【文章內(nèi)容簡介】 進(jìn)一步冷卻而生長，并由于攪拌所產(chǎn)生的流動充滿鑄坯液相穴，最終在鑄坯內(nèi)部以細(xì)等軸晶凝固。圖11 MEMS對鑄坯等軸晶率的影響 (2)細(xì)化晶粒圖12為有無M—EMS攪拌工藝澆注的PD3鑄坯枝晶間距的對比情況。由圖12可見，采用M—EMS攪拌能顯著減小鑄坯枝晶間距，尤其是靠近鑄坯表層區(qū)域，晶粒明顯細(xì)化。六．允許鋼液有較大的過熱度M—EMS攪拌使結(jié)晶器中鋼液溫度變得均勻，同時又由于攪拌所打碎的一部分晶粒熔化，使凝固前沿鋼液過熱度減小，中間包鋼液過熱度與鑄坯等軸晶率的關(guān)系見圖12。圖12 攪拌和未經(jīng)攪拌枝晶間距的比較圖13 鋼液過熱度與鑄坯等軸晶率的對比圖13表明在過熱度相同的條件下，有M—EMS攪拌的鑄坯的等軸晶區(qū)比率明顯高于無M—EMS的鑄坯，因此，采用M—EMS攪拌工藝可適當(dāng)放寬連鑄工藝要求、允許鋼液有較高的過熱度。采用外置式電磁攪拌器，這樣有利于減少攪拌器的備件數(shù)量和一次性設(shè)備投資；便于結(jié)晶器和結(jié)晶器銅管的更換和安裝，減輕勞動強度，安裝后不需經(jīng)常拆卸，可大大提高勞動生產(chǎn)率；減輕結(jié)晶器振動臺的負(fù)荷；適應(yīng)斷面的范圍大，一臺攪拌器可適應(yīng)多種鑄坯斷面。5大方坯外置式結(jié)晶器電磁攪拌器的本體設(shè)計 感應(yīng)器包括線圈和鐵芯，它的作用是用來激發(fā)磁場的。線圈主要是用來產(chǎn)生電磁的，它的繞制方式將直接影響電磁攪拌器的功用和效率等。線圈導(dǎo)線的選擇是根據(jù)電流密度、線圈散熱、功率因素等來選擇的。在該設(shè)計中我們將采用如下的設(shè)計方法：⑴材料的選擇攪拌器電磁線的選擇是確保電磁攪拌器質(zhì)量的核心問題，其選擇應(yīng)把握住導(dǎo)線材質(zhì)、進(jìn)口聚酰亞胺氟樹脂復(fù)合薄膜的質(zhì)量、燒結(jié)設(shè)備的水平及燒結(jié)工藝參數(shù)的確定。絕緣漆采用進(jìn)口材料專為電磁攪拌器而研制的防水無溶劑漆，漆膜附著力強，完整性好，絕緣電阻衰減緩慢，有效地保護(hù)了電磁線的絕緣，延長攪拌器的使用壽命。 通過查閱大量的文獻(xiàn)資料與研究本設(shè)計將主要采用：聚酰亞胺復(fù)合薄膜繞包燒結(jié)線、聚酰亞胺薄膜自粘帶、絕緣膠帶、斜紋布帶、橡膠板（厚10mm）、膠、熱縮管、毛氈和502快干膠。⑵線圈的繞制在本設(shè)計中將運用如下的繞制方式和過程：首先是前期的準(zhǔn)備工作：清理場地，將橡膠板平鋪在繞線機和放線架之間。用抹布將橡膠板抹干凈。然后對繞線模要進(jìn)行必要的檢測和休整，測量繞線模的尺寸是否符合圖紙設(shè)計要求。檢測繞線模的越線槽寬度是否小于模芯短邊的直線部分，越線槽要倒角，倒角的方向要于線圈繞制方向一致。用銼刀和砂紙修整繞線模，使之表面光滑無毛刺。然后再將聚酰亞胺復(fù)合薄膜繞包燒結(jié)線裝在放線架上，出線方向為逆時針。接下來就是做水隙，它的主要作用是使線圈散熱更均勻。在前期準(zhǔn)備工作中的最后一項工作就是將毛氈剪成的長條,它是為以后將線圈隔開水隙做準(zhǔn)備的。前期準(zhǔn)備工作完成后就是線圈的繞制了。首先將繞線模按順序裝在繞線機上，安裝牢靠，無松動、錯位及變形等現(xiàn)象發(fā)生。然后接通電源，腳踏離合開關(guān)，將安裝好的繞線模試轉(zhuǎn)幾圈，觀察是否平穩(wěn)。繞線速度控制在每分鐘3圈。先留出一個線餅的聚酰亞胺復(fù)合薄膜繞包燒結(jié)線，用聚酰亞胺薄膜自粘帶包扎30mm長的聚酰亞胺復(fù)合薄膜繞包燒結(jié)線將其卡入越線槽，并將其固定在繞線模上包。在剛開始繞時將剪成段的單芯電源導(dǎo)線嵌入綁線槽中，開始逆時針繞制里層的線圈，繞制好后將其固定在繞線模，將預(yù)先留出一個線餅的聚酰亞胺復(fù)合薄膜繞包燒結(jié)線抖開拉直，與線盤上的聚酰亞胺復(fù)合薄膜繞包燒結(jié)線綁接在一起，用干凈的毛巾將接頭包好，將聚酰亞胺復(fù)合薄膜繞包燒結(jié)線較整齊的滾在線盤上，把聚酰亞胺復(fù)合薄膜繞燒結(jié)線拉直，順時針繞制外層的線圈。繞制完畢將單芯電源導(dǎo)線用老虎鉗擰緊，松開螺栓取下線模，取出繞好的線圈，用絕緣膠帶將線頭包好。接下來松開銅導(dǎo)線，用斜紋布帶采取半包扎的方法將兩餅線圈分開包扎好。包扎要緊密、整齊。然后將線圈成型模凸模放在整形架上，凸模上套上線圈，在兩餅線圈間墊3mm厚的橡膠板。套上凹模，在凹模上放一塊10mm厚的鋼板，將千斤頂放在鋼板上，緩慢均勻給線圈施壓，當(dāng)線圈和木模面重合后保壓20～30分鐘。撤除千斤頂，取出線圈。拆除斜紋布帶。在這些工序后就要進(jìn)行線圈絕緣電阻的測試，該工序是為了更準(zhǔn)確的計算電磁力，是電磁攪拌更加的精確。隨后重復(fù)以上步驟繞好所有線圈。此后將線圈的端頭按技術(shù)要求連接，比好長度，剪掉多余的導(dǎo)線。將線圈的端頭剝干凈，套入相應(yīng)的熱縮管，用薄銅皮將兩線圈的端頭包好，邊加銀銅焊條 ，邊用氧焊焊接線圈的端頭（線圈的端頭應(yīng)牢靠、無氣孔、夾渣、裂紋等缺陷）。銼平接頭，涂上膠，收縮熱縮管。按以上步驟和技術(shù)要求將若干餅線圈連成一個大線圈。在每餅線圈間做好水隙。將做好水隙的線圈擺放整齊備用。最后將六個分線圈兩兩并連成三個獨立的大線圈，然后分出三個接線頭，將線圈的端頭用絕緣膠帶包好（線圈外觀如圖14）。圖14 線圈的外觀 鐵芯在攪拌器中所起的作用主要是增加磁導(dǎo)率、構(gòu)成磁路以及固定線圈的，它在本設(shè)計中主要是采用若干個硅鋼片疊加起來構(gòu)成的。本設(shè)計之所以采用疊加的硅鋼片主要是為了減少鐵芯中的渦流損耗，同時在各個硅鋼片之間要涂刷絕緣漆。[16]⑴本體通以三相交流以后,液態(tài)金屬的每一截面都被旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線切割,將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 　　　　　　　　　　　　　① =BS (磁通帶) wb B:磁感應(yīng)強度, S:垂直于磁力線切割磁場的面積, T:時間,s假設(shè)被攪拌的液態(tài)金屬為一個環(huán),產(chǎn)生的感應(yīng)電流為 I:感應(yīng)電流,A. R:液態(tài)金屬環(huán)的電阻, , p:液態(tài)金屬的電阻率,。 H:液態(tài)金屬環(huán)的高度,m。 S:液態(tài)金屬的截面積,。這種簡單情況下的電磁力由式:F=IB決定.上述所指的是旋轉(zhuǎn)運動的電磁力,即旋轉(zhuǎn)磁場在液態(tài)金屬中產(chǎn)生的電磁力的周向的分量為F。正是由于液態(tài)金屬在切線方向上受到的一個體積電磁力,這樣液態(tài)金屬在距離中心不同的位置上就受到一個力偶的作用,再由于液態(tài)金屬內(nèi)部的粘性,是液態(tài)金屬進(jìn)行運動。實際的連鑄機模型:液態(tài)金屬受電磁力的周向分力: F=　　　　　　　　　② P:攪拌器的極數(shù). :渦流角頻率, :旋轉(zhuǎn)磁場的周向磁感應(yīng)強度,。 :旋轉(zhuǎn)磁場的角頻率, 。 =4∏f/p。R:攪拌器的半徑,m,(內(nèi)徑)。r:液態(tài)金屬的半徑,m。t:行波磁場的一個周期的時間,s。:渦流常數(shù), 。:液態(tài)金屬的角頻率, 。f:電源頻率,。:液態(tài)金屬的電導(dǎo)率。:導(dǎo)磁率,。:非磁性材料的導(dǎo)磁率, 約為1.對于一般的大方坯電磁攪拌起來說,當(dāng)電磁力達(dá)到2000N以上時就可以達(dá)到生產(chǎn)要求.⑵電磁場在鑄坯中的透入深度根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，交變磁通穿過導(dǎo)體時，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流的流線呈閉合渦流狀，簡稱渦流。渦流在導(dǎo)體內(nèi)又產(chǎn)生磁場，由于磁場間相互作用便表現(xiàn)為磁的集映現(xiàn)象，稱為集映效應(yīng)。固集映效應(yīng)的影響使電磁行波透入鑄坯表面后逐漸衰減，攪拌時的電磁力僅在電磁波達(dá)到的范圍內(nèi)產(chǎn)生，這是電攪的理論依據(jù)。當(dāng)攪拌器的極矩τ≥π時，透入深度h可以寫成下式：　　　　　　　　　　　　　　　　③滑差率：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?、? ：行波磁場的速度，=2τf，m/s； τ：極矩，τ＞； v=液態(tài)金屬流動的平均速度； u：磁導(dǎo)率，h/m； ：電導(dǎo)率，s/m； 對于某一種結(jié)構(gòu)和電磁參數(shù)的攪拌器，液態(tài)金屬的性能相對穩(wěn)定時，值一定，u和s的值變化也很小，因此只有改變f值才能使透入深度h值發(fā)生變化。 由于外殼并不屬于標(biāo)準(zhǔn)化的部件，所以在本設(shè)計中外殼的設(shè)計將主要遵循以下幾方面的原則：⑴熱強度；⑵機械強度；⑶不影響磁路；⑷配合尺寸等。外殼的種類多種多樣，主要包括六邊柱體以及圓柱體輪廓。輪廓形狀對攪拌器性能等并沒有多少影響，主要是根據(jù)具體的環(huán)境和客戶的要求來定。所以本設(shè)計將采用圓柱體輪廓并且采用能隔磁的不銹鋼材料，以防止漏磁現(xiàn)象的產(chǎn)生和增加電磁攪拌器的壽命。由于本設(shè)計是大方坯外置式電磁攪拌器，所以外殼的外徑應(yīng)相對較大，一般選取1225mm；內(nèi)徑一般選取880mm；高度一般選取560mm[17]。圓柱體是由一塊方形鋼板經(jīng)過滾制而成的，采用無縫焊接，以防止漏磁現(xiàn)象的出現(xiàn)。其次，外殼設(shè)計部分應(yīng)包括進(jìn)出水管道的設(shè)計，水管的選用以及出線盒的設(shè)計。其中，水管的設(shè)計應(yīng)該首先要算出電攪本體產(chǎn)生的熱量和鋼水的輻射熱量，然后計算出水流量 最后再算管道的大小。具體的設(shè)計樣式如圖15和圖16所示。由于該攪拌器體積龐大，搬運不易，所以為了搬運的方便攪拌器外殼上必須安裝吊環(huán)，吊環(huán)的設(shè)計應(yīng)按照攪拌器本體的大小來確定，其所能承受的極限力必須大于攪拌器本體的重力。一般吊環(huán)在攪拌器上是對稱分布的，一般為三個。圖15 大方坯外置式結(jié)晶器電磁攪拌起外殼示意圖6電磁攪拌器冷卻裝置的確定電磁攪拌器運行時，主要接受三個方面的熱量：⑴繞組的焦耳熱；⑵面對鑄坯一側(cè)的殼體焦耳熱；⑶鑄坯輻射熱；其總受熱量可達(dá)幾十甚至上百千瓦[18]。圖16 大方坯外置式結(jié)晶器電磁攪拌起外殼示意圖 電磁攪拌冷卻水系統(tǒng)主要用于冷卻電磁攪拌器線圈，是電磁攪拌器安全正常運行的保證。通常電磁攪拌器內(nèi)繞組由中空斷面的銅管線圈組成，其內(nèi)通水冷卻，所需冷卻水由攪拌器后部端子螺栓連接橡膠軟管供給，對水質(zhì)要求高（蒸餾水或凈化的除鹽水）。一套完整的冷卻水系統(tǒng)應(yīng)采用分質(zhì)、分壓供水，其包括三部分：優(yōu)質(zhì)水閉路循環(huán)系統(tǒng)、工業(yè)水開路循環(huán)系統(tǒng)、事故水系統(tǒng)，流程圖見圖17。冷卻水的溫度、壓力、流量及離心泵運行情況由控制臺監(jiān)視報警裝置測量。圖17電磁攪拌冷卻水系統(tǒng)流程圖 ⑴優(yōu)質(zhì)水閉路循環(huán)系統(tǒng)用于冷卻電磁攪拌器的感應(yīng)線圈，水通過離心泵作用閉路循環(huán)?；芈分性O(shè)兩臺離心泵，互換使用，互為備用，使泵始終保持良好工作狀態(tài)。該系統(tǒng)上設(shè)有膨脹罐、補充水閥門、取樣閥門，膨脹罐可自動向系統(tǒng)補水調(diào)壓。管道采用不銹鋼管材，水質(zhì)采用蒸餾水或凈化的除鹽水。⑵工業(yè)水開路循環(huán)系統(tǒng) 利用外部生產(chǎn)凈水通過熱交換器冷卻蒸餾水，系統(tǒng)中由溫度調(diào)節(jié)器（溫控閥）根據(jù)蒸餾水的水溫控制工業(yè)水流量。工業(yè)水可直接從生產(chǎn)凈水配水管網(wǎng)引入循環(huán)。⑶事故水系統(tǒng) 當(dāng)開式系統(tǒng)出現(xiàn)事故時，如泵故障，則將事故管道上的兩個三通閥打到事故位使泵、膨脹罐和熱交換器與攪拌器線圈隔離，事故水直接從進(jìn)攪拌器的管道流入冷卻攪拌器線圈，并經(jīng)事故水出水口排出。 該系統(tǒng)的水質(zhì)可采用生活水等低導(dǎo)電率水，流量與蒸餾水相同。根據(jù)繞組線材的不同，通常有三種冷卻方式：⑴一次內(nèi)冷卻：繞組用紫銅管組成，管內(nèi)直接通水冷卻；殼體為雙層，中間水縫通冷卻水；殼體內(nèi)腔充，壓力稍高于大氣壓；冷卻效果最好，水質(zhì)要求最高。⑵一次外冷卻：繞組由扁銅帶制成，浸泡在殼體內(nèi)腔的冷卻水中，直接通水冷卻；殼體為單層；冷卻效果較好，但水質(zhì)要求也較高。⑶油—水二次冷卻：油—水二次冷卻的含義是：繞組的焦耳熱傳給油，油將熱量通過熱交換器傳給油。該冷卻方式的繞組由扁銅帶制成，浸泡在殼體內(nèi)腔的硅油里；硅油中裝熱交換器，通水冷卻；冷卻效果稍差，但水質(zhì)要求低；絕緣性能最好。由于本設(shè)計線圈的繞制方式和選材的局限，在此我們將使用一次外冷卻系統(tǒng)對攪拌器進(jìn)行冷卻。其對水質(zhì)的要求如下表1。表1冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)表 ①加強系統(tǒng)管道、熱交換器清洗工作 ，直至排出的水中沒有沉淀物。必要時采用化學(xué)藥劑清洗，最好先做沉積物溶解試驗，針對不同成份的污垢，選擇適合的清洗配方和程序，此項工作也可請專業(yè)清洗公司進(jìn)行，但均應(yīng)注意化學(xué)藥劑對環(huán)境的污染。 ②取樣檢驗制度化水質(zhì)化驗是正確評價水質(zhì)、及時發(fā)現(xiàn)問題、采取相應(yīng)措施并衡量其效果的重要手段，所以必須按規(guī)定頻率對水質(zhì)進(jìn)行檢驗，如優(yōu)質(zhì)水特殊電導(dǎo)率的周查、懸浮物的月查等， 并且要形成制度，實行專人專責(zé)。 ③定期清洗過濾器 按規(guī)定拆下濾網(wǎng)，反復(fù)用水清洗，直到上面沒有污物為止。 ④事故水后及時用蒸餾水或凈化的除鹽水沖洗管路，三通閥打到事故位進(jìn)行管路沖洗，以防管路污垢及循環(huán)水特殊電導(dǎo)率增高。 ⑤冬季防凍措施到位 對于冬季溫度較低的地區(qū)用戶，應(yīng)提前采取防凍措施以防水結(jié)凍?？刹扇⊥扑]的單乙烯乙二醇按比例配置防凍液或采用市場上符合標(biāo)準(zhǔn)的防凍液，在選擇將要采用的防凍液型號時，對電導(dǎo)率必須加以考慮。在冬季長期不用時(如停產(chǎn))可將管路中水排空。綜上所述，做好日常維檢工作、嚴(yán)格按技術(shù)操作規(guī)程操作，是提高電磁攪拌冷卻水系統(tǒng)運行效率的有效保證。 電攪線圈冷卻設(shè)計采用氮封軟水閉路循環(huán)系統(tǒng)，這是因為⑴采用軟水滿足了電磁攪拌對冷卻水低電導(dǎo)率的要求，而且軟水也有利于管路系統(tǒng)防垢。但由于軟水中去掉了鈣、鎂離子，對金屬的腐蝕作用更加突出，采用氮封可以隔斷水與空氣的接觸，阻止溶解氧的補充，使水中溶解氧含量降低，從而有效地抑制腐蝕。⑵采用閉路循環(huán)系統(tǒng)可以避免軟水蒸發(fā)損耗和受大氣污染，%，而開路系統(tǒng)由于蒸發(fā)、滲漏、排污等損失，補水量一般為34%,而且還要投加水質(zhì)穩(wěn)定藥劑，所以采取閉路系統(tǒng)節(jié)水、經(jīng)濟。⑶另外，氮封密閉循環(huán)系統(tǒng)可以充分利用回水余壓而節(jié)約能耗，但系統(tǒng)要求維護(hù)管理水平高。 一般電攪軟水用水量不大(依據(jù)電磁攪拌器功率定)，補充水量更少，因此不必專設(shè)軟水站而采取膨脹罐(密閉調(diào)節(jié)水箱)自動向系統(tǒng)補水調(diào)壓，罐上設(shè)水位指示報警裝置，當(dāng)系統(tǒng)漏損虧水較多時(到低水位報警位置)采用人工補水的力一式，節(jié)省了占地空間和設(shè)備投資。當(dāng)然周圍有軟水供應(yīng)系統(tǒng)直接引用最佳。 人工補水應(yīng)保證所供的軟水的水質(zhì)要求，盡量減少大氣污染，另外，水的電