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：支撑轴由不导电地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＝1.6～2.1
43≤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发明进一步说明：
图1是本发明主体结构的主视图。
图2是本发明主体结构的A-A剖面图。
图3是原电磁搅拌器线圈端头结构图。
图4是本发明线圈端头结构图。
图5是本发明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 21.线圈（1） 22.线圈（2） 23.线圈（3） 24.线圈（4） 25.线圈（5）
在图1中，在不锈钢滚筒（8）中，支撑轴（11）在原技术中采用无磁钢，而本发明中支撑轴（11）不导电的非金属材料加工而成，在感应器工作时，支撑轴内无电磁功率损耗。该轴不转动，其两端固定在与轴承座（7）相连接的轴承室端盖（5），轴承座（7）固定在机架上。支撑轴（11）内镶有硅钢片（10），外绕线圈绕组（9），线圈导线采用硅橡胶绝缘外加尼龙护套，其单面厚度在0.8毫米以内。硅钢片涂绝缘胶压装，不锈蚀。该轴是硅钢片铁心的夹件和支撑件。滚筒（8）和轴承内套（6）相连，当钢坯经过滚筒（8）上（下）时，带动滚筒（8）转动。冷却水以10吨/小时的速度从冷却水管（3）进入储水箱（4），进入轴中。线圈端头（1）被固定在储水箱（4）的箱壁上，工作在水中的线圈通过端头与外供电电缆（2）相接，端头采用硅橡胶圈多段密封。
由于原技术中的铁心是无磁钢和硅钢片叠装而成，绕组工作时，无磁钢中产生环流，有相当大一部分电磁物被无磁钢吸收，而采用非金属材料支撑轴的搅拌器不仅适合于几赫芝的低频电源，更适合于50赫芝工频电源。
在图2中，硅钢片（10）和支撑轴（11）叠装成铁心。
在图3中，铜接线杆（12）与导线（15）采用锡焊。导线（15）外加三层热缩管（14），热缩管（14-1）紧固在导线（15）的绝缘层上;热缩管（14-3）紧固在绝缘套筒（13）和热缩管（14-2）上。在绝缘套筒（13）与热缩管（14-3）间用密封胶密封，绝缘套筒（13）和铜连接杆（11）采用螺纹连接。热缩管（14-1、14-2）端部与铜连接杆（11）端头的连接处，用密封胶密封。
采用上述结构的弊病是：由于铜接线杆（12）和热缩管（11）的温度系数不同，造成密封胶开裂;又由于热缩管长期处在温度变化的环境中而脆化，因此线圈端头进水，而造成绝缘降低。
图4所示的端头，是采用硅橡胶圈的多段密封。铜连接杆（11）和导线（15）采用锡焊，导线绝缘（19）为硅橡胶加尼龙护套。绝缘套筒（13）和筒连接杆（11）采用螺纹连接。在导线绝缘（19）和绝缘套筒（13）之间采用四层O型硅橡胶密封圈（18）密封，中间分别隔有衬套（16）和衬套（17），两层O形密封圈（18）间加垫圈（20）。衬套（16）作用是将焊接过程中绝缘可能损伤段套住，使密封圈（18）有效密封。衬套（17）是为形成两段密封而设计的。
由于硅橡胶O型密封圈（18）与导线绝缘（19）是同材质，因此，温度系数相同，当密封圈（18）压紧后，起到了理想的密封效果。
图5是在支撑轴上，绕两组线圈，5段固定分布的线圈旋向示意图。v10与v30相位差为90℃，以形成整体搅拌。
当切换线圈的两个相位差90℃的交流电源，就可以改变电磁力的方向。
在图6、图7、图8中：d-感应器入端电压，R1-感应线圈电阻，XO-外磁路电抗，X1-感应线圈电抗，X2-气隙电抗，RT-无磁钢支撑电阻，XT-无磁钢支撑电抗，RP-钢坯电阻，XP-钢坯电抗，d-感应线圈输入电流，T-无磁钢支路中的电流，P-钢坯支路中的电流，′d-新方案中线圈入端电压，′d-新方案中线圈输入电流。
在钢坯电磁功率一定情况下，d＝T+p，′d＝pd＞′d，这正是新方案较原方案有诸多积极效果的根本原理。