淺談電磁感應加熱技術在鋼板預處理涂料干燥上的應用

劉星 陳文興 袁寧

摘要：本文主要通過介紹電磁感應加熱鋼板的技術原理及預處理線上的應用方案，對其相對于傳統干燥方案干燥效率高、工藝流程簡單、使用成本低、維護保養方便等特點進行分析，為電磁感應加熱技術在鋼板預處理涂料干燥上的應用推廣提供參考。

關鍵詞：電磁感應加熱;鋼板預處理線;快速干燥

目前鋼板水性涂料底、面漆的應用技術已較為成熟，但在運用過程中，出現了鋼板水性預涂底漆在低溫天氣下難以快速干燥的問題。通過在鋼板預處理線上增加電磁感應加熱裝置，可以較好的解決此問題。本文主要介紹電磁感應加熱技術在鋼板預處理線涂料干燥上的應用。

1 電磁感應加熱鋼板的技術原理

電磁感應加熱鋼材的原理是通過電磁加熱裝置的轉換，將交流電變換成直流電壓，再經過控制電路將直流電壓轉換頻率為高頻電壓輸出，快速運動的高壓電流在加熱線圈內產生高速變化的磁場，鋼板利用輥道運行通過感應線圈區域時切割交變磁力線，使鋼板底部表面產生交變的電流（渦流），從而使鋼材產生熱能，最終實現鋼板加熱的效果。

2 電磁感應加熱技術在鋼板預處理涂料干燥上的應用方案

目前電磁感應加熱技術在鋼板預處理線上主要應用于鋼材噴涂前的預熱，電磁預熱裝置設置于鋼板預處理線拋丸室與噴漆室之間，靠近噴漆室。鋼板通過拋丸預處理工序后，預熱裝置在涂料噴涂前對鋼板進行預熱，預熱處理后的鋼板表面溫度預熱至40℃以上，通過噴涂后，鋼板表面涂料能在1min 內自然干燥，干燥后漆膜厚度約為10μm-15μm。

3 電磁感應加熱技術在鋼板預處理涂料干燥上的應用特點

電磁感應加熱技術應用于鋼板預處理涂料干燥是一項新型烘干方案，傳統涂料烘干方案是采用紅外線預熱+烘干室天然氣烘干。

結合實際運用情況，鋼板預處理線采用電磁感應加熱工藝相對傳統烘干加熱工藝具有干燥效率高、工藝流程簡單、使用成本低、維護保養方便特點。

3.1 干燥效率高

采用電磁感應加熱裝置預熱后，鋼板噴涂后1 分鐘左右自然干燥，可替代現有烘干功能，縮短烘干室尺寸，取消加熱設施，只保留通風及廢氣處理設施。

3.2 工藝流程簡單

電磁感應預熱烘干方式簡化了水性涂料的干燥工藝。干燥工藝由原來“預熱+燃氣烘干+吹風”的方式變為“預熱+自然干燥”。見圖1、圖2。

采用電磁預熱方案后，鋼板預處理線烘干室的尺寸可以由現在的15m-20m 縮短至8m 左右，能夠釋放出一部分生產場地。

3.3 使用成本低

以板厚2mm、寬度1250mm 的鋼板預處理按照板材預處理線采用電磁感應預熱方案和紅外線預熱+天然氣烘干方案進行使用成本分析。（其中電能單價為0.9 元/度，天然氣單位為3.7 元/m?）

3.3.1 采用電磁感應預熱方案使用成本

①裝機功率：電功率：280kw（其中電磁預熱約250kw，水冷約30kw），熱功率無。

②設備滿負荷運行時每條線的能耗費用為：280 ×0.9 = 252元/h

③考慮到電磁感應預熱技術可實現智能化控制，能根據板寬及板厚情況自動調節功率大小，且無鋼板通過時可停止加熱，實際運行中不是持續滿功率運行。因此在綜合運行過程中，鋼板預熱時預熱裝置能耗，需考慮無鋼板通過（預計節能效率90%）及生產連續性不高（預計節能效率80%）等因素。

鋼板預處理為例冬季氣溫接近0℃時（加熱鋼板溫升達到40℃）運行平均功率約150kw。

則每條線的能耗費用為：（30 + 150 ）×0.9 × 0.8× 0.9 =110.16 元/h

在夏季30℃氣溫下（加熱鋼板溫度達到45℃）的使用平均功率約80kw 左右，則每條線的能耗費用為：（30 + 80 ） × 0.9× 0.8× 0.9= 71.28 元/h。

3.3.2 紅外線預熱+天然氣烘干方案使用成本

采用紅外線預熱+天然氣烘干方案時能耗主要是裝機電功率消耗和燃氣消耗，具體成本計算如下：

①裝機功率：電功率：75kw（預熱約65kw，吹風裝置約10kw），熱功率：550kw（額定天然氣流量為55m3/h）。

②設備滿負荷運行時每條線的能耗費用為：75 × 0.9 + 55 ×3.7 = 271 元/h

③熱風烘干室實際運行時，有保溫和加熱兩個狀態，保溫階段功率要小，不是全過程滿負荷運行。參照現場跟蹤數據估計，冬季氣溫接近0℃時的天然氣消耗量約35m3/h 左右;則每條線的能耗費用為：75 × 0.9 + 35 × 3.7= 197 元/h

夏季30℃氣溫時預熱裝置不用，天然氣消耗量為20m3/h 左右，則每條線的能耗費用為：10 × 0.9 + 20 × 3.7= 83 元/h

3.3.3 使用能耗對比分析

通過以上兩種方案能耗費用匯總可以得出，滿負荷運轉時，電磁預熱方案每小時節約19 元，每月節約6650 元。實際運行時，冬季電磁預熱方案每小時節約86.84 元，每月節約30394 元。夏季電磁預熱方案每小時節約11.72 元，每月節約4140 元。按月工作時間以每天兩班14h，每月25 個工作日計算。采用電磁預熱方案時，在實際運行過程中，每月能耗節約費用預計在4104-30394 元，每年節約費用預計在13 萬元左右。

3.4 維護保養方便

在維護保養方面，電磁感應預熱方案主要是電磁感應預熱裝置的維護保養，因加熱裝置采用模塊化設計，互換性強，維護保養方便，主要維護包括：橡膠輥、防護板、線圈、水冷電纜的定期更新及電機的維護保養。

紅外線預熱+燃氣烘干方案，主要是紅外線預熱裝置、烘干室加熱系統及吹風裝置的維護保養工作，主要維護包括：預熱紅外燈管、換熱器的清理及電機及風機的保養（軸承加油、更換皮帶等）。兩者維護保養費用基本持平。

4 電磁感應加熱技術在鋼板預處理涂料干燥上的應用注意事項

電磁感應加熱裝置采用電磁加熱技術，運用于鋼板預處理線鋼板噴涂前的預熱，根據其技術特點及運用環境，在應用時需注意以下事項：

4.1 裝機功率高

電磁感應加熱裝置采用電磁加熱，其加熱裝置裝機電功率較高，運用時需要考慮生產線電力擴容問題。

4.2 防火防爆

電磁感應加熱裝置中電氣設施及線路采用防爆電氣、密封及隔爆等措施進行防爆處理，達到GB50058《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》及GB19517《國家電氣設備安全技術規范》等標準的規定。

4.3 電磁輻射

電磁感應加熱裝置運行過程中產生電磁輻射。電磁輻射符合國家電磁輻射安全標準，達到GB 8702—2014《電磁環境控制限值》及GBZ/T 189.2-2007 中對工作場所電磁場的有關要求。

5 結論

電磁感應預熱技術應用于鋼板預處理線上，能夠解決水性預涂底漆難干問題，使其達到快干效果的同時，還具有簡化工藝、節省場地和節約能源等功效，切合目前的行業需求，具有較好的推廣應用價值。

參考文獻：

[1] 劉彥旭， 劉保國. 電磁加熱技術在機械加工中的應用[J]. 現代制造技術與裝備， 2016（4）：95-96.

[2] 秦工，李昭.基于金屬薄板的電磁加熱理論模型的研究。《CNKI;WanFang》，2006.

（中車長江集團科技開發分公司工藝研究所，湖北 武漢430212）