Индукционный нагрев неметаллов применяется ограничено. Для обеспечения оптимальных условий по затратам энергии и времени необходимо, чтобы нагреваемый объект проводил электричество, иначе в нем не образуются вихревые токи.
Исключение составляют материалы, проводимость которых увеличивается с ростом температуры, например, стекло. Поэтому индукционный нагрев материалов, которые не проводят электрический ток, осуществляется опосредованно.
Электропроводимость стекла растет с повышением температуры. Поэтому начальные стадии расплавления в индукционных печах происходят за счет тепла, выделяемого тиглем, а затем температура растет за счет индукции в стекле.
В роли примера применения такой технологии может выступить установка для плавления, перемешивания и экструзии некоторых видов полимеров. Труба, выступающая в роли корпуса установки, помещается в магнитное поле индуктора, и нагревается. В зависимости от частоты тока, подаваемого на индуктор, нагревается и перемешивающий шнек. Полимерная масса плавится, и подается в сопло экструдера.
В этой и других областях косвенный индукционный нагрев более предпочтителен благодаря:
- эффективному использованию энергии;
- соображениям безопасности труда и окружающей среды;
- значительному потенциалу автоматизации управления нагревом;
- возможности локального нагрева и прочим факторам.
Так, именно индукционные установки используются для подогрева перекачиваемой нефти с высоким содержанием парафина и других вязких жидкостей. В сравнении со сжиганием топлива или паровым подогревом индукционный нагрев более экономичен и безопасен даже в сравнении с нагревом сопротивлением.
Особенности процесса
Косвенный индукционный нагрев используется для разных типов обработки различных не токопроводящих материалов: полимеры, жидкости, соли и прочие. Они служат для снижения вязкости, сушки, полимеризации, спекания порошков и других процессов в нефтеперерабатывающей, пищевой, химической и других областях промышленности.
Тело промежуточного нагрева
Главная особенность индукционного нагрева материалов с низкой проводимостью заключается в наличии тела промежуточного нагрева. Такое тело обязательно должно быть изготовлено из металла с включением железа.
Многообразие форм индукторов и возможность изготовления различных тел из сплавов железа привело к появлению различных типов установок косвенного индукционного нагрева:
- Две концентрических трубы или пучок труб внутри цилиндрического индуктора.
- Тигель или другая электропроводящая емкость внутри индуктора.
- Нагрев материала в устойчивом к высоким температурам тигле с помощью объекта из сплава железа, помещенного в материал.
- Ферромагнитная оправка, помещенная в спираль индуктора, через которую проходит обрабатываемый материал.
Индукционный нагрев труб, за счет теплового излучения стенок, может использоваться для подогрева текущих жидкостей или других объектов, помещенных в полость трубы. Тигли в установках косвенного индукционного нагрева используются реже, в основном в лабораториях.
Распределение температур в нагреваемом веществе
Вторая отличительная черта косвенного индукционного нагрева — профиль распределения тепла в материале. Температура тела промежуточного нагрева повышается за счет вихревых токов, после чего тепло передается нагреваемому объекту путем излучения и конвекции (в зависимости от конфигурации установки).
Даже при такой модели передачи тепла индукционный нагрев может быть экономнее обогревателей сопротивления, паровых или топливных.
Поэтому во время проектирования установок косвенного индукционного нагрева учитывают профиль распределения тепла в нагреваемой среде. Для получения оптимального распределения определяют конфигурацию тела промежуточного нагрева, материал, из которого оно изготовлено, параметры питающего тока и другие.
Например, в патентованной установке для пастеризации молока обрабатываемый продукт находится между двух концентрических емкостей, помещенных в индуктор. Благодаря вихревым токам стенки емкости нагреваются, и передают тепло молоку.
Без внутренней емкости молоко в центральной части объема не успевало бы нагреваться, и требуемые условия обработки не были бы соблюдены. Подобным образом действуют и установки для подогревания нефти.
Таким образом, косвенный индукционный нагрев представляет собой оптимальный вариант низкотемпературной обработки различных материалов. Не подходит только для использования в условиях, исключающих наличие сильного электромагнитного излучения.
Косвенный индукционный нагрев: достоинства и недостатки
| Достоинства | Недостатки |
| Компактный индуктор устанавливается непосредственно в месте, требующем нагрева. | Громоздкие источники питания ограничивают использование в передвижных комплексах. Установкам низкотемпературного индукционного нагрева часто не требуется система охлаждения. |
| Высокий коэффициент полезного действия даже с учетом нагрева промежуточного тела. | Сложность настройки и ремонта из-за высоких требований к параметрам питающего тока. |
| Гибкость формы индуктора и возможность изготовления сменных индукторов для выполнения разных процессов. | Более высокая стоимость оборудования. |
| Более высокая безопасность для персонала и окружающей среды в сравнении с другими технологиями нагрева. | |
| Точное управление интенсивностью, локализацией и другими параметрами нагрева. | |
| Высокая скорость нагрева. |
Достоинства установок косвенного индукционного нагрева оправдывают высокую стоимость оборудования и сложности в его ремонте и обслуживание. Использование технологии обеспечивает экономию на электроэнергии, повышает скорость производства и качество продукции.