低内耗铁心钢坯电磁搅拌器制造技术

一种低内耗的钢坯电磁搅拌器，采用了不导电的非金属材料的支撑轴，因此克服了外国进口电磁搅拌器内耗大、线圈电流密度大、温升高、冷却水流量大，对水质要求苛刻等弊病，具有内耗低、线圈电流密度小、温升低，适合我国任何地区水质条件的钢坯电磁搅拌器。外国该类型搅拌器的绕组端头密封结构不合理，运行半年，最多一年就渗水，装置不能工作。本发明专利技术采用Ｏ形硅橡胶圈多段密封，防水性能优越，五年不必维修。外国搅拌器内的硅钢片铁心生锈严重，本发明专利技术硅钢片防水、防锈。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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f1 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PP，PP/P1＝(50/6)1/2＝2.89。原技术在6HZ低频电源供电时，无磁钢支撑轴的损耗在10KW左右，那么，当频率升至50HZ时，铁心中的损耗将升至30KW左右，与此同时，绕组中的铜损大幅度上升，过高的电流密度、迅速产生的大量热度使感应器难以存在。由于采用新方案，搅拌器能够工作于最佳频率，矩形截面铜坯电磁搅拌的最佳频率可按下式估算f＝Kf·ρp·108/μrD2(2)式中 Kf-系数，通常取Kf＝1～6，当D/H＜0.1时，Kf＝1;当D/H＝0.5时，Kf＝4.8，D是钢坯厚度，H是钢坯宽度，单位是厘米;ρp-钢坯的电阻系数，1.36×104欧·厘米μr-钢坯的相对导磁系数。钢坯厚度一般为20～25厘米，取平均值D＝22.5厘米，大连铸钢坯D/H＝0.16～0.21，Kf＝1.6～2.143≤f≤56由于采用新方案，无论搅拌器工作于几赫芝的低频，还是工作于50赫芝工频之下，都能保证所需要的搅拌力Fj的指标。Fj按下式估算Fj＝0.98p/D′·H(ρ·f·μr)1/2(牛顿/厘米2)(3)式中p-钢坯吸收的电磁功率，千瓦;D′-钢坯运动方向对应的钢坯接受磁力线的有效宽度，厘米;H-钢坯宽度，厘米。依据式(1)求出钢坯吸取的电磁功率P＝po·D′·H·F·10-3＝2×10-7H2o(μr·ρ·f)1/2·D′·H·F式中 F-修正系数，是D/X的函数，X是电磁波透入深度，其数值与电流透入深度△相等。将(4)代入(3)得Fj＝0.98×2×10-7H2o(μr·ρ·f)1 2·d′·H·F/(μr·ρ·f)1 2·d′·H＝1.96×10-7H2o·F(牛顿) (5)由式(5)可知，电磁搅拌力与磁场强度平方成正比，与F成正比，当钢坯的厚度D一定时，D/X值小于2以后，F值急剧减少，原技术中的D/X≈1，F≈0.2;新方案中若采用6HZ低频电源，那么，修正系数F≈0.2，如果采用50HZ工频电源，那么，F≈0.8;当Ho保持不变时，新方案的电磁搅拌力是原技术电磁搅拌力的4倍。由于采用新方案，线圈导线采用硅橡胶绝缘，外加尼龙护套，使线圈不仅耐高温，而且耐酸、耐碱、耐冲刷。在原技术中，线圈导线选用的是聚酰亚胺，其特性是不耐碱，因此要求水质的PH值不大于8，而新方案将使设备适用于国内的水质、温度和外界环境，大大扩展了设备的使用范围。由于采用了线圈端头采用硅橡胶圈多段密封的方案，理想地解决了绝缘降低的问题，此种端头五年不必维修。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明附图说明图1是本专利技术主体结构的主视图。图2是本专利技术主体结构的A-A剖面图。图3是原电磁搅拌器线圈端头结构图。图4是本专利技术线圈端头结构图。图5是本专利技术线圈绕组旋向示意图。图6是原技术单匝感应器系统等值电路图。图7是原技术单匝感应器系统简化等值电路图。图8是新方案单匝感应器系统简化等值电路图。图中1.线圈端头 2.供电电缆 3.冷却水管 4.储水箱 5.轴承室端盖 6.轴承内套 7.轴承座 8.滚筒 9.线圈绕组 10.硅钢片 11.支撑轴 12.铜接线柱 13.绝缘套筒 14(1) 热缩管A 14(2) 热缩管B 14(3) 热缩管C 15.导线 16.衬套A 17.衬套B 18.密封圈 19.导线绝缘 20.垫圈 2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低内耗电磁搅拌器，在不锈钢滚筒中，支撑轴内镶硅钢片外绕线圈，工作在水中的线圈通过端头与外供电电缆连接，其特征是，支撑轴由不导电的非金属材料加工而成：线圈导线采用硅橡胶绝缘外加尼龙护套，端头采用橡胶圈多段密封。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王汝林，王华超，
申请(专利权)人：王汝林，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]