科技成果——工業(yè)微波、電混合高溫加熱窯爐技術(shù)適用范圍機(jī)械行業(yè)通用機(jī)械行業(yè)非金屬材料高溫加工行業(yè)現(xiàn)狀目前我國工業(yè)窯爐大部分是燃煤、燃油、燃?xì)飧G爐，這些工業(yè)窯爐大量耗用一次能源，并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定污染。與電爐相比，工業(yè)微波/電混合加熱窯爐通?？晒?jié)電40%以上；與燃煤（焦）、燃油、燃?xì)飧G爐相比，能耗費(fèi)用大致相當(dāng)或略有降低，但減排效果顯著。同時(shí)，工業(yè)微波窯爐裝備通?？纱蠓纳萍庸げ牧系钠焚|(zhì)和大幅提高加工效率，設(shè)備自動(dòng)化程度高，而其制造成本卻與傳統(tǒng)窯爐裝備相當(dāng)，因而具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。目前應(yīng)用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能量10萬tce/a,減排約26萬tCO2/a。成果簡介1、技術(shù)原理微波加熱是利用微波電磁場(chǎng)中材料的介質(zhì)損耗使材料整體加熱至溫度升高。在微波電磁場(chǎng)作用下，材料會(huì)產(chǎn)生一系列的介質(zhì)極化，在極化過程中極性分子由原來的隨機(jī)分布狀態(tài)轉(zhuǎn)向依照電場(chǎng)的極性排列取向，而在高頻電磁場(chǎng)作用下，分子取向按交變電磁的頻率不斷變化，依靠材料本身吸收微波能轉(zhuǎn)化為材料內(nèi)部分子的動(dòng)能和勢(shì)能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)材料內(nèi)外同時(shí)均勻加熱的原理。傳統(tǒng)加熱熱源是通過熱輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流三種方式完成的，而微波加熱則是通過物質(zhì)內(nèi)部粒子與高速交變的電磁波相互作用來完成的。這種相互作用引起物質(zhì)中電介質(zhì)的損耗，使電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽咝?、清潔。微?電混合高溫加熱技術(shù)可克服部分材料在低溫狀態(tài)下吸收微波差而升溫速度慢等缺點(diǎn)，具備特點(diǎn)如下：（1）優(yōu)質(zhì)：通過均勻穿透的能量作用大幅提高加工材料的品質(zhì)。如采用微波高溫合成技術(shù)可生產(chǎn)出世界上高品質(zhì)的磁性材料、動(dòng)力電池材料和氮化鐵合金材料等；（2）高效：通過整體同步的能量作用大幅縮短材料的加熱或加工時(shí)間，提高加熱或加工效率數(shù)倍乃至數(shù)百倍。如采用微波燒結(jié)技術(shù)生產(chǎn)氮化硅錳，可使效率提高20倍，生產(chǎn)成本降低70%；（3）節(jié)能：因材料加熱或加工效率高而顯著節(jié)能，與常規(guī)電加熱窯爐相比，通?？墒‰?0%以上，如燒制氮化硅錳，可節(jié)電90%左右；（4）改性：因微波加熱存在非熱催化效應(yīng)，顛覆部分傳統(tǒng)產(chǎn)品燒結(jié)工藝，如人造金剛石石墨+觸媒，由原來真空狀態(tài)下純氫氣燒結(jié)改變?yōu)槌籂顟B(tài)下氮?dú)鉄Y(jié)，可大大降低成本，提高設(shè)備使用的安全性；（5）應(yīng)用范圍廣：充分利用純微波高溫加熱技術(shù)與電加熱的優(yōu)勢(shì)，克服部分材料在低溫狀態(tài)下吸收微波差而升溫速度慢等缺點(diǎn)，應(yīng)用范圍大大提高。2、關(guān)鍵技術(shù)（1）高穩(wěn)定性的微波源技術(shù)；

2）建立不同邊界條件下微波腔體的微波模數(shù)結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，確保微波與材料最佳偶合；（3）設(shè)計(jì)多種微波抑制及微波屏蔽器，設(shè)計(jì)出微波屏蔽裝置，將電熱元件引出線的微波輻射降低到100yW/cm2；（4）采用專用于微波高溫窯爐測(cè)溫用熱電偶，與常規(guī)熱電偶相比，該技術(shù)引出線微波輻射少，測(cè)溫精度高；傳統(tǒng)燒結(jié)爐微波腔體傳統(tǒng)燒結(jié)爐微波腔體靠傳遞能量進(jìn)行柯熱

需要外來熱源

加熱與材料本身無關(guān)

大部分能量損失在環(huán)境中龕能量的轉(zhuǎn)換進(jìn)訐加執(zhí)

內(nèi)部加熱靠傳遞能量進(jìn)行柯熱

需要外來熱源

加熱與材料本身無關(guān)

大部分能量損失在環(huán)境中與材料本身性能有關(guān)

大部分能量被用于村料本身的加熱

傳統(tǒng)燒結(jié)爐與微波燒結(jié)爐工作原理對(duì)比圖（5）微波窯爐加熱元件是微波源，布置在保溫層外面，微波穿過保溫層加熱物料，要求微波窯爐的保溫材料吸波性能差，在微波照射下自身發(fā)熱小。研究開發(fā)出可適應(yīng)微波燒結(jié)溫度高于1600°C的保溫材料，以及爐管、匣缽、推板、氧化鋁空心球磚等耐火材料，是該技術(shù)完成的重要保障；6）溫度精確控制技術(shù)。采用溫度曲線的控制，實(shí)際就是微波功率的控制，這要求一是做到微波功率的精確無級(jí)可調(diào)，二是閉環(huán)控制時(shí)間響應(yīng)快。微波功率調(diào)節(jié)是非線性的，它由雷基圖決定。本技術(shù)采用常規(guī)的PLC、觸摸屏、經(jīng)多種溫度曲線計(jì)算，實(shí)現(xiàn)微波功率的控制。主要技術(shù)指標(biāo)1、 微波輸出頻率：2.45GHz±25MHz；2、 最高溫度：1650°C；3、 工作溫度：1600C；4、 溫度均勻度：±6C；5、 窯爐溫度穩(wěn)定度：±5C；6、 曲線控制精度：土2C。技術(shù)水平該技術(shù)于2012年3月通過湖南科學(xué)技術(shù)廳組織的技術(shù)成果鑒定，并獲得多項(xiàng)國家專利。2012年3月，“RWEG微波（電熱）高溫輥道窯、RWET微波（電熱）高溫輥道窯、RWS微波多功能實(shí)驗(yàn)爐”三項(xiàng)產(chǎn)品成功通過湖南經(jīng)信委與湖南資源綜合利用協(xié)會(huì)組織的產(chǎn)品鑒定。與常規(guī)工業(yè)加熱技術(shù)相比，該技術(shù)可大幅改善材料品質(zhì)，并具有顯著的高效、節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)，節(jié)能率可達(dá)40%以上，且制造成本與常規(guī)技術(shù)相當(dāng)，因而具有使用領(lǐng)域廣、性價(jià)比高的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)。目前，該技術(shù)已在湖北鐘祥華邦科技有限公司、廣東風(fēng)華高新科技股份有限公司新寶華電子設(shè)備分公司、潮州市博大工藝品制作有限公司等企業(yè)應(yīng)用，產(chǎn)品技術(shù)符合技術(shù)指標(biāo)需求，技術(shù)成熟、穩(wěn)定。典型案例典型用戶：湖北鐘祥華邦科技有限公司、廣東風(fēng)華高新科技股份有限公司、潮州市博大工藝品制作有限公司等典型案例1建設(shè)規(guī)模：6條3000t/a氮化釩微波高溫合成窯爐。主要技改內(nèi)容：利用微波（電熱）代替電加熱窯合成氮化釩，主要設(shè)備為微波（電熱）高溫推板窯。節(jié)能技改投資額4200萬元，建設(shè)期6個(gè)月。每年可節(jié)能5760tce，年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益為1008萬元，投資回收期約4年。典型案例2建設(shè)規(guī)模：2條1.8萬m3/a高檔日用瓷、藝術(shù)瓷的微波高溫素?zé)G。主要技改內(nèi)容：利用連續(xù)式微波（電熱）高溫輥道窯代替原有的間歇式液化氣窯，主要設(shè)備為微波（電熱）高溫輥道窯2套。節(jié)能技改投資額1100萬元，建設(shè)期6個(gè)月。每年可節(jié)能1746tce，年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益806萬元，投資回收期約1.4年。市場(chǎng)前景微波能的應(yīng)用始于1947年第一臺(tái)家用微波爐在美國的誕生，到現(xiàn)在已經(jīng)六十多年，使用初期僅限于某些特殊領(lǐng)域，直到近二十年才得到迅猛發(fā)展。由于微波能應(yīng)用技術(shù)具備顯著的優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)，隨著微波裝備制造技術(shù)的不斷提高和材料的微波加工工藝技術(shù)的不斷開發(fā)，全球微波能應(yīng)用