CN116590516A - 一种用于金属线材热处理的微波加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于金属线材热处理的微波加热装置，包括壳体、微波发射组件及至少一个发热组件，壳体的内部形成有固定腔，壳体开设有与固定腔相连通的进料口和出料口；微波发射组件用于向固定腔内发射微波；发热组件内置于壳体，发热组件包括吸波发热层，吸波发热层形成有连通进料口和出料口的加热通道，吸波发热层能够在吸收微波后发热，以对加热通道内的金属线材进行加热。本发明提供的微波加热装置能够根据需要调节加热通道内的温度，可满足金属线材热处理过程中干燥炉、退火炉以及扩散炉的不同工艺或金属材质对温度的要求，能够根据所需的温度对金属线材进行热处理。

Description

一种用于金属线材热处理的微波加热装置

技术领域

本发明涉及金属线材热处理技术领域，尤其涉及一种用于金属线材热处理的微波加热装置。

背景技术

常见的金属线材有建筑钢筋、钢缆线、子午线轮胎中的钢丝、漆包线中的导体铜丝等，这些金属线材在生产的过程中，通常都需要进行热处理，以对生产过程中的建筑钢筋、钢缆线、轮胎钢帘线线、漆包线铜丝进行烘干、退火以及对钢帘线表面镀层的合金化扩散处理等，常见的对金属线材进行热处理的方式有电加热、天然气燃烧加热及中频感应加热等。

易福明【易福明.利用烟道余热进行钢丝酸洗后的烘干[J].金属制品，1986(04):49.】公开了利用热处理加热炉烟道的余热进行钢丝酸洗后烘干，不仅节能，而且只要控制烟道废气的流量，就能很容易地控制烘干速度。

但是这种烘干装置需要借助烟道废气，而实际使用时，烟道余热并非随处随时可得，而且烟道废气的温度也不易控制，无法根据所需的温度对金属线材进行热处理。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种用于金属线材热处理的微波加热装置，解决现有技术中金属线材热处理装置无法根据所需的温度对金属线材进行热处理的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种用于金属线材热处理的微波加热装置，包括：

壳体，所述壳体的内部形成有固定腔，所述壳体开设有与所述固定腔相连通的进料口和出料口；

微波发射组件，用于向所述固定腔内发射微波；

至少一个发热组件，所述发热组件内置于所述壳体，所述发热组件包括吸波发热层，所述吸波发热层形成有连通所述进料口和所述出料口的加热通道，所述吸波发热层能够在吸收微波后发热，以对所述加热通道内的金属线材进行加热。

在其中的一个实施例中，所述吸波发热层的材质包括纳米四针状氧化锌粉体、碳化硅陶瓷颗粒或它们之间的混合物。

在其中的一个实施例中，所述碳化硅陶瓷颗粒细度10-20目。

在其中的一个实施例中，所述碳化硅陶瓷颗粒占所述吸波发热层的总质量的10%～50%。

在其中的一个实施例中，所述吸波发热层的材质还包括氧化铁粉体，所述氧化铁粉体填充所述纳米四针状氧化锌粉体与所述碳化硅陶瓷颗粒之间的间隙。

在其中的一个实施例中，所述发热组件还包括匣体和中空管，所述匣体的内部空心且两端开口，所述匣体的材质可以为石英玻璃或石英陶瓷，所述中空管内置于所述匣体，所述中空管内形成所述加热通道，所述中空管的材质可以为石英玻璃、石英陶瓷及不锈钢中的任一种，所述吸波发热层填充于所述匣体的内壁与所述中空管的外壁之间。

在其中的一个实施例中，所述发热组件还包括两个匣体，所述匣体呈“凹”字形，且两个所述匣体的开口侧相对设置并合围形成所述加热通道，所述匣体的内部形成有空腔，两个所述匣体背对的一侧的材质可以为石英玻璃或石英陶瓷，两个所述匣体正对的一侧的材质可以为石英玻璃、石英陶瓷及不锈钢中的任一种，所述吸波发热层内置于所述空腔。

在其中的一个实施例中，所述发热组件的数量为多个，多个所述发热组件沿所述壳体的进料方向间隔分布，所述微波加热装置还包括至少两个导轮，所述导轮设置于相邻的两个发热组件之间，并可转动内置于所述壳体，所述导轮用于引导和传递金属线材。

在其中的一个实施例中，还包括保温层，所述保温层设置于所述发热组件与所述固定腔的内壁之间，所述保温层的材质为多晶陶瓷纤维。

在其中的一个实施例中，还包括测温组件，所述测温组件内置于所述固定腔、进料口、出料口及加热通道中的任一位置，用于测量温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：当需要对金属线材进行热处理时，将金属线材自进料口穿入壳体内，然后将金属线材以一定的速度穿过加热通道，并经出料口穿出壳体，金属线材穿过加热通道时，磁控管通电，磁控管发射微波，在微波辐射下，吸波发热层吸收微波并发热，吸波发热层产生的热量向加热通道内传递，通过吸波发热层的发热来对加热通道内的金属线材进行加热，以实现对金属线材的热处理。通电即可对金属线材进行热处理，无需借助烟道废气、天然气或电磁感应的热量。而且，通过微波控制器调节磁控管的输出功率，从而控制加热通道内的温度，使得加热通道内的温度能够在室温～1200℃范围内可调，能够根据需要调节加热通道内的温度，可满足金属线材热处理过程中干燥炉、退火炉以及扩散炉的不同工艺或金属材质对温度的要求，能够根据所需的温度对金属线材进行热处理；

采用吸波发热层吸收微波进行发热的方式对线材进行热处理，吸波发热层将微波能转化为红外能，不同于传统加热方式，以热辐射的形式实现了金属丝的加热；

采用吸波发热层取代传统热源，可按加热需要设计加热温度场，有效减少所需的加热空间，而且微波加热设备加热集中，无空气对流造成的热损失，更节能；

吸波发热层不仅是发热体，而且是蓄热体，可实现金属线材不同工序中不同的工艺温度精确控制。

附图说明

图1是本发明一实施例所述的用于金属线材热处理的微波加热装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例所述的用于金属线材热处理的微波加热装置中发热组件一侧展开后的结构示意图；

图3是本发明一实施例所述的用于金属线材热处理的微波加热装置中发热组件的结构示意图；

图4是本发明一实施例所述的用于金属线材热处理的微波加热装置中发热组件的结构示意图；

图5是本发明一实施例所述的用于金属线材热处理的微波加热装置中发热组件的结构示意图。

附图标记说明：

壳体1；

微波发射组件2；

发热组件3；

吸波发热层31；

匣体32；

中空管33；

导轮4；

管体5；

保温层6；

金属线材7。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

如图1至5所示，本发明提供了一种用于金属线材热处理的微波加热装置，包括壳体1、微波发射组件2及至少一个发热组件3，壳体1的内部形成有固定腔，壳体1开设有与固定腔相连通的进料口和出料口；微波发射组件2用于向固定腔内发射微波；发热组件3内置于壳体1，发热组件3包括吸波发热层31，吸波发热层31形成有连通进料口和出料口的加热通道，吸波发热层31能够在吸收微波后发热，以对加热通道内的金属线材7进行加热。应当理解的，微波发射组件2可以为磁控管，当然，在其他实施例中，该微波发射组件2也可以采用其他形式来实现，本申请对微波发射组件2的实现形式不做具体限定；应当理解的，磁控管的数量可以为一个或者多个，磁控管可以位于壳体1的一侧，也可以位于壳体1的其它侧面。

当需要对金属线材7进行热处理时，将金属线材7自进料口穿入壳体1内，然后将金属线材7以一定的速度穿过加热通道，并经出料口穿出壳体1，金属线材7穿过加热通道时，磁控管通电，磁控管发射微波，在微波辐射下，吸波发热层31吸收微波并发热，吸波发热层31产生的热量向加热通道内传递，通过吸波发热层31的发热来对加热通道内的金属线材7进行加热，以实现对金属线材7的热处理。通电即可对金属线材7进行热处理，无需借助烟道废气、天然气或电磁感应的热量。而且，通过微波控制器调节磁控管的输出功率，从而控制加热通道内的温度，使得加热通道内的温度能够在室温～1200℃范围内可调，能够根据需要调节加热通道内的温度，可满足金属线材7热处理过程中干燥炉、退火炉以及扩散炉的不同工艺或金属材质对温度的要求，能够根据所需的温度对金属线材7进行热处理。

采用吸波发热层31吸收微波进行发热的方式对线材进行热处理，吸波发热层31将微波能转化为红外能，不同于传统加热方式，以热辐射的形式实现了金属丝的加热，有效降低传统金属线材7生产中的能耗；

采用吸波发热层31取代传统热源，可按加热需要设计加热温度场，有效减少所需的加热空间，而且微波加热设备加热集中，无空气对流造成的热损失，节能显著；

吸波发热层31不仅是发热体，而且是蓄热体，可实现金属线材7不同工序中不同的工艺温度精确控制；

相较于传统的金属线材7生产过程中不同工序采用多种不同的热处理设备，采用吸波发热层31做发热体的微波加热设备，可满足属线材生产过程不同工序不同温度的需求；

微波加热设备结构简单，运行稳定、安全可靠。吸波发热层31物理、化学性能稳定，使用中无需更换；磁控管使用寿命长，使用中无需维护，设备维护成本低。

在其中的一个实施例中，吸波发热层31的材质包括纳米四针状氧化锌粉体、碳化硅陶瓷颗粒或它们之间的混合物。

其中，纳米四针状ZnOw属于纳米ZnO中比较独特的一种，它具有独一无二的三维结构和优良的压电特性，这赋予了四针状纳米ZnO良好的电磁波吸收性质，特别是在微波范围之内吸波效果和发热特性更为显著，四针状氧化锌粉体吸波发热性能好，耐高温，物理、化学性能稳定；

由于磁控管位于吸波发热层31的一侧，可能会导致吸波发热层31出现热量不均匀的问题，无法保证温度的均匀性，本实施例中，在四针状氧化锌粉体中添加了碳化硅陶瓷，碳化硅陶瓷也是吸波发热材料，同时还具有非常出色的导热性能，其导热系数在室温下可达到150-500 W/(m·K)，比一般金属的导热系数还要高，通过碳化硅陶瓷颗粒传递温度，使得吸波发热层31内不同侧的温度趋于均匀，避免吸波发热层31出现温度不均匀的情况；

颗粒状的碳化硅球体吸波发热后，蓄热、导热性能好，使发热腔体内部温度更加均匀，能够有效避免线缆不同侧的温度不均匀的问题；而且颗粒状的碳化硅置于密封的壳体1的固定腔内，仅有外表面接触少量空气，空气无法向颗粒状的碳化硅内渗透，能够有效减缓高温下的氧化，避免碳化硅在高温下氧化失效。

相较于其他吸波发热材料，如碳粉，碳粉在300℃左右会发生自燃，自燃后无法吸波发热，不适用于对金属线材7的退火处理；

相较于铁氧体，铁氧体居里温度较低，一般在300℃-400℃之间，超过这个温度后会发生相变，导致无法吸收微波，不适宜在高温下使用。

在其中的一个实施例中，碳化硅陶瓷颗粒细度10-20目。

由于碳化硅颗粒的尺寸越大，碳化硅的吸波速度越慢，会导致升温慢，碳化硅颗粒的尺寸越小，越容易氧化，容易出现氧化失效，本实施例中，通过将碳化硅陶瓷颗粒的细度控制在10-20目，使得碳化硅陶瓷颗粒具有良好的抗氧化性的同时吸波速度也较快，通过控制碳化硅陶瓷颗粒的尺寸实现了对碳化硅抗氧化性和吸波速度的调节。

在其中的一个实施例中，碳化硅陶瓷颗粒占吸波发热层31的总质量的10%～50%。

如果碳化硅陶瓷颗粒占吸波发热层31的总质量过多，会导致吸波发热层31发热速度慢，如果碳化硅陶瓷颗粒占吸波发热层31的总质量过少，会导致吸波发热层31的温度均匀性变差，本实施例中，通过将碳化硅陶瓷颗粒占吸波发热层31的总质量的10%～50%，能够在满足吸波发热层31的温度均匀性的同时，保证发热速度。

在其中的一个实施例中，吸波发热层31的材质还包括氧化铁粉体，氧化铁粉体填充纳米四针状氧化锌粉体与碳化硅陶瓷颗粒之间的间隙。

由于纳米四针状氧化锌粉体呈四针状，而碳化硅颗粒呈球状，纳米四针状氧化锌粉体与碳化硅颗粒混合后，二者之间会产生细小间隙，本实施例中，通过设置氧化铁粉体，通过氧化铁粉体填充纳米四针状氧化锌粉体与碳化硅颗粒之间的间隙，减少氧气接触碳化硅颗粒，减缓碳化硅颗粒的氧化，而且氧化铁粉体也是吸波发热材质，虽然氧化铁相变后暂时无法吸收微波，但是温度降低后，固态的氧化铁粉体依旧能够吸收微波。

在其中的一个实施例中，氧化铁粉体的粒径效应纳米四针状氧化锌粉体和碳化硅颗粒。通过上述设置，使得氧化铁粉体能够较好地填充于纳米四针状氧化锌粉体与碳化硅颗粒之间的间隙。

在其中的一个实施例中，壳体1的材质为金属。应当理解的，壳体1的材质可以为不锈钢、铜、铝等材质中的一种或者多种材质的组合。

通过将壳体1的材质设置为金属，金属材质的壳体1能够有效屏蔽向外散射的微波，能够避免微波向壳体1外泄露。

应当理解的，微波发射组件2可以内置于壳体1，也可以设置于壳体1外，当微波发射组件2位于壳体1外时，可以在壳体1的外壁开设通道，并将微波发射组件2设置于微波屏蔽结构（图中未示出）内，且微波屏蔽结构连通该通道，此时微波发射组件2位于壳体1外，便于对微波发射组件2进行维护，而且微波屏蔽结构能够屏蔽微波发射组件2朝壳体1外发射微波；其中微波屏蔽结构可以为一端开口的金属网屏蔽罩。

如图2和图3所示，在其中的一个实施例中，发热组件3还包括匣体32和中空管33，匣体32的内部空心且两端开口，匣体32的材质可以为石英玻璃或石英陶瓷，中空管33内置于匣体32，中空管33内形成加热通道，中空管33的材质可以为石英玻璃、石英陶瓷及不锈钢中的任一种，吸波发热层31填充于匣体32的内壁与中空管33的外壁之间。

通过设置匣体32和中空管33，微波发射组件2发射的微波透过石英玻璃或石英陶瓷材质的匣体32后射向吸波发热层31，吸波发热层31吸收微波并发热，吸波发热层31产生的热量经中空管33向加热通道传递，以对加热通道内的金属线材7进行加热；由于匣体32的内壁与中空管33的外壁之间合围形成了能够容纳吸波热法层的腔室，使得粉状的吸波热法层能够固定在该腔室内，无需将吸波发热层31加工成固定的形状。

如图4和图5所示，在其中的一个实施例中，发热组件3还包括两个匣体32，匣体32呈“凹”字形，且两个匣体32的开口侧相对设置并合围形成加热通道，匣体32的内部形成有空腔，两个匣体32背对的一侧的材质可以为石英玻璃或石英陶瓷，两个匣体32正对的一侧的材质可以为石英玻璃、石英陶瓷及不锈钢中的任一种，吸波发热层31内置于空腔。

通过设置两个呈“凹”字形的匣体32，两个呈“凹”字形的匣体32能够合围形成的加热通道，两个呈“凹”字形的匣体32相较于整体的匣体32更便于加工，相对的两个匣体32之间允许存在一定的加工误差，对加工要求较低；而且，通过在匣体32的内部形成空腔，并将吸波发热层31内置于该空腔，实现了吸波发热层31与外界空气的隔绝，避免外界空气氧化吸波发热层31；由于空腔位于匣体32内，将粉状的吸波发热层31填充于空腔后，吸波发热层31呈现出空腔的形状，无需将吸波发热层31加工成固定的形状，而且可以根据不同空腔的形状设计不同形状的吸波发热层31；通过将匣体32的一侧设置成石英玻璃或石英陶瓷，石英玻璃或石英陶瓷均为透波材质，微波可以透过石英玻璃和石英陶瓷并射向吸波发热层31，而将两个匣体32正对的一侧石英玻璃、石英陶瓷及不锈钢中的任一种，热量能够经石英玻璃、石英陶瓷及不锈钢朝加热通道内传递，以对加热通道内的金属线材7进行加热。

在其中的一个实施例中，发热组件3的数量为多个，多个发热组件3沿壳体1的进料方向间隔分布，微波加热装置还包括至少两个导轮4，导轮4设置于相邻的两个发热组件3之间，并可转动内置于壳体1，导轮4用于引导和传递金属线材7。

由于金属线材7一般较长，在对金属线材7进行烘干或者退火处理时，需要一定的时间才能完成上述的热处理工艺，为了实现上述的热处理工艺要求，所需要的加热通道的长度也较长，本实施例中，通过设置多个发热组件3，多个间隔设置的发热组件3能够组成所需长度的加热通道，以实现对金属线材7的热处理，而且，通过在相邻的发热组件3之间设置导轮4，导轮4能够将金属线材7从一个加热组件传送到下一个加热组件中；导轮4可以帮助保持金属线材7的直线性和稳定性，应当理解的，导轮4可转动连接壳体1的内壁或者匣体32。

以确保金属线材7在整个热处理过程中的平稳运转。此外，导轮4还有助于控制金属线材7的速度和张力，以确保金属线材7在不热处理时得到适当的处理，从而获得所需的机械性能和物理性质。

在其中的一个实施例中，相邻的发热组件3之间，以及发热组件3与进料口和出料口之间可以通过管体5相连接。管体5的材质为不锈钢。应当理解的，导轮4内置于管体5，并可转动连接管体5的内壁，管体5、发热组件3及壳体1的固定腔的内壁合围形成封闭的腔体，能够隔绝空气。

通过设置管体5，实现了相邻的发热组件3之间的连接，使得发热组件3组成完整的加热通道，而且，不锈钢材质的管体5能够屏蔽微波，能够避免微波经壳体1的进料口和出料口向外散射。

在其中的一个实施例中，用于金属线材热处理的微波加热装置还包括保温层6，保温层6设置于发热组件3与固定腔的内壁之间，保温层6的材质为多晶陶瓷纤维。

通过设置保温层6，保温层6能够对发热的吸波发热层31进行保温，减缓热量向外传递，起到节能保温的作用。

保温层6采用多晶陶瓷纤维，具有以下优点：

良好的保温性能：多晶陶瓷纤维具有优异的保温性能，能够有效地减少热量的传递，使壳体1的表面温度降低，从而达到节能的目的；

良好的耐热性能：多晶陶瓷纤维在高温环境下能够保持稳定的性能，不会出现熔化、氧化、变形等现象，能够在高温下长期使用；

轻质化：多晶陶瓷纤维是一种轻质材料，其重量只有传统保温材料的一半左右，因此墙体的荷载减轻，壳体不会受到过多的压力；

安全性好：多晶陶瓷纤维是一种不可燃材料，其不会在高温下出现火灾等安全隐患，从而保证了微波加热装置的安全性。

在其中的一个实施例中，用于金属线材热处理的微波加热装置还包括测温组件（图中未示出），测温组件内置于固定腔、进料口、出料口及加热通道中的任一位置，用于测量温度。应当理解的，测温组件可以为热电偶温度传感器、红外温度传感器等。

通过设置测温组件可以实时监控固定腔、进料口、出料口及加热通道等位置的温度，便于根据需要调整所需的温度。

应当理解的，用于金属线材热处理的微波加热装置还可以设置PLC控制系统（图中未示出），通过PLC控制系统连接测温组件及磁控管，使用时，通过PLC控制系统设定所需温度，PLC控制系统通过测温组件测得的温度来调整磁控管的功率，使得温度达到并维持在设定温度。

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。

Claims (10)

1.一种用于金属线材热处理的微波加热装置，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体的内部形成有固定腔，所述壳体开设有与所述固定腔相连通的进料口和出料口；

微波发射组件，用于向所述固定腔内发射微波；

至少一个发热组件，所述发热组件内置于所述壳体，所述发热组件包括吸波发热层，所述吸波发热层形成有连通所述进料口和所述出料口的加热通道，所述吸波发热层能够在吸收微波后发热，以对所述加热通道内的金属线材进行加热。

2.根据权利要求1所述的用于金属线材热处理的微波加热装置，其特征在于，所述吸波发热层的材质包括纳米四针状氧化锌粉体、碳化硅陶瓷颗粒或它们之间的混合物。

3.根据权利要求2所述的用于金属线材热处理的微波加热装置，其特征在于，所述碳化硅陶瓷颗粒细度10-20目。

4.根据权利要求2所述的用于金属线材热处理的微波加热装置，其特征在于，所述碳化硅陶瓷颗粒占所述吸波发热层的总质量的10%～50%。

5.根据权利要求2所述的用于金属线材热处理的微波加热装置，其特征在于，所述吸波发热层的材质还包括氧化铁粉体，所述氧化铁粉体填充所述纳米四针状氧化锌粉体与所述碳化硅陶瓷颗粒之间的间隙。

6.根据权利要求1所述的用于金属线材热处理的微波加热装置，其特征在于，所述发热组件还包括匣体和中空管，所述匣体的内部空心且两端开口，所述匣体的材质可以为石英玻璃或石英陶瓷，所述中空管内置于所述匣体，所述中空管内形成所述加热通道，所述中空管的材质可以为石英玻璃、石英陶瓷及不锈钢中的任一种，所述吸波发热层填充于所述匣体的内壁与所述中空管的外壁之间。

7.根据权利要求1所述的用于金属线材热处理的微波加热装置，其特征在于，所述发热组件还包括两个匣体，所述匣体呈“凹”字形，且两个所述匣体的开口侧相对设置并合围形成所述加热通道，所述匣体的内部形成有空腔，两个所述匣体背对的一侧的材质可以为石英玻璃或石英陶瓷，两个所述匣体正对的一侧的材质可以为石英玻璃、石英陶瓷及不锈钢中的任一种，所述吸波发热层内置于所述空腔。

8.根据权利要求1所述的用于金属线材热处理的微波加热装置，其特征在于，所述发热组件的数量为多个，多个所述发热组件沿所述壳体的进料方向间隔分布，所述微波加热装置还包括至少两个导轮，所述导轮设置于相邻的两个发热组件之间，并可转动内置于所述壳体，所述导轮用于引导和传递金属线材。

9.根据权利要求1所述的用于金属线材热处理的微波加热装置，其特征在于，还包括保温层，所述保温层设置于所述发热组件与所述固定腔的内壁之间，所述保温层的材质为多晶陶瓷纤维。

10.根据权利要求1所述的用于金属线材热处理的微波加热装置，其特征在于，还包括测温组件，所述测温组件内置于所述固定腔、进料口、出料口及加热通道中的任一位置，用于测量温度。