CN101285654B - 微波烧结设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波烧结设备及方法，其包括加热箱箱体、设置在加热箱箱体内表面的保温隔热层、间隔设置在加热箱箱体外的多个微波发生器、设置在加热箱箱体内的测温系统及控制系统，所述微波发生器通过波导与加热箱箱体连接，还包括设置在加热箱箱体内的电炉丝加热器和水冷散热系统；所述控制系统与微波发生器、测温系统、电炉丝加热器连接；所述控制系统接收测温系统传送的加热箱箱体内实时温度，控制电炉丝加热器的启动和关闭，并控制和调节微波发生器的启动和加热功率。

Description

微波烧结设备及方法

技术领域

本发明涉及一种微波加热设备及方法，尤其涉及一种微波烧结陶瓷的设备及方法。

背景技术

传统的陶瓷制造工艺，一般包括五个阶段，原料备制、成型、上釉、装饰及烧成，其中烧成是决定陶瓷最终质量的关键工序。目前国内陶瓷烧成工序广泛使用的天然气窑炉和电阻式烧结炉，这两种烧结炉均利用发热体热量的辐射和传导，加热炉膛内的陶瓷材料；这种传统的烧结方式必须使整个炉膛的温度达到设定温度，才能完全加热炉膛内所有的被烧结陶瓷材料，炉膛的热能只能依靠陶瓷表面传入里面，而陶瓷导热性能差，烧结时间长，同时坯体里外温度上升的不一致，容易造成水分移动蒸发不一样，如果加热和冷却速度过快坯体里外层收缩不同面就会变形、开裂。据有关研究表明这种传统的加热方式会有80％以上的能量损失在周围环境中，是一种能耗非常大的加热方法，在能源日益危机的今天，现有烧结加热方式已严重制约我国陶瓷行业的发展。

针对以上这种情况，结合微波加热的原理，目前国内外已研制出用微波烧结陶瓷的设备及方法。所谓微波烧结是指用微波辐照来代替传统的热源，均匀混合的物料或预先压制成型的料坯通过自身对微波能量的吸收(或耗散)达到一定的高温，从而引发燃烧合成反应或完成烧结过程。由于它与传统技术相比较，属于两种截然不同的加热方式，所以微波技术将逐渐得到更为广泛的应用。

目前国内外出现了间歇式微波烧结方法及设备，中国专利03226766.5和03118018.3也提供了一种连续式微波烧结设备，包括进料机构、微波源、过渡波导、炉体、炉膛、出料结构、保温层、测温系统，微波辅助吸收材料，其进料系统、烧结炉体和出料系统呈上中下立式布置，可实现连续烧结，但由于其在微波源控制上无法进行调节，使炉膛温度不能满足陶瓷烧结过程中不同阶段需要不同温度的要求；其次，由于微波烧结在炉膛温度未达到要求温度时，加热速度很慢，这样就造成能源的不必要损耗；目前微波烧结设备由于均采用在微波发生器安装上排风扇进行散热处理，其散热效果有限，能耗很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种热效率高、节约能源的微波烧结设备及方法。

为完成上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的微波烧结设备，包括加热箱箱体、设置在加热箱箱体内表面的保温隔热层、间隔设置在加热箱箱体外的多个微波发生器、设置在加热箱箱体内的测温系统及控制系统，所述微波发生器通过波导与加热箱箱体连接，其特征在于，还包括设置在加热箱箱体内的电炉丝加热器和水冷散热系统；

所述控制系统与微波发生器、测温系统、电炉丝加热器连接；所述控制系统接收测温系统传送的加热箱箱体内实时温度，控制电炉丝加热器的启动和关闭，并控制和调节微波发生器的启动和加热功率。

进一步，所述的微波烧结设备，还包括与所述加热箱箱体的一端密封连接的进料系统、设置在加热箱箱体内的连续传送带、及与所述加热箱箱体的另一端密封连接的出料系统，所述连续传送带的两端分别与进料系统和出料系统衔接。

其中，所述水冷散热系统，包括进水管、出水管、及两端分别与进水管、出水管连接的多个分水管，该每个分水管缠绕在一个所述微波加热器的外表面。

所述测温系统包括设置在加热箱箱体内顶部的热电偶温度仪，与所述控制系统连接。

所述微波发生器的设置数量为10～20个/立方米，最优值为14个/立方米。

本发明提供提的微波烧结方法，包括如下步骤：

启动电炉丝加热器，将加热箱箱体内的温度加热到预定温度；

关闭电炉丝加热器，启动微波发生器，继续加热到烧结工作温度；

启动测温系统监测加热箱箱体内的温度，并控制和调节加热箱箱体内的温度；

启动水冷散热系统，对微波发生器进行水冷散热。

进一步，还包括将料坯连续送入加热箱箱体，高温烧结后，连续送出加热箱箱体。

所述微波发生器为多个，间隔设置在加热箱箱体外，通过波导与加热箱箱体连接，多个微波发生器设置为同时工作，或单独工作。

所述微波发生器的设置数量为10～20个/立方米，最优值为14个/立方米。

本发明提供的微波烧结设备及方法，通过在现有微波烧结设备中增设电炉丝加热器，在电炉丝加热器加热到预定温度后，再启动微波加热，有效克服了微波加热升温速度慢，浪费能源的问题；同时增设了水冷散热系统，与现有风扇散热方式相比，散热效率高，散热效果好；同时，本发明中将微波发生器设置为多个，根据加热功率的需要而组合开启数个微波发生器，以满足加热温度的需要，克服了现有技术微波源不能控制调节，炉膛温度不符合陶瓷烧结过程中不同阶段需要不同温度的要求，提高了陶瓷烧结的质量。

附图说明

图1是本发明微波烧结设备的结构示意图；

图2是本发明微波烧结方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的微波烧结设备，包括加热箱箱体10，该加热箱箱体10内表面设置有保温隔热层20，阻止加热箱箱体10的热量向外传导；加热箱箱体10外间隔设置有10～20个微波发生器30，该微波发生器30通过波导与加热箱箱体10连接，微波发生器30的数量最优值为14个；加热箱箱体10内还设置有测温系统40及控制系统，该测温系统40包括设置在加热箱箱体10顶部的热电偶温度仪41；加热箱箱体10内还设置有电炉丝加热器50和水冷散热系统60，该水冷散热系统60包括进水管、出水管、及两端分别与进水管、出水管连接的多个分水管，该每个分水管缠绕在一个所述微波加热器外表面。

本发明的设备还包括与所述加热箱箱体10的一端密封连接的进料系统70、设置在加热箱箱体10内的连续传送带80、及与所述加热箱箱体10的另一端密封连接的出料系统90，所述连续传送带80的两端分别与进料系统70和出料系统90衔接，进料系统70和出料系统90可采用链条式传动系统或滚道式传动系统。

本发明设备还包括控制系统，该控制系统与微波发生器30、测温系统40、电炉丝加热器50、水冷散热系统60连接；控制系统启动电炉丝加热器50，测温系统40检测加热箱箱体10内的温度并传送给控制系统，当温度达到预定温度时，控制系统关闭电炉丝加热器50并启动微波发生器30，控制系统根据测温系统40传送的加热箱箱体10内各段的实时温度，而控制微波发生器30开启的数量和功率，保持加热箱箱体内各段温度的恒定，以满足料坯在烧结过程各个过程对加热温度的要求。

与上述所述微波烧结设备相对应，本发明还提供一种微波烧结方法的实施例，包括如下步骤：

S201启动电炉丝加热器，将加热箱箱体内的温度加热到300℃；

首先，通过控制系统打开电炉丝加热器的开关，对加热箱箱体进行预加热，当温度达到300℃时，关闭电炉丝加热器；由于电炉丝加热器比微波发生器的加热升温速度快，能够使加热箱箱体内的温度很快达到烧结所需的环境温度，提高了能源的利用率，节省了烧结的准备时间，相对降低了生产成本。

S202关闭电炉丝加热器，启动微波发生器，继续加热到烧结工作温度；

然后，在关闭电炉丝加热器开关的同时，启动微波发生器，继续加热到烧结工作温度。

所述微波发生器设置的数量为10～20个/立方米，最优值为14个/立方米，间隔设置在加热箱箱体外，通过波导与加热箱箱体连接，多个微波发生器由控制系统控制，根据加热温度的需要，可以同时工作，或单独工作，也可以数个任意组合工作。

所述微波发生器可以设置为连续式和定时式两种工作方式；设置定时开关与控制系统连接，在需要定时工作时，按下定时开关按钮，微波发生器在设定时间内工作，到设定时间后停止工作。

S203将料坯连续送入加热箱箱体，高温烧结后，连续送出加热箱箱体；

将料坯从进料系统连续送入加热箱箱体，料坯在连续传送带上从加热箱箱体内的进料端向出料端一边传动一边烧结，到达出料端完成烧结，从出料系统送出加热箱箱体。

S204启动测温系统监测加热箱箱体内的温度，并控制和调节加热箱箱体内的温度；

在启动电炉丝加热器时，同时启动测温系统，监测加热箱箱体内各段的实时温度，并将实时温度传送给控制系统，以便控制系统在预定温度关闭电炉丝加热器，而启动微波发生器；并根据加热箱箱体内各段的实时温度状况，调节微波发生器开启的数量和功率，使加热箱箱体内各段的实时温度满足料坯在烧结各阶段的实际温度需要。

S205启动水冷散热系统，对微波发生器进行水冷散热。

在微波发生器开始工作后，控制系统启动水冷散热系统，对微波发生器进行水冷散热。

本发明的散热方式采用水冷散热，能够快速降低微波发生器外壳的热量，保证微波发生器的正常使用，延长微波发生器的使用寿命；现有技术中普遍采用的是风冷散热方式，散热效果不好，影响微波发生器的正常使用。

本发明微波烧结方法，通过控制系统启动电炉丝加热器，测温系统检测加热箱箱体内的温度并传送给控制系统，当温度达到预定温度时，控制系统关闭电炉丝加热器并启动微波发生器，控制系统根据测温系统传送的加热箱箱体内各段的实时温度，而控制微波发生器开启的数量和功率，保持加热箱箱体内各段温度的恒定，以满足料坯在烧结过程各个过程对加热温度的要求。

现有微波烧结设备中，普遍采用的是一个微波发生器作为加热源，只能调节整个炉膛的温度，而不能控制炉膛各部位温度的高低，因而，不能满足陶瓷烧结过程中不同阶段需要不同温度的要求；而本发明中采用多个微波发生器，而且多个微波发生器通过控制系统，能够组合工作，能够根据需要控制炉膛内各个部位的温度，从而克服了现有技术存在的问题。

本发明提供的微波烧结设备及方法，通过在现有微波烧结设备中增设电炉丝加热器，在电炉丝加热器加热到预定温度后，再启动微波加热，有效克服了微波加热升温速度慢，浪费能源的问题；同时增设了水冷散热系统，与现有风扇散热方式相比，散热效率高，散热效果好；同时，本发明中将微波发生器设置为多个，根据加热功率的需要而组合开启数个微波发生器，以满足加热温度的需要，克服了现有技术微波源不能控制调节，炉膛温度不符合陶瓷烧结过程中不同阶段需要不同温度的要求，提高了陶瓷烧结的质量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种微波烧结设备，其特征在于，包括加热箱箱体、设置在加热箱箱体内表面的保温隔热层、间隔设置在加热箱箱体外的多个微波发生器、设置在加热箱箱体内的测温系统及控制系统，所述微波发生器通过波导与加热箱箱体连接，还包括设置在加热箱箱体内的电炉丝加热器和水冷散热系统；

所述控制系统与微波发生器、测温系统、电炉丝加热器连接；所述控制系统接收测温系统传送的加热箱箱体内实时温度，控制电炉丝加热器的启动和关闭，并在关闭电炉丝加热器的同时启动微波发生器、控制和调节微波发生器的启动和加热功率。

2.根据权利要求1所述的微波烧结设备，其特征在于，还包括与所述加热箱箱体的一端密封连接的进料系统、设置在加热箱箱体内的连续传送带、及与所述加热箱箱体的另一端密封连接的出料系统，所述连续传送带的两端分别与进料系统和出料系统衔接。

3.根据权利要求1所述的微波烧结设备，其特征在于，所述水冷散热系统包括进水管、出水管、及两端分别与进水管、出水管连接的多个分水管，该每个分水管缠绕在一个所述微波加热器的外表面。

4.根据权利要求1所述的微波烧结设备，其特征在于，所述测温系统包括设置在加热箱箱体内顶部的热电偶温度仪，与所述控制系统连接。

5.根据权利要求1所述的微波烧结设备，其特征在于，所述微波发生器的设置数量为10～20个/立方米。

6.根据权利要求5所述的微波烧结设备，其特征在于，所述微波发生器的设置数量为14个/立方米。

7.一种微波烧结方法，其特征在于，包括如下步骤：

启动电炉丝加热器，将加热箱箱体内的温度加热到预定温度；

关闭电炉丝加热器，启动微波发生器，继续加热到烧结工作温度；

启动测温系统监测加热箱箱体内的温度，并控制和调节加热箱箱体内的温度；

启动水冷散热系统，对微波发生器进行水冷散热。

8.根据权利要求7所述的微波烧结方法，其特征在于，还包括如下步骤：

将料坯连续送入加热箱箱体，高温烧结后，连续送出加热箱箱体。

9.根据权利要求7所述的微波烧结方法，其特征在于，所述微波发生器为多个，间隔设置在加热箱箱体外，通过波导与加热箱箱体连接，多个微波发生器设置为同时工作，或单独工作。

10.根据权利要求7所述的微波烧结方法，其特征在于，所述微波发生器的设置数量为10～20个/立方米。

11.根据权利要求10所述的微波烧结方法，其特征在于，所述微波发生器的设置数量为14个/立方米。

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