电磁感应器加热技术的应用

随着科技与现代技术的发展，越来越多的物理原理得到了应用，并在诸多工业生产中发挥着自身的作用。电磁感应加热技术是当下发展最为迅猛的一种加热技术，以法拉第电磁感应定律为基础，可以在机械行业中逐渐取代传统的火焰加热、红外辐射加热等。另一方面，电磁感应加热有着加热速度快等优势，其加热温度和加热时间均可以被人为控制，因此在船舶、油气运输、石化加工以及金属冶炼等诸多领域都有着成功的实践。与传统的电热丝加热等技术比较，电磁加热的能量转化率较高，解决了高温加热、超大功率加热困难钝刀等技术难题。

1 电磁感应及其本质

电磁感应现象，就是在变化磁场当中用导体切割磁感线进而产生磁通量的变化，使得导体两端产生感应电动势。当导体为一个闭合回路时，感应电动势会令导体中的电子产生定向移动，形成感应电流，这就是电磁学领域中最伟大的成就之一——电磁感应现象。

2 电磁感应加热的原理

以法拉第电磁感应定律为核心应用的电磁感应加热技术，其原理是利用高频的交变电流在通过线圈磁场时，会使得金属工件产生涡流，一般为多层的环状金属工件。这些金属工件即为需要加热或在其中，金属作为电的良导体电阻值很低，所以其产生的感应电动势较低可以产生很强大的涡流，每一层环状通路都可以发热，层层叠加使得金属工件能在短时间内产生巨大的焦耳热，之后金属工件整体就会有很大的温度提升，完成一个自发热过程，这也正是其加热效率高的原因。电磁感应加热利用的就是电流的做功过程，将电能转化为被加热体本身的内能，使被加热件的温度升高，从而达到加热的目的。涡流的形成示意如图1所示。

图1：涡流产生示意图

3 电磁感应器加热技术的实际应用

3.1 电磁加热工艺在热处理中的应用

电磁加热必需的是变化的磁场，加热系统需要通过整流电路与电压转换电路，将常用的交流电整流成直连电流，再经过AC/DC转换电路，转换为10k～100kHz的电流输送到感应器中，就可以产生变化的磁场。电磁加热过程中的铁磁性材料放置在电磁场中，其内部就会产生感应电涡流并发热，从而达到塑料颗粒加热的目的。由于产热效率很高，过量的热量会在器件中淤积，自身产热也是较大部分，需要及时散开，否则将会出现烧坏器件系统的现象，图2的空心绕制结构可以有效解决过热问题，可在外部添加冷却循环系统，对感应器进行实时冷却。

图2：电磁加热系统

3.2 电磁加热工艺在石化能源中的应用

作为21世纪十分重要的燃料资源，页岩油以及其上方的可燃气体的需求量在全球范围大幅度提高，需要人们对其大量开采。而电磁加热正是因为其具备加热快，升温无明显梯度且受热十分均匀等优势，使得在油页岩开采过程中十分依赖该技术。与常规加热开采的方法相比，电磁加热后所得的油烃类含量更高，杂质硫氮元素含量少，产品纯度较高。经过生产经验积累可知，产品通过电磁加热后，能够较大程度上提高提纯工艺效率，节省了巨大的人力、物力与时间。

4 结语

各个领域的科技发展互相推动与促进，使得生产技术飞速进步。传统的加热方式通常是利用电热圈来加热，通过接触传导，实现被加热体的加热过程。但是这个过程有大量的热量是散发到空气中的，热量的利用率较低。电磁感应加热提高了加热效率降低了热量损耗，提高了加热速度，诸多优势使得其逐步取代传统加热方式的地位。在生产领域中，诸多设备的电源模块，循环冷却装置以及控制器都要耗能产热，尤其在较大型的设备中，资源消耗量是巨大的，通过电磁加热的方法可以显著提升生产力；在工业产品生产中，电磁加热可以提高产品纯度，进而提升产品质量和生产效率；在冶金矿产领域中，电磁加热可以有效防止金属产品表面氧化的现象。总之，电磁加热技术能够较大程度上提升生产效率，为多领域发展提供便利，在未来，期待电磁加热在新的领域中发挥出自身的更大作用。