连铸机用水动式永磁搅拌器.pdf

本发明涉及一种连铸机用水动式永磁搅拌器。具有结晶器、永磁体和外筒，主要特征是：在永磁体上设有叶轮，永磁体通过轴承与外筒结合，永磁体由具有一定压力和一定流量的水驱动叶轮旋转而旋转，从而产生旋转的磁力源，对钢水进行搅拌。本发明改变了通常采用的由电机驱动永磁体运动的模式，而采用动力水冲动叶轮带动永磁体运动，不但简化了结构，而且能确保设备长期安全稳定使用。

1、  一种连铸机用水动式永磁搅拌器，具有结晶器、永磁体和外筒，其特征在于：在永磁体上设有叶轮，永磁体通过轴承与外筒结合；外筒的上部设有动力水入口，下部设有动力水出口；所述的永磁体由动力水驱动叶轮旋转而旋转，从而产生旋转的磁力源，对钢水进行搅拌。

2、  根据权利要求1所述的连铸机用水动式永磁搅拌器，其特征在于：永磁体通过上下两个轴承安装在封闭的圆形外筒内。

3、  根据权利要求1或2所述的连铸机用水动式永磁搅拌器，其特征在于：永磁体为由至少2组分别为N-S极的永磁块与磁轭连接组成，在永磁体内筒中部，形成一个相对封闭的磁场。

4、  根据权利要求3所述的连铸机用水动式永磁搅拌器，其特征在于：永磁体为由2组或4组或6组或8组分别为N-S极的永磁块与磁轭连接组成，在永磁体内筒中部，形成一个相对封闭的磁场。

5、  根据权利要求1所述的连铸机用水动式永磁搅拌器，其特征在于：搅拌器分为外置式和内置式两种形式，当搅拌器安装在结晶器段时为内置式，安装在二冷区或末端时为外置式。

连铸机用水动式永磁搅拌器
技术领域：
本发明涉及一种连铸机用水动式永磁搅拌器。
背景技术：
1、电磁搅拌器是连铸机上的重要装备。
我国钢产量己接近5亿吨/年，连铸机不少于3000流。通过引进设备、技术改造及装备国产化，绝大部分连铸机都已安装，使用了电磁搅拌器。
2、电磁搅拌器的特点及存在的问题。
以圆坯铸机为例，为了在结晶器内产生驱使钢水作旋转运动的磁场，电磁搅拌器一般作成交流两相或交流三相的，其原理和异步电机类似。
电机定子线圈在交流电条件下，其阻抗表现为电阻和感抗两部分。为了获得足够强的磁场，要考虑下列因素：线圈所产生的磁势与电流成正比，与线圈匝数成正比。线圈匝数多，必使线圈电抗增大，这会给搅拌器带来一系列难以实现的困难。因此搅拌器多采用少匝数、大电流方式。
为节省投资成本，连铸机流间距一般在1000mm-1200mm之间，这给搅拌器的设计尺寸以限制，因而搅拌器线圈的导线内，电流密度可能高达12A/mm²-15A/mm²，比架空线缆的电流密度大10-15倍，所以搅拌器必须使用流动的水冷却。一般需要配置高要求的纯净水的制备、循环、冷却系统。
因为线圈浸泡于水中，尽管作用了高质量的冷却水，线圈在线连续运行时间多数不超过一年。
交流磁场在穿过非导磁的金属或金属熔体时，有涡流衰耗，金属导电率越高交变频率越高，衰耗越快，因而现有的交流电磁搅拌器，必须配置大功率的变频(频率0-15Hz)电源柜。这使整个系统的投资成本、维修成本非常大。
交流电磁搅拌器的装机容量在150-500KVA范围内，功率因素大约为0.3-0.35，功耗P＝50-180KW，一个年产100万吨铸坯的连铸机，以吨钢6KW计，搅拌器年总耗电6000000KW。运行成本及消耗能源资源不可忽视。
3、使用永磁搅拌器是人们多年来的期望。
永磁搅拌器不需要大功率的变频电源，对冷却水的水质要求不高，不会出现象电磁搅拌器线圈绝缘损坏而失效的问题。因此其购置成本、运行成本、维修成本要比电磁搅拌器低得多，从节约资源角度来讲，推广永磁搅拌器符合国家产业发展政策。
从上世纪70-80年代以来，中外学者和专家一直孜孜不倦地在研制连铸机用的永磁搅拌器。这项工作进行了二十多年而无应用成果，主要是：①连铸机环境恶劣，永磁体受高温易失磁；②设计搅拌器磁体运动方式时，受到传统思维的局限，在连铸机上很难实现长期稳定可靠的运行。
从己公布的研究成果之论文和申报的专利内容看，如日本往友金属工业珠式会社早期研发的旋转结晶器搅拌器(见连铸学会电磁搅拌译文集)，鞍山亚赛电磁设备有限公司申请的200620168152.3号专利，岳阳市石禄强申请的200620052515.7号专利，其搅拌器磁体的运动基本上都是采用电机驱动、齿轮或链条传动方式。实践证明，要在连铸机操作平台下、结晶器外安装这种动力机构，困难是相当大的，即使能安装，设备也不能长期安全、稳定使用。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种连铸机用水动式永磁搅拌器。
本发明的技术方案是：一种连铸机用水动式永磁搅拌器，具有结晶器、永磁体和外筒，其特征在于：在永磁体上设有叶轮，永磁体通过轴承与外筒结合；外筒的上部设有动力水入口，下部设有动力水出口；所述的永磁体由动力水驱动叶轮旋转而旋转，从而产生旋转的磁力源，对钢水进行搅拌。
本发明的永磁体通过上下两个轴承安装在封闭的圆形外筒内。
本发明的永磁体为由至少2组分别为N-S极的永磁块与磁轭连接组成，在永磁体内筒中部，形成一个相对封闭的磁场。
本发明的永磁体为由2组或4组或6组或8组分别为N-S极的永磁块与磁轭连接组成，在永磁体内筒中部，形成一个相对封闭的磁场。
本发明的搅拌器分为外置式和内置式两种形式，当搅拌器安装在结晶器段时为内置式，安装在二冷区或末端时为外置式。
本发明改变了以往采用电机驱动齿轮或链条传动带动永磁体运动的方式，采用动力水冲动叶轮带动永磁体运动，不但简化了结构，而且能确保设备长期安全稳定使用。
附图说明：
图1为本发明结晶器内置水动式永磁搅拌器示意图；
图2为本发明结晶器外置水动式永磁搅拌器示意图；
图3为3组六磁极永磁体结构示意图。
图中：1、磁体动力水入口；2、轴承；3、永磁块；4、磁轭；5、外筒；6、结晶器出水口；7、结晶器出水通道；8、结晶器进水通道；9、结晶器进水口；10、磁体动力水出口；11、叶轮；12、结晶器；13、内筒；14、N磁极；15、S磁极。
具体实施方式：
如图1所示，本发明为结晶器内置水动式永磁搅拌器。由结晶器、磁体和外筒组成，结晶器的主要部件与常规结构相同，包括结晶器铜管、水套、安装板等，结晶器上部和下部为盖轮，结晶器铜管冷却水由结晶器进水口9进入，从结晶器出水口6流出；永磁体由永磁块3和磁轭4构成，永磁体用上下两个轴承2与外筒5相结合，叶轮11与永磁体装配成一体。在外筒5的上部设有磁体动力水入口1，在外筒5的下部设有磁动力水出口10。从磁体动力水入口送进流量和压力可调的动力水，驱动叶轮11，叶轮受切向力作旋转运动，从而带动永磁体作旋转运动；当永磁体作旋转运动时，在磁体中间部位激发交变磁场；于是，结晶器内的钢水在交变磁场中产生与磁场旋转方向一致的运动，钢水被搅拌。与此同时，动力水对永磁体冷却，然后从磁体动力水出口10返回水系统。
如图2所示，本发明为结晶器外置水动式永磁搅拌器。
如图3所示，本发明的永磁体为3组六磁极。每组由N-S磁极和磁轭组成。