[发明专利]低内耗铁心钢坯电磁搅拌器

说明书

本发明应用于冶金钢坯连铸系统，是一种强化钢坯质量和性能的钢坯电磁搅拌器。

鞍钢三炼钢大连铸设备，是从日本进口的，其中电磁搅拌器是法国的专利产品。自1991年运行以来，仅一年多，该设备多次出现绝缘电阻降低的故障，致使设备不能正常运行。直接影响钢坯质量，造成很大的经济损失。在此期间，日本、法国曾两次派人来鞍钢处理，但经修理后的电磁搅拌装置，其性能仍不能达到原设计指标。日、法专家认为：该设备出现故障的根本原因是水质不好，PH值偏高，水中杂质多，其次是中国的环境和温度不适合设备运行。而我们却认为：该设备的感应器设计不合理以及材料选择不当，而造成了故障的频繁发生。主要存在以下问题：

铁心是由硅钢片和无磁钢支撑叠装而成，虽选用低频电源供电，但仍有很大一部分电磁能耗在无磁钢中，因而产生大量热能。热能的产生，影响绕组散热，同时使电流增高，绕组中的铜损增加，且温度达到100℃;该技术只能用于低频，而不能提高频率，频率范围窄;绕组端头结构设计得不合理，同时端头绝缘材料选择不当，致使塑料管运行一段时间后老化，造成绝缘性能降低;硅钢片铁心锈蚀严重，造成水中杂质增加;由于绕组绝缘材料耐水、耐碱能力差，造成该设备不能在含有一定碱度的水中工作。

参考文献

（1）西安电炉研究所编，《感应加热技术应用及其设备设计经验》，机械工业出版社，1975年。

（2）潘天明，《工频和中频感应炉》，冶金出版社。1983年。

（3）《电气工程师手册》，机械工业出版社，1987年。第20篇，工业电加热。

（4）西安电炉研究所主编，《电机工程手册》第34篇，工业用电炉，机械工业出版社，1982年。

（5）《电机工程手册》第七篇，绝缘材料，机械工业出版社，1978年。

（6）上海交通大学，胡赓祥、钱苗根，《金属学》，上海科学技术出版社，1983年，第四章，金属的凝固，第五章，二元相图和合金的凝固。

本发明的目的是提供一种低内耗、频率适应范围宽、成本低、工作可靠、搅拌效果良好的钢坯电磁搅拌器，绕组的绝缘具有较强的绝缘强度，有很好的耐水、耐碱、耐热性能，使之适应国内的环境、温度、水质条件，运行可靠、电效率高的具有良好搅拌效果的一种电磁搅拌器。

本发明的目的是这样实现的：支撑轴由不导电的非金属材料加工而成。支撑轴内镶硅钢片外绕线圈。绕组导线适用耐酸、耐碱、耐高温、耐冲刷的硅橡胶绝缘外加尼龙护套;铁心叠装前进行特殊的处理工艺，即硅钢片涂绝缘胶、压装、不锈蚀，解决铁心生锈，造成水中杂质过多的问题。端头采用橡胶圈多段密封，彻底解决端头绝缘降低的问题。工作在水中的线圈通过端头与外供电电缆连接。

由于采用上述方案，可以得到以下积极效果：

由于采用新方案，聚碳酸脂和硅钢片叠装而成的铁心在绕组接通电源后，铁心中只有很小一部分硅钢片的铁损（0.2KW～0.3KW），起支撑作用的聚碳酸酯中可以认为无损耗，这样，在保持钢坯电磁搅拌功率不变的情况下，绕组中的电流密度减少，绕组中的铜损下降，总的损耗明显下降，绕组的温度下降，冷却水流量可以减少，减轻冷却水及其中杂质对绕组的冲刷和撞击，感应器运行可靠，寿命延长。

由于采用新方案，克服了原技术只能用于2～8HZ的低频电源的弊病，可以由几赫芝的低频电源供电，也可由50HZ工频电源供电，用工频电源可以省去数十万元的变频装置，为其广泛应用开辟新路。

由于采用新方案，能够克服原技术中钢坯吸收电磁功率能力差的缺点，钢坯吸收电磁功率的能力按下式计算：

Po＝2×10^-4H²o（μrρf）^1/2（瓦/厘米²）（1）

式中 Po-钢坯单位面积上吸收的电磁功率，瓦/厘米²;

Ho-钢坯表面上的平均磁场强度，安匝/厘米;

μr-钢坯相对导磁系数，μr＝1;

ρ-钢坯的电阻率，ρ＝136×10⁶欧·厘米;

f-供电给线圈的电源频率，赫。

式（1）表明钢坯吸收的电磁功率与f^{1 2}成正比，原技术中的f＝6HZ，钢坯吸收电磁功率P₁，若在新技术中f＝50HZ，钢坯吸收电磁功率P_P，P_P/P₁＝（50/6）^1/2＝2.89。