專利名稱：低內(nèi)耗鐵心鋼坯電磁攪拌器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明應(yīng)用于冶金鋼坯連鑄系統(tǒng)，是一種強(qiáng)化鋼坯質(zhì)量和性能的鋼坯電磁攪拌器。
鞍鋼三煉鋼大連鑄設(shè)備，是從日本進(jìn)口的，其中電磁攪拌器是法國的專利產(chǎn)品。自1991年運(yùn)行以來，僅一年多，該設(shè)備多次出現(xiàn)絕緣電阻降低的故障，致使設(shè)備不能正常運(yùn)行。直接影響鋼坯質(zhì)量，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。在此期間，日本、法國曾兩次派人來鞍鋼處理，但經(jīng)修理后的電磁攪拌裝置，其性能仍不能達(dá)到原設(shè)計(jì)指標(biāo)。日、法專家認(rèn)為該設(shè)備出現(xiàn)故障的根本原因是水質(zhì)不好，PH值偏高，水中雜質(zhì)多，其次是中國的環(huán)境和溫度不適合設(shè)備運(yùn)行。而我們卻認(rèn)為該設(shè)備的感應(yīng)器設(shè)計(jì)不合理以及材料選擇不當(dāng)，而造成了故障的頻繁發(fā)生。主要存在以下問題鐵心是由硅鋼片和無磁鋼支撐疊裝而成，雖選用低頻電源供電，但仍有很大一部分電磁能耗在無磁鋼中，因而產(chǎn)生大量熱能。熱能的產(chǎn)生，影響繞組散熱，同時(shí)使電流增高，繞組中的銅損增加，且溫度達(dá)到100℃;該技術(shù)只能用于低頻，而不能提高頻率，頻率范圍窄;繞組端頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得不合理，同時(shí)端頭絕緣材料選擇不當(dāng)，致使塑料管運(yùn)行一段時(shí)間后老化，造成絕緣性能降低;硅鋼片鐵心銹蝕嚴(yán)重，造成水中雜質(zhì)增加;由于繞組絕緣材料耐水、耐堿能力差，造成該設(shè)備不能在含有一定堿度的水中工作。
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本發(fā)明的目的是提供一種低內(nèi)耗、頻率適應(yīng)范圍寬、成本低、工作可靠、攪拌效果良好的鋼坯電磁攪拌器，繞組的絕緣具有較強(qiáng)的絕緣強(qiáng)度，有很好的耐水、耐堿、耐熱性能，使之適應(yīng)國內(nèi)的環(huán)境、溫度、水質(zhì)條件，運(yùn)行可靠、電效率高的具有良好攪拌效果的一種電磁攪拌器。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的支撐軸由不導(dǎo)電的非金屬材料加工而成。支撐軸內(nèi)鑲硅鋼片外繞線圈。繞組導(dǎo)線適用耐酸、耐堿、耐高溫、耐沖刷的硅橡膠絕緣外加尼龍護(hù)套;鐵心疊裝前進(jìn)行特殊的處理工藝，即硅鋼片涂絕緣膠、壓裝、不銹蝕，解決鐵心生銹，造成水中雜質(zhì)過多的問題。端頭采用橡膠圈多段密封，徹底解決端頭絕緣降低的問題。工作在水中的線圈通過端頭與外供電電纜連接。
由于采用上述方案，可以得到以下積極效果由于采用新方案，聚碳酸脂和硅鋼片疊裝而成的鐵心在繞組接通電源后，鐵心中只有很小一部分硅鋼片的鐵損(0.2KW～0.3KW)，起支撐作用的聚碳酸酯中可以認(rèn)為無損耗，這樣，在保持鋼坯電磁攪拌功率不變的情況下，繞組中的電流密度減少，繞組中的銅損下降，總的損耗明顯下降，繞組的溫度下降，冷卻水流量可以減少，減輕冷卻水及其中雜質(zhì)對繞組的沖刷和撞擊，感應(yīng)器運(yùn)行可靠，壽命延長。
由于采用新方案，克服了原技術(shù)只能用于2～8HZ的低頻電源的弊病，可以由幾赫芝的低頻電源供電，也可由50HZ工頻電源供電，用工頻電源可以省去數(shù)十萬元的變頻裝置，為其廣泛應(yīng)用開辟新路。
由于采用新方案，能夠克服原技術(shù)中鋼坯吸收電磁功率能力差的缺點(diǎn)，鋼坯吸收電磁功率的能力按下式計(jì)算Po＝2×10-4H2o(μrρf)1/2(瓦/厘米2)(1)式中 Po-鋼坯單位面積上吸收的電磁功率，瓦/厘米2;
Ho-鋼坯表面上的平均磁場強(qiáng)度，安匝/厘米;
μr-鋼坯相對導(dǎo)磁系數(shù)，μr＝1;
ρ-鋼坯的電阻率，ρ＝136×106歐·厘米;
f-供電給線圈的電源頻率，赫。
式(1)表明鋼坯吸收的電磁功率與f1 2成正比，原技術(shù)中的f＝6HZ，鋼坯吸收電磁功率P1，若在新技術(shù)中f＝50HZ，鋼坯吸收電磁功率PP，PP/P1＝(50/6)1/2＝2.89。
原技術(shù)在6HZ低頻電源供電時(shí)，無磁鋼支撐軸的損耗在10KW左右，那么，當(dāng)頻率升至50HZ時(shí)，鐵心中的損耗將升至30KW左右，與此同時(shí)，繞組中的銅損大幅度上升，過高的電流密度、迅速產(chǎn)生的大量熱度使感應(yīng)器難以存在。
由于采用新方案，攪拌器能夠工作于最佳頻率，矩形截面銅坯電磁攪拌的最佳頻率可按下式估算f＝Kf·ρp·108/μrD2(2)式中 Kf-系數(shù)，通常取Kf＝1～6，當(dāng)D/H＜0.1時(shí)，Kf＝1;當(dāng)D/H＝0.5時(shí)，Kf＝4.8，D是鋼坯厚度，H是鋼坯寬度，單位是厘米;
ρp-鋼坯的電阻系數(shù)，1.36×104歐·厘米μr-鋼坯的相對導(dǎo)磁系數(shù)。
鋼坯厚度一般為20～25厘米，取平均值D＝22.5厘米，大連鑄鋼坯D/H＝0.16～0.21，Kf＝1.6～2.143≤f≤56由于采用新方案，無論攪拌器工作于幾赫芝的低頻，還是工作于50赫芝工頻之下，都能保證所需要的攪拌力Fj的指標(biāo)。
Fj按下式估算Fj＝0.98p/D′·H(ρ·f·μr)1/2(牛頓/厘米2)(3)式中p-鋼坯吸收的電磁功率，千瓦;
D′-鋼坯運(yùn)動方向?qū)?yīng)的鋼坯接受磁力線的有效寬度，厘米;
H-鋼坯寬度，厘米。
依據(jù)式(1)求出鋼坯吸取的電磁功率P＝po·D′·H·F·10-3＝2×10-7H2o(μr·ρ·f)1/2·D′·H·F式中 F-修正系數(shù)，是D/X的函數(shù)，X是電磁波透入深度，其數(shù)值與電流透入深度△相等。
將(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(牛頓) (5)由式(5)可知，電磁攪拌力與磁場強(qiáng)度平方成正比，與F成正比，當(dāng)鋼坯的厚度D一定時(shí)，D/X值小于2以后，F(xiàn)值急劇減少，原技術(shù)中的D/X≈1，F(xiàn)≈0.2;新方案中若采用6HZ低頻電源，那么，修正系數(shù)F≈0.2，如果采用50HZ工頻電源，那么，F(xiàn)≈0.8;當(dāng)Ho保持不變時(shí)，新方案的電磁攪拌力是原技術(shù)電磁攪拌力的4倍。
由于采用新方案，線圈導(dǎo)線采用硅橡膠絕緣，外加尼龍護(hù)套，使線圈不僅耐高溫，而且耐酸、耐堿、耐沖刷。
在原技術(shù)中，線圈導(dǎo)線選用的是聚酰亞胺，其特性是不耐堿，因此要求水質(zhì)的PH值不大于8，而新方案將使設(shè)備適用于國內(nèi)的水質(zhì)、溫度和外界環(huán)境，大大擴(kuò)展了設(shè)備的使用范圍。
由于采用了線圈端頭采用硅橡膠圈多段密封的方案，理想地解決了絕緣降低的問題，此種端頭五年不必維修。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明

圖1是本發(fā)明主體結(jié)構(gòu)的主視圖。
圖2是本發(fā)明主體結(jié)構(gòu)的A-A剖面圖。
圖3是原電磁攪拌器線圈端頭結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明線圈端頭結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明線圈繞組旋向示意圖。
圖6是原技術(shù)單匝感應(yīng)器系統(tǒng)等值電路圖。
圖7是原技術(shù)單匝感應(yīng)器系統(tǒng)簡化等值電路圖。
圖8是新方案單匝感應(yīng)器系統(tǒng)簡化等值電路圖。
圖中1.線圈端頭 2.供電電纜 3.冷卻水管 4.儲水箱 5.軸承室端蓋 6.軸承內(nèi)套 7.軸承座 8.滾筒 9.線圈繞組 10.硅鋼片 11.支撐軸 12.銅接線柱 13.絕緣套筒 14(1) 熱縮管A 14(2) 熱縮管B 14(3) 熱縮管C 15.導(dǎo)線 16.襯套A 17.襯套B 18.密封圈 19.導(dǎo)線絕緣 20.墊圈 21.線圈(1) 22.線圈(2) 23.線圈(3) 24.線圈(4) 25.線圈(5)在圖1中，在不銹鋼滾筒(8)中，支撐軸(11)在原技術(shù)中采用無磁鋼，而本發(fā)明中支撐軸(11)不導(dǎo)電的非金屬材料加工而成，在感應(yīng)器工作時(shí)，支撐軸內(nèi)無電磁功率損耗。該軸不轉(zhuǎn)動，其兩端固定在與軸承座(7)相連接的軸承室端蓋(5)，軸承座(7)固定在機(jī)架上。支撐軸(11)內(nèi)鑲有硅鋼片(10)，外繞線圈繞組(9)，線圈導(dǎo)線采用硅橡膠絕緣外加尼龍護(hù)套，其單面厚度在0.8毫米以內(nèi)。硅鋼片涂絕緣膠壓裝，不銹蝕。該軸是硅鋼片鐵心的夾件和支撐件。滾筒(8)和軸承內(nèi)套(6)相連，當(dāng)鋼坯經(jīng)過滾筒(8)上(下)時(shí)，帶動滾筒(8)轉(zhuǎn)動。冷卻水以10噸/小時(shí)的速度從冷卻水管(3)進(jìn)入儲水箱(4)，進(jìn)入軸中。線圈端頭(1)被固定在儲水箱(4)的箱壁上，工作在水中的線圈通過端頭與外供電電纜(2)相接，端頭采用硅橡膠圈多段密封。
由于原技術(shù)中的鐵心是無磁鋼和硅鋼片疊裝而成，繞組工作時(shí)，無磁鋼中產(chǎn)生環(huán)流，有相當(dāng)大一部分電磁物被無磁鋼吸收，而采用非金屬材料支撐軸的攪拌器不僅適合于幾赫芝的低頻電源，更適合于50赫芝工頻電源。
在圖2中，硅鋼片(10)和支撐軸(11)疊裝成鐵心。
在圖3中，銅接線桿(12)與導(dǎo)線(15)采用錫焊。導(dǎo)線(15)外加三層熱縮管(14)，熱縮管(14-1)緊固在導(dǎo)線(15)的絕緣層上;熱縮管(14-3)緊固在絕緣套筒(13)和熱縮管(14-2)上。在絕緣物(如磺酰氯A-SO2Cl)與相應(yīng)的中介受保護(hù)的氨基酸衍生物HN(Y)-M-COO-叔丁基，例如按EP-A-468231所述方法進(jìn)行反應(yīng)。用三氟乙酸于CH2Cl2中，或者用鹽酸于乙酸乙酯中，可以使叔丁基酯解離為所需的酸。
此外，其中M為基團(tuán)M1的式Ⅱ氨基酸可以按以下反應(yīng)式(1)、(2)和(3)制備
(tBu＝叔丁氧基，Boc＝tBu-OCO)
反應(yīng)式(1)可以在溶劑如甲苯中于升高的溫度下進(jìn)行。反應(yīng)式(2)可以方便地按上述Ⅱ與Ⅲ反應(yīng)同樣的方式進(jìn)行。Ⅵ→Ⅶ的反應(yīng)可以按下法進(jìn)行首先例如于乙腈或二噁烷中用對甲苯磺酸從式Ⅵ的N原子上解離出BOC基團(tuán)，然后將得到的化合物與磺酰氯于二噁烷中反應(yīng)。用三氟乙酸于二氯甲烷中，使式Ⅶ酯水解為式Ⅱ酸。
權(quán)利要求
1.一種低內(nèi)耗電磁攪拌器，在不銹鋼滾筒中，支撐軸內(nèi)鑲硅鋼片外繞線圈，工作在水中的線圈通過端頭與外供電電纜連接，其特征是，支撐軸由不導(dǎo)電的非金屬材料加工而成線圈導(dǎo)線采用硅橡膠絕緣外加尼龍護(hù)套，端頭采用橡膠圈多段密封。
2.按照權(quán)利要求1所述的采用非金屬材料支撐軸的電磁攪拌器，其特征在于感應(yīng)器工作時(shí)，支撐軸內(nèi)無電磁功率損耗。
3.按照權(quán)利要求1所示的電磁攪拌器，其特征在于線圈導(dǎo)線采用硅橡膠絕緣外加尼龍護(hù)套，其單面厚度在0.8毫米以內(nèi)。
4.按照權(quán)利要求1所述的電磁攪拌器，其特征在于線圈端頭采用硅橡膠O形多段密封，O型圈與導(dǎo)線絕緣同材質(zhì)，溫度系數(shù)相同。
全文摘要
一種低內(nèi)耗的鋼坯電磁攪拌器，采用了不導(dǎo)電的非金屬材料的支撐軸，因此克服了外國進(jìn)口電磁攪拌器內(nèi)耗大、線圈電流密度大、溫升高、冷卻水流量大，對水質(zhì)要求苛刻等弊病，具有內(nèi)耗低、線圈電流密度小、溫升低，適合我國任何地區(qū)水質(zhì)條件的鋼坯電磁攪拌器。外國該類型攪拌器的繞組端頭密封結(jié)構(gòu)不合理，運(yùn)行半年，最多一年就滲水，裝置不能工作。本發(fā)明采用O形硅橡膠圈多段密封，防水性能優(yōu)越，五年不必維修。外國攪拌器內(nèi)的硅鋼片鐵心生銹嚴(yán)重，本發(fā)明硅鋼片防水、防銹。
文檔編號B22D27/02GK1076645SQ92103208
公開日1993年9月29日 申請日期1992年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月29日
發(fā)明者王汝林, 王華超 申請人:王汝林