一炼钢厂进口结晶器电磁搅拌器线圈修复

        1、概述
        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，提高表面质量，减少中心偏析和中心疏松，基本消除中心缩孔和裂纹，大大增加等轴晶率，因而已广泛应用于各种方圆坯连铸机上。EMS是一种工作在高温、高湿度及高尘渣等恶劣环境下的电气设备。为了达到必要的电磁推力，同时又要尽量减小EMS的体积，往往设计成工作在大电流、低频率状态下。因此，无论对EMS的设计还是对其结构及工艺制作，都提出了比较苛刻的要求。
        武汉钢铁有限责任公司一炼钢厂五机五流方坯连铸机采用了ABB的结晶器EMS（以下简称MEMS）及凝固末端EMS（以下简称FEMS）。MEMS和FEMS现场占用量各为5套，库存备件分别为3台和2台，均依耐进口。在使用过程中，EMS容易损坏的部位有两种情况，一、接线口烧，二、EMS内空心铜管漏水。而进口备件周期长、费用高。为降低备件库存，同时保证备件供应，我们组织对已经损坏的时EMS进行国产化修复。这样不但解决了一炼钢备件不足的矛盾，同时也节省了大笔外汇，降低备件消耗。
        为此，武钢钢铁公司设备部、一炼钢与岳阳中科电磁技术有限公司于2002年初组成了联合攻关组，对电磁搅拌装置修复技术进行攻关，经过攻关组几个月的共同努力，终于取得成功。
        2、装置的主要特点及性能指标
        2.1装置的特点
        一炼钢方坯连铸机上用的ABB两种电磁搅拌装置均采用了空心铜管纯水内冷式技术，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（可达5~8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。此类方坯EMS采用了不带齿槽的环形铁芯，克兰姆环形绕组结构，解决了因空心铜管在同等导电截面下，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用空心铜管绕制的线圈这个难题；EMS用了磁屏蔽技术较好地解决了感应电压过高、磁场衰减过快、外围漏磁通大等问题。 同时空心铜管内冷的另一个关键技术是管接头的连接防漏技术。
        2.2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：200×200～250×280
        d.中心磁感应强度（带结晶器铜管后）：≥450GS
        e.不通水时对地绝缘电阻：≥200MΩ
        f.通水时对地绝缘电阻：≥20KΩ
        g. 额定电流：350A     电压MAX：500V   视在功率：260KVA    频率：2.5HZ  
            有功功率：96KW      h.冷却水压力：0.5～0.7 Mpa       k.冷却水流量：35l/min
        l.电导率：＜3μs/cm        p.进出口水温差：＜35℃
        3、电磁搅拌器修复总结
        3.1电磁搅拌器修复的关键、难点
        方坯EMS的结构大致由外保护壳体与内部感应器及冷却水路组成。外保护壳体比较简单，由内外筒体、上下盖及出线盒组成。
        内部感应器比较复杂，由其产生电磁推力、是EMS的心脏。它的好坏直接关系到使用效果及使用寿命，要求极高，因而制造工艺十分苛刻。感应器主要由铁芯与绕组构成。铁芯为无齿槽的环形结构，由薄钢板叠制而成。其高度尺寸是一个关键尺寸，它决定着EMS的有效工作长度。薄钢板的厚度尺寸以磁路不饱和为设计原则，可适当厚一点，但必须考虑线圈的安装空间。绕组是成败的关键，绕组的参数可通过测试数据经过理论计算及模拟实验得以确定。绕组绝缘材料的选择至关重要。既要考虑到其耐热性能，又要考虑到其与浸渍漆的亲合能力以及与进口硅胶的相融性。铜管接头焊接质量的好坏直接影响冷却效果及使用寿命。
        3.2工艺攻关
        为确保修复后的产品达到原进口产品的水平，联合攻关组对关键工艺进行了反复实验及非常细致的制作，并制定了非常周密的研制计划及措施，研制的基本原则是在保证原进口产品电磁参数的前提下，针对某些局部进行国产化改进，以期达到电磁性能与提高产品稳定性的目的。为此主要采取了以下工艺步骤：
        a、首先，我们对原进口装置进行静态参数测试，对静态参数进行分析。
        b、采用杜邦氟46聚酰亚胺复合薄膜替代原玻璃丝带作为绕组的匝间主绝缘，以大幅提高绕组的耐热等级，从原来的F级（155）提高至C级（200）。
       c、采用从日本进口的玻璃丝毡作为线圈与铁芯之间的主绝缘。以提高绝缘材料与浸渍漆的亲合能力，这样经过浸漆处理后，玻璃丝便充分固化填充在线包与铁芯之间，使整个感应器成为一个整体。
        d、接头的焊接也是一项关键技术，经反复实验后采用低温银、铜钎焊，并对焊接的接头进行严格的探伤检验。
        e、对外接头的连接采用日本新日铁的内卡式连接技术，以提高连接的可靠性。
        f、对内部冷却水路进行重新布置以期使每个绕组回路都得到均匀的水流，消除内部感应器局部热聚，提高其使用寿命。
        g、对每个绕组均进行严格的3000V/30min的耐高压及匝间短路实验，不合格的坚决不用。
        h、用进口硅胶、真空灌胶工艺、进行最后的绝缘固化，以大幅提升感应器的绝缘等级与稳定性。
        3.3 修复后的静态参数测试
        3.3.1 对地绝缘电阻测量 
        电磁搅拌器在线能否正常运行，线圈对地绝缘电阻是一个关键指标，一般情况下，对地绝缘电阻大于20KΩ可正常工作。结果见表1：

表1

        由表1可见，EMS的绝缘电阻的测量值远远大于考核指标，说明线圈的绝缘性能是相当优良的。
        3.3.2直流电阻测量
        直流电阻的测量值，反映了电磁搅拌装置的感应器的制作工艺水平。在室温T=29℃时其测量值见表2：

表2 

        由表2实际测量值可见，EMS的三相直流电阻基本相同。
        3.3.3伏安特性
        在f=2,6,9Hz的情况下测量的伏安特性如下。

       由伏安特性分析可见，EMS的伏安特性曲线均为过原点的直线,成线性关系，EMS的伏安特性曲线的斜率随频率的增加而变陡。
        3.3.4 磁感应强度径向分量Br的空间分布
        旋转磁场的磁感应强度一般分为径向Br、角向Bθ和轴向Bz三个分量，其中对电磁搅拌起主要作用的是Br，故对磁感应强度的分析以Br为主。
        ①中心磁感应强度径向分量Br0随电流I的变化

         a：中心Br与电流I在240A以下基本成线性关系，在电流大于240A以后曲线开始拐弯,说明开始磁饱和，符合理论规律；
         b：中心磁感应强度幅值Bm在电流I为额定电流350A，F=2Hz为710GS。
        ②磁感应强度径向分量Br的空间分布

        a.曲线有6个波峰和6个波谷，按360°分布,符合圆形感应器磁路闭合的特点，其中有一点比较低且宽，反应了内部磁路不对称的特点，符合实际情况。
        b.随半径r减小，其变化渐趋平缓，表明离搅拌器铁芯表面越远，其齿槽影响越小。
        ③ 感应强度径向分量Br沿轴向Z的变化。

        Br随Z向增加其值开始时基本不变,逐渐增大至100mm时，开始下降，反应出铁芯齿的端部效应。
        4、结束语
        经过攻关组的共同努力和对电磁搅拌器线圈进行以上技术处理，修复后的电磁搅拌器线圈上线运行稳定，性能可靠，电磁搅拌器线圈的各项技术参数和连铸坯产品的等轴晶率都达到了原进口产品的同等工作水平。原进口电磁搅拌器线圈价格为80万元/台左右，由于现场环境因素只上线使用了5年左右便开始大修。而修复后的电磁搅拌器线圈已上线运行了2年，目前其使用情况良好，其用寿命完全可以达到5年，大修价格仅为其原值的26%左右，小修价格则更低。通过修复不但解决了一炼钢备件不足的矛盾，同时也降低了设备维修成本。同时为国产结晶器电磁搅拌器积累了制造经验。