CN109945652A - 一种用于微波冶金时的持续升温方法及微波冶金炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微波冶金时的持续升温方法及微波冶金炉，其中持续升温方法是将设置在炉体内的炉膛分成上炉膛和下炉膛，上炉膛采用透波耐火材料制成，下炉膛采用吸波发热材料制成；冶炼前期利用微波穿透上炉膛对炉膛内的固态原料进行加热冶炼，当固态原料受热在下炉膛形成液体后，利用下炉膛吸波发热对液体进行继续加热，从而使得炉膛内的温度持续上升。本发明能保持微波冶金炉内持续升温状态，为炉内后续的反应提供充分的温度条件，从而提高了微波冶金的质量和效率。

Description

一种用于微波冶金时的持续升温方法及微波冶金炉

技术领域

本发明涉及一种用于微波冶金时的持续升温方法及微波冶金炉，属于微波冶金技术领域。

背景技术

微波加热在冶金中的应用是近年来发展起来的冶金新技术，世界上的一些发达国家如美国、英国、德国、日本、加拿大、澳大利亚等都很重视这一新技术的研究，我国也在八十年代开始了这一领域的研究工作。微波加热在冶金中的应用虽然还处于发展阶段，但已经取得了很多极其重要的研究成果，例如：用微波（2450MHz，800W）对炭和17种氧化物及硫化物进行辐射，一些化合物在一分钟内就能被加热到摄氏几百度。实验证明：微波加热能够促进氧化镍、氧化钴和氧化锰矿在浸出前的预还原，能够促进硫化钼和硫化铼的焙烧和氯化，几乎所有工业上使用的金属都可以用微波进行处理。八十年代后期，难选金矿的预处理、从低品位矿石和尾矿中回收金、从矿石中提取稀有金属和重金属、铁矿石和钒钛磁铁矿的碳热还原、工业废料的处理等等。

微波加热与传统加热不同，他不需要由表及里的热传导，而是通过微波在物料内部的能量耗散来直接加热物料。根据物料性质（电导率、磁导率、介电常数）的不同，微波可以直接而有效地在整个物料内部产生热量。微波在冶金中的应用具有以下传统加热方式无法比拟的优点：

（1）、选择性加热物料，升温速率快，加热效率高；

（2）、微波能够同时促进吸热反应和放热反应，对化学反应具有催化作用；

（3）、当用微波加热代替传统加热时，熔炼和其他高温化学反应可以在十分低的温度下进行，即微波加热具有降低化学反应温度的作用；

（4）、微波能可以使原子和分子发生高速振动，从而为化学反应创造出更为有利的热力学条件；

（5）、微波很容易使极性液体（例如水、乙醇、各种酸碱溶液等）加热，因而微波加热可以用来促进矿物在溶剂中的溶解，提高湿法冶金过程中的浸出速率和降低过程中的能耗；

（6）、微波本身不产生任何气体，所须净化的只有还原或氧化反应产生的气体，因而利于环保；

（7）、易于自动控制。

但是，申请人发现，在利用微波冶金时，当温度上升到一定程度时，炉内温度无法再继续升高，这样，会对炉内后续的反应造成影响，从而影响到微波冶金的质量和效率。

经过检索，暂未发现与本申请相同或相似的专利，但检索到一些微波冶金方面的专利文献如下：

一、申请公布号为CN 107990712 A，申请公布日为2018年5月4日的中国发明专利公开了一种微波冶金炉中的微波防护方法，一种微波冶金炉中的微波防护方法，其是按照如下步骤：设置壳体，所述壳体内壁与底部均设有微波防护层，所述壳体底部设有支撑架，所述所述壳体内腔设有反应仓，所述反应仓外侧设有保温层，所述保温层外侧设有微波发生器，所述反应仓内壁与底部均设有坩埚层，所述反应仓侧壁设有多个磁控管，且所述磁控管分别贯穿坩埚层、反应仓与保

温层，且所述磁控管一端与微波发生器连接，另一端伸入反应仓内部，所述反应仓内腔设有拦料网，且所述拦料网与反应仓内壁固定连接，所述反应仓底部设有出料通道，所述出料通道上设有控制阀，所述出料通道一侧设有出渣口，所述反应仓顶部设有进料口，所述进料口顶部设有密封盖，所述进料口两侧对称设有废气管道与气体交换管道，所述废气管道与气体交换管道一端均贯穿反应仓与壳体顶部伸入反应仓内部，所述废气管道另一端连接有空气净化器，所述气体交换管道另一端连接有支管一与支管二，所述支管一另一端连接有高压气泵，所述支管二另一端连接有真空泵，所述微波发生器、空气净化器、高压气泵与真空泵均通过电线与外部电源连接；打开密封盖投放物料，开启微波发生器对物料进行冶炼，物料反应过程中，如果需要通入反应气氛或抽真空条件，通过打开与关闭支管一与支管二上的气体阀门实现，通过废气管道可以排除物料产生的废气，经过空气净化器进行净化再排放到大气中，物料融化后的液体通过出料通道进行输出，冶炼残余的废渣，通过出渣口排出；所述废气管道与支管一、支管二上均设有气体阀门；所述拦料网与反应仓内腔底部平行，且所述拦料网距离反应仓内腔底部的距离为20cm。

二、申请公布号为CN 108007185 A，申请公布日为2018年5月8日的中国发明专利公开了一种旋转式微波冶金炉的使用方法的使用方法，其是在炉体内壁贴附有内隔层，所述内隔层，所述内隔层内壁安装有多个磁控管，且所述磁控管均匀对称分布，所述炉体内腔中央设有水平的炉胆，所述炉胆左右两端通过外旋转轴转动连接在所述炉体左右两侧，且所述外旋转轴左端贯穿所述炉体左侧，所述外旋转轴内部转动连接有横穿所述炉体与炉胆的内旋转轴，所述内旋转轴上焊接有多个旋转叶片，且所述旋转叶片均匀分布在所述炉胆内腔，所述炉胆顶部设有进料口，所述进料口顶部设有气动闸板阀，且所述气动闸板阀固定在所述炉胆顶部，所述气动闸板阀顶部设有进料通道，且所述进料通道垂直贯穿所述炉体顶部，所述进料通道顶部通过转动铰链连接有物料盖，且所述物料盖封盖在所述进料通道顶端，所述炉胆下方设有出料通道，且所述出料通道垂直贯穿所述炉体底部，所述炉体右侧设有标记杆，且所述标记杆垂直连接在所述外旋转轴顶部，所述外旋转轴与内旋转轴的左端均通过链条带连接有变频电机，且所述变频电机通过支架连接在所述炉体左侧；在使用时，首先打开物料盖，然后通过气动闸板阀打开进料口，然后将物料通过进料通道与进料口加入到炉胆内，然后关闭物料盖与气动闸板阀，然后开启磁控管发射微波，启动变频电机转动，通过链条带带动外旋转轴与内旋转轴转动，从而外旋转轴带动炉胆在炉体内腔转动，内旋转轴带动旋转叶片在炉胆对物料进行搅拌，使得物料在微波场中充分加热，通过设置有内隔层，能够很好地反射微波，能够隔热保温，防止热量流失，当加热结束后，通过转动标记杆至向下垂直的方向，使得进料口位于出料通道正上方，然后打开气动闸板阀，使得物料从出料通道流出。

三、授权公告号为CN 207600173 U，申请公布日为2018年7月10日的中国发明专利公开了一种微波冶金加热炉，其包括：内壁和横截面为圆形的外壁；所述外壁的内表面固定连接多个磁控管，所述外壁开设进料口和排料口，所述内壁开设内壁料口，所述内壁料口、进料口和排料口在一个横截面内；所述内壁的两端部固定连接转轴，所述转轴穿出外壁，通过第一驱动装置带动旋转；所述转轴内部穿过搅拌轴，所述搅拌轴穿出转轴一端通过第二驱动装置带动旋转。

上述专利文献中均未涉及到本申请所要解决的技术问题。

综上，如何设计一种用于微波冶金时的持续升温方法及微波冶金炉，使其能保持微波冶金炉内持续升温状态，为炉内后续的反应提供充分的温度条件，从而提高微波冶金的质量和效率是急需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种用于微波冶金时的持续升温方法及微波冶金炉，其能保持微波冶金炉内持续升温状态，为炉内后续的反应提供充分的温度条件，从而提高了微波冶金的质量和效率。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种用于微波冶金时的持续升温方法，其是将设置在炉体内的炉膛分成上炉膛和下炉膛，上炉膛采用透波耐火材料制成，下炉膛采用吸波发热材料制成；冶炼前期利用微波穿透上炉膛对炉膛内的固态原料进行加热冶炼，当固态原料受热在下炉膛形成液体后，利用下炉膛吸波发热对液体进行继续加热，从而使得炉膛内的温度持续上升。

优选的，透波耐火材料采用刚玉或氮化硅，吸波发热材料采用碳化硅。

优选的，所述下炉膛的高度与炉膛内形成的液体高度相等。

本发明还公开一种微波冶金炉，包括炉体和设置在炉体内部的炉膛，在炉体上部设置有微波溃口和进料口，在炉体下侧部设置有出渣口和出液口，所述炉膛包括由透波耐火材料制成的上炉膛和由吸波发热材料制成的下炉膛。

优选的，在上炉膛上还开有与进料口位置相对应的上开口，上开口与进料口相连通；在下炉膛上还设置有下开口一和下开口二，下开口一与出液口相连通，下开口二与出渣口相连通。

优选的，所述炉膛为圆筒状。

优选的，所述下炉膛的底部设置为弧形底部。

优选的，在微波溃口上还设置有微波导入管，所述微波导入管包括锥体管和柱体管，柱体管的一端与所述锥体管的大头端连接，柱体管的另外一端连接在炉体的微波溃口上。

优选的，在出渣口和出液口上均设置有微波抑制器，所述微波抑制器包括外筒体、沿外筒体轴向依次设置在外筒体内部的多层反射板和沿外筒体轴向穿过外筒体的管体；管体的一端与出渣口或出液口连通。

优选的，所述炉体底部为开口状，在炉体底部上还设置有炉体底盖，炉体底盖能拆装的连接在炉体底部上。

本发明的有益效果在于：本发明在冶金的前期过程中，利用微波穿透上炉膛对炉膛内的固态原料进行加热冶炼，在下炉膛形成液体后，不直接利用微波对液体进行加热，而是利用微波对下炉膛进行加热，利用下炉膛再对液体进行加热，从而持续提高炉膛内的温度，保证了后续反应的继续进行，因此，本发明能保持微波冶金炉内持续升温状态，为炉内后续的反应提供充分的温度条件，从而提高了微波冶金的质量和效率。下炉膛的高度与炉膛内形成的液体高度相等，便于对液体的加热，显著提高炉膛内的温度。将炉膛设置为圆筒状，这样避免了冶炼过程中在炉膛角部位置形成渣体堆积，使得炉膛便于清理，提高了炉膛的使用寿命。将下炉膛的底部设置为弧形，能便于液体的流出，使得出液极为彻底。通过设置锥体管，能扩散微波功率，扩大作用面积，对原料进行均匀加热。

附图说明

图1为本发明实施例中微波冶金炉的立体结构示意图；

图2为本发明实施例中微波冶金炉的轴向剖视结构示意图；

图3为本发明实施例中微波抑制器的轴向剖视结构示意图；

图4为本发明实施例中微波抑制器的半剖立体结构示意图；

图中：1. 炉体，2. 上炉膛，211. 搭口部一，3. 下炉膛，311. 搭口部二，4. 微波溃口，5. 进料口，6. 出渣口，7. 出液口，8. 螺旋输送机，9. 上开口，10. 下开口一，11.下开口二，12. 锥体管，13. 柱体管，14. 外筒体，141. 外凸缘，15. 反射板，16. 管体，17. 隔套，18. 连接板，19. 通孔，20. 间隙一，21. 间隙二，22. 气孔，23. 炉体底盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的阐述。

实施例：如图1和图2所示，一种用于微波冶金时的持续升温方法，其是将设置在炉体1内的炉膛分成上炉膛2和下炉膛3，上炉膛2采用透波耐火材料制成，下炉膛3采用吸波发热材料制成；冶炼前期利用微波穿透上炉膛2对炉膛内的固态原料进行加热冶炼，当固态原料受热在下炉膛3形成液体后，利用下炉膛3吸波发热对液体进行继续加热，从而使得炉膛内的温度持续上升。申请人经过研究发现，进行微波冶金时，粉状固态原料堆积在炉膛内，微波穿透过炉膛对粉状固态原料进行直接加热，炉膛内温度升高，经过一段时间后，部分粉状固态原料被液化在炉膛底部形成液体后，由于液面吸波能力较差，此时，炉膛内温度就不会继续升高了，从而影响到后续反应，而本实施例中，在冶金的前期过程中，利用微波穿透上炉膛对炉膛内的固态原料进行加热冶炼，在下炉膛形成液体后，不直接利用微波对液体进行加热，而是利用微波对下炉膛进行加热，利用下炉膛再对液体进行加热，从而持续提高炉膛内的温度，保证了后续反应的继续进行，因此，本实施例能保持微波冶金炉内持续升温状态，为炉内后续的反应提供充分的温度条件，从而提高了微波冶金的质量和效率。

在本实施例中，透波耐火材料优选采用刚玉或氮化硅等材料，吸波发热材料优选采用碳化硅等材料。

所述下炉膛的高度与炉膛内形成的液体高度相等，在本实施例中，下炉膛的高度占整个炉膛高度的1/4至1/3。这样设置，能更加便于对液体的加热，显著提高炉膛内的温度。

如图1和图2所示，本实施例还公开一种微波冶金炉，包括炉体1和设置在炉体1内部的炉膛，炉体1和炉膛之间设置有保温材料（图中未示出），在炉体1上部设置有微波溃口4和进料口5，在炉体1下侧部设置有出渣口6和出液口7，所述炉膛包括由透波耐火材料制成的上炉膛2和由吸波发热材料制成的下炉膛3。

在进料口5处安装有螺旋输送机8，在上炉膛2上还开有与进料口5位置相对应的上开口9，上开口9与进料口5相连通，粉状固态原料被螺旋输送机8送入后，依次经进料口5和上开口9进入到炉膛内。在下炉膛3上还设置有下开口一10和下开口二11，下开口一10与出液口7相连通，下开口二11与出渣口6相连通。经过冶炼后的液体和废渣分别从出液口和出渣口排出。

在本实施例中，炉体1设置为圆筒状，炉膛也设置为圆筒状。在现有技术中，炉膛是设置为方形的，这样导致冶炼过程中，会在炉膛角部位置形成渣体堆积的现象，长期使用后，堆积现象越来越严重，很难清理干净，本实施例中将炉膛设置为圆筒状，这样避免了冶炼过程中在炉膛角部位置形成渣体堆积，使得炉膛便于清理，提高了炉膛的使用寿命。

所述下炉膛3的底部设置为弧形底部。经过申请人的反复测试，发现将下炉膛的底部设置为弧形时，能便于液体的流出，使得出液极为彻底。

在上炉膛2的底部设置有搭口部一211，在下炉膛3的顶部设置有搭口部二311，通过搭口部一211和搭口部二311相配合，使得上炉膛2和下炉膛3搭接在一起形成炉膛。通过设计搭接式结构，使得在进行维护工作中，便于对上炉膛或下炉膛进行更换。

在微波溃口4上还设置有微波导入管，所述微波导入管包括锥体管12和柱体管13，柱体管13的一端与所述锥体管12的大头端连接，柱体管13的另外一端连接在炉体的微波溃口4上，锥体管12的小头端与微波源连通。通过设置锥体管，能扩散微波功率，扩大作用面积，对原料进行均匀加热。

如图2至图4所示，在出渣口6和出液口7上均设置有微波抑制器（图中未示出），所述微波抑制器包括外筒体14、沿外筒体14轴向依次设置在外筒体14内部的多层反射板15和沿外筒体14轴向穿过外筒体14的管体16；管体16的一端与出渣口6或出液口7连通。当微波随渣体或液体排出时，通过反射板使得随渣体或液体排出的微波形成微波的反射波，反射波的频率与微波的频率相同，方向相反，从而利用反射波与微波相互抵消对随渣体或液体排出的微波进行抑制。

在外筒体14的底部为开口状，在外筒体14的底部设置有外凸缘141，利用螺丝一（图中未示出）穿过外凸缘141锁紧在连接板18上，在多层反射板15之间设置有隔套17，在外筒体14的顶部上开有通孔19，利用螺丝二穿过通孔19和隔套17将多层反射板15连接在外筒体14上。在本实施例中，在相邻的反射板15之间以及在最上一个反射板15与外筒体14的内顶部之间均设置有隔套17。多层反射板15与管体16之间留有间隙一20，管体16的一端与出渣口6或出液口7连通，另外一端穿过连接板18、多层反射板15和外筒体14后外露于外筒体14。管体16与连接板18之间留有间隙二21，间隙21与外筒体14的内部空间相连通。在外筒体14的顶部上还开有与外筒体内部空间相连通的气孔22。

如图2所示，所述炉体1底部为开口状，在炉体1底部上还设置有炉体底盖23，炉体底盖23能拆装的连接在炉体1底部上。这样便于检修维护。在本实施例中，炉体1底部开口直径大于炉膛直径，这样当需要更换整个炉膛或是下炉膛时，可以从炉体底部将炉膛或是下炉膛从炉体底部开口取出。

综上，本发明在冶金的前期过程中，利用微波穿透上炉膛对炉膛内的固态原料进行加热冶炼，在下炉膛形成液体后，不直接利用微波对液体进行加热，而是利用微波对下炉膛进行加热，利用下炉膛再对液体进行加热，从而持续提高炉膛内的温度，保证了后续反应的继续进行，因此，本发明能保持微波冶金炉内持续升温状态，为炉内后续的反应提供充分的温度条件，从而提高了微波冶金的质量和效率。下炉膛的高度与炉膛内形成的液体高度相等，便于对液体的加热，显著提高炉膛内的温度。将炉膛设置为圆筒状，这样避免了冶炼过程中在炉膛角部位置形成渣体堆积，使得炉膛便于清理，提高了炉膛的使用寿命。将下炉膛的底部设置为弧形，能便于液体的流出，使得出液极为彻底。通过设置锥体管，能扩散微波功率，扩大作用面积，对原料进行均匀加热。

以上实施例中所述的“多个”即指“两个或两个以上”的数量。以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于微波冶金时的持续升温方法，其特征在于：其是将设置在炉体内的炉膛分成上炉膛和下炉膛，上炉膛采用透波耐火材料制成，下炉膛采用吸波发热材料制成；冶炼前期利用微波穿透上炉膛对炉膛内的固态原料进行加热冶炼，当固态原料受热在下炉膛形成液体后，利用下炉膛吸波发热对液体进行继续加热，从而使得炉膛内的温度持续上升。

2.根据权利要求1所述的持续升温方法，其特征在于：透波耐火材料采用刚玉或氮化硅，吸波发热材料采用碳化硅。

3.根据权利要求1或2所述的持续升温方法，其特征在于：所述下炉膛的高度与炉膛内形成的液体高度相等。

4.一种微波冶金炉，包括炉体和设置在炉体内部的炉膛，在炉体上部设置有微波溃口和进料口，在炉体下侧部设置有出渣口和出液口，其特征在于：所述炉膛包括由透波耐火材料制成的上炉膛和由吸波发热材料制成的下炉膛。

5.根据权利要求4所述的微波冶金炉，其特征在于：在上炉膛上还开有与进料口位置相对应的上开口，上开口与进料口相连通；在下炉膛上还设置有下开口一和下开口二，下开口一与出液口相连通，下开口二与出渣口相连通。

6.根据权利要求4所述的微波冶金炉，其特征在于：所述炉膛为圆筒状。

7.根据权利要求4所述的微波冶金炉，其特征在于：所述下炉膛的底部设置为弧形底部。

8.根据权利要求4所述的微波冶金炉，其特征在于：在微波溃口上还设置有微波导入管，所述微波导入管包括锥体管和柱体管，柱体管的一端与所述锥体管的大头端连接，柱体管的另外一端连接在炉体的微波溃口上。

9.根据权利要求4至8中任意一项所述的微波冶金炉，其特征在于：在出渣口和出液口上均设置有微波抑制器，所述微波抑制器包括外筒体、沿外筒体轴向依次设置在外筒体内部的多层反射板和沿外筒体轴向穿过外筒体的管体；管体的一端与出渣口或出液口连通。

10.根据权利要求9所述的微波冶金炉，其特征在于：所述炉体底部为开口状，在炉体底部上还设置有炉体底盖，炉体底盖能拆装的连接在炉体底部上。