CN103231035B - 磁导向结构铁芯式电磁搅拌辊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁导向结构铁芯式电磁搅拌辊，由保护辊套和感应器组成，其感应器包括磁路导向结构组合铁芯、密绕线圈组、聚磁开口套和端部聚磁板，其中：磁路导向结构组合铁芯包括磁导向铁芯，设置在铁芯两端的端部磁极，设置在铁芯中部的中部磁极，贴合设置在铁芯两侧的侧聚磁板，贴合设置在铁芯底部的底部聚磁弧板，设置于铁芯中部且与中部磁极等宽、同位、等数设置的中部聚磁开口环，及设置于铁芯两端且与端部磁极等宽、同位、等数设置的端部聚磁开口环；所述的端部磁极和中部磁极在磁导向铁芯上的相对位置还分别设置有端部磁导向槽和中部磁导向槽，且应对磁极与磁导向槽等宽。本发明铁芯的特殊设计降低了工作磁阻，增加了工作区域磁通密度和磁通量。

Description

磁导向结构铁芯式电磁搅拌辊

技术领域

本发明涉及冶金板坯连铸工艺设备，特别指一种磁导向结构铁芯式电磁搅拌辊。

背景技术

目前，有各种不同形式的板坯电磁搅拌结构形式。主要有：箱式电磁搅拌装置、磁极插入式电磁搅拌装置和辊式电磁搅拌装置即电磁搅拌辊。电磁搅拌辊具有独特的结构，它既对钢液进行搅拌又支承作钢坯相当于板坯连铸机支撑导向辊。采用特殊结构设计紧凑的电磁感应器(行波磁场感应器)对金属铸坯的液芯进行电磁搅拌。近年来，电磁搅拌辊，因其便于安装方便，越来越多地在板坯S-EMS中被采用。但现有的辊式电磁搅拌装置，存在如下缺陷和不足：1、工作气隙过大，效率低（无齿铁芯结构）；2、绕组之间的间隙小，工作磁路窄容易磁饱和，存在磁路瓶颈（有齿铁芯结构），两辊中心磁场强度较低，能耗高；3、非工作表面磁泄漏较大，漏磁损耗较大，有功磁场效率低。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种能极大的提高工作区域的磁场强度，大大的提高了有功磁场效率，减少了非工作区域漏磁，有效地降低了能耗从而高效节能的磁导向结构铁芯式电磁搅拌辊。

本发明的技术方案是构造一种由保护辊套和设置在保护辊套内的感应器组成的电磁搅拌辊，其感应器包括磁路导向结构组合铁芯，分段绕制在磁路导向结构组合铁芯的磁极间的密绕线圈组，套装于密绕线圈组外的聚磁开口套，和同轴贴合设置于磁路导向结构组合铁芯两端的端部聚磁板，其中：

磁路导向结构组合铁芯包括磁导向铁芯，设置在磁导向铁芯两端的端部磁极，设置在磁导向铁芯中部的中部磁极，贴合设置在磁导向铁芯两侧的侧聚磁板，贴合设置在磁导向铁芯底部的底部聚磁弧板，设置于磁导向铁芯中部且与中部磁极等宽、同位、等数设置的中部聚磁开口环，及设置于磁导向铁芯两端且与端部磁极等宽、同位、等数设置的端部聚磁开口环；

所述的端部磁极和中部磁极在磁导向铁芯上的相对位置还分别设置有端部磁导向槽和中部磁导向槽，且端部磁极与端部磁导向槽、中部磁极与中部磁导向槽等宽。

本发明的优点及有益效果：

本发明磁导向结构组合铁芯为创新设计，采用优质高导磁材料，在同等功率的情况下通过铁芯截面的磁通密度和总的磁通量大为增加；尤其是磁导向铁芯的磁导向结构的创新，通过匹配磁极的通磁面积（使磁极截面积与铁芯截面积相当），这样极大地降低了工作区域的磁阻，同时通过磁极对面气隙槽的设计增大非工作区域的气隙，从而增大非工作区域的磁阻，从而引导磁场在铁芯中的分布和走向，使铁芯中绝大多数磁通经过磁极流向工作表面，解决了通往工作表面的磁路瓶颈，极大地增加了工作区域的磁通密度和磁通量；同时聚磁开口套（内套的磁取向硅钢）、聚磁开口环和端部聚磁板的创新进一步将非工作表面的少数发散、泄露的磁场聚集导向至工作区域，又大大的减少了电磁搅拌辊非工作区域漏磁。

本发明磁导向结构组合铁芯的创新、发明，对通过铁芯的磁通诱导、导向，使铁芯中绝大多数磁通经过与铁芯截面面积相当的磁极流向工作表面，解决了通往工作表面的磁路瓶颈，大大地降低了工作磁阻，增加了工作区域的磁通密度和磁通量，同时聚磁开口套、聚磁开口环和端部聚磁板的创新、发明又极大的减少了电磁搅拌辊非工作区域漏磁。

附图说明

图1是本发明剖面结构示意图。

图2是图1A-A剖面结构示意图。

图3是图1B-B剖面结构示意图。

图4是本发明磁路导向结构组合铁芯剖面结构示意图。

图5是图4C-C剖面结构示意图。

图6是图4D-D剖面结构示意图。

图7是本发明磁导向铁芯实施方式之一结构示意图。

图8是本发明磁导向铁芯实施方式之二结构示意图。

图9是本发明聚磁开口套结构示意图。

具体实施方式

由图1至9可知，本发明由保护辊套1和设置在保护辊套1内的感应器组成，其感应器包括磁路导向结构组合铁芯3，分段绕制在磁路导向结构组合铁芯3的磁极间的密绕线圈组4，套装于密绕线圈组4外的聚磁开口套2，和同轴贴合设置于磁路导向结构组合铁芯3两端的端部聚磁板5，其中：

磁路导向结构组合铁芯3包括磁导向铁芯32，设置在磁导向铁芯32两端的端部磁极32a，设置在磁导向铁芯32中部的中部磁极32b，贴合设置在磁导向铁芯32两侧的侧聚磁板31，贴合设置在磁导向铁芯32底部的底部聚磁弧板33，设置于磁导向铁芯32中部且与中部磁极32b等宽、同位、等数设置的中部聚磁开口环34，及设置于磁导向铁芯32两端且与端部磁极32a等宽、同位、等数设置的端部聚磁开口环35；

所述的端部磁极32a和中部磁极32b在磁导向铁芯32上的相对位置还分别设置有端部磁导向槽32d和中部磁导向槽32c，且端部磁极32a与端部磁导向槽32d、中部磁极32b与中部磁导向槽32c等宽。

本发明所述的保护辊套1为厚壁管状非磁性合金体，保护辊套1绕感应器自由旋转，且与感应器之间设有通冷却液的间隙。所述的聚磁开口套2套装于密绕线圈组4外，并与密绕线圈组4之间设有间隙；聚磁开口套2由高导磁取向冷轧硅钢的内开口套22和非磁性导电材料的外开口套21复合而成，为薄壁管状开口结构，其长度小于磁导向铁芯32上两磁极的间距，其中内开口套22的取向方向为周向。所述的密绕线圈组4分至少二段多层绕制于磁极之间，为三相绕组或者二相绕组。所述的端部聚磁板5为非磁性导电材质的圆柱体状，其与侧聚磁板31及底部聚磁弧板33构成感应器非工作面的防漏磁结构。所述的侧聚磁板31为非磁性导电材料，其长度小于磁导向铁芯32，且侧聚磁板31的外侧开有过线通槽31a。所述的底部聚磁弧板33为非磁性导电材料，其长度与磁导向铁芯32相等。所述的端部磁极32a的宽度为中部磁极32b的一半，中部磁极32b的宽度为磁导向铁芯32高度的0.75-1倍。所述的端部磁导向槽32d和中部磁导向槽32c设计为圆弧槽，或者棱形槽。

本发明的设计原理：

本发明感应体相当于一个线性感应电动机的定子，铸坯液芯相当于转子，电磁搅拌辊感应体激发的交变磁场穿过铸坯壳渗透到液态钢水内，产生感生电流（涡流），该感生电流与交变磁场相互作用对钢液产生电磁力，即作用在钢水体积元上的体积力，体积力推动了金属液流动，即对金属液实现搅拌。

本发明的结构原理：

本发明是由保护辊套1、磁路导向结构组合铁芯3、密绕线圈组4、聚磁开口套2和端部聚磁板5组成。所述的密绕线圈组4环绕在磁路导向结构组合铁芯3的磁极之间，所述的聚磁开口套2套装于密绕线圈组4外，所述的磁路导向结构组合铁芯3的磁极位于聚磁开口套2的开口间，聚磁开口套2与密绕线圈组4间有间隙；所述的端部聚磁板5同轴贴合在磁路导向结构组合铁芯3的两端。聚磁开口套2、密绕线圈组4、磁路导向结构组合铁芯3与端部聚磁板5组成感应器，感应器同轴装于保护辊套1内，保护辊套1与感应器间有间隙，工作时间隙中充满冷却液，且保护辊套1能绕感应器自由旋转。

本发明所述的磁路导向结构组合铁芯3由侧聚磁板31、磁导向铁芯32、底部聚磁弧板33和中部聚磁开口环34、端部聚磁开口环35组成。所述的磁路导向结构组合铁芯3，其所述的侧聚磁板31贴合在磁导向铁芯32的两侧；底部聚磁弧板33贴合在磁导向铁芯32的底部；所述的磁导向铁芯32顶部两端及中间有多个磁极即端部磁极32a、中部磁极32b，所述的中部和端部聚磁开口环34、35贴合在侧聚磁板31和底部聚磁弧板33的外表，分别与中部和端部磁极32b、32a处于同一位置，中部和端部聚磁开口环34、35的开口与对应的中部和端部磁极32b、32a两侧贴合，其外表面与相应的磁极外表组成封闭的圆柱面；侧聚磁板31的外表面、底部聚磁弧板33的外表面及磁导向铁芯32磁极间的外表面组成的圆柱面。所述的磁导向铁芯32底部与端部和中部磁极32a和32b相同位置有端部磁导向槽32d和中部磁导向槽32c，磁导向槽宽度与相同位置的磁极宽度相同。所述的磁导向铁芯32端部磁极32a的宽度为中部磁极32b宽度的一半；所述的磁导向铁芯32的中部磁极32b宽度h为磁导向铁芯32有效高度H的0.75~1倍；所述的磁导向铁芯32采用优质高导磁材料。所述的磁导向铁芯32，通过匹配磁极的通磁面积（使磁极截面积与铁芯截面积相当），这样极大地降低了工作区域的磁阻，同时通过磁极对面气隙槽的设计增大非工作区域的气隙，从而增大非工作区域的磁阻，从而引导磁场在铁芯中的分布和走向，使铁芯中绝大多数磁通经过磁极流向工作表面，解决了通往工作表面的磁路瓶颈，极大地增加了工作区域的磁通密度和磁通量。其铁芯中主磁路的通道见图4中箭头所示。所述的底部聚磁弧板33材料为非磁性优良导电材料，其长度与磁导向铁芯32相同；所述的侧聚磁板31为非磁性导电材料，外侧开有过线通槽31a，其长度不小于磁导向铁芯32；过线通槽31a具有通水冷却的功能。所述的中部聚磁开口环34位于磁导向铁芯32中间，宽度h与中部磁极32b宽度一样，中部聚磁开口环34的数量、位置同中部磁极32b；所述的端部聚磁开口环35位于磁导向铁芯32两端，宽度h/2与端部磁极32a宽度一样，端部聚磁开口环35的数量、位置同端部磁极32a。

本发明聚磁开口套2由内开口套22和外开口套21复合而成；所述的内开口套22材质采用优质高导磁取向冷轧硅钢，取向方向为周向（图9所示的箭头方向），所述的外开口套21采用非磁性优良导电材料；所述的聚磁开口套2为薄壁管状开口，长度不小于磁导向铁芯两磁极的间距。所述的密绕线圈组4按一定的顺序和方向分段绕制磁路导向结构组合铁芯3的磁极之间，每相密绕线圈组至少分二段，每段线圈分多层绕制；密绕线圈组4为三相绕组亦可以是两相绕组，向密绕线圈组4提供交变电源产生行波磁场；所述的密绕线圈组4用圆铜线绕制也可以用扁铜线绕制。所述的端部聚磁板5为圆柱体，材质为非磁性优良导电材料。所述的保护辊套1厚壁管状体，采用高Cr、Ni非磁性合金材料，并满足在750°C环境下长期使用的机械性能要求。

本发明试制1对实例的结果，相对于线圈外屏蔽产品漏磁场降低50%；经测试3Hz、400A时（2辊间距240mm）中心磁场达1180Gs（武钢进口辊搅5Hz、400A时为477Gs），4Hz、400A时中心推力165N（武钢进口辊搅5Hz、400A时为30N）。实例证明本发明能极大的提高工作区域的磁场强度及电磁推力，提高了有功磁场效率，减少了非工作区域漏磁，有效地降低了能耗从而高效节能。

本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (7)

1.一种磁导向结构铁芯式电磁搅拌辊，由保护辊套（1）和设置在保护辊套（1）内的感应器组成，其特征在于：所述的感应器包括磁路导向结构组合铁芯（3）、分段绕制在磁路导向结构组合铁芯（3）的磁极间的密绕线圈组（4）、聚磁开口套（2）和同轴贴合设置于磁路导向结构组合铁芯（3）两端的端部聚磁板（5），其中：

所述的聚磁开口套（2）套装于密绕线圈组（4）外，聚磁开口套（2）由高导磁取向冷轧硅钢的内开口套（22）和非磁性导电材料的外开口套（21）复合而成，为薄壁管状开口结构，其中内开口套（22）的取向方向为周向；

所述的磁路导向结构组合铁芯（3）包括磁导向铁芯（32），贴合设置在磁导向铁芯（32）两侧的侧聚磁板（31），贴合设置在磁导向铁芯（32）底部的底部聚磁弧板（33），设置于磁导向铁芯（32）中部且与中部的中部磁极（32b）等宽、同位、等数设置的中部聚磁开口环（34），及设置于磁导向铁芯（32）两端且与端部的端部磁极（32a）等宽、同位、等数设置的端部聚磁开口环（35）；

所述的磁导向结构铁芯（32），宽度方向两侧面为平面，高度方向两侧面为弧形面，一侧弧形面的两端部有凸起的端部磁极（32a），中部有凸起的中部磁极（32b），凸起的端部和中部磁极顶面为弧形面，在另一侧弧形面正对凸起的端部和中部磁极处设有磁导向槽（32d、32c）；凸起的磁极之间没有气隙槽。

2. 根据权利要求1所述的磁导向结构铁芯式电磁搅拌辊，其特征在于：所述的聚磁开口套（2）套装于密绕线圈组（4）外，并与密绕线圈组（4）之间设有间隙；聚磁开口套（2）由高导磁取向冷轧硅钢的内开口套（22）和非磁性导电材料的外开口套（21）复合而成，为薄壁管状开口结构，其中内开口套（22）的取向方向为周向。

3. 根据权利要求1 所述的磁导向结构铁芯式电磁搅拌辊，其特征在于：所述的磁导向结构铁芯（32）凸起的磁极顶面为弧形面；所述的磁导向结构铁芯（32）凸起的中部磁极（32b）通磁面积与铁芯通磁面积相匹配，端部磁极（32a）的宽度为中部磁极（32b）的一半，中部磁极（32b）的宽度为磁导向铁芯（32）高度的0.75-1倍。

4. 根据权利要求1所述的磁导向结构铁芯式电磁搅拌辊，其特征在于所述的端部聚磁板（5）为非磁性导电材质的圆柱体状，其与侧聚磁板（31）及底部聚磁弧板（33）构成感应器非工作面的防漏磁结构。

5. 根据权利要求1所述的磁导向结构铁芯式电磁搅拌辊，其特征在于所述的侧聚磁板（31）为非磁性导电材料，其长度小于磁导向铁芯（32），且侧聚磁板（31）的外侧开有过线通槽（31a）。

6. 根据权利要求1所述的磁导向结构铁芯式电磁搅拌辊，其特征在于所述的底部聚磁弧板（33）为非磁性导电材料，其长度与磁导向铁芯（32）相等。

7. 根据权利要求1所述的磁导向结构铁芯式电磁搅拌辊，其特征在于所述的端部磁导向槽（32d）和中部磁导向槽（32c）设计为圆弧槽，或者棱形槽。