CN106153642A - 一种固体冶金物料分立共存竞争吸收微波能力的测定方法 - Google Patents

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何春林
马少健
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杨金林
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Abstract

本发明属于材料特性测定领域，涉及一种固体冶金物料分立共存竞争吸收微波能力的测定方法。该方法通过将不同种固体冶金物料制备成相同粒度的粉末、独立分装，每一种物料样品相互独立均匀分布于微波腔体内的转盘中，转动转盘，使物料根据自身吸收微波能力吸收微波，物料之间产生竞争吸收微波行为，吸收微波后升温，采用红外成像仪一步测定所有物料的表面温度来衡量每一种物料吸收微波的能量大小，以此作为被测定批次物料吸收微波能力强弱的判定。该方法属于直接、方便、快捷地测定固体冶金物料吸收微波能力的方法，适用性强，针对同一批次物料可比性好。

Description

一种固体冶金物料分立共存竞争吸收微波能力的测定方法
【技术领域】
本发明涉及一种固体冶金物料分立共存竞争吸收微波能力的测定方法，特别是一种针对多种物料相互独立共存于微波场中吸收微波能力强弱的测定方法。
【背景技术】
目前用于衡量物料在微波场中吸收微波能力大小的方法是通过测定物料的介电常数或磁导率以及采用测温仪器直接测定物料在微波场中的温度变化来衡量物料吸收微波能力大小。
电磁参数是用特定的精密仪器测量出来的物料损耗电磁场能量的参数，反映的是介电物料吸收微波的本源，间接地表征了物料吸收微波的能力，电磁参数法关注的是吸收微波的原因和潜力，测定结果可在一定程度上间接表征物料吸收微波能力的强弱，缺点是要求使用专用测定仪器设备，且计算过程复杂，无法根据测定结果直接判断不同物料吸波能力的倍数关系。
物料升温法是通过测定物料经微波辐射后的升温速度或最终温度来表征待测物料经微波辐射后的升温效果，关注的是微波辐射效果或者物料吸波后的表观效应，且温度变化不代表吸波能力，在测定条件改变时难以进行结果的横向比较。
【发明内容】
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种可同时对比衡量多种物料同时存在微波场中时竞争吸收微波能力大小的测定方法。
本发明目的是通过以下技术方案实现的：
一种固体冶金物料分立共存竞争吸收微波能力的测定方法，该测定方法由样品制备、样品独立盛装、样品均匀分布、设定测量初始条件、测量样品表面温度以及计算待测物料吸收微波能量的步骤组成；
所述样品制备:是将各待测物料制成相同粒度的样品；
所述样品独立盛装：是将每一种制备好的样品独立盛装于容器中；
所述样品均匀分布：是将每一种盛装于容器中的样品都相互独立均匀的分布于微波炉内的转盘中；
所述设定测量初始条件：是根据待测物料的特性，设定微波辐射时间；
所述测量样品表面温度：是采用红外成像仪一步测定所有待测样品的表面温度；
所述计算待测物料吸收微波能量：是根据测定样品的表面温度变化，利用样品的比热容计算物料吸收微波能量，通过下式计算物料吸收微波能量：
Q＝Cpm-p×m×(T2-T1)；
式中Q：待测物料吸收微波能量，单位：J；
T2：每一种样品表面温度平均值，单位：℃；
T1：每一种样品初始温度，单位：℃；
Cpm-p：待测物料在T1～T2内的平均比热容，单位：J·g-1·℃-1；
m：待测物料质量，单位：g。
本发明的有益效果：通过将不同种固体冶金物料制备成相同粒度的粉末、独立分装，每一种物料样品相互独立均匀分布于微波腔体内的转盘中，转动转盘，使物料根据自身吸收微波能力吸收微波，物料之间产生竞争吸收微波行为，吸收微波后升温，采用红外成像仪一步测定所有物料的表面温度来衡量每一种物料吸收微波的能量大小，以此作为被测定批次物料吸收微波能力强弱的判定。该方法属于直接、方便、快捷地测定固体冶金物料吸收微波能力的方法，适用性强，针对同一批次物料可比性好，可同时对比衡量多种物料同时存在微波场中时竞争吸收微波能力的大小。
优选地，根据盛装待测样品容器的大小及研究需要确定待测样品质量及其粒度，粒度要求≤0.074mm；所取待测样品质量与盛装容器体积的数值比不小于1/2。特别地，待测样品质量与盛装容器体积的数值比约为2/3。
优选地，所用盛装待测样品的容器为石英坩埚，直径4cm、高3.8cm、厚0.2cm。
优选地，在设定测量初始条件时，根据待测物料的一般特性，设定微波辐射时间，转动转盘。特别地，微波辐射时间为10～240秒。
通过红外成像仪一步测定所有待测样品的表面温度，以每一份独立样品表面温度的平均值作为指标，作为计算物料吸收微波能量大小的计算数据。
一种可实现上述测定方法的测定装置，该测定装置包括微波产生器、微波波导、微波加热腔体、转盘、红外成像仪；
所述微波产生器用于产生微波并加热待测样品，使之升温，所述微波产生器安装在所述微波波导的一端，所述微波波导的另一端与所述微波加热腔体连接；
所述微波波导用于传输所述微波产生器产生的微波进入所述微波加热腔体；
所述转盘位于所述微波加热腔体内的底部中心位置，测定时将待测样品均匀分布放置于转盘上；
所述红外成像仪安装在所述微波加热腔体顶部中心位置，用于测定待测样品的初始温度和微波加热后的温度；
在所述微波加热腔体开设有窗门，所述窗门用于将待测样品放入所述微波加热腔体内和从所述微波加热腔体取出待测样品，所述微波加热腔体的每一块内侧壁板上、下部各开设有微波馈入口，微波经由所述微波馈入口进入所述微波加热腔体内。
待测样品经微波加热后，开启所述红外成像仪，通过测定红外信号记录样品整个表面温度，通过其自带软件获取待测样品表面温度的平均温度，进而计算出待测物料吸收微波能力的大小。
本发明的测定装置结构简单、操作简易，使用方便，实验数据精准一致、偏差小，重复性强。
优选地，所述上部微波馈入口距离所述微波加热腔体的上顶面及所述下部微波馈入口距离所述微波加热腔体的下底面的距离分别为10cm,所述上、下部微波馈入口之间的距离为20cm。
优选地，所述微波加热腔体为六边形腔体。
优选地，在所述微波加热腔体内，位于侧壁板上部的微波馈入口，安装有开口斜向下并且指向所述微波加热腔体中心轴的波导改向器，倾斜角度为15°-30°，用于改变微波的导向，达到集中微波能量用于加热待测样品的目的。
该测定装置的所述微波加热腔体内部还包括照明灯，当所述微波加热腔体的窗门关闭时，所述照明灯关闭；当窗门打开时，所述照明灯开启，这样方便放入样品和取出样品，并且不影响测试数据的精准性。
附图说明
图1是本发明所述的测定装置示意图。
主要结构符号说明
微波加热腔体1 转盘2 微波产生器3
微波波导4 石英容器5 红外成像仪6
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
实施例1
测量脆硫锑铅矿、黄铁矿、锡石、闪锌矿4种硫化矿物料及二氧化硅、碳酸钙吸收微波能量的大小。
如图1所示，本发明提供一种测定固体冶金物料分立共存竞争吸收微波能量的测定装置，用于测定上述6种固体冶金物料分立共存竞争吸收微波能力的大小，该测定装置包括微波加热腔体1、转盘2、微波产生器3、微波波导4、石英容器5及红外成像仪(图中未显示)；
所述微波产生器3用于产生微波并加热待测样品，使之升温，所述微波产生器3安装在所述微波波导4的一端，所述微波波导4的另一端与所述微波加热腔体1连接；
所述微波波导4用于传输所述微波产生器3产生的微波进入所述微波加热腔体1；
所述转盘2位于所述微波加热腔体1内的底部中心位置，测定时将待测样品均匀分布放置于转盘2上；
所述红外成像仪安装在所述微波加热腔体1顶部中心位置，用于测定待测样品的初始温度和微波加热后的温度；
在所述微波加热腔体1开设有窗门，所述窗门用于将待测样品放入所述微波加热腔体1内和从所述微波加热腔体1取出待测样品，所述微波加热腔体1的每一块内侧壁板上、下部各开设有微波馈入口，微波经由所述微波馈入口进入所述微波加热腔体1内。
具体测定过程为:
样品制备：分别取各待测物料32g，加工制备成粒度小于或等于0.074mm的粉末，并且要求各待测物料的加工粒度一样，测定使用的微波功率为1000W。
样品独立盛装：分别将上一步制备好的待测物料样品独立盛装于6个石英容器5中，并做好标识，该石英容器为直径4cm、高3.8cm、厚0.2cm的石英坩埚。
样品均匀分布：将测定装置的微波加热腔体1的窗门打开，把盛装有待测物料样品的6个石英容器5相互独立均匀放置在转盘2四周边缘上，关闭窗门。
设定测量初始条件：测量待测物料样品的初始温度T1为30℃，根据所选的6种待测物料的特性，设定微波辐射时间为60s，开启转盘2。
测量样品表面温度：开启微波产生器3，产生的微波通过微波波导4传输到微波加热腔体1外，进而由侧壁板上、下部开设的微波馈入口进入微波加热腔体内，加热待测物料样品60s，停机后，开启红外成像仪一步测量全部待测物料样品的表面温度,采用红外成像仪自带软件获取每一种物料表面温度平均值T2。
计算待测物料吸收微波能量：按公式Q＝Cpm-p×m×(T2-T1)计算每一种物料吸收微波能量的大小；
式中Q：待测物料吸收微波能量，单位：J；
T2：每一种样品表面温度平均值，单位：℃；
T1：每一种样品初始温度，单位：℃；
Cpm-p：待测物料在T1～T2内的平均比热容，单位：J·g-1·℃-1；
m：待测物料质量，单位：g。
结果见表1。
表1各种物料吸收微波能量的测定结果
由表1数据可以看出，各种物料吸收微波能量由大到小的顺序为：脆硫锑铅矿>黄铁矿锡石>闪锌矿>二氧化硅>碳酸钙。这与其他测定方法结果相符，因此，这种测量方法具有实用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和修改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种固体冶金物料分立共存竞争吸收微波能力的测定方法，其特征在于，该测定方法由样品制备、样品独立盛装、样品均匀分布、设定测量初始条件、测量样品表面温度以及计算待测物料吸收微波能量的步骤组成；
所述样品制备:是将各待测物料制成相同粒度的样品；
所述样品独立盛装：是将每一种制备好的样品独立盛装于容器中；
所述样品均匀分布：是将每一种盛装于容器中的样品都相互独立均匀的分布于微波炉内的转盘中；
所述设定测量初始条件：是根据待测物料的特性，设定微波辐射时间；
所述测量样品表面温度：是采用红外成像仪一步测定所有待测样品的表面温度；
所述计算待测物料吸收微波能量：是根据测定样品的表面温度变化，利用样品的比热容计算物料吸收微波能量，通过下式计算物料吸收微波能量：
Q＝Cpm-p×m×(T2-T1)；
式中Q：待测物料吸收微波能量，单位：J；
T2：每一种样品表面温度平均值，单位：℃；
T1：每一种样品初始温度，单位：℃；
Cpm-p：待测物料在T1～T2内的平均比热容，单位：J·g-1·℃-1；
m：待测物料质量，单位：g。
2.根据权利要求1所述的一种固体冶金物料分立共存竞争吸收微波能力的测定方法，其特征在于：样品制备中，制成的样品粒度≤0.074mm。
3.根据权利要求1所述的一种固体冶金物料分立共存竞争吸收微波能力的测定方法，其特征在于：用于盛装待测样品的容器为石英坩埚。
4.根据权利要求3所述的一种固体冶金物料分立共存竞争吸收微波能力的测定方法，其特征在于：所述石英坩埚的直径4cm、高3.8cm、厚0.2cm。
5.根据权利要求1所述的一种固体冶金物料分立共存竞争吸收微波能力的测定方法，其特征在于：微波辐射时间设定为10～240秒。
6.根据权利要求1所述的一种固体冶金物料分立共存竞争吸收微波能力的测定方法，其特征在于：所述测量样品表面温度，是以每一份独立样品表面温度的平均值为指标。
7.一种实现权利要求1至7任一项所述的固体冶金物料分立共存竞争吸收微波能力的测定方法的测定装置，其特征在于：该测定装置包括微波产生器、微波波导、微波加热腔体、转盘、红外成像仪；
所述微波产生器用于产生微波并加热待测样品，使之升温，所述微波产生器安装在所述微波波导的一端，所述微波波导的另一端与所述微波加热腔体连接；
所述微波波导用于传输所述微波产生器产生的微波进入所述微波加热腔体；
所述转盘位于所述微波加热腔体内的底部中心位置，测定时将待测样品均匀分布放置于转盘上；
所述红外成像仪安装在所述微波加热腔体顶部中心位置，用于测定待测样品的初始温度和微波加热后的温度；
在所述微波加热腔体开设有窗门，所述窗门用于将待测样品放入所述微波加热腔体内和从所述微波加热腔体取出待测样品，所述微波加热腔体的每一块内侧壁板上、下部各开设有微波馈入口，微波经由所述微波馈入口进入所述微波加热腔体内。
8.根据权利要求7所述的测定装置，其特征在于：所述微波加热腔体为六边形腔体。
9.根据权利要求8所述的测定装置，其特征在于：在所述微波加热腔体内，位于侧壁板上部的微波馈入口，安装有开口斜向下并且指向所述微波加热腔体中心轴的波导改向器。
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