电磁搅拌系统

电磁搅拌系统（精选7篇）

电磁搅拌系统 篇1

0 引言

连铸机电磁搅拌器在连铸工艺中有着重要地位, 一个良好的结晶器电磁搅拌器, 可以有效地排除夹杂物。高温、高湿环境下电磁线的冷却极其重要, 为了保证足够强的磁场, 搅拌器导线中的电流密度一般为12~18 A/mm2, 因此导线的降温是重要环节。

假定导线在某种环境下 (环境指裸线或带护套等) 20℃安全载流量是100 A, 随温度升高, 安全载流量变化如表1所示。

也就是说环境温度达到55℃以上后, 导线的安全载流量下降了一半, 连铸机的空间等许多因素决定了搅拌器的体积受到限制, 因此控制导线的升温是搅拌器能否实现工业运行的先决条件。

1 现使用的导线冷却方式

1) 浸水外冷式:导线直接浸泡在冷却水中, 冷却水以较高的压力在循环系统中流动, 并通过外冷却系统降温。

2) 空心铜管内冷式:冷却水直接从作为导线的空心铜管内通过, 同样冷却水以较高的压力在循环系统中流动, 并通过外冷却系统降温。

3) 油水两次冷却方式:导线浸泡于导热硅油中, 整体密封, 外部用压力循环水冷却。

如果结晶器水是敞开式循环系统, 建议不要采用结晶器水冷内置式搅拌器M-EMS方式。因为在此环境下, 如不注意定期清理冷却池、控制水质指标, 搅拌器的使用寿命一般仅有3~5个月, 维修更换成本太高。敞开式循环水也不要向外置式M-EMS和末端F-EMS提供, 因同样会严重影响线圈的使用寿命。

水质差的连铸机, 建议增设搅拌器单独纯水冷却密封循环系统, 虽然一次性投资大, 但只经过大约一年, 节约的线圈维修费用就回收了这部分投资。强调这个建议, 是因为项目审批者往往很注重节约几十万元的水系统投资, 而设备投运后, 不得不增加备件, 以保证连铸生产。在纯水冷却的环境下, 搅拌器线圈寿命一般高于1年, 最长可达3年。

2 纯水冷却系统的构成

纯水冷却系统是密闭的, 由玻璃钢或不锈钢水箱、泵、逆止阀、电导率仪、管道、过滤器、板式散热器、温度变送器、流量变送器、压力表、温度表等组成。双水冷却的内置式搅拌器系统, 可能还要设置纯水制备器, 以补充经常拆装而流失的纯水, 当然也可人工定期补水。在储水罐上安装有高、低位水位检测传感器。它还要有另一个供水系统为板式换热器降温, 对此水没有水质要求。

我们为唐山某钢厂配套设计了ф150坯型的搅拌器及冷却水系统全套设备, 其水系统图如图1所示。

1.水箱2.球阀3.液位计4.挠性接头5.泵6.压力表7.逆止阀8.电导率仪9.过滤器10.温度计11.散热器12.金属软管13.流量变送器14.温度变送器

3 冷却水的水质指标

3.1 绕组外冷冷却水质要求

1) p H值为6.5~8.5;2) 电导率≤600μs/cm;3) 磁场微粒含量≤1.0 mg/L;4) 磁性微粒尺寸≤20μm;5) 悬浮物含量≤20 mg/L;6) 微生物含量≤106个/L。

3.2 绕组内冷冷却水质要求

1) p H值:6.0~8.0;2) 电导率≤3μs/cm;3) 氯气含量<2.0 mg/L;4) 氯化物含量<0.3 mg/L;5) 硫酸盐含量<1 mg/L;6) 二氧化碳含量<0.5 mg/L;7) 硫化氢含量<0.1 mg/L;8) 氨含量<0.3 mg/L;9) 溶液中的铁含量<0.2 mg/L;10) 溶液中的铜含量<0.05 mg/L;11) 溶解盐总量<1.5 mg/L;12) 不溶解的物质含量<1.5 mg/L。

内置式结晶器水冷的电磁搅拌器一般与结晶器共用供水系统 (特殊设计的除外) , 因此结晶器冷却水直接影响搅拌器线圈寿命。

外置式搅拌器和二冷、末端搅拌器应当独立使用冷却水循环系统, 使用去离子水、蒸馏水或纯水作冷却媒质。二冷区和末端搅拌器一定要用优质冷却水。否则造成搅拌器寿命短, 不仅影响维修成本, 还由于安装更换环境的原因, 影响连铸机的正常工作。一般而言, 在纯水等优质冷却媒质条件下, 线圈寿命大约可以提高一倍。

4 结语

连铸业的发展, 对电磁搅拌提出了越来越高的要求, 也提供了市场空间, 因而近几年, 我国电磁行业厂家纷纷投入到竞争之中。作为一项高新技术产品, 作为连铸机的重要配套装备, 必须有冶金工作者和电磁专家及自动控制专家合作, 才能使这项技术沿着科学、高效的道路前进。

摘要：简要介绍了电磁搅拌器的工作环境, 水循环冷却系统的重要性, 水系统的构成及对冷却水质的要求。

关键词：搅拌器冷却,水系统构成,冷却水质要求

参考文献

[1]YB/T4139-2005连续铸钢电磁搅拌器[S].

[2]张森林, 陈伟庆.连铸电磁搅拌600问[M].北京:中国科学技术出版社, 2007.

[3]王笏曹.钢铁工业给水排水设计手册[M].北京:冶金工业出版社, 2002.

电磁搅拌系统 篇2

由于可以用于控制液态金属成型与凝固,提高金属性能,电磁搅拌技术在连续铸钢领域得到了广泛的应用［1］。依据板坯电磁搅拌器( SEMS) 连续铸机的结构特点,目前处于实用的板坯电磁搅拌器大多采用行波磁场搅拌器［2］。

板坯电磁搅拌过程中,钢水流动方向始终应与行波磁场方向一致。一般板坯电磁搅拌电源的要求［3］: 3 ~ 20 Hz频率可调、相位相差90°的两相电流,电流强度可达600 A,正反换向平稳。

根据用户要求,开发了以SA4828 芯片和P87LPC767 单片机为核心的板坯电磁搅拌系统。该系统既可以作为独立运行的单机系统,也可以成为多级分布系统的基层控制单元。

1 系统组成和工作原理

整个系统由SA4828、单片机和PLC组成。PLC和外围电路负责系统启停、在线实时检测和故障处理。单片机和SA4828 负责电源参数设定、波形发生和运行。

1. 1 SA4828 工作原理

SA4828 是专为感应电动机、UPS和其他要求电源波形精确的电器设备而设计的PWM芯片。SA4828 具有独立的幅值寄存器,能通过软件决定三相输出波形的幅值,可单独控制每一相输出波形的有效值。

SA4828 的工作可分为初始化和控制两部分。与此对应,SA4828 有两个48 位寄存器,分别是初始化寄存器和控制寄存器。由于初始化寄存器和控制寄存器的数据接口是8 位的,加载时,先将数据存在暂存寄存器组R0 ~ R5 中,然后通过虚拟写操作将数据块同时传入。通过对暂存寄存器R14 或R15 进行虚拟写操作来区分是加载初始化数据还是加载控制数据［4］。

SA4828 的初始化就是将载波频率、最小脉宽、死区时间等参数写进初始化寄存器。进入初始化寄存器的数据以8 位格式存入暂存器R0 ~ R5,再对R14 进行写操作才可以将初始化数据写入48 位的初始化寄存器。

SA4828 的控制寄存器设置与初始化寄存器设置类似,不同点是对R15 进行写操作,将控制数据写入48 位的控制寄存器。对几个主要参数做说明。

1) 电源频率( PFS) 设定

电源频率在最大电源频率范围内可选择,由一个16 位的电源频率选择字PFS决定。PFS字需要两个暂存寄存器R0、Rl,当改变输出调制波的频率时,应在写虚拟寄存器R15 之前同时刷新这两个暂存器。

2) 振幅参数( * AMP) 设定

RAMP、BAMP和YAMP分别为红相、兰相和黄相振幅参数字,8 位数据。利用PWM输出信号振幅可以控制的特点,使一相振幅适当低于其他两相振幅,则可以产生相位相差90°的两相线电压［5］,原理如图1 所示。

1. 2 P87LPC767 单片机介绍

SA4828 的数据传送和搅拌运行控制由单片机负责。P87LPC767 单片机具有低功耗、低价格、小管脚( 20 脚) 的特点。P87LPC767 提供高速和低速的晶振和RC振荡方式,具有较宽的操作电压范围,可编程选择I/O口线输出模式［6］。

2 系统设计与实现

板坯电磁搅拌控制系统核心部分由SA4828 和单片机组成。该部分设计主要工作如下: SA4828 与单片机硬件连接设计; 仿总线复用的功能实现; 单片机和SA4828 参数设置; 相位相差90°线电压的生成。

2. 1 SA4828 与单片机硬件连接设计

SA4828 与数字处理器连接有三种模式: 标准数据总线模式、非数据总线模式和仿数据复用总线模式。这三种模式,标准总线模式编程简单,但连线多; 非总线模式,连线较多; 仿数据复用总线模式,连线少且简洁。

SA4828 使用的是静态逻辑,这就允许数字处理器的端口去模拟数据总线的功能,即仿复用总线模式。

在此模式下,SA4828 是唯一的外设,片选线恒接低电平Vss; 读控制信号线,寄存器选择控制线RS,数据复用总线控制线MUX都接高电平VDD。这样,用于信息控制的只有两根线: 地址锁存允许线ALE和写选通线

P87LPC767 单片机管脚少,在本项目中完成的工作多,端口线资源宝贵。因此,SA4828 与P87LPC767 单片机连接采用仿复用总线模式。由于搅拌器只需低频电流,为了减少外围器件,SA4828 的时钟脉冲采用单片机的CLK输出信号。系统硬件连接见图2。

2. 2 仿复用总线的功能实现

本系统中,单片机没有单个端口有空闲的8 根I/O线与SA4828 的数据/ 地址线相连,这给数据传送编程带来一些不便。设计单片机程序,首先是组织复用总线的地址。

在模拟复用总线的情况下,分三步将S4828 的参数写入内部寄存器。首先形成ALE地址选通脉冲; 第二步将内部寄存器的4位地址送到P0 和P1 口的相应位中; 第三步形成写脉冲,将数据写入寄存器。具体说来,P1. 4 模拟ALE正脉冲,高电平时,SA4828 寄存器地址送上总线,在ALE的下降沿时被锁存; P2. 1模拟负脉冲,低电平时将8 位数据送上总线,在此信号上升沿时将此数据写进SA4828 寄存器。若上述条件不满足,数据不读入或作废。

仿复用总线的时序如图3 所示。数据传送的汇编程序如下。

2. 3 参数计算与设置

参数计算与设置包括对P87LPC767 单片机的参数和SA4828的参数。

单片机初始化的参数: 数据存储器用户自定义区的清零、定时器工作模式配置、中断设置、I/O口类型的配置等。

SA4828 要设置的参数: 有载波频率参数CFR、调制波频率范围参数FRS、脉冲延迟时间参数PDY、脉冲消除时间参数PDT、波形选择参数。

为了简化电路,本系统P87LPC767 单片机采用内部时钟振荡频率。该频率6 分频后的CLKOUT( P2. 0) 信号,作为SA4828的振荡频率。写P87LPC767 芯片时,选定内部晶振为6 MHz,则CLKOUT( P2. 0) 信号频率为1 MHz。设计载波频率给定为976Hz。具体运算如下:

式中fCLK为输入时钟频率,fCAＲＲ是载波频率; n是分频系数,由初始化寄存器中的一个3 位的CFS字决定。由公式可知,n取0,即CFS取值为00H。

搅拌电源频率范围由下式给出:

式中fＲANGE电源频率范围,m是倍率系数,由初始化寄存器中的一个3 位的FRS字决定。由公式可知,取3,即FRS取值为03 H。

同理可算出脉冲延迟时间参数PDY、脉冲消除时间参数PDT等。

2. 4 相位相差90°线电压的生成

板坯电磁搅拌器本体由两个绕组对称的磁铁组成。形成两相电流相差90°的电流的关键是根据幅值给定值,计算出第三相SPWM信号相应的参数。根据计算,可变相的幅值应为两相固定的0. 366。

幅值给定电位器的电压值, 通过PCL767 的A / D转换为数字量,这就是两个不变相的幅值给定,即BAMP和YAMP的值。该值乘以0. 366 的积是第三相的幅值给定,即RAMP的值。

逆变电源的频率给定,也是由电位器的电压值通过A/D转换为数字量送给SA4828 的。

3 软件设计

软件采用汇编语言设计,主要实现芯片参数设置和板坯搅拌控制流程。软件设计部分包括程序流程图、初始化、各个功能模块和中断模块等。系统的程序流程图如图4 所示。

4 结束语

该板坯电磁搅拌系统主要借助SA4828 芯片单相脉冲可调功能,形成相位为90°的线电流; 采用仿复用总线模式,P87LPC767与SA4828 芯片简易相连; 外围控制信号由PLC提供。

电磁搅拌系统 篇3

电磁搅拌的实质是借助在铸坯液相穴内感生的电磁力强化液相穴内钢液的运动,由此强化钢液的对流、传热和传质过程,产生抑制柱状晶发展、促进成分均匀、夹杂物上浮细化、分布均匀的热力学和动力学条件,进而控制铸坯凝固组织,改善铸坯质量。电磁搅拌装置按安装位置分为中间包电磁搅拌装置、结晶器电磁搅拌装置、冷却一段电磁搅拌装置、冷却二段电磁搅拌装置、凝固末端电磁搅拌装置。本文通过对铸坯施加电磁场产生的电磁力进行流数学分析,研究了电磁场在钢液内部产生的电磁搅拌力的作用位置和作用方向,以及电磁搅拌力与电磁场分布的关系,以及对钢液流动的促进作用,这有利于更好地理解电磁搅拌力的实质,并为实验研究和分析提供理论依据。

二、电磁连铸中电磁场基本原理

电磁连铸过程中各个物理量之间满足电磁场的基本方程Maxwell方程组。设交便电磁场中各量均为正弦波,则:

其中:E为电场强度,V/m;B为磁感应强度,T;H为磁场强度,A/m;J为电流密度,A/m2;μ为导体磁导率,H/m;σ为导体电导率,S/m。

三、导电钢液中电磁作用力数学分析

将Maxwell方程带入(2)式中可得:

记(3)式中第1项为f1,第2项为f2,电磁感应产生的电磁作用力可以看做是f1、f2的合力。

1. 电磁作用力分力f1数学分析

因圆形感应线圈产生的磁场无周向分量,即Bθ=0

所以(4)式化为:

对(5)式两边取旋度,得:

对于圆形感应线圈,因磁场分量Br和Bz与坐标分量θ无关,故:

(6)式表明:f1的旋度不等于零,所以f1为电磁有旋力。

2. 电磁作用力分力f2的数学分析

因圆形感应线圈磁场分量Br与Bz坐标分量θ无关,

所以,(7)式化为:

对f2的旋度为零,所以称电磁作用力分量f2为电磁无旋力。

四、结果分析

1. 电磁力可分解为电磁有旋力和电磁无旋力两部分,由公式可知,两者仅在圆柱坐标分量r方向和坐标分量z方向上有分力,在感生电流方向(坐标分量θ方向)无分力,故电磁作用力作用在与感生电流相垂直的法平面内。

2. 电磁有旋力作用方向与感应强度方向一致,其旋度方向与感生电流方向相一致;电磁有旋力在钢液中产生涡流,促使钢液在感生电流的法平面内流动,且流动方向与枝晶生长方向垂直,有利于打碎枝晶,增加钢液中的游离晶核并抑制凝固前沿柱状晶的生长,从而改善铸坯组织性能。

3. 电磁有旋力和电磁无旋力的大小与磁场分布的均匀性有关。

钢液内电磁场在径向及轴向上的分布梯度是电磁有旋力产生的根本原因。在一定范围内提高磁场分布的不均匀性,可以增大电磁搅拌力,从而提高电磁搅拌的效果。

4. 增大感生电流能够有效增大结晶器中的磁场强度。

由电磁有旋力公式可知,电磁有旋力大小与磁感强度成正比。所以,增大感应电流能够有效增大电磁有旋力,从而增强电磁搅拌效果。

5. 在特殊情况下,圆形感应线圈产生的磁场只有轴向分量B而且其沿z向均匀分布时,此时电磁作用力只有电磁无旋力分量,且方向与磁感强度B方向相垂直,沿半径方向向里。

所以,电磁有旋力(电磁搅拌力)的产生是由于熔体内部电磁场分布不均匀造成的。

五、电磁搅拌装置在石钢大方坯连铸机上的使用效果

尤其是在特钢连铸过程中,末端电磁搅拌对其质量起到很大的作用。末端电磁搅拌可以不断地将聚合的等轴晶打碎,并形成凝固前沿的向上流动以补偿因收缩而形成的向下流动,提高了凝固末端的整体补缩效果,从而减轻或消除V型偏析。

附GCr15对比照片:

摘要：本文运用数学方法对电磁搅拌的铸坯内部产生的电磁搅拌力进行了数学分析,并具体分析流电磁搅拌力的作用位置和作用方向、电磁搅拌力与电磁场分布的关系以及对钢液流动的促进作用,这有利于更好地理解电磁搅拌力的实质。分析指出,电磁搅拌力的产生是由于钢液内部电磁场分布不均匀造成的并作用在感生电流法平面内,电磁场的径向和轴向的分布梯度是产生电磁搅拌的根本原因;电磁搅拌力产生的涡流则是提高铸坯质量的关键。本文还研究分析了电磁搅拌在石钢连铸机上的应用效果。

关键词：电磁搅拌,电磁力,连铸机,数学分析

参考文献

[1]Mao Daheng(毛大恒),Zhong Jue(钟掘),Zhao Xiaolin(赵啸林),Wet Huiwen(魏会文).A New Technology for Continuous Casting-Rolling of Aluminum and Aluminum Alloys---Effect of the Electromagnetic Field on Metal Solidification and its Mechanism[J].Mining and Metallurgical Engineering(矿冶工程),1996,16(2):68-71.

电磁搅拌系统 篇4

由于本征导电聚合物(ICP)具有较强的极性,能使电磁波迅速转化成热能散发出去,使其在电磁屏蔽领域具有广阔的应用前景,从而引起人们的广泛重视[1,2,3,4,5,6,7,8]。而导电聚苯胺(PANI)由于其易于合成与制备,性能易于转换,而且与其它导电聚合物相比具有较低的单体价格和较好的稳定性而成为最具研究潜力的本征导电聚合物。有文献[9]表明,导电聚苯胺在低频(<1.5GHz)较其在中高频波段(2～10GHz)表现出更好的电磁屏蔽效能,能够与其它吸波材料形成性能互补。与传统方法制备的导电聚苯胺粉体相比,具有纳米线性结构的导电聚苯胺更有利于其在树脂基体中形成三维导电网络结构,从而具有更理想的电磁屏蔽效能[3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15]。当前,对于一维线性导电聚苯胺制备方法的研究主要集中在无模板合成方法[4,5],而无模板合成方法根据其工艺不同又可细分为界面聚合[6,7]、辐射合成[8]、超声化学合成[9,10,11]、快速混合[12,13,14]等,特别是快速混合法可以适应多种酸的掺杂,也可以适应不同引发剂进行聚合反应,较传统的通过滴加制备的导电聚苯胺具有更好的线性结构,较界面聚合法操作更为简单、反应时间更短、产量更高[12,13,14,15]。

本实验利用过硫酸铵((NH4)2S2O8)作为引发剂加入盐酸溶液掺杂的苯胺单体中,在快速电磁搅拌条件下制备导电聚苯胺纳米线,并对其形貌、导电性能、电磁屏蔽性能进行了分析及表征。

1 实验

1.1 线性导电聚苯胺的电磁搅拌法制备

合成导电聚苯胺的原料(NH4)2S2O8、HCl、苯胺均为分析纯。如图1所示,将物质的量比为1∶1的 (NH4)2S2O8与苯胺分别加入两份1mol/L的HCl溶液中,经超声15min溶解后将两份溶液先后加入反应器皿中采用电磁搅拌混合;当反应溶液变为墨绿色时即表明苯胺单体聚合形成PANI;当反应颜色不再改变时确定反应结束,然后对PANI悬浮液进行抽滤,并用蒸馏水洗涤至滤液的pH值接近7,以阻止PANI进一步氧化,然后将抽滤过后的PANI放入真空烘箱内于60℃干燥3h后取出,研磨,存放。

1.2 样品的性能及表征

采用美国FEI公司的Tecnai G2 20S-TWIN透射电子显微镜(TEM)及日本JSM-6160-LV型扫描电子显微镜(SEM)观察PANI的取样形貌及PANI粉体形貌。采用PANI取样表征时,在PANI合成结束时进行取样,取样后的反应物经稀释后滴加在衬有滤纸铜网上进行TEM表征。通过S22PC型可见/紫外分光光度计来测定吸光度对PANI进行物相分析。

以聚氨酯(PU)作为树脂基,N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为稀释剂调节PANI/PU复合涂层的粘度,经过充分搅拌后均匀涂覆于PVC树脂基片表面制备成复合涂层,在50℃烘干30min后取出PANI/PU样品并采用MASTECH公司的MS8215数字万用表测试其电阻,通过体积电阻率来衡量复合涂层的导电性能。样品的体积电阻率计算公式为:

ρV(Ω·cm)=Rδd/L (1)

式中:ρV为样品的体积电阻率,R为样品的测量电阻值,δ为样品的厚度,d为样品的宽度,L为样品测试电阻时的有效长度。将PANI/PU复合材料涂覆到外径115mm、内径12mm的环形PVC树脂基片上,放入东南大学研制的同轴电磁屏蔽测试夹具,配合Agilent8722ET网络测试仪进行电磁屏蔽测试。

2 结果与讨论

2.1 PANI的物相分析

导电聚苯胺纳米线具有优良的分散特性,易于在水中分散,在吸光度测试中,将0.05g电磁搅拌法制备的PANI纳米线与机械搅拌法制备的PANI粉体分别加入100mL NMP中,可以观察到浅蓝或浅绿色的分散相,通过分光光度计记录在紫外-可见光光谱范围内(350～1100nm)的吸光度,测试步长为3nm。如图2所示,PANI粉体峰值位于524nm处,表示苯环上的π-π*转变,对于PANI纳米线来说,峰值位于503nm和797nm处,前者可能表示PANI纳米线的极化子p-π*跃迁,后者可能与PANI本身的极化子相关。

2.2 搅拌方式对PANI形貌的影响

使用机械搅拌法制备导电聚苯胺的反应时间约为30min,采用相同搅拌速率快速电磁搅拌反应时间约为5min,图3是以上2种不同条件下制备的导电聚苯胺的TEM图像。由图3可见,采用机械搅拌法制备的PANI由于二次团聚呈现出不规则形貌(图3(a)),而在电磁搅拌的作用下PANI呈一维线性生长,其直径在20～30nm之间,若干线性结构聚集形成网络结构(图3(b))。

经过抽滤,真空干燥得到的PANI粉体的SEM图如图4所示。采用机械搅拌制备的PANI团聚程度高,形貌较不规则(图4(a)),而采用电磁搅拌法制备的PANI呈多孔状,结构均一性好,是理想的电磁屏蔽填料(图4(b))。

值得说明的是,磁场的存在有效地缩短了PANI的反应时间并促进苯胺单体的网络结构生长,这是由于一般认为苯胺化学氧化聚合反应是按自由基聚合机理进行的。当向反应体系施加外磁场后,自由基上未成对的电子发生Zeeman效应,根据磁动力化学的“自由基对理论”[16]:外磁场使原来能量简并的单重态(S)和三重态(T-、T0和T±)的3个分态能量发生分裂;而采用快速搅拌时,磁感应强度较高,可能主要发生S→T0跃迁,三重态自由基中处于T0分态的自由基比例增大,从而缩短了苯胺的聚合反应时间。另外,磁场影响到自由基的寿命,对于共轭方式聚合的PANI来说,由于磁场能够降低聚合体系的表面张力,有利于掺杂剂的有效掺杂,从而增加了聚苯胺共轭分子链长度,使其形成线性结构。

2.3 PANI加入量对PANI/PU导电性能的影响

在实际的电阻测量中,当PANI纳米线的质量分数在15%以下,采用机械搅拌法制备的PANI的质量分数在20%以下时,样品的电阻超出测量量程,体积电阻率的数据统计分别从15%和20%开始。

图5为不同PANI含量的PANI/PU复合涂层的体积电阻率。如图5所示,PANI纳米线的体积电阻率小于采用机械搅拌法制备的PANI粉体,且当两种PANI的含量都在33.3%以下时,电阻率随PANI含量的增加急剧减小,这是由于磁场能够提高聚苯胺相对分子质量,改变材料的微观形貌和分子的取向,有利于形成更大电子离域的共轭体系,从而提高PANI电导率。而两种PANI含量在33.3%以上时,电阻率随含量的增加缓慢减小,可以认为质量分数高于33.3%的PANI复合涂层具有与质量分数为33.3%的复合涂层相当的导电性能,即两种粉体的PANI的渗滤阈值均为33.3%。

2.4 搅拌方式对PANI/PU电磁屏蔽性能的影响

如图6所示,PANI的电磁屏蔽性能随着其含量的增加而增强。当其含量高于33.3%时,PANI纳米线/PU涂层的电磁屏蔽性能为32.2dB左右,高于普通民用电磁屏蔽器件要求,而含量为45%的PANI/PU涂层的电磁屏蔽性能可以达到42.8dB,是理想的轻质电磁屏蔽材料。当PANI含量低于渗滤阈值时,PANI纳米线与机械搅拌制备的PANI粉体的电磁屏蔽性能相差不大,当PANI含量高于渗滤阈值时,PANI纳米线较机械搅拌制备的PANI粉体具有更优的电磁屏蔽性能,质量分数为33.3%的线性PANI的平均屏蔽性能甚至高于45%的PANI粉体。这是由于在低频波段,材料的电磁屏蔽性能与其导电率密切相关,具有高导电率的材料通常也具有良好的电磁屏蔽性能;另外一个主要因素是PANI纳米线由于其本身的线性网络结构在基体中能够较容易形成三维导电网络结构。

3 结论

(1)在磁场的作用下,采用电磁搅拌制备出具有纳米线性结构的PANI,此方法较机械搅拌大大缩短了反应时间。

(2)采用电磁搅拌法制备的PANI纳米线较机械搅拌法制备的PANI粉体具有更高的导电率,且两种方式制备的PANI的渗滤阈值均为33.3%。

(3)PANI纳米线较普通PANI粉体具有更好的电磁屏蔽性能,质量分数为33.3%的PANI纳米线的屏蔽性能可达到32.2dB,这可能是由于线性PANI在基体中能够较容易形成三维导电网络结构所致。

电磁搅拌系统 篇5

关键词：板坯连铸机,电磁搅拌,磁场,内部质量

前言

在连铸设备正常运行和连铸工艺稳定的前提下, 采用二冷区电磁搅拌, 借助电磁力强化铸坯中液相穴内未凝固钢液的运动, 从而改变钢水凝固过程中的对流、传热和传质过程, 使钢液的凝固与铸坯冶金凝固机理相吻合, 从而提高铸坯等轴晶率, 减轻中心偏析、中心缩孔、中心疏松, 改善铸坯内部质量。

板坯连铸机二冷区电磁搅拌要获得良好的冶金效果, 搅拌位置、搅拌区有效作用长度和搅拌参数的选择至关重要。而最佳搅拌位置和搅拌区有效作用长度的确定需综合考虑生产钢种、铸坯断面、过热度、拉坯速度、冷却制度、冶金长度和铸机结构等。

1 1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌型式

板坯连铸机二冷区电磁搅拌的型式主要有三种, 单边行波磁场型、双边行波磁场型和辊式行波磁场型[1]。单边行波磁场型在内弧侧的支撑辊后面沿拉坯方向布置一台行波磁搅拌器, 激发垂直向下或向上的行波磁场, 内弧侧钢液由凝固前沿向下或向上流动, 外弧侧钢液向上或向下流动, 形成单一的环流, 环流中心偏向内弧。双边行波磁场型是在内外弧的宽面上沿板宽方向水平布置一对搅拌器, 激发方向相同水平行进的磁场, 导致钢液沿板宽向一个方向流动, 冲击窄面坯壳后分裂成上下两股流动, 在有效搅拌区上下各形成一个环流。但上环流区相对下环流区钢液温度高, 粘性小, 因而上环流区比下环流区要大。辊式行波磁场型, 又称电磁搅拌辊型, 使用4个搅拌辊在内外弧组成两对, 若上下两对搅拌辊的有效搅拌区的流动方向一致, 则形成两个蝶形流动;若上下两对搅拌辊的流动方向相反, 则在两对辊之间形成一个大的环流, 而在上一对辊的上方和下一对辊的下方又各形成一个小环流, 3个环流中心的流速为零。板坯连铸机二冷区电磁搅拌三种型式优缺点比较如表1所示。

由表1可看出, 电磁搅拌辊型安装灵活, 不需改变辊列结构, 不需改变扇形段设计, 是其他两种类型电磁搅拌不可比拟的。根据1号板坯连铸机扇形段的辊子布置状况和二冷区电磁搅拌型式的生产应用反馈, 确定1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌采用电磁搅拌辊型式。

电磁搅拌辊将感应器做成长轴形, 安装在非磁性特殊辊套内, 外形大小与连铸机常规支承辊相近, 工作时辊套随铸坯移动作旋转运动。由于受辊内安装空间限制, 电磁搅拌辊如果采用常规电磁辊, 磁场强度偏小, 决定采用岳阳中科发明的高磁场电磁搅拌辊, 以最大限度提高电磁推力。高磁场电磁搅拌辊主要有如下特点:

1) 采用无齿槽的圆柱形铁芯绕组连绕技术, 最大限度提高绕组的空间利用率, 增加铁芯的导磁面积, 从而增加磁通密度, 加大电磁推力。2) 采用在除工作面以外的其他面加装磁屏蔽环的专利设计, 最大限度的防止磁场从不作功的方向泄露, 从而大大增加工作面的磁通密度, 增加电磁推力。3) 采用优质取向硅钢Q120B作铁芯叠片, 增加了电磁搅拌辊内部的磁场强度, 改善电磁搅拌辊铁芯饱和度, 降低了电磁搅拌辊本身的损耗。4) 电磁搅拌辊辊套采用进口高Ni-Cr耐热耐磨特种不锈钢制作, 确保铸机安全正常生产, 同时加强透磁性能。5) 辊套尽可能采用大直径辊套, 在宽度方向增加一个辅助支架, 减少辊套的弯曲变形。

2 1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌安装位置

1号板坯连铸机的拉坯速度如表2所示。

根据表2的生产工艺参数, 模拟计算得出铸坯凝固曲线, 如图1所示。

由图1可看出, 在距弯月面约4.1m~6.9m范围内, 铸坯未凝固率在60%~48%之间。根据现代电磁搅拌冶金原理的“热模型理论”及“机械模型理论”, 当铸坯未凝固率指标在60%~48%之间时, 可以得到最佳的搅拌效果。1号扇形段的第1对辊和第7对辊位位置距弯月面大致在4.1和6.9m处。因此选择在1号扇形段的1号、7号辊位安装电磁搅拌辊, 如图2所示。

3 1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌系统组成

1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌系统由供电 (变压器及高、低压配电) 、变频电源、电磁搅拌辊、冷却水装置及远程监控操作五部分组成, 主要包括以下设备:

1) 1台主干式变压器, 容量:500KVA、原边电压:10KV, 副边电压:400V;2) 1面电源分配及工控柜;3) 2面变频电源柜;4) 2对 (4根) 高磁力电磁搅拌辊;5) 1套冷却水装置;6) 1套自动制纯水装置;7) 1套远程监控操作系统。10KV高压电源经高压开关柜送至主变压器变压至400V后送至电源分配柜, 电源分配柜进行分配后分别送至2个变频电源柜, 经变频电源柜变频变压后输出一个频率在1~16Hz, 电流最大400A的低频电源至电磁搅拌对辊。一个变频电源柜带一对辊。电磁搅拌双辊系统构成如图3所示。

冷却水装置由自动纯水制备、纯水箱、纯水泵、热交换器、离子交换柱、磁过滤器、流量调节、流量检测、压力检测、温度检测及水质检测等组成。其中纯水泵为一备一开。流量调节置于电磁搅拌辊之前, 可按要求分配每台电磁搅拌器本体的用水量。流量检测用于对每台电磁搅拌器用水量的远程控制, 具有流量偏低报警功能, 防止电磁搅拌辊缺水。温度检测用于观察电磁搅拌辊出水的温度情况, 为流量调节提供依据。水质检测用于观察纯水塔内水的电导率并具报警功能。对水系统可实现远方和当地操作功能, 对流量、压力、温度、水位、水质的运行状态实现远方监测功能。当出现不正常时, 向远方输送报警信息, 同时当地输出硬结点, 作为报警信号或者联停逆变系统。

4 二冷区电磁搅拌对铸坯质量改善

采用二冷区电磁搅拌, 可以改善铸坯内部质量、提高等轴晶率、减少中心偏析。在连铸机正常工作下应达到以下考核指标:

1) 铸坯内部裂纹:用肉眼应观察不到裂纹。经低倍检验, 内部裂纹保证值见表3。2) 铸坯等轴晶率:等轴晶率定义为铸坯厚度方向等轴晶线宽度和铸坯断面厚度之比。根据钢种碳含量不同, 等轴晶率的保证值如表4所示。3) 铸坯中心偏析:中心偏析硫印评级分A、B、C三类。

A类:有连续性偏析带, 分为1.5~4.5级。B类:有明显但不连续的偏析带, 分为1.5~4.5级。C类:有不连续不清晰的偏析斑点, 分为0~3级。经电磁搅拌后应无A类偏析, B类偏析不超过20%, 其余应为C1.5级以下的偏析。4) 中心疏松和中心缩孔:≥80%试样为1级, ≤20%试样为2级, 2级以上为0。

参考文献

电磁搅拌系统 篇6

1 电磁搅拌器的组成及功能

电磁搅拌器主要由感应器、电控系统、冷却水循环系统、移动升降台车等组成。图1为电磁搅拌器系统示意图。

1.1 感应器

由感应线圈、铁芯和不锈钢外壳等组成。不锈钢外壳用以保护线圈, 在外壳内壁和感应器之间衬有硅酸铝隔热材料, 防止热辐射对线圈的影响, 感应线圈绕组由绝缘的矩形断面中空铜管组成, 内部由闭路循环的去离子水直接冷却, 线圈绝缘为干式绝缘, 线圈整体热压成型, 并通过不锈钢压条紧固在铁芯上, 不被低频电磁力产生的振动所影响, 避免了绝缘层的破碎和裂纹。

1.2 电控系统

由隔离变压器、变频器柜和PLC控制柜等组成。隔离变压器输出380V/50Hz工频电源到变频器柜, 产生的三相交流低频电供搅拌器使用。变频器为柜装式, 包括一个供电单元, 一个放电单元及一个驱动单元, 拥有多种诊断功能, 能够进行故障显示, 并在各种情况下提供操作指南。PLC负责冷却水系统的控制和监控功能以及整个搅拌器系统的监控功能, 和具有过程控制能力的CPU, 一起构成了功能完善的控制系统。

1.3 冷却水循环系统

包括热交换器、电机和水泵、启动装置、滤网、离子交换器、电导率表、阀门和温度表及带水位开关的膨胀水箱等, 另外还有纯净水的监视单元, 监视线圈出水端的流量和温度, 构成一个闭路循环冷却水回路和一个工业水回路 (见图2冷却水循环系统示意图) 。闭路循环冷却水通过热交换器、水泵和线圈内的水冷通道, 并在搅拌器的出口端进行水流量和温度监测, 净化水在热交换器内被工业水冷却。

1.4 移动升降台车

由行走系统、液压升降系统和台车本体组成。行走系统由行走电机、减速器、传动系统组成, 液压升降系统由油箱、油泵、油管、阀件和液压油缸等几部分组成, 台车的移动设有Á到位锁定及极限位保护等功能, 液压升降系统采用液控单向阀, 即液压锁, 保证在液压管线意外爆裂时能安全自锁, 并且采用立柱支撑, 使安全系数更高。

2 电磁搅拌器的工作原理

当在感应器线圈内通入低频电流时, 就会产生一个行波磁场, 这一磁场穿过炉底, 作用于铝熔液, 在铝熔液中产生感应电势和电流, 感生电流又和磁场作用产生电磁推力, 因为该推力沿行波磁场方向作用并且具有水平分量和垂直分量, 因此推动铝熔液作倾斜向上流动, 起到搅拌作用, 可使铝熔液上下层的温度及合金成分达到均匀化的效果。图3为铝熔液运动示意图。

3 电磁搅拌器的工作方式

在熔铝炉中的铝液达到到三分之一时即可进行搅拌, 根据工艺要求可进行连续或分段搅拌。在熔化过程中实施的搅拌, 是为了缩短整体的熔炼时间, 提高生产效率;在铝锭全部熔化完毕并添加了各种合金材料 (或精炼剂) 后进行的搅拌, 其主要目的是为了达到合金成分和熔体上下温度的均匀。在设定搅拌强度时, 应以能在铝熔液表面看到小波浪而又不破坏氧化层为原则, 这样可以进一步降低烧损率。通过改变电流的大小即可调整搅拌强度, 改变三相电流的相位即可改变搅拌方向。

4 实际应用效果

电磁搅拌是靠电磁力对金属液体进行非接触搅拌, 不存在搅拌过程中对熔体的污染, 对熔炼高纯铝及铝合金具有重要意义。应用电磁搅拌效果如下:

4.1 在搅拌器打开10分钟内即可使熔体的上部与下部的温差控制在4℃以内, 加快了熔体的熔化速度, 节省了燃料消耗。熔化速度相对于人工搅拌约提高15%, 燃料消耗相对于人工搅拌可节约6%以上。

4.2 Cu, Mg, Mn, Zn, Si等高含量元素熔池内两点成分绝对偏差不高于0.12%, 当熔池温度达到取样温度后5分钟内即可达到上述的成分均匀指标。

4.3 不破坏熔体表面的氧化膜, 可减少金属的氧化, 炉渣量相对于人工搅拌降低10%。电磁搅拌可使氧化渣流向炉门, 便于扒渣, 减少扒渣时间, 可减轻氧化渣挂炉壁现象, 减少清炉次数, 大大延长炉子的使用寿命。

4.4 减轻了工人的劳动强度, 不存在人工搅拌因操作人员的技能、体力乃至劳动态度的不同产生的质量差异, 因而可使合金的质量得到大幅度的提高, 质量容易控制。

5 结论

电磁搅拌器在实际应用中, 降低了燃气耗量、废渣产生量及工人的劳动强度, 缩短了熔炼时间, 提高合金成分均匀性, 保证了产品质量, 创造了良好的经济效益。

摘要：介绍电磁搅拌器的结构组成、工作原理和工作方式, 以及在铝熔炼过程中的应用及效果。

关键词：电磁搅拌,铝熔炼,电控系统,均匀性

参考文献

电磁搅拌系统 篇7

电磁搅拌的实质是借助在铸坯液相穴内感生的电磁力强化液相穴内钢液的运动, 由此强化钢液的对流、传热和传质过程, 产生抑制柱状晶发展、促进成分均匀、夹杂物上浮细化、分布均匀的热力学和动力学条件, 进而控制铸坯凝固组织, 改善铸坯质量。

电磁搅拌装置按安装位置分为中间包电磁搅拌装置、结晶器电磁搅拌装置、冷却一段电磁搅拌装置、冷却二段电磁搅拌装置、凝固末端电磁搅拌装置。

石钢大方坯连铸机中采用的是结晶器电磁搅拌装置 (MEMS) +凝固末端电磁搅拌装置 (FMES) 。

二、电磁搅拌系统组成及电气控制系统

电磁搅拌成套系统由变压器、变频器、冷却水系统、EMS控制、电磁搅拌线圈五部分组成。

1. 主回路部分。

高压变压器是给变频器供电。ACS800变频器有两种类型, 一种为单传, 另一种为多传。单传系统中, 每一个变频器都有一个单独的进线单元、整流装置和逆变装置。多传系统中, 所有逆变器公用进线单元和整流装置。进线单元 (多传) 包括电源进线、控制部分、断路器和二极管整流装置, 交流电源从柜底接入;逆变部分 (多传) 每个逆变单元由半导体器件IGBT和控制模板组成, 逆变单元的主控制模块是AMC模块, 由AMC模块完成对搅拌的控制, 逆变器输出的三相交流电通过电缆从柜底输出。

石钢大方坯采用多传方式, 如图1所示:

2. 冷却水部分。

冷却水设备由优质水闭环水路、热交换器和工业冷却水回路组成。优质水闭环水路流经热交换器、水泵和搅拌器各冷却管道, 水压和水温在进水总管处检测。水泵站就地电气操作盘上包含按钮、指示灯等, 负责对水系统的操作和监控。水箱水位的补充:当水位低于高液位时, 补充水阀打开, 当水位到达高液位时, 补充水阀关闭。冷却水的各种信号由S7-300控制器进行监控:水泵电机状态 (运行, 过载) 、水箱液位 (低, 高) 、进水总管温度 (高) 、水流量 (低) 和水电导率 (高) 。补充水阀、事故水阀以及泵的启动也由S7-300控制。

3. EMS控制部分。

控制部分由S7-300控制器组成, 变频器、水系统都连结至S7-300控制器, S7-300控制器也能提供Ethernet通讯接口。与用户的控制系统通讯, 石钢采用的是S7-300控制器与变频器通过Profibus-DP进行通讯。如图2所示

EMS控制系统由S7-300控制器、I/O模板、上位机组成。上位机上显示报警和故障信息。EMS有两种操作方式:就地方式、远程方式。就地方式指就地操作面板CDP312, 一般就地方式用于维护情况下的操作, CDP312面板安装在变频器上, 可在面板上选择就地方式。一般就地方式用于维护情况下的操作。远程方式由用户的控制系统进行控制, 用户控制系统通过通讯对EMS系统进行控制。用户控制系统可通过现场总线通讯方式或数字/模拟量信号硬接线的方式与EMS系统相连。如果通过通讯的方式与EMS系统连接, 则EMS系统可以向用户控制系统提供一些状态和报警信息。通过通讯或硬接线, 用户可发出远程请求信号, 来选择远程方式。用户的控制系统通过通讯也可以对EMS进行控制。

三、电磁搅拌装置在石钢大方坯连铸机上的使用效果

在特钢连铸过程中, 末端电磁搅拌对其质量起到很大的作用。末端电磁搅拌可以不断地将聚合的等轴晶打碎, 并形成凝固前沿的向上流动以补偿因收缩而形成的向下流动, 提高了凝固末端的整体补缩效果, 从而减轻或消除V型偏析。缺点是由于浇注条件的变化对凝固末端的位置不好进行准确的把握。

附GCr15对比照片:

四、结束语