电磁感应技术在单螺杆挤出机上的应用探析

杨东斌

【摘 要】在充分研究了我国塑料产业发展的基础之上，对比分析了常见的塑料挤出设备加热系统加热方法（传统加热方法和电磁加热方法）的不同，进一步分析了电磁加热技术对塑料加工行业的贡献及发展前景。

【关键词】挤出机；电磁加热；探析

0 前言

我国塑料产业在近几年呈现出快速稳步的发展态势，就目前的形势而言，塑料产业已经成为了我国经济发展的新支柱产业之一。塑料制品已经不再是简简单单地满足于民生需求而是发展为一种全新的配套模式，这就实现了从简单的消费品到生产资料领域的一个重大转型，成为集新材料、新工艺、新技术、新装备为一体的新型制造业。据中国报告大厅发布的2016-2021年中国塑料制品行业市场供需前景预测深度研究报告显示，为了避免“先污染、后治理，边治理、边破坏”现象的再次出现，塑料制品企业必须以创新、绿色、循环、低碳发展为导向，以保护生态环境、治理环境污染为核心，通过结构的调整、加强创新和有效的控制资源环境从而真正的实现清洁生产。

单螺杆挤出机是塑料加工行业常见的一种塑料挤出设备，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统三部分组成，如图1所示。挤压系统包括加料装置、螺杆、机筒和机头等部分；传动系统则是将动力传递给螺杆，通过螺杆的连续旋转把机筒内的熔融物料连续不断向前推送和挤压；加热冷却系统包括加热系统和冷却系统两部分结构，加热系统是为了把机筒内的物料融化，达到工艺操作所需要的温度[1-2]；冷却系统则是为了保证物料处于加工的工艺温度范围内。挤压系统和加热冷却系统是塑料实现成型挤出的关键部分，其中加热冷却系统中的加热温度的平稳性等方面对塑料制品的质量起到关键的作用[3]。

图1 单螺杆排气挤出机结构图

1.机头；2.排气口；3.加热冷却系统；4.螺杆；5.机筒；

6.加料口；7.减速箱；8.止推轴承；9.润滑系统；10.机架

1 单螺杆挤出机加热系统现状

目前市场上的大部分单螺杆挤出机仍然采用电阻式加热圈，电阻式加热圈是基于电流电阻热效应来产生热量，并通过接触式传导的方式进行热量的传递，故需要将加热圈的内壁与机筒的外壁可靠且紧密接触才能将热能传递到料筒上。电阻式加热圈的优点是价格便宜，结构简单，故障率低等。但是，电阻式加热圈同样也有明显的缺点，因为是接触式传热，而单螺杆挤出机在高速运作过程中发生震动，影响普通加热圈的加热效率，从而带来能耗的增加，造成车间温度过高。

2 电磁加热原理及优势

电磁加热技术是将380V工频交流电通过整流后逆变成10～20KHz的交变电压，然后通过谐振电路线圈产生交变磁场，在机筒壁厚范围内产生涡流效应，从而实现了对物料的加热，其本质就是运用交～直～交电路将电磁能转变成热能[4]。

图2 电磁加热原理图

电磁加热技术的优点：

1）加热效率高：电阻丝式加热是塑料加工行业最为常用的加热方式，因为该方法产生的热量只能单面的进行传导，故至少有一半的热量耗散到周围环境中，导致周围环境温度的升高。电磁加热系统的加热线圈不与被加热物体直接接触，而且保温层处于中间可以起到隔热的作用，这样一来热量极大程度的被封锁在被加热物体中，电能的利用率得到了极大的提高。

2）加热速度快：电磁加热系统通过在被加热物体上产生涡流效应来对物体进行加热，相对于电阻丝式加热可以使物体很快的达到预设温度。

3）控制精度高：可以采用多种控制策略进行精确的功率控制，使被加热物体温度与预设温度相差不超过1℃[4-7]。

3 電磁加热系统应用分析

挤出机生产是一个比较复杂的过程，其中影响挤出机加热用电量的因素又有很多，如：使用的材料、塑料制品的规格、生产的班次、塑料制品的长度等等。在此，以Φ65挤出机生产直径Φ10mm以下的小规格电缆，材料为常用的低烟无卤、PVC和PE料为例。按每天3个班，每班8小时的生产班次计算。统计时参考各班次的产量，确定一个比较合理的班次。对Φ65挤出机的用电量按产品的材料来分类，按生产的班次来进行统计[7]。

结合实际的生产情况，Φ65挤出机的机筒加热区分为4段，三种材料的各段工艺加热温度是不同的，参考温度如表1所示。

对Φ65挤出机在生产过程中的用电情况进行统计归纳如表2所示。

结合表2中数据可见，对于同中规格型号的设备在正常生产同种规格塑料制品时，采用了传统加热技术的设备生产过程中所消耗的电能明显高于使用了电磁加热技术的设备。由此可见，电磁加热技术在节能方面具有明显的优势。

4 小结

综上所述，传统加热技术与电磁加热技术各有其优缺点，而在以节能减排、绿色发展为世界的主旋律的今天，电磁加热技术也迎来了一个发展的重大契机。尤其随着电力电子技术的进步，对于利用电磁加热技术制造的加热系统来说，其稳定性和效率都得到了提升[8]。由此可以预测，电磁加热技术以其优异的性能和极高的电能利用率会越来越受到塑料加工制造业的青睐，电磁加热必将给塑料制造业带来一次新的革命[8]。

【参考文献】

[1]张伟.塑编挤出机加热器节能改造（实例）[J].塑料包装，2010（4）：30-33.

[2]黄健.塑料挤出机加热方法的发展与探析[J].辽宁工业大学学报（自然科学版），2016（1）：20-22.

[3]杨宇怡，马越，秦荔.塑料挤出机电阻加热与电磁感应加热的对比应用与探讨[J].科技创新与应用，2012（18）：5.

[4]宋伟男.基于电磁加热的注塑机加热系统的开发与应用[J].科技视界，2016（6）：208+227.

[5]胡焌豪.电磁感应器加热技术的应用与研究[J].科技创新导报，2016（28）：50-51.

[6]王光才.电磁感应加热技术在塑料加工工业的应用[J].电力需求侧管理，2007，（6）：44-45.

[7]塑料机械中应加大应用电磁感应加热技术[J].国外塑料，2007（4）：83.

[8]曾秦华.电磁感应技术改造挤塑机传统加热及节电效果的统计分析[J].电子技术与软件工程，2013（22）：126.

[责任编辑：田吉捷]