CN206430552U - 一种组合式微波气氛熔化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种组合式微波气氛熔化装置，包括微波加热腔体系统、微波源及传输馈入结构系统、搅拌结构系统、进出料结构系统、测控温结构系统；所述微波加热腔体系统为外形为正多棱柱状，均布若干个微波源，所述微波源的馈口彼此之间交叉垂直极化分布。本实用新型的微波多点馈能结构，保证升温快速均匀；优化最佳馈口分布，保证磁控管长时高效运行，微波加热效能高。

Description

一种组合式微波气氛熔化装置

技术领域

本实用新型涉及微波能应用技术，具体指一种组合式微波气氛熔化装置，属于微波设备设计与技术领域。

背景技术

微波加热作为工业加热能源的应用，是近年来在加热领域中逐步发展起来并日趋成熟的加热技术，具有非接触式直接体加热、升温速率快、操作简洁、环保无污染等优点，已经在合成、烧结、冶金、热解、干燥等领域广泛应用。微波的热效应奠定了微波在高温领域中的应用基础。

大功率多口激励的多模腔加热设备因易于控制功率和价格便宜等优点已被工业应用，但是多模腔的结构及其连续自动化设计一直是制约其推广应用的瓶颈。主要是由于多模腔体结构设计不合理（主要是激励馈口位置布局）引起腔内场分布不均匀，各馈口之间耦合严重，馈口反射大，从而造成磁控管使用寿命低，设备的微波效能低。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术存在的问题与不足，提供一种大功率的组合式微波气氛熔化装置。该装置采用微波加热，可实现物料非接触式的直接快速升温；该装置加热腔体激励端口的布局，使微波能转换为热能的效率大为提高，端口的反射以及彼此之间的耦合度较小；多端口的组合匹配实现了工业生产用的大功率微波气氛熔化装置的成功研发；具体技术方案为：

一种组合式微波气氛熔化装置，包括微波加热腔体系统、微波源及传输馈入结构系统、搅拌结构系统、进出料结构系统、测控温结构系统；所述微波加热腔体系统为外形为正多棱柱状，均布若干个微波源，所述微波源的馈口彼此之间交叉垂直极化分布，馈口中心距符合以下公式：

L =（2n+1）*λ0/4

其中，L为馈口中心距，λ0为频率2450MHz微波的工作波长，n为正整数。

进一步，所述微波加热腔体系统为外形为正五棱柱状。

进一步，所述微波源的数量为20个。

进一步，所述微波加热腔体系统由内向外包括：熔融内腔、多晶莫来石纤维隔热层和不锈钢外腔。

进一步，所述搅拌结构系统设置有搅拌器，所述搅拌器采用双螺旋结构。

进一步，所述搅拌器的上轴通过带水冷的磁流体密封装置与搅拌电机连接。

进一步，所述测控温结构系统包括物料温度传感器，所述物料温度传感器为多点测温传感器。

进一步，所述物料温度传感器穿设在搅拌器的中心轴内。

进一步，所述进出料结构系统设置有辅助加热装置，所述辅助加热装置与所述微波加热腔体的底端连接。

进一步，所述测控温结构系统还设置有冷却水包，所述冷却水包安装在装置的底部上。

本实用新型可用于气氛或真空状态下的金属粉体及其合金或非金属粉体快速加热升温、熔炼。本实用新型的有益效果是：

1、微波多点馈能结构，保证升温快速均匀；优化最佳馈口分布，保证磁控管长时高效运行，微波加热效能高；

2、立式双螺旋搅拌的密闭结构，保证物料在密闭气氛或真空条件下的自动化控制输入、熔化、保温及输出；

3、多点反馈准确微波控温；

4、双层腔体结构和密封隔热措施提高热能利用率，保证物料快速升温熔化。

附图说明

图1为本实用新型组合式微波气氛熔化装置结构示意图；

图2为实施例中的物料温度变化曲线图。

图中：1、密闭出料仓；2、机械泵；3、真空计；4、出料辅助加热装置；5、立式微波加热腔体；6、不锈钢外腔；7、多晶莫来石纤维隔热层；8、熔融内腔；9、磁控管；10、可调开关电源；11、进料推进器；12、排气装置；13、设备机架；14、进料仓；15、触摸屏操作面板；16、物料温度温度传感器；17、搅拌电机；18、磁流体密封装置；19、观察窗；20、腔体顶盖；21、搅拌器；22、保护气体接口；23、出料控制器；24、冷却水包；Ta、第一点温度曲线；Tb、第二点温度曲线；Tc、第三点温度曲线。

具体实施方式

下面利用实施例对本实用新型进行更全面的说明。本实用新型可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1中所示，本实施例中的组合式微波气氛熔化装置包括：微波加热腔体系统、微波源及传输馈入结构系统、搅拌结构系统、进出料结构系统、测控温结构系统等部分。

（1）微波加热腔体系统

该系统采用立式微波加热腔体5，外形为正五棱柱，由五块腔体板组成截面为正五边形的腔壁，与顶面、底面形成密闭结构。当然，也可以将腔体设置为正六棱柱、正八棱柱等形状。腔体从外到内分为不锈钢外腔6、多晶莫来石纤维隔热层7、熔融内腔8三部分。不锈钢外腔6由耐热耐腐蚀的304不锈钢构成。多晶莫来石纤维隔热层7位于不锈钢外腔6与物料熔融内腔8之间，有效的隔绝热传递并具有较低的微波损耗。物料熔融内腔8为高介电损耗材料，具有较高的机械强度和耐高温热震性，对于熔融物料不会引入成分掺杂。熔融内腔8底部与出料辅助加热装置4相连。加热腔体5上部为不锈钢腔体顶盖20，腔体顶盖20上方设有进料口、搅拌器接口、安全阀、观察窗19等。进料接口通过进料通道与进料仓14相连，腔体下部设出料接口、保护气体接口22、真空管路接口。出料接口通过出料管路与密闭出料仓1相连。真空管路接口通过真空管路与机械泵2相连，真空管路上设有真空计3和控制球阀。立式微波加热腔体5侧面腔体板上设有微波馈入端口、温度传感器接口，馈入端口通过激励波导与磁控相连，2个温度传感器接口用于安装温度传感器时通过。

（2）微波源及传输馈入结构系统

该微波源与馈入结构系统包括20套微波源及馈入装置9。20套磁控管9通过专用激励波导、波导法兰与不锈钢外腔6上的20个馈口相连接，每个腔体板上分布4个馈口，馈口彼此之间交叉垂直极化分布，两个馈口的中心的距离为馈口中心距L，应符合以下公式：

L =（2n+1）*λ₀/4

其中，L为馈口中心距，λ₀为频率2450MHz微波的工作波长，n为正整数。

根据腔体的大小选择合适的n，计算得到合理的馈口中心距，对馈口进行排布；以使馈口的自身反射以及彼此之间的耦合度较小，微波场强集中。馈口与不锈钢外腔6腔体应隔离。磁控管9通过线路与可调开关电源10相连，开关电源位于加热腔体5后方。每套磁控管9具有磁控管温度开关保护功能与高压过流保护功能，磁控管9上设有微型温度传感器，反馈于触摸屏操作面板15上。每套微波源均可单独控制，可以根据物料熔融工艺要求进行自动化或手动操作控制，满足熔融温度的要求。

（3）搅拌结构系统

该系统内置于微波加热腔体5内，包括搅拌器21，搅拌器21的上轴与搅拌电机17相连构成传动机构，可实现搅拌器21的可控旋转与升降。搅拌器21的上轴穿出微波腔体顶盖20并延伸于腔外，通过带水冷的磁流体密封装置18与搅拌电机17相连，保证密闭的同时又防止微波泄漏。搅拌电机17可选用变频电机。通过搅拌结构系统往复搅拌，保证物料在熔融过程中的成分均匀，防止物料熔液成分偏析。搅拌器21由耐热耐腐蚀不锈钢材质制成；采用双螺旋结构，也可以采用其他结构。

（4）进出料结构系统

该系统为密闭结构，进料仓14通过进料通道与微波加热腔体5相连，进料通道上设有密闭阀门、进料推进器11、保护气体接口22、排气装置12接口；排气装置上设有密闭阀门。进料推进器11上设有局部水冷却套，防止物料在进入加热腔体5之前受热软化。密闭出料仓1通过出料通道与微波加热腔体5上出料接口相连。出料通道上设有辅助加热装置4、出料控制器23、保护气体接口22、温度传感器接口；辅助加热装置4与微波加热腔体5的底端连接，通过辅助加热装置4防止熔融物料冷却堵塞通道。密闭出料仓1上也设有保护气体接口22、真空接口。密闭出料仓1内置保温结构。

（4）测控温结构系统

测控温结构系统包括不少于3支位于微波腔体内的温度传感器，温度传感器通过线路与控制系统相连接。第一支温度传感器测量物料的温度，为物料温度传感器16。物料温度传感器16为多点测温传感器以检测保物料温度是否均匀。物料温度传感器16穿设在搅拌器21的中心轴内，温度传感器与中心轴一起旋转，传感器的顶部通过电旋转连接器进行外部线路的连接，避免外部线路因为旋转而引起缠绕现象发生。本实施例中分为上部、中部和下部，第一点位于搅拌器21的上部；第二点位于搅拌器21的中部，第三点伸出于搅拌器外，可实时测量物料下端的温度。第二支温度传感器通过立式微波加热腔体5侧面上的传感器接口用于实时测量熔融内腔8外壁温度，第三支温度传感器通过出料通道上的温度传感器接口用于实时测量辅助加热装置的温度，保证物料流出程序的可控性。

冷却水包24位于装置的底部上，包含进水、出水两个水包，根据水冷磁控管的功率配置冷却水接口；本实施例中每四路水冷磁控管连接一路冷却水接口；剩下1路冷却水用于进料推进器11和磁流体密封装置18的冷却；因此，水包上设置不少于6路冷却水接口，并且设有控制球阀、水压开关等部件进行控制。

装置部件一体化于设备机架13上，采用触摸屏操作面板15进行人机交互。触摸屏操作面板15位于装置的正前方，方便操作控制。触摸屏操作面板15上主要功能包括：主电源、微波控制单元、温度控制单元、搅拌控制单元、真空控制单元以及功能指示等。

系统装置设置了必需的保护功能，确保装置安全可靠、稳定运行。

本装置利用微波加热技术，可以在密闭气氛条件，对金属或非金属粉体及其合金粉体实现快速加热升温、熔炼。以氩气条件下Sn-Pb合金粉体（63A，400-500目）为例，利用本装置中进行微波加热熔化过程如下：

打开电源→开启PLC控制系统与冷却水系统→开启机械泵2→压强低于1.0×10-1Pa时关闭机械泵2充入氩气→压强增至约2.0×105Pa时从进料仓14（密闭条件下）通过进料推进器11送入合金粉体于熔融内腔8中→开启微波并控制其输出总功率约20kW→开启辅助加热装置4→待物料温度升至约270℃时开启搅拌器21→测定物料的温度随时间的变化情况（如图2所示）→关闭微波→开启放料控制器→打开机械泵2，压强低于1.0×10-1Pa时依次关闭系统。由图2第一点温度曲线Ta、第二点温度曲线Tb、第三点温度曲线Tc可知，12kg物料在约20kW的微波功率条件下，氩气保护状态，仅需约5min温度升至324℃，物料垂直方向上温差较小，通过观察窗19观测物料是否已处于全熔状态。出料后熔融内腔8中没有残渣存在，出料流畅未出现未堵塞和氧化现象。

上述示例只是用于说明本实用新型，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本实用新型思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。

Claims (10)

1.一种组合式微波气氛熔化装置，包括微波加热腔体系统、微波源及传输馈入结构系统、搅拌结构系统、进出料结构系统、测控温结构系统；其特征在于，所述微波加热腔体系统为外形为正多棱柱状，均布若干个微波源，所述微波源的馈口彼此之间交叉垂直极化分布，馈口中心距符合以下公式：

L =（2n+1）*λ₀/4

其中，L为馈口中心距，λ₀为频率2450MHz微波的工作波长，n为正整数。

2.如权利要求1所述的组合式微波气氛熔化装置，其特征在于，所述微波加热腔体系统为外形为正五棱柱状。

3.如权利要求2所述的组合式微波气氛熔化装置，其特征在于，所述微波源的数量为20个。

4.如权利要求1所述的组合式微波气氛熔化装置，其特征在于，所述微波加热腔体系统由内向外包括：熔融内腔、多晶莫来石纤维隔热层和不锈钢外腔。

5.如权利要求1所述的组合式微波气氛熔化装置，其特征在于，所述搅拌结构系统设置有搅拌器，所述搅拌器采用双螺旋结构。

6.如权利要求5所述的组合式微波气氛熔化装置，其特征在于，所述搅拌器的上轴通过带水冷的磁流体密封装置与搅拌电机连接。

7.如权利要求1所述的组合式微波气氛熔化装置，其特征在于，所述测控温结构系统包括物料温度传感器，所述物料温度传感器为多点测温传感器。

8.如权利要求7所述的组合式微波气氛熔化装置，其特征在于，所述物料温度传感器穿设在搅拌器的中心轴内。

9.如权利要求4所述的组合式微波气氛熔化装置，其特征在于，所述进出料结构系统设置有辅助加热装置，所述辅助加热装置与所述微波加热腔体的底端连接。

10.如权利要求1所述的组合式微波气氛熔化装置，其特征在于，所述测控温结构系统还设置有冷却水包，所述冷却水包安装在装置的底部上。