CN104968065B - 一种大功率微波高温加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率微波高温加热装置，它包括微波能发生器、微波馈能系统、微波能应用腔体、腔体内部保温结构、炉门推车、排气系统。本发明提供的微波能发生器产生大功率微波能量，经过微波馈能系统，进入微波能应用腔体，作用于炉门推车上的物料；腔体内部保温结构保证腔内耐温1300℃、长时间1000℃的高温工作可靠；排气系统平衡腔体内部压力；测温装置测量物料温度。整个结构设计合理，操作方便，能耗低，加热效率高，加热均匀，应用范围广泛。

Description

一种大功率微波高温加热装置

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体涉及一种大功率微波高温加热装置，用于微波高温金属冶炼等工业生产。

背景技术

微波技术具有能耗低、反应时间短、操作简单、反应物产率增加等特点，引起科研机构和企业的广泛研究。自我国在红土镍铁矿上投资热情以来，随着镍铁资源的充足供应和红土矿资源价格的上涨，使得镍铁价格大幅度回落，采用传统的火法和湿法处理工艺冶炼镍铁的经济性差，同时也存在着能耗高、污染大、不适合处理镍品位低的红土矿等缺陷。据研究表明，采用微波技术还原红土镍矿，可以将传统的冶炼工艺温度大大降低，改变红土镍铁矿冶炼的传统工艺，不但可以提高红土镍铁矿的利用率，还可提高镍铁合金的质量。微波作为一种清洁能源，替代传统的方法，符合国家节能环保产业的政策，因此采用微波技术冶炼镍铁将成为一种研究趋势。大功率微波高温加热装置还可以用于其它的高温试验，如钛铁矿、锰铁矿、黄铁矿等矿石的冶炼，未来煤干馏项目、固态废物焚烧、含油污泥净化项目工作温度都在300℃-1300℃范围。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种结构设计合理，操作方便，加热速度快，加热均匀，能耗低，环保性强，应用非常广泛的大功率微波高温加热装置。

技术方案：为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：

一种大功率微波高温加热装置，它包括微波能发生器、与微波能发生器相连的微波馈能系统、与微波馈能系统相连的微波能应用腔体、安装在微波能应用腔体内的腔体内部保温结构、安装在微波能应用腔体上的炉门推车、排气系统和测温装置；

所述的微波馈能系统包括通过法兰依次连接的三端环形器、直波导、E面波导、过渡调配波导组合、石英玻璃法兰组合、水冷扩展波导组合；

所述的微波能应用腔体为矩形全金属微波谐振腔，微波能应用腔顶板为水冷顶板；微波能应用腔两侧上部各设有一排排气管道，用于连接排气系统；微波能应用腔左侧排气管道下方设有排烟孔和排烟管道，微波能应用腔左上部设置进风管；

所述的腔体内部保温结构内层为氧化铝砖，中间层为莫来石砖，外层为硅酸铝棉，三层保温材料紧凑堆砌，外层硅酸铝棉紧贴微波能应用腔体内壁；

所述炉门推车包括推车，推车轨道、焊接在推车上的炉门、焊接在炉门内侧下部的物料支架平台，所述的物料支架平台上和炉门内侧面上砌有莫来石空心球砖，所述的莫来石空心球砖上放置有用于盛放物料的坩埚；

所述的排气系统包括依次相连的高压风机、排气管道和静压箱，静压箱与微波能应用腔体侧面的排气管道连接。

作为优选方案，以上所述的大功率微波高温加热装置，所述微波能发生器产生微波能功率为20kW，频率为915MHz。

作为优选方案，以上所述的大功率微波高温加热装置，微波馈能系统一端的三端环形器与微波能发生器连接，微波馈能系统另一端的水冷扩展波导组合与微波能应用腔体连接。

作为优选方案，以上所述的大功率微波高温加热装置，所述微波能应用腔体背侧上部设有两个测温抑制套筒，两个测温抑制套筒内分别插入有第一测温装置和第二测温装置。

作为优选方案，以上所述的大功率微波高温加热装置，所述微波能应用腔体底部设有两条带滚轮的金属导轨，用于支撑炉门推车进入腔体内部；

所述的微波能应用腔体正面设有四个炉门压紧装置，用于压紧炉门推车。

作为优选方案，以上所述的大功率微波高温加热装置，腔体内部保温结构的顶部为圆拱形，腔体内部保温结构形状与炉门推车上莫来石空心球砖堆砌的形状匹配，形成整体物理密闭；

腔体内部保温结构左侧中上部位置设有矩形通孔，与微波腔体上排烟管相通，保证排烟管与炉膛直通，用于烟气排出。

作为优选方案，以上所述的大功率微波高温加热装置，第一测温装置为非接触式光学红外测温装置，测温范围为400~1600℃；第二测温装置为接触式热电偶测温装置，测温范围为0~1300℃，通过微波腔体背侧的两个抑制套筒插入腔体内坩埚里的物料中。

本发明提供的大功率微波高温加热装置，由微波能发生器、微波馈能系统、微波能应用腔体、腔体内部保温结构、炉门推车、排气系统、测温装置组成。微波能发生器产生大功率微波能量，经过微波馈能系统，进入微波能应用腔体，作用于炉门推车上的物料；腔体内部保温结构保证腔内耐温1300℃、长时间1000℃的高温工作可靠；排气系统平衡腔体内部压力；测温装置测量物料温度。

有益效果，本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

1、本发明提供的大功率微波高温加热装置，采用大功率微波技术，可极大的降低高温金属冶炼的温度，提高冶炼速度，减少加热时间。如红土镍铁矿的冶炼温度可从1700℃降到1300℃，从而可减少加热时间，节能环保。

2、本发明采用三端环形器、调配波导组合可以有效得降低微波能量的反射，既提高微波能利用的效率，又可减小对微波能发生器的损害。

3、本发明采用石英玻璃法兰组合，可阻挡炉膛内烟气进入波导，从而可保证运行安全。

4、本发明采用水冷扩展波导组合、加热腔水冷顶板可极大的降低顶部馈能系统和腔内顶部保温材料的温度，可有效防止顶部高温变形造成微波能传输效率降低，也可有效防止馈能口保温材料温度过高吸收微波。

5、本发明采用多层保温结构，可实现窑体的保温和隔热，保温和隔热效果非常好，即可保证窑内温度1300℃，又可保证腔体外部温度低于60℃。

6、本发明通过大量实验筛选，设置有接触式与非接触式两种测温装置，可有效得测量物料温度。

7、本发明通过实验优选，设计的排烟管道，可保证窑内烟气不聚集，压力不会过大；排气管道在腔体顶部形成气流，既可降低顶部的温度，又可平衡腔内压力，从而具有非常好的加热功能。

附图说明

图1为本发明提供的大功率微波高温加热装置的结构连接示意图。

图2为本发明提供的大功率微波高温加热装置的左视结构示意图。

图3为本发明提供的大功率微波高温加热装置的主视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1至图3所示，一种大功率微波高温加热装置，它包括微波能发生器（1）、与微波能发生器（1）相连的微波馈能系统（2）、与微波馈能系统（2）相连的微波能应用腔体（3）、安装在微波能应用腔体（3）内的腔体内部保温结构（4）、安装在微波能应用腔体上的炉门推车（5）、排气系统（6）和测温装置（7）；

所述的微波馈能系统（2）包括通过法兰依次连接的三端环形器（2-1）、直波导（2-2）、E面波导（2-3）、过渡调配波导组合（2-4）、石英玻璃法兰组合（2-5）、水冷扩展波导组合（2-6）；

所述的微波能应用腔体（3）为矩形全金属微波谐振腔，腔体顶板为水冷顶板（1）；腔体两侧上部各设有一排排气管道（303），用于连接排气系统（6）；腔体左侧排气管道下方设有排烟孔和排烟管道（304），微波能应用腔（3）左上部设置进风管（302）；

所述的腔体内部保温结构（4）内层为氧化铝砖（403），中间层为莫来石砖（402），外层为硅酸铝棉（401），三层保温材料紧凑堆砌，外层硅酸铝棉（401）紧贴微波能应用腔体（3）内壁；

所述炉门推车（5）包括推车（502），推车轨道（503）、焊接在推车（502）上的炉门（501）、焊接在炉门（501）内侧下部的物料支架平台（504），所述的物料支架平台（504）上和炉门（501）内侧面上砌有莫来石空心球砖（505），所述的莫来石空心球砖（505）上放置有用于盛放物料的坩埚；

所述的排气系统包括依次相连的高压风机（601）、排气管道（602）和静压箱（603），静压箱（603）与微波能应用腔体（3）侧面的排气管道（303）连接。

以上所述的大功率微波高温加热装置，所述微波能发生器（1）产生微波能功率为20kW，频率为915MHz。

以上所述的大功率微波高温加热装置，微波馈能系统（2）一端的三端环形器（2-1）与微波能发生器（1）通过法兰连接，另一端的水冷扩展波导组合（2-6）与微波能应用腔体（3）通过法兰连接。

以上所述的大功率微波高温加热装置，所述微波能应用腔体（3）背侧上部设有两个测温抑制套筒，两个测温抑制套筒内分别插入有第一测温装置（701）和第二测温装置（702）。

以上所述的大功率微波高温加热装置，所述微波能应用腔体（3）底部设有两条带滚轮的金属导轨（307），用于支撑炉门推车（502）进入腔体内部；

所述的微波能应用腔体（3）正面设有四个炉门压紧装置（306），用于压紧炉门推车（502），防止微波泄漏。

以上所述的大功率微波高温加热装置，其特征在于，腔体内部保温结构（4）的顶部为圆拱形，腔体内部保温结构（4）形状与炉门推车（502）上莫来石空心球砖（505）堆砌的形状匹配，形成整体物理密闭；

腔体内部保温结构（4）左侧中上部位置设有矩形通孔，与微波腔体上排烟管（304）相通，保证排烟管（304）与炉膛直通，用于烟气排出。

以上所述的大功率微波高温加热装置，第一测温装置（701）为非接触式光学红外测温装置，测温范围为400~1600℃；第二测温装置（702）为接触式热电偶测温装置，测温范围为0~1300℃。这样在实验同一种物料加热时，很直观地读出两组数据。

在本实施例中，如图2和图3所示，微波能发生器（1）产生大功率微波能量，经过微波馈能系统（2），进入微波能应用腔体（3），作用于炉门推车（502）上的物料；腔体内部保温结构（4）保证腔内耐温1300℃、长时间1000℃的高温工作可靠；排气系统（6）平衡腔体内部压力；测温装置（7）测量物料温度。

三端环形器（201）、调过渡配波导组合（204）可以有效降低微波能量的反射，既提高微波能利用的效率，也减小对微波能发生器的损害。石英玻璃法兰组合（205）可阻挡炉膛内烟气进入波导，保证运行安全。

在本实施例中，微波能应用腔左上部设置进风管，排烟管道（304），为防止微波加热过程中微波泄漏，进风管的长度加长为300mm，且均匀布置。排烟管道（304）与炉膛直通。微波能应用腔右上部均匀设置排气管道（303），出风口与静压箱（603）一侧相连，静压箱（603）的另一侧通过排风管道（602）连接耐高温离心风机（601），该耐高温离心风机（601）为三角带传动，水路冷却，风叶材质为不锈钢，以免长时间工作出现风叶变形。

腔体的顶板为水冷顶板（301），可极大的降低顶部馈能系统和腔内顶部保温材料的温度，防止顶部高温变形造成微波能传输效率降低，也防止馈能口保温材料温度过高吸收微波。

炉门推车（502）底部安装有四个滚轮，两滚轮之间通过轴相连，轴两端装有滚动轴承，轴承镶嵌在滚轮内。四个滚轮限位在底部的推车轨道（503）上。当上物料时拉开炉门，物料上完后推上炉门锁紧，上下物料非常方便。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种大功率微波高温加热装置，其特征在于，它包括微波能发生器(1)、与微波能发生器(1)相连的微波馈能系统(2)、与微波馈能系统(2)相连的微波能应用腔体(3)、安装在微波能应用腔体(3)内的腔体内部保温结构(4)、安装在微波能应用腔体上的炉门推车(5)、排气系统(6)和测温装置(7)；

所述的微波馈能系统(2)包括通过法兰依次连接的三端环形器(2-1)、直波导(2-2)、E面波导(2-3)、过渡调配波导组合(2-4)、石英玻璃法兰组合(2-5)、水冷扩展波导组合(2-6)；

所述的微波能应用腔体(3)为矩形全金属微波谐振腔，微波能应用腔(3)顶板为水冷顶板(1)；微波能应用腔(3)两侧上部各设有一排排气管道(303)，用于连接排气系统(6)；腔体左侧排气管道下方设有排烟管道(304)，微波能应用腔(3)左上部设置进风管(302)；

所述的腔体内部保温结构(4)内层为氧化铝砖(403)，中间层为莫来石砖(402)，外层为硅酸铝棉(401)，三层保温材料紧凑堆砌，外层硅酸铝棉(401)紧贴微波能应用腔体(3)内壁；

所述炉门推车(5)包括推车(502)，推车轨道(503)、焊接在推车(502)上的炉门(501)、焊接在炉门(501)内侧下部的物料支架平台(504)，所述的物料支架平台(504)上和炉门(501)内侧面上砌有莫来石空心球砖(505)，所述的莫来石空心球砖(505)上放置有用于盛放物料的坩埚；

所述的排气系统包括依次相连的高压风机(601)、排气管道(602)和静压箱(603)，静压箱(603)与微波能应用腔体(3)侧面的排气管道(303)连接。

2.根据权利要求1所述的大功率微波高温加热装置，其特征在于，所述微波能发生器(1)产生微波能功率为20kW，频率为915MHz。

3.根据权利要求1所述的大功率微波高温加热装置，其特征在于，微波馈能系统(2)一端的三端环形器(2-1)与微波能发生器(1)连接，另一端的水冷扩展波导组合(2-6)与微波能应用腔体(3)连接。

4.根据权利要求1所述的大功率微波高温加热装置，其特征在于，所述微波能应用腔体(3)背侧上部设有两个测温抑制套筒，两个测温抑制套筒内分别插入有第一测温装置(701)和第二测温装置(702)。

5.根据权利要求1至4任一项所述的大功率微波高温加热装置，其特征在于，所述微波能应用腔体(3)底部设有两条带滚轮的金属导轨(307)，用于支撑炉门推车(502)进入腔体内部；

所述的微波能应用腔体(3)正面设有四个炉门压紧装置(306)，用于压紧炉门推车(502)。

6.根据权利要求5所述的大功率微波高温加热装置，其特征在于，腔体内部保温结构(4)的顶部为圆拱形，腔体内部保温结构(4)形状与炉门推车(502)上莫来石空心球砖(505)堆砌的形状匹配，形成整体物理密闭；

腔体内部保温结构(4)左侧中上部位置设有矩形通孔，与微波腔体上排烟管(304)相通，保证排烟管(304)与炉膛直通，用于烟气排出。

7.根据权利要求4所述的大功率微波高温加热装置，其特征在于，第一测温装置(701)为非接触式光学红外测温装置，测温范围为400～1600℃；第二测温装置(702)为接触式热电偶测温装置，测温范围为0～1300℃。