电磁加热技术在超高分子量聚乙烯生产中的应用
摘要：分析超高生产加热技术，提出电磁加热在超高生产中的应用，给出改造过程和改造效果。
关键词：电磁加热 超高生产 降本增效
一、概况
目前超高生产过程中采用的电阻加热圈加热，是通过接触传导方式把热量传到料筒上，只有紧靠在料筒表面内侧的热量才能传到料筒上，这样外侧的热量大部分散失到空气中，存在着热传导损失，造成大量的电能浪费,并导致环境温度上升。且传统电阻加热方式，存在以下严重缺点：
1、安全问题：电热丝带电，需要导热性能差的云母或吸潮的氧化镁进行隔离，存在漏电安全隐患。
2、传热效率低：由于为了安全电隔离，采用云母、导热绝缘片或导热陶瓷片进行隔离，而绝缘材料的导热性能均不理想，因此热效率低，能源浪费严重。为了节能需要加大保温层（材料）导致工艺复杂，成本上升。
3、电热丝寿命短：由于导热绝缘材料热阻大，导致工作时，电热丝长时间高温烧红状态，材料氧化严重，寿命短。
4、功率密度低：电热丝等加热方式，由于单位面积功率超过3.5W/平方厘米，将大大缩短电热部件寿命，由于功率密度限制，往往导致产品体积较大，保温更为困难，甚至不敢保温。
特别是在挤出机加热等情况下，如果增加保温，电热丝工作温度更高，烧毁更严重，如果不保温，则热能浪费严重，同时，造成车间工作环境的高温恶化。为了改善工作环境开启空调，将导致双倍的能源浪费和生产成本增加。
由于存在上述这些问题，即电阻加热的安全问题，绝缘材料的导热效率低问题，和传统电热材料的寿命问题，在目前“节能减排，低碳经济”的形势下，迫切需要一种现代的加热方法，取代传统的电阻加热方式。
电磁加热技术是一项已经成熟并且广泛运用的加热技术，它打破了传统的电阻式电热圈从内向外的扩散式加热，改用由外向内包围式渗透加热，发热原理是通过先进的电路系统在被加热的金属内部产生高频磁场，高频磁场根据高频感应原理在被加热的金属内部产生高频电子碰撞，从而产生热量使金属温度迅速上升，达到加热金属材料体内物件温度。由于是高频感应原理，高频线圈不和被加热金属直接接触，散在空气中的热量得到控制，避免传统方式加热效率低下和热能利用率低的问题，节电相对率达60%以上，热有效能不到40%左右提升到95%左右，节能效果明显。同时，还可以根据具体情况在料筒外部包裹一定厚度的隔热保温材料并通过以外向内定向渗透技术，外部热量相当小，降低环境温度，避免人工高温下作业。由于采用绝缘材料和耐高温电缆制造，且降低了使用环境的温度，所以不存在着像原电热圈的电阻丝在高温状态下氧化而缩短使用寿命的问题，具有热效高、升温速率快、省电节能、使用寿命长、安全可靠等优点，降低了使用成本。
在生产超高分子量聚乙烯管材过程中，将加热模式由过去传统的电阻加热圈加热，改装为高频电磁加热方式加热，解决了单螺杆挤出机进料口加热功率密度不够的问题。因加热板使料筒金属直接发热，可以快速地升温，料筒就是发热体，热量不需要传导，加热效率大幅度提高，比原电阻式加热圈节电60%以上。并且对原生产工艺、操作程序无任何影响和改变。从根本上解决了长期困扰单螺杆挤出机加热领域的技术难题。
二、问题分析
目前电磁加热系统在超高分子量聚乙烯管材生产方面的应用处于空白阶段，部分厂家简单将传统电阻加热用多个电磁感应加热控制器取代，一个线圈由一个"控制器"独立控制，由于相互干扰各自的单片机系统，导致感应加热控制器寿命短，烧毁严重，甚至出现"炸机"等情况，故障率居高，安装复杂，无法在正常生产情况下使用。
三、创新思路
针对多个独立控制器相互干扰的情况，我公司采用一个加热主机控制，将电网功率逆变成"高频"，由挤出机原有温控系统，进行"透明控制"，实现"多段"温度精密控制，多档加热，分段加热，具有设备安装简单，现场美观，系统工作电磁兼容，安全可靠等优点。
四、具体改造过程
电磁加热圈的安装及调试比较简单：取下挤出机上原有的电阻式电热圈，在挤出机的机筒上包上一层隔热保温材料，再把电磁感应线缠绕在保温材料的外层。把原来接在电阻式电热圈上的导线改接到电磁加热控制器上的输入线上，将电阻式加热片使用的220V电源改为380V电源，即安装完成。
为保证原设备改用电磁加热圈后原生产工艺不变，原操作程序不变，在设计时针对两种加热方式性能上的差别，电磁加热圈已降低约 30%功率使用，并且在电磁加热控制器上设计了功率调整及功率保护功能。
五、使用情况
1.热能转化
感应加热技术，可以将 95% 以上的电能转换成热能，同时不会将热能散发到空气中去，此外还将螺杆剪切热，化学热等能量有效的利用起来，三管齐下最大限度的节约能源。
2.降低环境温度---环境友好性
由于有隔热层保护，线圈表面最高只有65度左右，操作者可以赤手放在隔热层上，而不会烫伤和灼烧。按照散热量来计算，每年可以节省4个月的空调制冷期，在空调能耗上还可以节省35%左右电费，工作车间将告别夏季50度的室温的酷暑，从而提高工人的工作舒适环境。
3.挤出工艺性好，产品质量有保证
由于加热迅速，物料在下料段就可以达到充分的熔融状态，熔体质量好，色母的分散，填料的分散，助剂等填充物能能充分的混合、搅拌、均匀分散，制件的物理性能，表面质量更好更完美，
此外加热没有死角，可以降低挤出压力，使挤出机的机械部分也有相对的节能效果，熔体质量好，可以提高材料的流动性，和模速率，缩短注塑周期。
4.综合优势
节电60-80%；提高生产效率：由于加热迅速，加快了预热周期（为传统加热方式的时间的 40% ），提高熔融速度，减少加热距离，消除加热限制的瓶颈，使其更快的进入生产状态；由于产品的均一性更好，可提高产品质量；由于能够达到更精确的控温，塑胶熔体更好的搅拌，分散，混合；热启动快温度变化平稳，加热无死角。
六、结语
本项目符合国家所提出的节能减排精神，降低能耗明显；同时减少了故障停车率、改善了工作环境。
