一煉鋼廠進(jìn)口結(jié)晶器電磁攪拌器線圈修復(fù)

 摘  要：本文敘述了一煉鋼廠進(jìn)口結(jié)晶器電磁攪拌器線圈國(guó)產(chǎn)化修復(fù)技術(shù)總結(jié)，根據(jù)電磁攪拌器線圈現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境分析其內(nèi)部構(gòu)造和特點(diǎn)，對(duì)電磁攪拌裝置修復(fù)技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，修復(fù)后的電磁攪拌器線圈各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)測(cè)試與原進(jìn)口的電磁攪拌器線圈各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行比較，結(jié)果證明各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足要求。
        關(guān)鍵詞：進(jìn)口結(jié)晶器電磁攪拌器　國(guó)產(chǎn)化　修復(fù)

        1、概述
        連鑄電磁攪拌裝置（以下簡(jiǎn)稱EMS）能有效地改善鑄坯的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，提高表面質(zhì)量，減少中心偏析和中心疏松，基本消除中心縮孔和裂紋，大大增加等軸晶率，因而已廣泛應(yīng)用于各種方圓坯連鑄機(jī)上。EMS是一種工作在高溫、高濕度及高塵渣等惡劣環(huán)境下的電氣設(shè)備。為了達(dá)到必要的電磁推力，同時(shí)又要盡量減小EMS的體積，往往設(shè)計(jì)成工作在大電流、低頻率狀態(tài)下。因此，無(wú)論對(duì)EMS的設(shè)計(jì)還是對(duì)其結(jié)構(gòu)及工藝制作，都提出了比較苛刻的要求。
        武漢鋼鐵有限責(zé)任公司一煉鋼廠五機(jī)五流方坯連鑄機(jī)采用了ABB的結(jié)晶器EMS（以下簡(jiǎn)稱MEMS）及凝固末端EMS（以下簡(jiǎn)稱FEMS）。MEMS和FEMS現(xiàn)場(chǎng)占用量各為5套，庫(kù)存?zhèn)浼謩e為3臺(tái)和2臺(tái)，均依耐進(jìn)口。在使用過(guò)程中，EMS容易損壞的部位有兩種情況，一、接線口燒，二、EMS內(nèi)空心銅管漏水。而進(jìn)口備件周期長(zhǎng)、費(fèi)用高。為降低備件庫(kù)存，同時(shí)保證備件供應(yīng)，我們組織對(duì)已經(jīng)損壞的時(shí)EMS進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化修復(fù)。這樣不但解決了一煉鋼備件不足的矛盾，同時(shí)也節(jié)省了大筆外匯，降低備件消耗。
        為此，武鋼鋼鐵公司設(shè)備部、一煉鋼與岳陽(yáng)中科電磁技術(shù)有限公司于2002年初組成了聯(lián)合攻關(guān)組，對(duì)電磁攪拌裝置修復(fù)技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，經(jīng)過(guò)攻關(guān)組幾個(gè)月的共同努力，終于取得成功。
        2、裝置的主要特點(diǎn)及性能指標(biāo)
        2.1裝置的特點(diǎn)
        一煉鋼方坯連鑄機(jī)上用的ABB兩種電磁攪拌裝置均采用了空心銅管純水內(nèi)冷式技術(shù)，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、攪拌功率大，其最大的優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)（可達(dá)5~8年），冷卻效率高，使用維護(hù)方便。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)水質(zhì)要求高。此類方坯EMS采用了不帶齒槽的環(huán)形鐵芯，克蘭姆環(huán)形繞組結(jié)構(gòu)，解決了因空心銅管在同等導(dǎo)電截面下，比實(shí)心電磁線體積要大很多，而鐵芯采用常規(guī)的齒槽結(jié)構(gòu)則無(wú)法裝下采用空心銅管繞制的線圈這個(gè)難題；EMS用了磁屏蔽技術(shù)較好地解決了感應(yīng)電壓過(guò)高、磁場(chǎng)衰減過(guò)快、外圍漏磁通大等問(wèn)題。 同時(shí)空心銅管內(nèi)冷的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是管接頭的連接防漏技術(shù)。
        2.2裝置的主要技術(shù)指標(biāo)
        a.型式：純水內(nèi)冷，結(jié)晶器外置，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方式
        b.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：環(huán)形鐵芯，克蘭姆繞組形式
        c.適應(yīng)的鑄坯截面：200×200～250×280
        d.中心磁感應(yīng)強(qiáng)度（帶結(jié)晶器銅管后）：≥450GS
        e.不通水時(shí)對(duì)地絕緣電阻：≥200MΩ
        f.通水時(shí)對(duì)地絕緣電阻：≥20KΩ
        g. 額定電流：350A     電壓MAX：500V   視在功率：260KVA    頻率：2.5HZ  
            有功功率：96KW      h.冷卻水壓力：0.5～0.7 Mpa       k.冷卻水流量：35l/min
        l.電導(dǎo)率：＜3μs/cm        p.進(jìn)出口水溫差：＜35℃
        3、電磁攪拌器修復(fù)總結(jié)
        3.1電磁攪拌器修復(fù)的關(guān)鍵、難點(diǎn)
        方坯EMS的結(jié)構(gòu)大致由外保護(hù)殼體與內(nèi)部感應(yīng)器及冷卻水路組成。外保護(hù)殼體比較簡(jiǎn)單，由內(nèi)外筒體、上下蓋及出線盒組成。
        內(nèi)部感應(yīng)器比較復(fù)雜，由其產(chǎn)生電磁推力、是EMS的心臟。它的好壞直接關(guān)系到使用效果及使用壽命，要求極高，因而制造工藝十分苛刻。感應(yīng)器主要由鐵芯與繞組構(gòu)成。鐵芯為無(wú)齒槽的環(huán)形結(jié)構(gòu)，由薄鋼板疊制而成。其高度尺寸是一個(gè)關(guān)鍵尺寸，它決定著EMS的有效工作長(zhǎng)度。薄鋼板的厚度尺寸以磁路不飽和為設(shè)計(jì)原則，可適當(dāng)厚一點(diǎn)，但必須考慮線圈的安裝空間。繞組是成敗的關(guān)鍵，繞組的參數(shù)可通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)理論計(jì)算及模擬實(shí)驗(yàn)得以確定。繞組絕緣材料的選擇至關(guān)重要。既要考慮到其耐熱性能，又要考慮到其與浸漬漆的親合能力以及與進(jìn)口硅膠的相融性。銅管接頭焊接質(zhì)量的好壞直接影響冷卻效果及使用壽命。
        3.2工藝攻關(guān)
        為確保修復(fù)后的產(chǎn)品達(dá)到原進(jìn)口產(chǎn)品的水平，聯(lián)合攻關(guān)組對(duì)關(guān)鍵工藝進(jìn)行了反復(fù)實(shí)驗(yàn)及非常細(xì)致的制作，并制定了非常周密的研制計(jì)劃及措施，研制的基本原則是在保證原進(jìn)口產(chǎn)品電磁參數(shù)的前提下，針對(duì)某些局部進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改進(jìn)，以期達(dá)到電磁性能與提高產(chǎn)品穩(wěn)定性的目的。為此主要采取了以下工藝步驟：
        a、首先，我們對(duì)原進(jìn)口裝置進(jìn)行靜態(tài)參數(shù)測(cè)試，對(duì)靜態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析。
        b、采用杜邦氟46聚酰亞胺復(fù)合薄膜替代原玻璃絲帶作為繞組的匝間主絕緣，以大幅提高繞組的耐熱等級(jí)，從原來(lái)的F級(jí)（155）提高至C級(jí)（200）。
       c、采用從日本進(jìn)口的玻璃絲氈作為線圈與鐵芯之間的主絕緣。以提高絕緣材料與浸漬漆的親合能力，這樣經(jīng)過(guò)浸漆處理后，玻璃絲便充分固化填充在線包與鐵芯之間，使整個(gè)感應(yīng)器成為一個(gè)整體。
        d、接頭的焊接也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)后采用低溫銀、銅釬焊，并對(duì)焊接的接頭進(jìn)行嚴(yán)格的探傷檢驗(yàn)。
        e、對(duì)外接頭的連接采用日本新日鐵的內(nèi)卡式連接技術(shù)，以提高連接的可靠性。
        f、對(duì)內(nèi)部冷卻水路進(jìn)行重新布置以期使每個(gè)繞組回路都得到均勻的水流，消除內(nèi)部感應(yīng)器局部熱聚，提高其使用壽命。
        g、對(duì)每個(gè)繞組均進(jìn)行嚴(yán)格的3000V/30min的耐高壓及匝間短路實(shí)驗(yàn)，不合格的堅(jiān)決不用。
        h、用進(jìn)口硅膠、真空灌膠工藝、進(jìn)行最后的絕緣固化，以大幅提升感應(yīng)器的絕緣等級(jí)與穩(wěn)定性。
        3.3 修復(fù)后的靜態(tài)參數(shù)測(cè)試
        3.3.1 對(duì)地絕緣電阻測(cè)量 
        電磁攪拌器在線能否正常運(yùn)行，線圈對(duì)地絕緣電阻是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，一般情況下，對(duì)地絕緣電阻大于20KΩ可正常工作。結(jié)果見(jiàn)表1：

表1

        由表1可見(jiàn)，EMS的絕緣電阻的測(cè)量值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于考核指標(biāo)，說(shuō)明線圈的絕緣性能是相當(dāng)優(yōu)良的。
        3.3.2直流電阻測(cè)量
        直流電阻的測(cè)量值，反映了電磁攪拌裝置的感應(yīng)器的制作工藝水平。在室溫T=29℃時(shí)其測(cè)量值見(jiàn)表2：

表2 

        由表2實(shí)際測(cè)量值可見(jiàn)，EMS的三相直流電阻基本相同。
        3.3.3伏安特性
        在f=2,6,9Hz的情況下測(cè)量的伏安特性如下。

       由伏安特性分析可見(jiàn)，EMS的伏安特性曲線均為過(guò)原點(diǎn)的直線,成線性關(guān)系，EMS的伏安特性曲線的斜率隨頻率的增加而變陡。
        3.3.4 磁感應(yīng)強(qiáng)度徑向分量Br的空間分布
        旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一般分為徑向Br、角向Bθ和軸向Bz三個(gè)分量，其中對(duì)電磁攪拌起主要作用的是Br，故對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的分析以Br為主。
        ①中心磁感應(yīng)強(qiáng)度徑向分量Br0隨電流I的變化

         a：中心Br與電流I在240A以下基本成線性關(guān)系，在電流大于240A以后曲線開(kāi)始拐彎,說(shuō)明開(kāi)始磁飽和，符合理論規(guī)律；
         b：中心磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值Bm在電流I為額定電流350A，F(xiàn)=2Hz為710GS。
        ②磁感應(yīng)強(qiáng)度徑向分量Br的空間分布

        a.曲線有6個(gè)波峰和6個(gè)波谷，按360°分布,符合圓形感應(yīng)器磁路閉合的特點(diǎn)，其中有一點(diǎn)比較低且寬，反應(yīng)了內(nèi)部磁路不對(duì)稱的特點(diǎn)，符合實(shí)際情況。
        b.隨半徑r減小，其變化漸趨平緩，表明離攪拌器鐵芯表面越遠(yuǎn)，其齒槽影響越小。
        ③ 感應(yīng)強(qiáng)度徑向分量Br沿軸向Z的變化。

        Br隨Z向增加其值開(kāi)始時(shí)基本不變,逐漸增大至100mm時(shí)，開(kāi)始下降，反應(yīng)出鐵芯齒的端部效應(yīng)。
        4、結(jié)束語(yǔ)
        經(jīng)過(guò)攻關(guān)組的共同努力和對(duì)電磁攪拌器線圈進(jìn)行以上技術(shù)處理，修復(fù)后的電磁攪拌器線圈上線運(yùn)行穩(wěn)定，性能可靠，電磁攪拌器線圈的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和連鑄坯產(chǎn)品的等軸晶率都達(dá)到了原進(jìn)口產(chǎn)品的同等工作水平。原進(jìn)口電磁攪拌器線圈價(jià)格為80萬(wàn)元/臺(tái)左右，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素只上線使用了5年左右便開(kāi)始大修。而修復(fù)后的電磁攪拌器線圈已上線運(yùn)行了2年，目前其使用情況良好，其用壽命完全可以達(dá)到5年，大修價(jià)格僅為其原值的26%左右，小修價(jià)格則更低。通過(guò)修復(fù)不但解決了一煉鋼備件不足的矛盾，同時(shí)也降低了設(shè)備維修成本。同時(shí)為國(guó)產(chǎn)結(jié)晶器電磁攪拌器積累了制造經(jīng)驗(yàn)。