CN104139167A

CN104139167A - 铁芯以及具有该铁芯的电磁感应器和电磁搅拌装置

Info

Publication number: CN104139167A
Application number: CN201410373181.2A
Authority: CN
Inventors: 卢明辉; 马义健; 黎爱军
Original assignee: Pangang Group Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2014-11-12

Abstract

本发明提供一种铁芯以及具有该铁芯的电磁感应器和电磁搅拌装置。所述电磁搅拌装置包括：外壳体、电磁感应器和冷却水路，所述电磁搅拌装置内部的电磁感应器的铁芯的化学成分按重量百分比计包括：不超过0.025％的碳、不超过0.20％的硅、不超过0.30％的锰、不超过0.020％的磷、不超过0.020％的硫、0.15％～0.50％的铝、不超过0.10％的铬、不超过0.20％的镍和不超过0.20％的铜，其余为铁和不可避免的杂质。根据本发明的示例性实施例的电磁搅拌装置的中心磁感应强度衰减微小，电磁性能优异，各项指标平稳，使用寿命较长。

Description

铁芯以及具有该铁芯的电磁感应器和电磁搅拌装置

技术领域

本发明涉及电磁设备领域，尤其涉及一种铁芯以及具有该铁芯的电磁感应器和电磁搅拌装置。

背景技术

近年来，随着连铸技术的发展，对铸坯内部质量提出了更高要求。铸坯内部质量在很大程度上取决于铸坯内部是否呈现出均匀而致密的等轴晶凝固组织。然而，在铸坯的实际凝固过程中，如果冷却速度很快，则柱状晶的生长容易产生“搭桥”现象，导致铸坯内部发生诸如缩孔、偏析、疏松或聚集夹杂物等的缺陷，利用电磁搅拌装置可以消除这些缺陷。

根据电磁感应现象，钢水作为导体在流过磁场时会产生感生电流，感生电流产生的磁场与设定磁场之间的相互作用会推动钢水运动，这就是电磁搅拌的原理，采用电磁搅拌装置有利于改善铸坯的凝固组织并且提高铸坯内部的质量。在现有技术的电磁搅拌装置中，电磁感应器的铁芯属于非硅钢片材料，这种材料长期使用不但容易磁化，磁场跟随性差，还容易产生反向磁场导致铁芯的磁场快速衰减，严重影响使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁搅拌装置，通过改进铁芯的成分来解决电磁搅拌装置的中心磁感应强度衰减的问题。

本发明提供一种电磁搅拌装置，所述电磁搅拌装置包括：外壳体、电磁感应器和冷却水路，所述电磁搅拌装置的电磁感应器的铁芯的化学成分按重量百分比计包括：不超过0.025％的碳、不超过0.20％的硅、不超过0.30％的锰、不超过0.020％的磷、不超过0.020％的硫、0.15％～0.50％的铝、不超过0.10％的铬、不超过0.20％的镍和不超过0.20％的铜。

根据本发明的示例性实施例，所述电磁搅拌装置的电磁感应器的铁芯的矫顽力可以不超过32A/m，矫顽力时效增值可以不超过4％，最大磁导率可以不低于15.1×10^-3H/m。

本发明还提供一种铁芯，所述铁芯的化学成分按重量百分比计包括：不超过0.025％的碳、不超过0.20％的硅、不超过0.30％的锰、不超过0.020％的磷、不超过0.020％的硫、0.15％～0.50％的铝、不超过0.10％的铬、不超过0.20％的镍和不超过0.20％的铜，其余为铁和不可避免的杂质。

本发明还提供一种电磁感应器，所述电磁感应器的铁芯是根据本发明的示例性实施例的铁芯。

附图说明

通过结合附图对本示例性实施例的描述，本发明的上述和/或其他特征和方面将变得清楚和易于理解。在附图中：

图1是示出根据本发明的示例与对比例的电磁搅拌装置的中心磁场强度与电流对应关系的曲线图；

图2是示出根据本发明的示例与对比例的电磁搅拌装置的径向磁场强度的曲线图；

图3是示出根据本发明的示例与对比例的电磁搅拌装置的轴向磁场强度的曲线图；

图4是示出根据本发明的示例与对比例的电磁搅拌装置的圆周磁场强度的曲线图；

图5是示出根据本发明的示例与对比例的电磁搅拌装置的伏安特性曲线图。

具体实施方式

下面，将结合具体示例详细地描述本发明。应理解的是，这里的描述只是解释性和说明性的，本发明不局限于在此阐述的示例性实施例。

纯铁是钢的一种，也属于钢材范畴，纯铁的主要成分是铁，其他元素的含量非常少。本领域将这种接近于纯铁的钢称为工业纯铁，通常工业纯铁的质地很柔软，韧性特别大，具有良好的电磁性能。本发明的示例性实施例选用纯铁作为电磁感应器的铁芯的材料，并向纯铁中加入硅等合金元素，可以提高纯铁的电阻率和最大磁导率，降低矫顽力和铁损，消除磁时效。

根据本发明的示例性实施例，电磁搅拌装置包括：外壳体、电磁感应器和冷却水路，其中，所述电磁搅拌装置的电磁感应器的铁芯的化学成分按重量百分比计可以包括：不超过0.025％的碳、不超过0.20％的硅、不超过0.30％的锰、不超过0.020％的磷、不超过0.020％的硫、0.15％～0.50％的铝、不超过0.10％的铬、不超过0.20％的镍和不超过0.20％的铜，其余为铁和不可避免的杂质。

根据本发明的示例性实施例的电磁搅拌装置内部的电磁感应器所具有的铁芯具有优异的电磁性能，主要体现在以下几个方面：

第一，铁芯的铁损低。铁损指铁芯损耗，是铁芯的重要指标，而根据本发明的示例性实施例的铁芯的铁损很低。

第二，电磁性能良好。铁芯的矫顽力Hc低，最大磁导率μ_max高。具体地讲，根据本发明的示例性实施例的铁芯的Hc不超过32A/m，μ_max不低于15.1×10^-3H/m。

第三，Bs值高。Bs值指饱和磁感，Bs值高可以使电磁感应器的铁芯体积与重量减小，从而节约铁芯、铜线和绝缘材料等的用量，而根据本发明的示例性实施例的铁芯Bs值较高。

第四，无磁时效。具体地讲，根据本发明的示例性实施例的铁芯的矫顽力时效增值不超过4％，基本上没有磁时效。

另外，根据本发明的示例性实施例的电磁搅拌装置内部的电磁感应器的铁芯还具有优异的化学性能和力学性能。例如，铁芯材料的纯净度高，冶炼工艺精细，内部金相组织致密而均匀，气体含量极少，该材料制成铁芯后含磁量不超过0.004％，降低了材料自身所产生的反向磁场的强度。

另外，根据本发明的示例性实施例的电磁搅拌装置内部的电磁感应器的铁芯的冷、热加工性能和冲片性能优异，这对于制造小型或微型电磁搅拌装置用铁芯而言具有得天独厚的优势。

此外，根据本发明的示例性实施例的电磁搅拌装置内部的电磁感应器的铁芯表面光滑平整，厚度均匀，填充系数高，表面绝缘膜的附着性和焊接性良好，不但能够改善冲片性，还可以保证加工精度。

根据本发明的示例性实施例，铁芯的化学成分按重量百分比计包括：不超过0.025％的碳、不超过0.20％的硅、不超过0.30％的锰、不超过0.020％的磷、不超过0.020％的硫、0.15％～0.50％的铝、不超过0.10％的铬、不超过0.20％的镍和不超过0.20％的铜，其余为铁和不可避免的杂质。

根据本发明的示例性实施例，可以制造具有根据本发明的示例性实施例的铁芯的电磁感应器，再将根据本发明的示例性实施例的电磁感应器应用于电磁搅拌装置，可以得到电磁性能和机械性能均不逊于现有的电磁搅拌装置的根据本发明的示例性实施例的电磁搅拌装置。为了全面考察根据本发明的示例性实施例的电磁搅拌装置的综合性能，进行了以下试验。

下面，将结合具体试验描述安装有根据本发明的示例性实施例的铁芯的电磁搅拌装置和安装有普通铁芯的电磁搅拌装置的电磁特性。

示例与对比例同时投入使用，在同样的环境和工况下进行了一年的在线运行测试。主要测试设备、仪表和工具的配置如下：

低频电源(0～50Hz 600A)、试验变压器(0～6600V)、JDC-2绝缘电阻测试仪1000V档、QJ44型双臂电桥、5070型高斯计、流量计。

示例和对比例主要围绕以下四个方面展开测试：电气参数、对地绝缘电阻、工频耐压试验、磁场强度测试和伏安特性测试。

1、示例和对比例的主要电气参数相同，均为：

容量：390KVA，160KW

相数：3

电压：400V

电流：565A

频率：2.4Hz

2、对地绝缘电阻

示例：A相：1200MΩ B相：1200MΩ C相：1200MΩ

对比例：A相：6000MΩ B相：6000MΩ C相：6000MΩ

根据测试结果可以得知安装有示例性实施例的铁芯的电磁搅拌装置的对地绝缘性能更加优异。

3、工频耐压试验

试验在50Hz、2500V的条件下进行，要求历时1分钟无击穿接地。

示例：合格

对比例：合格

根据测试结果可以得知两种电磁搅拌器的工频耐压均符合要求。

4、磁场强度测试

针对示例与对比例分别进行了同等条件下的中心磁场强度试验、径向磁场强度试验、轴向磁场强度试验和圆周磁场强度试验，并在最后针对示例与对比例的电磁搅拌装置的伏安特性进行了测试，取得的结果如下。

表1 中心磁场强度与电流对应关系(I-B特性)

	电流(A)	100	200	300	400	500	600
								示例	磁场强度(GS)	173	329	483	606	690	738
对比例	磁场强度(GS)	178	325	486	612	687	741

表1是示例与对比例的中心磁场强度与电流的对应关系试验数据，根据表1绘制成的曲线图如图1所示。

图1是示出根据本发明的示例与对比例的电磁搅拌装置的中心磁场强度与电流对应关系的曲线图。根据图1可知，示例与对比例的电磁搅拌装置的中心磁场强度与电流变化关系基本一致。

表2 径向磁场强度对比表(额定电流：565A，单位：GS)

r/mm	-395	-350	-300	-250	-200	-150	-100	-50	0
										示例	1298	1260	1070	980	871	794	754	715	707
对比例	1300	1261	1068	978	869	795	750	713	705
										r/mm	+50	+100	+150	+200	+250	+300	+350	+50	+395
示例	708	748	790	869	976	1084	1278	708	1295
										对比例	706	749	788	867	973	1082	1275	706	1293

表2是示例与对比例的径向磁场强度对比试验数据，其中，r表示铁芯半径，根据表2绘制成的曲线图如图2所示。

图2是示出根据本发明的示例与对比例的电磁搅拌装置的径向磁场强度的曲线图。根据图2可知示例与对比例的电磁搅拌装置的径向磁场强度分布基本一致。

表3 轴向磁场强度对比表(额定电流：565A，单位：GS)

h/mm	-50	0	50	100	150	200	250	300	350	400	450	500	550	600	650
																示例	405	493	665	668	676	693	692	675	639	587	523	454	385	321	266
对比例	403	495	666	665	668	695	691	677	637	589	525	457	381	323	264

表3是示例与对比例的轴向磁场强度对比试验数据，其中，h表示电磁搅拌器底面距测试点的高度，单位mm。

根据表3绘制成曲线图如图3所示。图3是示出根据本发明的示例与对比例的电磁搅拌装置的轴向磁场强度的曲线图。根据图3可知，两种电磁搅拌装置的轴向磁场分布基本一致。

表4 圆周磁场强度对比表(额定电流：565A，单位：GS)

表4是示例与对比例的圆周磁场强度对比试验数据，其中，r表示测量点距搅拌器中心轴线位置的距离，单位mm。

根据表4绘制成的曲线图如图4所示。图4是示出根据本发明的示例与对比例的电磁搅拌装置的圆周磁场强度的曲线图。根据图4可知，两种电磁搅拌器圆周磁场强度分布基本一致。

表5 伏安特性对应关系(V-I特性)

	电流(A)	100	200	300	400	500	600
								示例	电压(V)	58	109	159	198	226	246
对比例	电压(V)	61	112	162	201	227	248

表5是示例与对比例的伏安特性数据，根据表5绘制成的曲线图如图5所示。

图5是示出根据本发明的示例与对比例的电磁搅拌装置的伏安特性曲线图。根据图5可知，示例和对比例的电磁搅拌装置的伏安特性基本一致，并且在电流相同的情况下，示例的电压低于对比例的电压，说明示例的电磁搅拌装置与对比例的电磁搅拌装置相比，功率更高。

综上所述，利用根据本发明的示例性实施例的铁芯制成的电磁搅拌装置的电磁性能毫不逊于普通的电磁搅拌装置。经过一年的测试，普通电磁搅拌装置的中心磁感应强度衰减达到20％，而根据本发明的示例性实施例的电磁搅拌装置各项指标平稳，没有出现中心磁感应强度衰减的现象。

虽然已经结合附图描述了本发明的示例性实施例，但本领域技术人员应清楚的是，在不脱离本发明的精神和原则的情况下，可以对示例性实施例进行各种修改和变化。

Claims

1.一种电磁搅拌装置，所述电磁搅拌装置包括：外壳体、电磁感应器和冷却水路，其特征在于所述电磁搅拌装置内部的电磁感应器的铁芯的化学成分按重量百分比计包括：不超过0.025wt％的碳、不超过0.20wt％的硅、不超过0.30wt％的锰、不超过0.020wt％的磷、不超过0.020wt％的硫、0.15wt％～0.50wt％的铝、不超过0.10wt％的铬、不超过0.20wt％的镍和不超过0.20wt％的铜，其余为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的电磁搅拌装置，其特征在于所述电磁搅拌装置内部的电磁感应器的铁芯的矫顽力不超过32A/m，矫顽力时效增值不超过4％，最大磁导率不低于15.1×10^-3H/m。

3.一种铁芯，其特征在于所述铁芯的化学成分按重量百分比计包括：不超过0.025wt％的碳、不超过0.20wt％的硅、不超过0.30wt％的锰、不超过0.020wt％的磷、不超过0.020wt％的硫、0.15wt％～0.50wt％的铝、不超过0.10wt％的铬、不超过0.20wt％的镍和不超过0.20wt％的铜，其余为铁和不可避免的杂质。

4.一种电磁感应器，其特征在于所述电磁感应器的铁芯是根据权利要求3所述的铁芯。