面和底部的温度差（幅度为100~150°C），整个合金溶液的温度降低，从而提高了辐射热的吸收，减少了热损失，降低了能耗。4、防止氧化，提高原料的利用率，增大效益空间在提高原料的利用率上，防止合金溶液的氧化是重要的。由于电磁搅拌的作用，降低了合金溶液表面的温度、缩短了熔化时间，因而有效地遏制了合金溶液的被氧化，显著地提高了原料的利用率。5、实现了自动控制且维护方便简单在以往的搅拌装置中，需要人力和特殊的工具进行搅拌。但电磁搅拌器却能够进行全自动控制，而且与合金溶液没有直接接触，几乎不需要维护。6、实现了合金溶液温度的精确控制当合金溶液温度不均匀时，即使进行温度检测，也不能测定合金溶液的正确温度。由于电磁搅拌已使合金溶液温度整体上均匀化，使得进行合金溶液温度的精确测量和控制成为可能。四、电磁搅拌器的分类：1、结晶器搅拌器：（M-EMSM搅拌）根据其与结晶器的相对位置不同可分为：内置式电磁搅拌器和外置电磁搅拌器.、内置式电磁搅拌器：内置式电磁搅拌器安装于结晶器的水箱内,其具有如下特点:a、感应线圈紧贴铸坯铜套与水套,具有较好的搅拌效果b、所需电力容量小,运行费用低c、结晶器水冷却,不另配冷却水系统d、几乎每台结晶器需配备搅拌线圈,所需备件多、外置式电磁搅拌器:外置式电磁搅拌器安装于结晶器的外部,根据其绕组导线的不同,可分为：直接浸水冷却和空心铜管内冷却两种其特点分别如下：、外置式直接浸水准却电磁搅拌器a、方便更换结晶器b、能耗较大,运行费用高c、所需备件少d、结晶水冷却,不另配冷却水系统的由于铜管内冷式电磁搅拌漏磁大，功耗高；在同等功率和频率条件下中心磁密低、设备外形尺寸大；为了防止搅拌器外壳发热，运行频率较低，因此电磁搅拌力小，搅拌效果差；由于铜管内冷式电磁搅拌器的内部水接头太多，容易造成漏水烧坏线圈，设备维修量大，使用寿命短。、外置式空心铜管内冷电磁搅拌器a、方便更换结晶器b、空心铜管内冷,冷却效率高c、线圈包围在硅橡胶风,使用寿命长d、所需备件少e、能耗较大,运行费用高f、需配单独的冷却水处理系统外置式电磁搅拌器适用断面的范围较宽，一台搅拌器可适应多种铸坯断面，这样有利于减少搅拌器的备件数量，是节约投资的最理想的方案；搅拌器安装后不需经常拆卸，同时便于结晶器和结晶器铜管的更换和安装，大大的减轻劳动强度，提高劳动生产率；减轻结晶器振动台的负荷。外置式电磁搅拌器线圈采用独立的循环冷却水进行冷却，冷却水质好，线圈使用寿命长。钢水在结晶器内，电磁搅拌器安装于结晶器外围。电磁搅拌器的铁芯所激发的磁场通过结晶器的钢质水套，和铜套侵入钢水中，借助于电磁感应产生的电磁力，使钢水产生旋转左右或上下垂直运动。结晶器的电磁搅拌主要改善钢坯的表面质量和皮下质量。钢水凝固界面被通过搅拌形成的钢流冲刷和早期形成的凝固坯壳重新熔化，与新进入的钢水混合后M搅拌器可以增强结晶器内钢液均匀凝壳的生成，从而导致表面纵裂的消除。实践证明，电源频率取3HZ1HZ1HZ8HZ，在钢水中衰减严重，结果只能进行表面搅拌，因此不能完全发挥仰制冷隔的作用。一般有以下几种搅拌方法：、单台旋转磁场电磁搅拌器置于结晶器外围，通以两相低频电流，激发一旋转磁场，使结晶所需搅拌功率小。、双台组合旋转磁场两台电磁搅拌器相对置于结晶器两侧，通以三相低频电流，分别激发一行波2（S-EMSS搅拌）人们研究水平连铸的电磁搅拌，其目的是为了改善铸坯的表面和内部质量。虽然单依赖M搅拌来改善铸坯表面质量是不太够的。因此人们考虑采用组合搅拌的方式，即在二冷区加装电磁搅拌装置，即S搅拌装置。大家知道，钢水进入结晶器后，在结晶器处受冷很快形成一层致密的等轴晶坯壳。随着拉坯的进行，单级搅拌器会使铸坯内部形成的等轴晶聚集于铸坯下部，而上半部则有大量的柱状晶形成，并往往会产生“搭桥”现象。导致铸坯内部缩孔，偏析和疏松，给铸坯质量造成严重的问题。为解决这些缩孔，有必要在二冷区再加装一组电磁搅拌装置。此组搅拌的主要作用是使从外向内生长的柱状晶顶端被未凝固的钢流打碎从而生成大量的等轴晶核，扩大铸坯中心的等轴晶区，消除中心偏析。一般有以下几种方法：、单台行波磁场——、电磁搅拌器置于水平连铸铸坯一侧，通以三相工频电流，激发一行波磁场，——H级维护方便。、单台旋转磁场电磁搅拌器置于铸坯外围，通以三相或两相工频电流，激发一旋转磁场，使铸坯内钢液产生旋转运动。绕组采用直接水冷，冷却效果好。结构紧凑，磁场集中。适用于结晶器下，二冷区和凝固末端。、单台螺旋磁场电磁搅拌器置于铸坯外围，通以三相工频电流，激发一螺旋磁场，使铸坯内钢液产生螺旋运动。绕组采用直接水冷，冷却效果好。螺旋搅拌有较长的搅拌影响区，有利于获得更好的冶炼效果。3（F-EMSF搅拌）铸坯经过二冷的电磁搅拌后，等轴晶核在重力作用下沉定到铸坯的下半部。如果连铸坯在这种情况下被拉出，虽然下部的柱状晶受到下沉的轴晶的阻碍，不能进一步的长大，可上部的柱状晶由于生长顶端未受到等轴晶的阻碍而向芯部生长，依然影响着铸坯的内部质量。铸坯的液相穴末端区域已是凝固末期，钢水的过热度消失，处在糊状区，由于偏析的作用，糊状区液体富集溶质浓度较高，易形成严重的中心偏析。因此在液相穴长3/4F下沉的晶核再度分散，并覆盖在柱状晶顶端的等轴晶的阻碍，从而降低铸坯的中心偏F集溶质的溶体是有效。一般用双台组合旋转磁场的方法：两台电磁搅拌器相对置于铸坯两侧，通以三相低频电流，分别激发一行波磁场，其方向相反，组合成一旋转磁场，使铸坯内钢液产生旋转运动。绕组采用油——水二次冷却，冷却水直接使用结晶器冷却水，不需另配复杂的外水处理系统，经济简便。绕组浸于优质硅油中，绝缘全部使用H坏。五、装置的主要特点及性能指标1、装置的特点6#技术，整机结构紧凑、搅拌功率大，其最大的优点是性能稳定，使用寿命长（8年），冷却效率高，使用维护方便。其缺点是结构较复杂，对水质要求高。此类方EMS导电截面下，比实心电磁线体积要大很多，而铁芯采用常规的齿槽结构则无法装下采EMS用了磁屏蔽技术较好地解决了感应电压过高、接防漏技术。2、装置的主要技术指标a.型式：纯水内冷，结晶器外置，旋转磁场方式b.结构特点：环形铁芯，克兰姆绕组形式c.适应的铸坯截面：150×150d.中心磁感应强度（带结晶器铜管后）：≥450GSe.不通水时对地绝缘电阻：≥200MΩf.通水时对地绝缘电阻：≥20KΩg.额定电流：350A 电压MAX：500V 频率Z h.冷却水压力：0.5～0.7Mpai.冷却水流量：35l/minj.电导率：＜3μk.进出口水温差：＜35℃六、系统组成:系统电磁系统电磁水系统系统介绍：1、水冷系统在电磁搅拌线圈工作时，将产生很大的电流，会引起线圈发热，若没有保护措施，必然将线圈烧坏，一般都是给线圈通水冷却。通水冷却的方式根据各厂家的情况有不同的方法，可以将线圈浸漆绝缘后，浸入循环冷却水中，但这种方式线圈的使用寿命短，一般最多使用两年。本系统采用科美达专利技术，线圈采用中空铜管绕制而成，中间通循环冷却水冷却，但这种方式对冷却水的水质要求较高，必须采用水处理技术保证在线圈中循环流动的水不至于结垢。6m3闭路循环，水质要求如下：a、PH值：6.5<PH<8.5b、导电率：25℃时，≤500μs/cmc、悬浮物固体数量：≤20PPMd、固体颗粒最大尺寸：≤20μme、铁磁颗粒数量：≤0.5PPMf、铁磁颗粒最大尺寸：≤5μmg、冷却水的硬度：≤10PPM，42℃的重力水温度时，应低于碳酸钙的饱和度。h、水温：供给EMS的水温最高40℃，不允许结冰。、EMS的所有水管采用不锈钢管。j、暴露在水中，而产生的铁（钢）锈必须限制在0～125μm/年锈蚀率内。提供一路二次冷却水至科美达公司循环水系统用板式热交换器接口处，要求如下：a、水质要求与用户结晶器冷却水相同。b、进水温度≤35℃，出水温度≤450.5-0.7MPac、水总流量：70m3/h2GBT1004001系统所规定的范围。2、电搅电控系统：系统组成：由供电电路、控制电路、整流电路、滤波及补偿电路、逆变电路、参考综合电路、脉宽调制电路、保护电路、检测电路和其他辅助电路。电磁搅拌器控制设计基本参数：线圈电流，电压，频率变压器容量：S变=0.6×1.732×IXQ×UXQ 自制或外购主接触器：1.1～1.2Ie LG，天水二一三，施耐德，ABB等快熔：交流侧1.1～1.2Ie 直流侧1.2～1.5Ie 铭电解电容:10000uF/400V 美国CDE或德国APCOS模块: 400A PM800SHA120 日本三菱600ADIM1200FSM12DIM1600FSM12Dynex流量计：管径，流量 科博或厂家指压力表: 1.0MPa电导率仪: 500ucm/s 上海诚磁逆变柜内：脉宽板PKWM(自制) 驱动板KQD(自制)参考板KCK(自制) 电压检测板KDCV(自湘钢主要技术参数:影响冶金效果的主要两个参数为I和f额定电流：400A电压：380V频率：1-16Hz变压器容量：500KVA电解电容：10000uF/400V美国CDE模块:DIM1200FSM12英国Dynex流量计：18m3/h,报警下限13m3/h.温度计：报警上限50℃.液位显示仪：0-1500m,报警下限700mm,报警上限1560mm.压力表:0.4-0.6Mpa0-500μcm/s2,200.绝缘监测表：大于50Ω系统的特点、技术先进，产品可靠性高本系统充分利用了现代微电子技术，电力电子技术和计算机技术的新成果，采用新器件、新材料、新工艺，因而具有许多新的特点和功能这些特点和功能在很多方面已优于国外引进的同类产品。主要体现在下列方面：A、实时控制和监控均采用工业计算机，具有抗干扰能力、高可靠性，功能强大，可以准确而及时地采集现场信息和数据。运行状态监控严密、监控中央控制机数据存储量大，具有数据库管理功能。B、每流均可独立进行启、停参数装置及修改等各种操作。出现故障时可独立进行维修，不影响其它电控系统运行。C、具有全屏PLC梯形图编辑、编译、调试功能，有利于缩短调试时间。D、全中文显示，具有良好的人机界面，易于掌握和操作。E遥控操作。FSPWM20KHZ,灵敏度高。G、功率因数大于等于0.95。H、采用交－直－交逆变方式，频率范围宽，不受电源频率的影响。I、控制系统具有电磁搅拌器绝缘电阻的测试功能，随时对电磁搅拌器的绝缘电阻进行检测和监控。J、控制程序严密而且具有鲜明的逻辑性，确保了操作运行顺序规范合理，即使突然停电，也不致于造成元器件损坏，并使保存的数据不致丢失。K和高精度（1.5%，0.05。LIC过载、过热、耐压安全系数（2。M、所有电子元器件均进行老化筛选，电路板再进行高温试验，确保可靠性。在结构设计和制造方面尽量做到减少分布电容、电感和提高抗辐射，感应和耦合干扰的能力。N它措施，进一步提高了系统的可靠性。、具有目前最先进的故障诊断功能，本系统的诊断优于目前国内和国外进口的A、故障指示和查询有光、声和计算机文字显示多种方式。同时还可以通过PLC梯形图实时工况的显示，使输入、输出信息和中间变量的状态一目了然。从而进一步增强了寻找和分析各种故障的功能。B、控制系统具有故障诊断和保护功能：直流高压的过/欠压、+_15V过/欠压、5V过/欠压、过电流、整流器故障、逆变器故障、预充电故障、整流器、逆变器过热、组过热、电流跟随故障、绕三相不平衡故障、绕组绝缘故障、水温故障、水流故障、断相和短路故障C、故障处理方式分级：根据故障严重程度分报警、停止搅拌和系统总停3种处理方式。又可以延长使用寿命。过低、风机故障、功率模块故障等。此时，脉冲被封锁，停止搅拌。系统总停包括变压器瓦斯保护动作、整流熔断器坏、主回路熔断器坏、预充电UPS电控系统有序停止。电磁搅拌器电控系统主要体现在高智能、高精度的智能型脉宽）波形产生集成电路，其载波率可达20KHZ，从而获图形较理想的输出波形。外接EEPROM20PLC电控系统性能直接关系到搅拌效果。它应能满足以下要求。系统具有本地、远程手动及远程自动三种操作方式。实时在线检测电磁搅拌器的各项参数，实时监控系统的工作状态。参数的设定和修改灵活、方便。欠电压、过热、水流量、水温等报警和故障停机等功能。0.90。系统安全可靠，不对其它控制系统和电网产生干扰。搅拌电流以精确闭环PID控制，电流稳定度高，误差小于1%，0.05HZ。频率和电流分别在全范围内可连续无级调整。电磁搅拌的变频电控部分，因电磁搅拌的电控要求电流和频率能独立调节互不影响，这有别于通常的变频器。只有根据电磁搅拌的特点和需要，专门设计的变频电控系统才能使用和维护的要求。另外，要求以IPC为核心的控制系统的软件部分可靠性也要求很高。4）电控系统控制原理如下A.10KV525V，合上主700V1-8I10,I10AOSAPC，它不仅在操作面板上能够看到线圈进出水温度流量运行情况及水的电导率等。而且主控系统APCAMCC.当需要启动电磁搅拌时，主控制系统APCAOSHMIAMC,IGBTAMCAPC。D.APC备安全可靠运行。5).电控系统的变频电源工作原理及控制模式A.变频电源工作原理：采用交—直—交电压型变频方式交—直—交变频技术，它包括两部分，整流部分，逆变部分。此变频采用集中整流输出，通过直流母线形式提供给5个逆变部分的直流电源。整流部分：整流部分采用二极管供电单元的6路，由上半桥的三个可控硅和下半桥的三个二极管构成，在三相桥式电路中，6逆变部分:逆变部分由合闸回路，脉冲触发器控制单元NAMC-03脉冲发生模块NGDR和大功率晶体管IGBT组成。NAMC-03IGBT大功率晶体管：本系统采用进口绝缘栅极双极晶体管IGBT，稳定可靠。B.变频电源控制模式：PLC+IPC、输出电流的相数：三项均衡输出、波形 :正弦波、搅拌方式：连续搅拌七、常见故障及分析、解决办法：应用、改进和管理经验些技术难题。通过实践摸索我们总结了一些故障处理办法，分别如下：IPM、系统停搅、SPWM、脉宽板封锁红灯EMS、KQD（１、测量主回路是否短路（２输入电源判断是电源故障还是变压器故障２）三相不平衡故障故障现象：运行电流中两相之间相差３０％，系统停搅分析原因：、本体线圈中有一相有断开的情况、KCK、KLB、停机的情况下，测试搅拌器两相之间电阻情况KCKKCKKCKKLBKLB过流故障故障现象：运行电流超过最大额定电流分析原因：设定电流超过额定最大电流解决办法：降低设定值预充电故障分析原因：主回路电源没有合解决办法：合上主回路电源IPC故障现象：UPSQA0QA3QA06）线圈温度高故障现象：界面显示线圈温度高，系统报警停搅分析原因：二冷水未开，线圈中有杂质引起短路解决办法：使用前半小时开二冷水或清洗线圈水流量不足，水温高故障现象：界面显示水流量小，系统报警停搅解决办法：使用前半小时开二冷水或清洗线圈，水温高则马上停止使用系统主接触器故障故障现象：主接触器不合闸分析原因：不具备合闸条件解决办法：查梯形图9）220V电源故障故障现象：界面显示该故障分析原因：工控柜内对应各逆变柜内开关电源未开或逆变柜内空开未开解决办法：接通工控柜内相应空开（QA01-110）散热器故障（1）（2）（1）风机接触不良或损坏环境温度高温度开关坏温度开关连线有松动解（1）（2）换温度开关，温度开关之间连线焊牢熔断器故障故障现象：界面有显示，撞击器有动作或熔断器坏分析原因：主回路有短路，运行过程中有过流状况解决办法：检查短路位置，更换撞击器和熔断器欠电压故障故障现象：主接触器不吸合解决办法：恢复主回路电源过压故障故障现象：界面上显示电压远远高于实际测量的整流电压分析原因：输入电压过高、电网不稳定解决办法：提高变压器系数比电解电容爆炸、阻容吸收板爆炸故障现象：电解电容炸裂、爆裂，拉弧，同时交流侧保险动作，分析原因：电解电容正负连接处松动，电压过高，质量不好解决办法：紧固连接螺杆、更换电解电容故障现象：电磁搅拌在运行中无任何征兆的情况下IGBT烧毁。原因分析：电磁搅拌的逆变部分采用IGBT(型号为PP20012(ABB2P)SEL、1200V200A)，由于它的过压能力差，在电网波动时造成IGBTIGBTIGBT八、电磁搅拌电控系统检修不使用系统超过一周以上时，可在此期间组织人员对系统进行检修，以保证系统安全可靠运行，建议用户一个月内至少检修一次。显示器、UP