新型电磁加热解冻装置的研制

李丽绒

(西山煤电(集团)有限责任公司技术中心，山西 太原 030053)

·试验研究·

新型电磁加热解冻装置的研制

李丽绒

(西山煤电(集团)有限责任公司技术中心，山西 太原 030053)

针对冬季铁路煤炭运输，卸载煤炭后车底仍残留厚厚的一层煤水冻结混合物，车底难以清理的难题，通过深入研究电磁加热的原理及其特点，论证采用低频感应电磁加热技术研制解冻装置对车底进行加热，使车底煤水冻结混合物软化，可以达到在规定时间内将其清理干净的目的，并且极大地减轻了工人的劳动强度，降低了煤炭运输环节的成本，具有极大的推广应用价值。

电磁加热技术;装置;解冻;清理

1 问题的提出

煤炭的主要运输途径为铁路运输。近年来，铁路货运部门对火车车皮的管理相当严格，煤炭装车前必须将冻车底清理干净后，方可装车，且装车时间必须在90分钟内完成，否则需向铁路方面交纳延时使用费用，既耽误煤炭产品运输，又增加产品成本。常温下，清理工作都能在规定时间内完成，保证装运工作的顺利进行。但是，在严寒的冬季，用车皮装运含水的散装料，如开采出的原煤、洗选加工后的精煤及铁矿粉、水沙等，卸载后车底仍残留厚厚的一层混合物，给清理车底造成了极大的困难。

目前，西山煤电集团某选煤厂现有2股道装车，每股道可容纳13节车皮，清理冻车底为人工清理，为了按时清理完冻车底且保证装运工作顺利进行，需要大量人工且耗时较长，劳动强度较大，还可能出现煤质事故，这不仅浪费大量的时间，而且还要消耗大量的资源。公司曾经采用较为普遍的电热圈发热，通过传导的方式把热量传到残留物上，而这样只有内侧的热量传导到残留物上，外侧的热量大部分失散到空气中，存在热传导损失，另外电阻丝加热还有一个缺点就是功率密度低，安全性能差。因此，研制新型电磁加热解冻装置进行冻车车底清理，具有很大的实用价值和推广意义。

2 电磁加热装置的设计

2.1 电磁加热的加热方式

电磁加热技术英文缩写为:IH，即Induction Heating，同时也称诱导加热技术，是一种新兴的电能利用方式，其加热过程是通过电磁场直接作用于被加热导体，加热效率可达90%以上，大大高于传统的加热方式。利用高频电压或电流来加热通常有两种方法:

1)电介质加热

利用高频电压加热，加热原理如图1所示。

图1 电介质加热示意图

当高频电压加在两极板层上，就会在两极之间产生交变的电场。需要加热的介质处于交变的电场中，介质中的极分子或者离子就会随着电场做同频的旋转或振动，从而产生热量，达到加热效果。

2)感应加热

利用高频电流感应加热。感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果，如图2。

图2 感应加热示意图

2.2 电磁感应加热的频率区分

1)低频感应加热。频率范围:工频(50 Hz)至1 kHz左右，常用的频率多为工频。相对加热深度最深，加热厚度最大，约10～20 mm。

2)中频感应加热。频率范围:一般1 kHz至20 kHz左右，典型值是8kHz左右。加热深度、厚度约3～10 mm。

3)超音频感应加热。频率范围:一般20 kHz至40kHz左右(因为音频频率为20 Hz至20 kHz，所以称它为超音频)。加热深度、厚度，约2～3 mm。

4)高频感应加热。频率范围:一般40 kHz至200 kHz左右，常用40 kHz至80 kHz。加热深度、厚度，约1～2 mm。

2.3 电磁加热装置设计

根据冻车车底的实际情况和电磁感应加热频率的功效，选择高频电压低频感应加热来研制清理装置。为了方便工人的携带和使用，电磁加热装置设计成:长×宽×高=90 cm×60 cm×15 cm的长方体形状，外面是绝缘隔热装置，板面上是电阻率适中的耐高温材料，背面增加一个把手。电磁加热装置简易图见图3所示。

图3 电磁加热装置示意图

3 电磁加热装置的工作原理及特点

3.1 电磁加热装置的工作原理

电磁加热装置的工作原理是通过由整流电路将50/60 Hz的交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为20～40 KHz的高频电压，高速变化的电流流过线圈会产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过导磁又导电材料底部金属体内，产生无数的小涡流，使材料本身自行高速发热，然后再加热器皿内的东西。电磁加热装置工作原理图见图4。

3.2 电磁加热装置的特点

电磁加热装置与传统电阻加热设备相比具有以下特点:

图4 电磁加热装置工作原理图

1)寿命长。电磁加热因线圈本身基本不会产生热量，寿命长，无需检修，无维护更换成本;加热部分采用环形电缆结构，电缆本身不会产生热量，并可承受500℃以上高温，使用寿命高达10年。不需维护，后期基本无维护费用。

2)安全可靠。导磁导电材料经高频电磁作用发热，热量利用充分，基本无散失。热量聚集于加热体内部，电磁线圈表面温度略高于室温，可以安全触摸，无需高温防护，安全可靠。

3)高效节能。采用内热加热方式，加热体内部分子直接感应磁能而生热，热启动非常快，平均预热时间比电阻圈加热方式缩短60%以上，同时热效率高达90%以上，在同等条件下，比电阻圈加热节电30～70%，大大提高了生产效率。

4)准确控温。线圈本身不发热，热阻滞小、热惯性低，料筒内外壁温度一致，温度控制实时准确，明显改善产品质量，生产效率高。

5)绝缘性好。电磁线圈为定制专用耐高温高压特种电缆线绕制，绝缘性能好，无需与导热材料直接接触，绝无漏电，短路故障，安全无忧。

4 电磁加热装置的应用效果

该厂在使用新型电磁加热装置后，在3～5 min内就能使车底煤水冻结混合物软化，极大地提高了冻车车底的清理速度，达到在规定时间内将其清理干净的目的，减轻了工人的劳动强度，降低了煤炭运输环节的成本，经济效益显著，取得了良好的应用效果。

5 结论

针对冬季铁路煤炭运输，卸载煤炭后车底仍残留厚厚的一层煤水冻结混合物，车底难以清理的难题，通过深入研究电磁加热的原理及其特点，采用高频电磁低频感应电磁加热技术开发研制了对车底进行加热的装置，使车底煤水冻结混合物软化，可以达到在规定时间内将其清理干净的目的，并且极大地减轻了工人的劳动强度，降低了煤炭运输环节的成本，具有极大的推广应用价值。

The New Type of Thaw Device of Electromagnetic Heating Technology

Li Li－rong

In connection with the problem which in winter railway coal transportation，after unload coal the underneath of railway wagon still remain a thick covering of freezing coal and water mixture，hard to clean up.Through in－depth studying the electromagnetic heating principle and features，demonstrates with low frequency induction electromagnetic heating technology develop thaw device for heating underneath of the railway wagon，the freezing coal and water mixture in the underneath softening，can reach the purpose within the prescribed time clean up，and greatly reduces the labor intensity of the workers，lowers the cost of coal transportation link，has great application value.

Electromagnetic heating technology;Equipment;Thaw;Cleaning up

TD402

A

1672－0652(2012)08－0036－03

2012－06－18

李丽绒(1971—)，女，山西芮城人，2009年毕业于太原科技大学，工程师，主要从事机械制造及工艺设备的研发工作(E －mail)llr6217754@163.com