[发明专利]一种多功能高温微波金属熔炼设备

说明书

本发明公开一种多功能高温微波金属熔炼设备，包括电源系统、控制模块、微波源、微波反应腔体、吸波加热容器、测温装置、出料装置，微波反应腔体为不少于五面的奇数面体金属结构，微波反应腔体与设备机架固定连接，微波反应腔体各侧壁分别设有微波源，微波源通过控制模块与电源系统连接，微波反应腔体顶部设有密封炉盖，炉盖设有与控制模块信号连接的测温装置，微波反应腔体的底部设有与其固定连接的腔体底板，腔体底板的中心位置设有通孔且下部设有出料装置的升降底座，吸波加热容器设于穿过腔体底板的通孔并置于升降底座上的透波保温套筒内。本发明具有结构简单、热效率和加热速率高、加热均匀性好、适用面广、节能降耗的特点。

技术领域

本发明属于工业炉技术领域，具体涉及一种结构简单、热效率和加热速率高、加热均匀性好、适用面广、节能降耗的多功能高温微波金属熔炼设备。

背景技术

金属熔炼是将金属材料及其它辅助材料投入加热炉熔化并调质，炉料在高温炉内发生一定的物理、化学变化，产出粗金属或金属富集物和炉渣的火法冶金过程。在金属熔炼过程中，选择高效清洁的熔炼设备具有重要意义。传统电加热炉能耗高、规模大、加热效率低、加热时间长，不能满足当前清洁、高效、节能、便捷的生产模式。电磁感应加热熔炼炉虽然加热快速高效，但功率大、能耗高，且仅限于导电物料，存在一定的不足。随着冶金与材料工业的技术进步，传统的金属熔炼及合金制备工业不能满足高效、节能、环保以及灵活的生产模式需求，开发新型清洁、高效、环保及便捷的熔炼装备，对改善传统金属及其合金熔炼模式，推动该领域技术进步具有重要的现实意义。

微波加热作为一种绿色高效的加热方法，是新近发展起来的加热技术，与常规加热方法相比，具有非接触式直接加热、升温速率快、反应时间短、易于自动控制、可降低化学反应温度等优点，符合工业加热设备高效、清洁、易于自控的发展方向。然而，目前国内外微波加热设备主要集中在低温加热应用方面，如食品处理、木柴干燥、橡胶硫化等，高温微波加热熔炼设备的应用较少。

微波高温加热技术是指利用微波能量将材料加热到400℃以上，并对材料进行烧结、合成、改性或者热处理的一类技术。目前，高温微波加热熔炼设备要达到工业应用标准，提高高温微波加热熔炼设备微波功率是主要途径，包括增大单个磁控管的功率及多微波功率源功率合成技术。但是，由于大功率磁控管一方面生产成本高、价格昂贵，而且对电源配备、冷却系统等方面的要求高，维护也不方便，不利于高温微波加热熔炼设备的推广应用；另一方面，受高功率微波的物理产生机制以及器件工艺结构等限制，单个磁控管的微波功率也很有限，难以满足工业加热的功率需求。另外，由于小功率磁控管组合成的大功率微波反应器的效能低，而其主体主要采用由金属壁封闭的矩形谐振腔结构会由于腔体构造不合理和磁控管安装位置不合理，造成各磁控管发出的电磁波相互干涉抵消、磁控管寿命大幅缩短，而且磁控管的功率输出受反射波谐振的影响而不稳定，微波场场强的分布不均匀导致加热不均匀。为了降低小功率磁控管组合对矩形谐振腔结构和磁控管安装位置的高要求，部分高温微波加热熔炼设备采用单向设置多个小功率磁控管的组合，然后通过转动托架来带动加热物料转动，使加热物料各部位均匀吸收微波以避免局部过热，但却存在整体微波功率小，从而只能加热小体积的物料；或者采用大功率磁控管及其组合，又会存在整体成本高、配套设施要求高、维护不便的弊端；而且加热过程中存在活动机械部件还会降低整体的可靠性。此外，也有采用隧道式串联多个磁控管的方法来降低对矩形谐振腔结构和磁控管安装位置的要求，但也存在着单一加热功率小，造成仅适用于小体积物料的加热且加热速度慢，而过于分散的磁控管设置又会造成反应器结构复杂、散热面积大的缺陷。高温微波加热熔炼设备中谐振腔内的微波能量分布不仅与微波源、波导、谐振腔的结构及尺寸等因素密切相关，而且不同加热物料的电磁特性热物性参数差异较大，加热工艺也不尽相同，因而对于给定的物料需要设计专用的高温微波加热熔炼设备，使得高温微波加热熔炼设备难以成为一种通用型设备。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题及不足，提供了一种结构简单、热效率和加热速率高、加热均匀性好、适用面广、节能降耗的多功能高温微波金属熔炼设备。