專利名稱：微波能高溫氣氛熱處理爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波加熱技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種微波能高溫氣氛熱處理爐。
背景技術(shù)：
目前，金屬或合金絲熱處理用的高溫氣氛熱處理爐普遍采用傳統(tǒng)的電加熱，此類熱處理爐的缺點是:(I)升溫速度慢，生產(chǎn)效率低:升溫至工作溫度(一般是1150°C )大約需要8h。(2)加熱室體積大，熱量損失多。(3)加熱元器件更換不便，維修和更換需要停止生產(chǎn)。(4)能耗高。微波能作為一種新型的節(jié)能環(huán)保的加熱方式，被譽為“人類的第二團火焰”，已經(jīng)越來越多的應用于加熱領(lǐng)域。目前比較成熟的工業(yè)應用包括:干燥脫水、滅菌、硫化、燒結(jié)等，比較成熟的實驗室應用包括:微波馬弗爐、微波消解儀、微波灰化爐、微波化學反應器等，當然最為典型的民用產(chǎn)品是家用微波爐。實際加熱應用的微波通常是頻率為915MHz和2450MHz的電磁波。微波加熱的簡單原理是其交變電磁場的極化作用使材料內(nèi)部的自由電荷重新排布及偶極子的反復調(diào)旋，從而產(chǎn)生強大的振動和摩擦，在這一微觀過程中交變電磁場的能量轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能，導 致介質(zhì)溫度升高，因此微波加熱是介質(zhì)材料自身損耗電磁場能量而發(fā)熱，本質(zhì)上屬于內(nèi)加熱方式。微波加熱顯著不同于常規(guī)的電加熱方式，具有如下優(yōu)點:(I)屬于內(nèi)加熱，具有不接觸性；(2)加熱速度快；(3)加熱效率高，可顯著節(jié)能；
(4)可選擇性的加熱物料；(5)熱慣性小；(6)對化學反應具有催化作用。目前，高溫微波加熱技術(shù)尚不成熟，工業(yè)規(guī)模的微波能高溫應用也僅限于很少量的微波燒結(jié)，但是高溫微波加熱技術(shù)的開發(fā)及相關(guān)設(shè)備的制造是推進微波能廣泛應用的重中之重。人們一般認為微波能的應用領(lǐng)域只能是那些能夠有效吸收微波而發(fā)熱的材料加熱領(lǐng)域，例如:通常認為金屬與合金類材料的加熱不能利用微波能。SiC、AlN、MoSi2、K2Ti6013、石墨等材料均可以強烈吸收微波而迅速發(fā)熱，而SiC棒和MoSi2棒又是最常用的傳統(tǒng)高溫電熱元件，因此本發(fā)明的發(fā)明人認為:我們可以將SiC、MoSi2等微波強吸收材料以各種方式和方法涂覆在實驗室用加熱設(shè)備或工業(yè)用窯爐的爐膛(即:加熱腔)內(nèi)表面，這樣，爐膛或加熱腔內(nèi)表面上的微波強吸收材料就可以強烈吸收微波而將這部分微波能轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨淼臒崮懿⒀杆侔l(fā)熱升溫，從而對爐膛或加熱腔內(nèi)的材料進行間接的微波加熱，即:可以對微波不能直接加熱的材料通過這種間接方法利用微波能進行加熱。為此，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)于 2009 年申請了 5 項發(fā)明專利:CN101568208A、CN101565322A、CN101568206A、CN101565307A、CN101568207A。本質(zhì)上，這種加熱方式屬于混合加熱方式，即:微波加熱與傳統(tǒng)電加熱混合加熱，這種情況下爐膛或加熱腔內(nèi)表面上的微波強吸收材料即相當于傳統(tǒng)電加熱中的SiC棒和MoSi2棒等電熱元件，隨著爐膛或加熱腔內(nèi)表面上的微波強吸收材料厚度的增大，微波被爐膛內(nèi)的待加熱材料直接吸收的越來越少，因此純微波加熱的能量占比越來越小，傳統(tǒng)電加熱的能量占比越來越大，當爐膛或加熱腔內(nèi)表面上的微波強吸收材料厚度足夠大，即大于某一臨界厚度時，微波將幾乎完全被其吸收，而爐膛或加熱腔內(nèi)的待加熱材料或樣品將幾乎吸收不到微波，因此這時為完全的傳統(tǒng)電加熱。不同的微波吸收發(fā)熱材料和不同的微波頻率決定不同的臨界厚度，實際臨界厚度值可由實驗來確定。這種間接的微波能高溫加熱方法——微波加熱與傳統(tǒng)電加熱混合加熱方法，對待加熱的材料和樣品沒有特殊要求，原來不能通過微波加熱的金屬材料基于這種加熱原理也可以實現(xiàn)加熱，因此可以極大的拓展微波能加熱的應用領(lǐng)域，有力推動微波能工業(yè)化規(guī)模應用的進程，這也必將強烈的沖擊傳統(tǒng)的電加熱方式，甚至有可能改變傳統(tǒng)加熱方式在人類生產(chǎn)生活中的主導地位，給工業(yè)和民用加熱方式帶來革命性的變革。上述加熱理念拓展和豐富了現(xiàn)有的加熱方式，將實驗室和工業(yè)應用領(lǐng)域中傳統(tǒng)的、也是唯一的電加熱方式，拓展為三種加熱方式:微波加熱、傳統(tǒng)電加熱、兩者混合加熱，為此本發(fā)明人在實驗室應用領(lǐng)域率先提出并開發(fā)了適用于“微波材料學”研究的“微波材料學工作站”實驗平臺產(chǎn)品，在工業(yè)加熱領(lǐng)域率先提出并開發(fā)了“微波能高溫氣氛熱處理爐”，以克服現(xiàn)有工業(yè)高溫氣氛熱處理爐的不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有高溫氣氛熱處理爐升溫速度慢、能耗高的的缺點，發(fā)明了一種新型的升溫速度快、節(jié)能效果顯著的微波能高溫氣氛熱處理爐，用于工業(yè)上金屬或合金絲的連續(xù)熱處理。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的的。本發(fā)明所述的一種微波能高溫氣氛熱處理爐，其特征在于，它由爐體、繞線裝置、微波發(fā)生與控制系統(tǒng)、溫度測量與控制系統(tǒng)組成。所述的爐體從外至內(nèi)由封閉微波的長方體狀金屬腔體、硅酸鋁陶瓷纖維毯保溫層、硅酸鋁或氧化鋁陶瓷纖維板、SiC吸波發(fā)熱層、SiC粉和高溫合金管組成，如圖1所示；其中，硅酸鋁或氧化鋁陶瓷纖維板制作成長方體狀的腔體結(jié)構(gòu)作為加熱室，該加熱室腔體內(nèi)表面噴涂SiC粉作為吸波發(fā)熱層，高溫合金管沿爐體長度方向貫穿整個爐體及加熱室，高溫合金管在加熱室內(nèi)的部分包埋在SiC粉中。本發(fā)明所述的微波能高溫氣氛熱處理爐，其加熱原理是:陶瓷纖維板內(nèi)表面的SiC吸波發(fā)熱層和包埋高溫合金管的SiC粉均吸收微波而自身發(fā)熱升溫，其中SiC吸波發(fā)熱層吸收微波發(fā)熱后確保整個加熱室均與加熱，包埋高溫合金管的SiC粉吸收微波發(fā)熱后通過熱傳遞使高溫合金管在0.5h 2h內(nèi)升溫至1100°C 1250°C。其中高溫合金管可以是2520高溫合金管、2080高溫合金管、或其它Ni基、Ti基高溫合金管，管徑通常在20mm以下。所述的加熱室由多個連續(xù)的獨立控溫的加熱區(qū)組成，加熱區(qū)的分隔方法是沿加熱室的長度方向每隔50cm用高溫合金隔板和陶瓷纖維板分隔成一個獨立的加熱區(qū)。其中高溫合金板可以是2520高溫合金板、2080高溫合金板、或其它Ni基、Ti基高溫合金板。所述的高溫合金隔板與封閉微波的金屬腔體緊密連接，確保每個加熱區(qū)形成一個獨立的微波場；高溫合金隔板位于加熱室外、保溫層內(nèi)的部分沖孔以減少散熱，孔徑小于6mm o本發(fā)明所述的微波能高溫氣氛熱處理爐，其使用方法是:待熱處理的金屬或合金絲從高溫合金管內(nèi)通過，同時高溫合金管內(nèi)通入保護性的氣氛，啟動微波加熱后，SiC吸波發(fā)熱層吸收微波發(fā)熱后，整個加熱室的全部加熱區(qū)開始均勻加熱，并將熱量傳遞給包埋高溫合金管的SiC粉，同時包埋高溫合金管的SiC粉也將吸收部分微波而發(fā)熱，并通過熱傳遞迅速傳遞給高溫合金管，最終通過溫控系統(tǒng)將全部加熱區(qū)獨立加熱控溫至某一恒定溫度并保溫，當金屬或合金絲在繞線裝置帶動下從高溫合金管內(nèi)通過時而被迅速加熱并完成金屬或合金絲的熱處理過程，例如:鋼絲退火。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果:本發(fā)明所述的一種微波能高溫氣氛熱處理爐，具有如下優(yōu)點和積極效果:(I)升溫速度快，生產(chǎn)效率高:升溫至工作溫度(一般是1150°C )僅僅大約需要lh，而相同功率下傳統(tǒng)的電加熱高溫氣氛熱處理爐升溫至工作溫度一般大約需要8h。(2)加熱室體積小，熱量損失少，有利于快速升溫和節(jié)能。(3)加熱元器件·更換方便，維修和更換甚至可以不需要停止生產(chǎn)。(4)節(jié)能效果極為顯著，具有重要的推廣價值和巨大的經(jīng)濟價值。


圖1本發(fā)明的第一個實施例所述的微波能高溫氣氛熱處理爐爐體結(jié)構(gòu)示意圖，其中:圖1a是爐體外觀立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖1b是圖1a的A-A截面?zhèn)纫暺室暯Y(jié)構(gòu)示意圖。第一個實施例的圖中數(shù)字說明:I—金屬腔體，2—娃酸鋁陶瓷纖維毯保溫層，3—娃酸鋁或氧化鋁陶瓷纖維板，4——SiC吸波發(fā)熱層，5——SiC粉，6——高溫合金管
具體實施例方式下列實施例是對本發(fā)明的進一步解釋和說明，對本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。實施例1:本發(fā)明第一個實施例的微波能高溫氣氛熱處理爐由爐體、繞線裝置、微波發(fā)生與控制系統(tǒng)、溫度測量與控制系統(tǒng)組成，爐體從外至內(nèi)由封閉微波的長方體狀金屬腔體、硅酸鋁陶瓷纖維毯保溫層、氧化鋁陶瓷纖維板、SiC吸波發(fā)熱層、SiC粉和高溫合金管組成，如圖1所示，其中，封閉微波的長方體狀金屬腔體用不銹鋼板制作，長寬高分別是:210cmX IlOcmX70cm ;厚度約3cm的氧化鋁陶瓷纖維板制作成長方體狀的腔體結(jié)構(gòu)作為加熱室，在該加熱室腔體內(nèi)表面噴涂SiC粉的漿料(加適量水)作為吸波發(fā)熱層，加熱室和不銹鋼金屬腔體之間填充硅酸鋁陶瓷纖維毯作為保溫層；全部2520高溫合金管直徑為16mm，沿爐體長度方向貫穿整個爐體及加熱室，2520高溫合金管在加熱室內(nèi)的部分包埋在SiC粉中。整個加熱室的長寬高分別是:150cmX50cmX10cm，由3個連續(xù)的獨立加熱區(qū)組成，每個加熱區(qū)的長度是50cm，相鄰加熱區(qū)之間用2mm厚的2520高溫合金板分隔。每個加熱區(qū)獨立進行溫度測量與控制，高溫合金隔板位于加熱室外、保溫層內(nèi)的部分沖孔以減少散熱，孔徑小于6mm o具有上述結(jié)構(gòu)的微波能高溫氣氛熱處理爐，其加熱原理和使用方法是:2520高溫合金管內(nèi)通入Ar氣作為保護性氣氛，啟動微波加熱后，SiC吸波發(fā)熱層吸收微波發(fā)熱后，整個加熱室的全部加熱區(qū)分別獨立的開始均勻加熱，并將熱量傳遞給包埋2520高溫合金管的SiC粉，同時包埋高溫合金管的SiC粉也將吸收部分微波而發(fā)熱，并通過熱傳遞迅速傳遞給高溫合金管，最終通過溫控系統(tǒng)將全部加熱區(qū)在Ih內(nèi)獨立加熱至1150°c并保溫，當金屬或合金絲在繞線裝置帶動下從2520高溫合金管內(nèi)通過時將被迅速加熱并完成金屬或合金絲的熱處理 過程，例如:鋼絲退火。
權(quán)利要求
1.一種微波能高溫氣氛熱處理爐，其特征在于，它由爐體、繞線裝置、微波發(fā)生與控制系統(tǒng)、溫度測量與控制系統(tǒng)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波能高溫氣氛熱處理爐，其特征在于，所述的爐體從外至內(nèi)由封閉微波的長方體狀金屬腔體、硅酸鋁陶瓷纖維毯保溫層、硅酸鋁或氧化鋁陶瓷纖維板、SiC吸波發(fā)熱層、SiC粉和高溫合金管組成；其中，硅酸鋁或氧化鋁陶瓷纖維板制作成長方體狀的腔體結(jié)構(gòu)作為加熱室，該加熱室腔體內(nèi)表面噴涂SiC粉作為吸波發(fā)熱層，高溫合金管沿爐體長度方向貫穿整個爐體及加熱室，高溫合金管在加熱室內(nèi)的部分包埋在SiC粉中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的微波能高溫氣氛熱處理爐，其特征在于，其加熱原理是:陶瓷纖維板內(nèi)表面的SiC吸波發(fā)熱層和包埋高溫合金管的SiC粉均吸收微波而自身發(fā)熱升溫，其中SiC吸波發(fā)熱層吸收微波發(fā)熱后確保整個加熱室均與加熱，包埋高溫合金管的SiC粉吸收微波發(fā)熱后通過熱傳遞使高溫合金管在0.5h 2h內(nèi)升溫至600°C 1250°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的微波能高溫氣氛熱處理爐，其特征在于，所述的加熱室由多個連續(xù)的獨立控溫的加熱區(qū)組成，加熱區(qū)的分隔方法是沿加熱室的長度方向每隔50cm用高溫合金隔板分隔成一個獨立的加熱區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的微波能高溫氣氛熱處理爐，其特征在于，所述的高溫合金隔板與封閉微波的金屬腔體緊密連接，確保每個加熱區(qū)形成一個獨立的微波場；高溫合金隔板位于加熱室外、保溫層內(nèi)的部分沖孔以減少散熱，孔徑小于6mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微波能高溫氣氛熱處理爐，屬于微波加熱技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的微波能高溫氣氛熱處理爐主要由爐體、繞線裝置、微波發(fā)生與控制系統(tǒng)、溫度測量與控制系統(tǒng)組成，其中爐體從外至內(nèi)由封閉微波的長方體狀金屬腔體、硅酸鋁陶瓷纖維毯保溫層、硅酸鋁或氧化鋁陶瓷纖維板、SiC吸波發(fā)熱層、SiC粉和高溫合金管組成。具有上述結(jié)構(gòu)特征的微波能高溫氣氛熱處理爐升溫速度快，生產(chǎn)效率高，節(jié)能效果極為顯著，可用作各種金屬或合金絲的熱處理爐，具有巨大的推廣應用價值和商業(yè)價值。
文檔編號C21D1/74GK103194578SQ20131013658
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者申玉田, 申偲伯, 徐艷姬, 趙金躍, 王璽龍, 張猛, 李強 申請人:申偲伯