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来自:连云港市安美特照明电器厂 发布日期:2013/7/2 浏览统计:2840
工业用红外加热,在我国已有近30年历史,主要是电红外加热。绝大多数用于表面涂装行业的加热和固化。传统的加热工艺,都是在额定的温度下持续15—30min,加热炉的长度大部分比较长,而且存在着热效率低,能耗高,维修和管理不方便等问题。应用高红外加热技术,仅用50%—70%的装机功率(热风或远红外加热),固化时间可缩短至30—180s,加热炉的长度仅为传统的1/5—1/10,综合节约资源及能源70%以上,重新改写了传统的加热固化工艺,堪称涂装固化的一次革命。
二、高红外简介
高红外可以解释为高强度、高能量、高密度的红外辐射。其热源的功率密度达15—25W/Cm²,因此,它有高能量的输出,红外辐射能达86%以上,而且,热源在接通电源3—6秒,即可达到最大的辐射能输出状态,热响应快是前所未有的。
高红外包括三种热响应:
1700——2200℃  短波快速响应
600——800℃   中波中等响应
600℃以下     长波和缓反应
以上可以看出,高红外提供了短波、中波、长波的辐射能量,因此又可称为全波段红外辐射。
三、高红外快速加热机理
1、高红外快速加热机理
首先,从红外加热机理来分析,红外加热或称之为辐射加热是指能量的传递是以电磁波的形式和光的速度来进行的,不需要任何介质,因而传递速度比其它加热方式为迅速。在电磁波中有可见光、X—射线、无线电波和Y射线,图1所示为电磁辐射光谱及波长。
Y射线X—射线紫外线可见光红外线无线电波
 
                  短波    中波   长波 
远红外加热已被人们所熟悉,早在70年代,日本学者细川秀克提出了远红外加热的匹配吸收理论,这是自1873年英国人发现了热线即红外线以来首次上升到理论上来,在红外加热领域引起了极大的震动,时至今日,很多人仍局限在匹配辐射与匹配吸收单一追求上。所谓匹配吸收是指发射体的光谱与吸收体的光谱相一致。从而达到最大程度的吸收,此时加热效率最高。这一理论的提出,对红外加热技术的发展起到了一定的推进作用。传统的匹配吸收(或是远红外讲的匹配吸收),主要是指波长匹配,从波长匹配来讲,远红外认为:可见光愈少,其匹配吸收愈好,但此时加热元件的温度较低,辐射能量较弱,虽然波长匹配,但加热效果并不理想。
通过研究我们发现,热交换形式不外乎三种——传导、对流、辐射。在连续生产的工业流水线窑炉内,热源体和工件相互接触传导换热几乎不可能,对流传热是靠加热空气利用空气的热量来加热工件,这样热效率低浪费能源,又易造成灰尘对工件的污染,高红外技术是直接将能量以辐射的形式来加热工件,因此具有较高的热效率。
此外,热量的传递是从温度高的物体向温度低的物体传递的,温差愈大,传递速度愈快,我们从高红外、远红外、热风三种方式热源温度加以分析。
高红外加热热源体温度:2200℃
远红外加热热源体温度:1000℃
热风热源体温度:200℃
工件温度:20℃
由此可以看出高红外加热,热源体与工件的温度梯度较大,其传递速度更迅速。而热风加热接近工艺温度时,热传递将急剧下降。
从传热学得知任何辐射元件都是以两种方式提供能量,即对流能和辐射能,从物理学定律得知,辐射能与加热元件的温度四次方成正比,若想获得较高的辐射能,元件的温度愈高愈好,而高红外元件热源体的温度达2200℃,元件自身的辐射能大于86%,因而可以提供高强度辐射能量。
2、二次红外发射机理
加热元件背面的反射罩将起到二次反射的作用,对于管状红外加热元件,背面加装反射罩是必要的,传统的反射罩材料通常采用铝或不锈钢,由于粉尘污染,铝反射罩使用一段时间后失去了反射的效果,加热效率明显降低(不锈钢亦如此)。对此我们采用了陶瓷纤维反射装置。陶瓷纤维导热率低(类似于岩棉的导热系数),而红外吸收率高(吸收率=发射率),将加热元件背面所发射的辐射能吸收后再定向辐射到加热物体上,形成二次红外发射。反射罩温度达500℃以上时,有害气体将被烧掉。
采用高红外元件和陶瓷反射罩组成的加热系统,钨丝短波发射温度2200℃,石英加热管发射温度为800℃的中波范围,陶瓷反射板为600℃发射的长波,在此温度,反射罩可以自洁。
所以该加热系统具有短波、中波、长波全波段红外辐射,因而与被加热物体实现全波段的匹配吸收,使加热和固化的时间极大地缩短。
3、高红外快速加热质量
高红外属全波段红外辐射加热。其中,具有高能量的短波粒子,可以轻易穿透几十微米厚的涂层,直达基体,使基体表面首先升温,与涂饰物产生很好的润湿融合作用,达到牢固结合。少量经与基体碰撞漫反射回来的粒子,已不具备再次冲出涂层的能量,被贴近基体的涂层所吸收。中波粒子能量更低,只能使涂层浅表面受热。由于三种粒子具有的能量为E短>E中>E长,所以整个涂层的温升和固化,都是由内向外,由里及表逐次进行的。这样就有效的避免了由于加热方法不当,引起涂层表面先受热,半交联固化,内部挥发物冲破表皮,产生针孔、鱼眼、桔皮等现象。从而确保涂饰质量。
4、远红外匹配的缺憾
物质由分子组成,不同温度下的分子有不同的振动状态和振动能级。常温下,分子几乎都呈基态,因此各种物质都有自己固有的振动吸收光谱——基频吸收光谱。此时相对基频吸收搞匹配辐射使物质升温,是正确的,有效的。但除基频吸收外,物质还有和频吸收、差频吸收、倍频吸收、组频吸收……。虽与基频比相对较弱,但如全部不预考虑,无疑也是一大损失。且受热后的分子振动模式、振动状态、振动能级都发生变化,此时仍投以只与基频吸收相匹配的辐射,显然已不再匹配。
另外,基频吸收属低振动态的共振吸收,经其它模式上转移能量十分困难,只能通过分子间的相互碰撞来传递。共振传递能量历时约10 秒,而碰撞传递则要大几个数量级。所以远红外加热不可能有随机匹配,也不可能有较高的加热速度。
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