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電磁加熱輥在纖維后處理中的應(yīng)用

2020-06-10 瀏覽數(shù)：557

為滿足纖維在高溫條件下的牽伸定型要求，聯(lián)凈研發(fā)了纖維定型用電磁感應(yīng)加熱輥。聯(lián)凈電磁感應(yīng)加熱輥實(shí)現(xiàn)了高溫加熱，且升溫快、加熱均勻、溫度控制簡(jiǎn)單、節(jié)省能源、保護(hù)環(huán)境。

熱輥是纖維后處理的重要設(shè)備，在熱定型和緊張熱定型設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。通用的熱輥加熱方式一般為蒸汽加熱和導(dǎo)熱油加熱。隨著中國(guó)化纖行業(yè)的不斷發(fā) 展，對(duì)熱輥的加熱溫度及其加熱均勻性都有較高的要求，根據(jù)市場(chǎng)需要，上海聯(lián)凈研發(fā)的電磁感應(yīng)加熱輥，相較傳統(tǒng)的加熱方式，電磁感應(yīng)加熱輥有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。

背景

熱牽伸定型是纖維后處理的必備工序，因加熱溫度、加熱均勻性，以及環(huán)境保護(hù)和減輕操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度要求的提高，傳統(tǒng)的蒸汽和導(dǎo)熱油加熱棍已不能滿足要求。蒸汽加熱和導(dǎo)熱油加熱都存在加熱輥輥面溫度不均勻、溫度達(dá)不到工藝要求、蒸汽和導(dǎo)熱油的泄露嚴(yán)重影響環(huán)境等問題，而電磁感應(yīng)加熱輥杜絕了漏蒸汽和漏注的隱患，能保證加熱輥溫度均勻，溫度控制準(zhǔn)確，很好地保護(hù)了環(huán)境，減輕了工人維修的勞動(dòng)強(qiáng)度。

電磁感應(yīng)加熱的基本原理

電磁感應(yīng)加熱的基本原理圖如下：

電磁感應(yīng)加熱的基本原理圖

由上圖可見，感應(yīng)加熱是靠感應(yīng)線圈把電能轉(zhuǎn)化為金屬內(nèi)部的熱能。感應(yīng)線圈與被加熱金屬并不直接接觸，能量是通過電磁感應(yīng)傳遞的。另外需要指出的是，感應(yīng)加熱的原理與與一般電氣設(shè)備中產(chǎn)生渦流以及渦流引起發(fā)熱的原理是相同的，不同的是在一般電氣設(shè)備中渦流是有害的，而感應(yīng)加熱卻正是利用渦流的熱效應(yīng)進(jìn)行加熱的。

這樣，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在工件中產(chǎn)生感應(yīng)電流(渦流)，使金屬加熱。其熱量與電流電阻的關(guān)系為:

Q＝∑I2Rt

式中，Q為電流通過電阻產(chǎn)生的熱量(J)；I為電流有效值(A)；R為工件的等效電阻()；t為工件通電的時(shí)間(s)。

由上面兩式可以看出，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和發(fā)熱功率與頻率高低和磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)。感應(yīng)線圈中流過的電流越大，其產(chǎn)生的磁通也就越大，因此提高感應(yīng)線圈中的電流可以使工件中產(chǎn)生的渦流加大；同樣提高工作頻率也會(huì)使工件中的感應(yīng)電流加大，從而增加發(fā)熱效果，使金屬升溫更快。另外，渦流的大小還與金屬的截面大小、截面形狀、導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率以及透入深度有關(guān)。

感應(yīng)加熱的整個(gè)過程歸納描述成這樣：首先通過感應(yīng)線圈把電能轉(zhuǎn)化成磁能，交變的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率交變的電動(dòng)勢(shì)交變電動(dòng)勢(shì) 作用于金屬物體后，形成閉合回路，在金屬表面產(chǎn)生電流---渦流，實(shí)現(xiàn)了從磁能到電能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁力線通過導(dǎo)磁性金屬材料時(shí)會(huì)在金屬體內(nèi)產(chǎn)生無數(shù)的小渦流，使金屬材料本身自行高速發(fā)熱，從而達(dá)到直接加熱金屬物體的目的。

電磁感應(yīng)加熱輥技術(shù)簡(jiǎn)介

電磁感應(yīng)加熱技術(shù)具有能耗低、熱效率高、溫度提升快、溫度控制精度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在許多行業(yè)被廣泛應(yīng)用。在歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家“電磁感應(yīng)加熱技術(shù)”被稱為綠色能源，由政府大力推廣而得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。上海市政府也曾將大功率電磁加熱技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用作為政府鼓勵(lì)的節(jié)能項(xiàng)目加以推廣?，F(xiàn)在，電磁加熱技術(shù)在注塑機(jī)、擠出機(jī)、吹膜機(jī)、造粒機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用比較成熟，并已經(jīng)得到了較為廣泛的認(rèn)可，但電磁感應(yīng)加熱輥的制造技術(shù)由于涉及多個(gè)學(xué)科，存在諸多的技術(shù)難關(guān)，到目前為止，全世界只有為數(shù)不多的幾家公司掌握了該項(xiàng)技術(shù)。

電磁感應(yīng)加熱輥主要應(yīng)用于醫(yī)藥、包裝、印刷、紡織、非織造等領(lǐng)域。這種技術(shù)徹底顛覆了傳統(tǒng)導(dǎo)熱油加熱方式，取消了導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)所需的油溫機(jī)、油泵、循環(huán)管路、旋轉(zhuǎn)接頭等部件，只需要一個(gè)設(shè)計(jì)合理的電路將工頻交流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電，并傳輸?shù)捷侒w內(nèi)部預(yù)先鋪設(shè)好的高頻感應(yīng)線圈上，在線圈附近產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)，將輥體內(nèi)表面感應(yīng)發(fā)熱，從而達(dá)到加熱輥體的目的。大量實(shí)踐證明，以無紡布加工所用的直徑Ф400*1800熱壓輥為例，每小時(shí)實(shí)際用電量大約只有8kW.h左右，遠(yuǎn)低于導(dǎo)熱油系統(tǒng)每小時(shí)20kW.h以上的用電量，節(jié)能效果明顯。綜合來看，和導(dǎo)熱油加熱輥相比，電磁感應(yīng)加熱輥有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1) 輥面溫度均勻：由于采用即時(shí)加熱方式以及高端的溫控手段，電磁感應(yīng)加熱輥整個(gè)輥體表面溫度能控制在±1.0~2.0℃之內(nèi)，在要求高的場(chǎng)所能控制在±0.5℃之內(nèi)，可以從根本上改變因?qū)嵊脱趸Y(jié)焦造成的輥面溫差大、溫度滯后的問題，確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

2) 清潔環(huán)保：電磁感應(yīng)加熱輥不再使用導(dǎo)熱油作為導(dǎo)熱介質(zhì)，從根本上杜絕了導(dǎo)熱油揮發(fā)和泄漏造成的環(huán)境污染與安全隱患，生產(chǎn)環(huán)境更清潔，也避免了產(chǎn)品表面被油蒸氣污染的可能。

3) 高效節(jié)能：正常情況下，電磁感應(yīng)加熱輥的裝配功率較傳統(tǒng)導(dǎo)熱油加熱器相比要降低30%以上，同時(shí)，其熱利用效率更高，可在最大程度上減少熱量散失，能耗通?？山档?0%-50%以上。而熱油循環(huán)泵產(chǎn)生的所有能耗也將全部節(jié)省下來，綜合節(jié)能率往往高達(dá)50%以上。

4) 操作和維護(hù)簡(jiǎn)單：電磁感應(yīng)加熱輥不再需要外置加熱器、復(fù)雜的油路管路、接頭、油泵等一系列配件，故障點(diǎn)大大減少。運(yùn)行狀況完全通過人機(jī)操作界面查看和調(diào)整，同時(shí)，可節(jié)省不菲的更換維護(hù)費(fèi)用。多個(gè)行業(yè)的實(shí)踐證明，電磁感應(yīng)加熱輥平均無故障時(shí)間大于10000小時(shí)。

控制系統(tǒng)與電磁輻射

電磁加熱輥的加熱控制中心包含感應(yīng)加熱控制系統(tǒng)和溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，感應(yīng)加熱控制柜靠近電磁加熱輥放置，溫度控制系統(tǒng)集成在感應(yīng)加熱控制柜內(nèi)。電磁感應(yīng)加熱輥的輻射量非常小，距棍筒30 mm距離處，電磁強(qiáng)度為0.7 mV/m，磁場(chǎng)強(qiáng)度為 0.009 mA/m，遠(yuǎn)低于 GB 8702—2014《電磁環(huán)境控制限值》的控制限值。實(shí)際生產(chǎn)中，操作方便、安全而且環(huán)保。