電磁感應(yīng)器加熱技術(shù)的應(yīng)用

蔡梓涵

摘要 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電磁感應(yīng)現(xiàn)象顯著的特點(diǎn)與優(yōu)勢能夠順應(yīng)時(shí)代要求與發(fā)展，因此逐漸被人們應(yīng)用于生產(chǎn)生活當(dāng)中。電磁加熱是一種環(huán)境友好型加熱方法，其溫度上升快，損耗小，因此加熱效率較高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)各個領(lǐng)域，漸漸取代了傳統(tǒng)加熱方法。另外，該技術(shù)也應(yīng)用于加工工業(yè)中的鑄造、焊接、表面熱處理、熱鍛等技術(shù)中。本文通過對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的介紹，對電磁加熱的原理進(jìn)行介紹，并簡述其在生產(chǎn)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】電磁感應(yīng)加熱 溫度控制 磁感線

隨著科技與現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，越來越多的物理原理得到了應(yīng)用，并在諸多工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著自身的作用。電磁感應(yīng)加熱技術(shù)是當(dāng)下發(fā)展最為迅猛的一種加熱技術(shù)，以法拉第電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)，可以在機(jī)械行業(yè)中逐漸取代傳統(tǒng)的火焰加熱、紅外輻射加熱等。另一方面，電磁感應(yīng)加熱有著加熱速度快等優(yōu)勢，其加熱溫度和加熱時(shí)間均可以被人為控制，因此在船舶、油氣運(yùn)輸、石化加工以及金屬冶煉等諸多領(lǐng)域都有著成功的實(shí)踐。與傳統(tǒng)的電熱絲加熱等技術(shù)比較，電磁加熱的能量轉(zhuǎn)化率較高，解決了高溫加熱、超大功率加熱困難鈍刀等技術(shù)難題。

1 電磁感應(yīng)及其本質(zhì)

電磁感應(yīng)現(xiàn)象，就是在變化磁場當(dāng)中用導(dǎo)體切割磁感線進(jìn)而產(chǎn)生磁通量的變化，使得導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。當(dāng)導(dǎo)體為一個閉合回路時(shí)，感應(yīng)電動勢會令導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生定向移動，形成感應(yīng)電流，這就是電磁學(xué)領(lǐng)域中最偉大的成就之一一一電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

2 電磁感應(yīng)加熱的原理

以法拉第電磁感應(yīng)定律為核心應(yīng)用的電磁感應(yīng)加熱技術(shù)，其原理是利用高頻的交變電流在通過線圈磁場時(shí)，會使得金屬工件產(chǎn)生渦流，一般為多層的環(huán)狀金屬工件。這些金屬工件即為需要加熱或在其中，金屬作為電的良導(dǎo)體電阻值很低，所以其產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢較低可以產(chǎn)生很強(qiáng)大的渦流，每一層環(huán)狀通路都可以發(fā)熱，層層疊加使得金屬工件能在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生巨大的焦耳熱，之后金屬工件整體就會有很大的溫度提升，完成一個自發(fā)熱過程，這也正是其加熱效率高的原因。電磁感應(yīng)加熱利用的就是電流的做功過程，將電能轉(zhuǎn)化為被加熱體本身的內(nèi)能，使被加熱件的溫度升高，從而達(dá)到加熱的目的。渦流的形成示意如圖l所示。

3 電磁感應(yīng)器加熱技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 電磁加熱工藝在熱處理中的應(yīng)用

電磁加熱必需的是變化的磁場，加熱系統(tǒng)需要通過整流電路與電壓轉(zhuǎn)換電路，將常用的交流電整流成直連電流，再經(jīng)過AC/DC轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為10k～1OOkHz的電流輸送到感應(yīng)器中，就可以產(chǎn)生變化的磁場。電磁加熱過程中的鐵磁性材料放置在電磁場中，其內(nèi)部就會產(chǎn)生感應(yīng)電渦流并發(fā)熱，從而達(dá)到塑料顆粒加熱的目的。由于產(chǎn)熱效率很高，過量的熱量會在器件中淤積，自身產(chǎn)熱也是較大部分，需要及時(shí)散開，否則將會出現(xiàn)燒壞器件系統(tǒng)的現(xiàn)象，圖2的空心繞制結(jié)構(gòu)可以有效解決過熱問題，可在外部添加冷卻循環(huán)系統(tǒng)，對感應(yīng)器進(jìn)行實(shí)時(shí)冷卻。

3.2 電磁加熱工藝在石化能源中的應(yīng)用

作為21世紀(jì)十分重要的燃料資源，頁巖油以及其上方的可燃?xì)怏w的需求量在全球范圍大幅度提高，需要人們對其大量開采。而電磁加熱正是因?yàn)槠渚邆浼訜峥欤郎責(zé)o明顯梯度且受熱十分均勻等優(yōu)勢，使得在油頁巖開采過程中十分依賴該技術(shù)。與常規(guī)加熱開采的方法相比，電磁加熱后所得的油烴類含量更高，雜質(zhì)硫氮元素含量少，產(chǎn)品純度較高。經(jīng)過生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)積累可知，產(chǎn)品通過電磁加熱后，能夠較大程度上提高提純工藝效率，節(jié)省了巨大的人力、物力與時(shí)間。

4 結(jié)語

各個領(lǐng)域的科技發(fā)展互相推動與促進(jìn)，使得生產(chǎn)技術(shù)飛速進(jìn)步。傳統(tǒng)的加熱方式通常是利用電熱圈來加熱，通過接觸傳導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)被加熱體的加熱過程。但是這個過程有大量的熱量是散發(fā)到空氣中的，熱量的利用率較低。電磁感應(yīng)加熱提高了加熱效率降低了熱量損耗，提高了加熱速度，諸多優(yōu)勢使得其逐步取代傳統(tǒng)加熱方式的地位。在生產(chǎn)領(lǐng)域中，諸多設(shè)備的電源模塊，循環(huán)冷卻裝置以及控制器都要耗能產(chǎn)熱，尤其在較大型的設(shè)備中，資源消耗量是巨大的，通過電磁加熱的方法可以顯著提升生產(chǎn)力;在工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中，電磁加熱可以提高產(chǎn)品純度，進(jìn)而提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率;在冶金礦產(chǎn)領(lǐng)域中，電磁加熱可以有效防止金屬產(chǎn)品表面氧化的現(xiàn)象。總之，電磁加熱技術(shù)能夠較大程度上提升生產(chǎn)效率，為多領(lǐng)域發(fā)展提供便利，在未來，期待電磁加熱在新的領(lǐng)域中發(fā)揮出自身的更大作用。

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