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一、背景
客戶公司原使用湖南某電氣公司提供的電磁攪拌逆變電源,因使用過程中經(jīng)常報警,現(xiàn)上海津信幫助客戶改用偉肯變頻器作為電磁攪拌的驅(qū)動裝置的方案。
二、電磁攪拌器的特點
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(Electromagnetic stirring:EMS)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快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用。目前,煉鋼廠連鑄機電磁攪拌裝置已經(jīng)成為冶煉高性能品種鋼水必不可少的設(shè)備
三、末端電磁攪拌器的工作原理
電磁攪拌器的工作原理是, 運動的導(dǎo)電鋼水與磁場相互作用產(chǎn)生感應(yīng)電流, 載流鋼水與磁場相互作用產(chǎn)生電磁力。 電磁力作用在鋼水每個體積元上, 從而驅(qū)動鋼水流動,進而改善鋼水凝固過程中的流動、 傳熱和遷移過程, 達到改善鑄坯質(zhì)量的目的。 交流感應(yīng)電磁攪拌器的工作原理和異步電機類似, 都遵循兩個基本定律: 一是運動的導(dǎo)電鋼水與磁場相互作用產(chǎn)生感應(yīng)電流; 二是載流鋼水與磁場相互作用產(chǎn)生電磁力。 電磁力作用在銅水的每個體積元上, 從而驅(qū)動鋼水流動。
四、末端電磁攪拌器的作用
(1)擴大鑄坯等軸晶帶。
(2)改善鑄坯表層質(zhì)量。
(3)改善鑄坯中的夾雜物分布。
(4)消除鑄坯縮孔改善中心疏松。
(5)減輕鑄坯中心偏析。
(6)改變鑄坯中攪拌帶的樹枝晶形態(tài)。
五、系統(tǒng)示意圖:
六、現(xiàn)場實際圖:
電磁攪拌棍
電磁攪拌棍電氣柜接線(原設(shè)備接線W相為公共端,新設(shè)備接線U相為公共端)
七、VACON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:一是采用分立元件,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),研制出了采用分立元件的變頻電源,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;同時因為元件數(shù)目多,而生產(chǎn)沒有規(guī)模,制造廠缺乏嚴(yán)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)的通用型變頻器要低,故障率偏高,且在出現(xiàn)問題時不易查找到準(zhǔn)確的故障點。
采用改裝通用型變頻器的方法與采用分立元件組裝相比,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裝。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。
Vacon公司的NXC系列變頻器,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。Vacon變頻器內(nèi)部都安置了交流電抗器,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)中的其他系統(tǒng)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。在分立元件組成的電源系統(tǒng)中不可缺少的隔離變壓器,在使用Vacon變頻器時就不再需要。
Vacon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:Vacon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)三相輸出電流的檢測值,計算三相輸出電流之和,較快地判斷變頻器的是否接地,達到接地保護的功能,從而使得同類變頻器制造出的低頻電源不能實現(xiàn)的輸出保護功能,在采用Vacon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一應(yīng)俱全。
八、偉肯變頻器在電磁攪拌器應(yīng)用中的使用效果:
客戶公司連鑄機電磁攪拌輥成套裝置由電源分配柜及冷卻水控制柜1面、變頻電源柜2面、板坯電磁攪拌輥4根、冷卻水裝置1套及監(jiān)控操作工控機1臺構(gòu)成,系統(tǒng)采用獨立的400KVA,輸出400V三相四線制電源供電,經(jīng)電源分配柜分為2路送至2面變頻電源柜,經(jīng)變頻柜變頻后分別送至板坯電磁攪拌輥,從變頻電源柜至板坯電磁攪拌輥之間各配有1個中繼端子箱。系統(tǒng)由1臺工控機進行監(jiān)控。
經(jīng)過采用偉肯變頻器替代獨立逆變電源后,使得整個系統(tǒng)配置簡潔、結(jié)構(gòu)合理,大大減少了中間環(huán)節(jié),不僅節(jié)省投資,還提高了系統(tǒng)的可靠性。
通過設(shè)置變頻器參數(shù),系統(tǒng)具備以下特殊功能:變頻器的輸出頻率和輸出電流可獨立設(shè)置,并具備自動調(diào)節(jié)功能,以使設(shè)定值與實際值之間的偏差符合要求;變頻器具備本地和遠程控制方式,在本地操作時同樣可以具有連續(xù)攪拌、正反交替攪拌等工作方式,正反交替攪拌工作周期可根據(jù)需要設(shè)定和修改;變頻器具備完善的攪拌器線圈保護功能:如過電流、過電壓、接地、過熱、三相不平衡等等。
變頻器使用OPT-C3通訊卡與上位機之間保持通訊。上位機既可以讀取變頻器的狀態(tài)數(shù)據(jù),同時又可以通過對變頻器參數(shù)(包括電流值、頻率值等工藝參數(shù)及啟停等數(shù)字控制信號參數(shù))進行設(shè)定,來達到遠程控制的目的。
這套電磁攪拌系統(tǒng)在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VACON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