浅谈电磁感应加热技术在钢板预处理涂料干燥上的应用

刘星 陈文兴 袁宁

摘要：本文主要通过介绍电磁感应加热钢板的技术原理及预处理线上的应用方案，对其相对于传统干燥方案干燥效率高、工艺流程简单、使用成本低、维护保养方便等特点进行分析，为电磁感应加热技术在钢板预处理涂料干燥上的应用推广提供参考。

关键词：电磁感应加热;钢板预处理线;快速干燥

目前钢板水性涂料底、面漆的应用技术已较为成熟，但在运用过程中，出现了钢板水性预涂底漆在低温天气下难以快速干燥的问题。通过在钢板预处理线上增加电磁感应加热装置，可以较好的解决此问题。本文主要介绍电磁感应加热技术在钢板预处理线涂料干燥上的应用。

1 電磁感应加热钢板的技术原理

电磁感应加热钢材的原理是通过电磁加热装置的转换，将交流电变换成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换频率为高频电压输出，快速运动的高压电流在加热线圈内产生高速变化的磁场，钢板利用辊道运行通过感应线圈区域时切割交变磁力线，使钢板底部表面产生交变的电流（涡流），从而使钢材产生热能，最终实现钢板加热的效果。

2 电磁感应加热技术在钢板预处理涂料干燥上的应用方案

目前电磁感应加热技术在钢板预处理线上主要应用于钢材喷涂前的预热，电磁预热装置设置于钢板预处理线抛丸室与喷漆室之间，靠近喷漆室。钢板通过抛丸预处理工序后，预热装置在涂料喷涂前对钢板进行预热，预热处理后的钢板表面温度预热至40℃以上，通过喷涂后，钢板表面涂料能在1min 内自然干燥，干燥后漆膜厚度约为10μm-15μm。

3 电磁感应加热技术在钢板预处理涂料干燥上的应用特点

电磁感应加热技术应用于钢板预处理涂料干燥是一项新型烘干方案，传统涂料烘干方案是采用红外线预热+烘干室天然气烘干。

结合实际运用情况，钢板预处理线采用电磁感应加热工艺相对传统烘干加热工艺具有干燥效率高、工艺流程简单、使用成本低、维护保养方便特点。

3.1 干燥效率高

采用电磁感应加热装置预热后，钢板喷涂后1 分钟左右自然干燥，可替代现有烘干功能，缩短烘干室尺寸，取消加热设施，只保留通风及废气处理设施。

3.2 工艺流程简单

电磁感应预热烘干方式简化了水性涂料的干燥工艺。干燥工艺由原来“预热+燃气烘干+吹风”的方式变为“预热+自然干燥”。见图1、图2。

采用电磁预热方案后，钢板预处理线烘干室的尺寸可以由现在的15m-20m 缩短至8m 左右，能够释放出一部分生产场地。

3.3 使用成本低

以板厚2mm、宽度1250mm 的钢板预处理按照板材预处理线采用电磁感应预热方案和红外线预热+天然气烘干方案进行使用成本分析。（其中电能单价为0.9 元/度，天然气单位为3.7 元/m?）

3.3.1 采用电磁感应预热方案使用成本

①装机功率：电功率：280kw（其中电磁预热约250kw，水冷约30kw），热功率无。

②设备满负荷运行时每条线的能耗费用为：280 ×0.9 = 252元/h

③考虑到电磁感应预热技术可实现智能化控制，能根据板宽及板厚情况自动调节功率大小，且无钢板通过时可停止加热，实际运行中不是持续满功率运行。因此在综合运行过程中，钢板预热时预热装置能耗，需考虑无钢板通过（预计节能效率90%）及生产连续性不高（预计节能效率80%）等因素。

钢板预处理为例冬季气温接近0℃时（加热钢板温升达到40℃）运行平均功率约150kw。

则每条线的能耗费用为：（30 + 150 ）×0.9 × 0.8× 0.9 =110.16 元/h

在夏季30℃气温下（加热钢板温度达到45℃）的使用平均功率约80kw 左右，则每条线的能耗费用为：（30 + 80 ） × 0.9× 0.8× 0.9= 71.28 元/h。

3.3.2 红外线预热+天然气烘干方案使用成本

采用红外线预热+天然气烘干方案时能耗主要是装机电功率消耗和燃气消耗，具体成本计算如下：

①装机功率：电功率：75kw（预热约65kw，吹风装置约10kw），热功率：550kw（额定天然气流量为55m3/h）。

②设备满负荷运行时每条线的能耗费用为：75 × 0.9 + 55 ×3.7 = 271 元/h

③热风烘干室实际运行时，有保温和加热两个状态，保温阶段功率要小，不是全过程满负荷运行。参照现场跟踪数据估计，冬季气温接近0℃时的天然气消耗量约35m3/h 左右;则每条线的能耗费用为：75 × 0.9 + 35 × 3.7= 197 元/h

夏季30℃气温时预热装置不用，天然气消耗量为20m3/h 左右，则每条线的能耗费用为：10 × 0.9 + 20 × 3.7= 83 元/h

3.3.3 使用能耗对比分析

通过以上两种方案能耗费用汇总可以得出，满负荷运转时，电磁预热方案每小时节约19 元，每月节约6650 元。实际运行时，冬季电磁预热方案每小时节约86.84 元，每月节约30394 元。夏季电磁预热方案每小时节约11.72 元，每月节约4140 元。按月工作时间以每天两班14h，每月25 个工作日计算。采用电磁预热方案时，在实际运行过程中，每月能耗节约费用预计在4104-30394 元，每年节约费用预计在13 万元左右。

3.4 维护保养方便

在维护保养方面，电磁感应预热方案主要是电磁感应预热装置的维护保养，因加热装置采用模块化设计，互换性强，维护保养方便，主要维护包括：橡胶辊、防护板、线圈、水冷电缆的定期更新及电机的维护保养。

红外线预热+燃气烘干方案，主要是红外线预热装置、烘干室加热系统及吹风装置的维护保养工作，主要维护包括：预热红外灯管、换热器的清理及电机及风机的保养（轴承加油、更换皮带等）。两者维护保养费用基本持平。

4 电磁感应加热技术在钢板预处理涂料干燥上的应用注意事项

电磁感应加热装置采用电磁加热技术，运用于钢板预处理线钢板喷涂前的预热，根据其技术特点及运用环境，在应用时需注意以下事项：

4.1 装机功率高

电磁感应加热装置采用电磁加热，其加热装置装机电功率较高，运用时需要考虑生产线电力扩容问题。

4.2 防火防爆

电磁感应加热装置中电气设施及线路采用防爆电气、密封及隔爆等措施进行防爆处理，达到GB50058《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》及GB19517《国家电气设备安全技术规范》等标准的规定。

4.3 电磁辐射

电磁感应加热装置运行过程中产生电磁辐射。电磁辐射符合国家电磁辐射安全标准，达到GB 8702—2014《电磁环境控制限值》及GBZ/T 189.2-2007 中对工作场所电磁场的有关要求。

5 结论

电磁感应预热技术应用于钢板预处理线上，能够解决水性预涂底漆难干问题，使其达到快干效果的同时，还具有简化工艺、节省场地和节约能源等功效，切合目前的行业需求，具有较好的推广应用价值。

参考文献：

[1] 刘彦旭， 刘保国. 电磁加热技术在机械加工中的应用[J]. 现代制造技术与装备， 2016（4）：95-96.

[2] 秦工，李昭.基于金属薄板的电磁加热理论模型的研究。《CNKI;WanFang》，2006.

（中车长江集团科技开发分公司工艺研究所，湖北 武汉430212）