本實用新型涉及微波能應(yīng)用技術(shù)，具體指一種組合式微波氣氛熔化裝置，屬于微波設(shè)備設(shè)計與技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

微波加熱作為工業(yè)加熱能源的應(yīng)用，是近年來在加熱領(lǐng)域中逐步發(fā)展起來并日趨成熟的加熱技術(shù)，具有非接觸式直接體加熱、升溫速率快、操作簡潔、環(huán)保無污染等優(yōu)點，已經(jīng)在合成、燒結(jié)、冶金、熱解、干燥等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。微波的熱效應(yīng)奠定了微波在高溫領(lǐng)域中的應(yīng)用基礎(chǔ)。

大功率多口激勵的多模腔加熱設(shè)備因易于控制功率和價格便宜等優(yōu)點已被工業(yè)應(yīng)用，但是多模腔的結(jié)構(gòu)及其連續(xù)自動化設(shè)計一直是制約其推廣應(yīng)用的瓶頸。主要是由于多模腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理（主要是激勵饋口位置布局）引起腔內(nèi)場分布不均勻，各饋口之間耦合嚴(yán)重，饋口反射大，從而造成磁控管使用壽命低，設(shè)備的微波效能低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題與不足，提供一種大功率的組合式微波氣氛熔化裝置。該裝置采用微波加熱，可實現(xiàn)物料非接觸式的直接快速升溫；該裝置加熱腔體激勵端口的布局，使微波能轉(zhuǎn)換為熱能的效率大為提高，端口的反射以及彼此之間的耦合度較?。欢喽丝诘慕M合匹配實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)用的大功率微波氣氛熔化裝置的成功研發(fā)；具體技術(shù)方案為：

一種組合式微波氣氛熔化裝置，包括微波加熱腔體系統(tǒng)、微波源及傳輸饋入結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、攪拌結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、進(jìn)出料結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、測控溫結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；所述微波加熱腔體系統(tǒng)為外形為正多棱柱狀，均布若干個微波源，所述微波源的饋口彼此之間交叉垂直極化分布，饋口中心距符合以下公式：

L =（2n+1）*λ0/4

其中，L為饋口中心距，λ0為頻率2450MHz微波的工作波長，n為正整數(shù)。

進(jìn)一步，所述微波加熱腔體系統(tǒng)為外形為正五棱柱狀。

進(jìn)一步，所述微波源的數(shù)量為20個。

進(jìn)一步，所述微波加熱腔體系統(tǒng)由內(nèi)向外包括：熔融內(nèi)腔、多晶莫來石纖維隔熱層和不銹鋼外腔。

進(jìn)一步，所述攪拌結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)置有攪拌器，所述攪拌器采用雙螺旋結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述攪拌器的上軸通過帶水冷的磁流體密封裝置與攪拌電機(jī)連接。

進(jìn)一步，所述測控溫結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括物料溫度傳感器，所述物料溫度傳感器為多點測溫傳感器。

進(jìn)一步，所述物料溫度傳感器穿設(shè)在攪拌器的中心軸內(nèi)。

進(jìn)一步，所述進(jìn)出料結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)置有輔助加熱裝置，所述輔助加熱裝置與所述微波加熱腔體的底端連接。

進(jìn)一步，所述測控溫結(jié)構(gòu)系統(tǒng)還設(shè)置有冷卻水包，所述冷卻水包安裝在裝置的底部上。

本實用新型可用于氣氛或真空狀態(tài)下的金屬粉體及其合金或非金屬粉體快速加熱升溫、熔煉。本實用新型的有益效果是：

1、微波多點饋能結(jié)構(gòu)，保證升溫快速均勻；優(yōu)化最佳饋口分布，保證磁控管長時高效運行，微波加熱效能高；

2、立式雙螺旋攪拌的密閉結(jié)構(gòu)，保證物料在密閉氣氛或真空條件下的自動化控制輸入、熔化、保溫及輸出；

3、多點反饋準(zhǔn)確微波控溫；

4、雙層腔體結(jié)構(gòu)和密封隔熱措施提高熱能利用率，保證物料快速升溫熔化。

附圖說明

圖1為本實用新型組合式微波氣氛熔化裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實施例中的物料溫度變化曲線圖。

圖中：1、密閉出料倉；2、機(jī)械泵；3、真空計；4、出料輔助加熱裝置；5、立式微波加熱腔體；6、不銹鋼外腔；7、多晶莫來石纖維隔熱層；8、熔融內(nèi)腔；9、磁控管；10、可調(diào)開關(guān)電源；11、進(jìn)料推進(jìn)器；12、排氣裝置；13、設(shè)備機(jī)架；14、進(jìn)料倉；15、觸摸屏操作面板；16、物料溫度溫度傳感器；17、攪拌電機(jī)；18、磁流體密封裝置；19、觀察窗；20、腔體頂蓋；21、攪拌器；22、保護(hù)氣體接口；23、出料控制器；24、冷卻水包；Ta、第一點溫度曲線；Tb、第二點溫度曲線；Tc、第三點溫度曲線。

具體實施方式

下面利用實施例對本實用新型進(jìn)行更全面的說明。本實用新型可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實施例。

為了易于說明，在這里可以使用諸如“上”、“下”“左”“右”等空間相對術(shù)語，用于說明圖中示出的一個元件或特征相對于另一個元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術(shù)語意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性術(shù)語“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位（旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位），這里所用的空間相對說明可相應(yīng)地解釋。

如圖1中所示，本實施例中的組合式微波氣氛熔化裝置包括：微波加熱腔體系統(tǒng)、微波源及傳輸饋入結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、攪拌結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、進(jìn)出料結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、測控溫結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等部分。

（1）微波加熱腔體系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用立式微波加熱腔體5，外形為正五棱柱，由五塊腔體板組成截面為正五邊形的腔壁，與頂面、底面形成密閉結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，也可以將腔體設(shè)置為正六棱柱、正八棱柱等形狀。腔體從外到內(nèi)分為不銹鋼外腔6、多晶莫來石纖維隔熱層7、熔融內(nèi)腔8三部分。不銹鋼外腔6由耐熱耐腐蝕的304不銹鋼構(gòu)成。多晶莫來石纖維隔熱層7位于不銹鋼外腔6與物料熔融內(nèi)腔8之間，有效的隔絕熱傳遞并具有較低的微波損耗。物料熔融內(nèi)腔8為高介電損耗材料，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫?zé)嵴鹦?，對于熔融物料不會引入成分摻雜。熔融內(nèi)腔8底部與出料輔助加熱裝置4相連。加熱腔體5上部為不銹鋼腔體頂蓋20，腔體頂蓋20上方設(shè)有進(jìn)料口、攪拌器接口、安全閥、觀察窗19等。進(jìn)料接口通過進(jìn)料通道與進(jìn)料倉14相連，腔體下部設(shè)出料接口、保護(hù)氣體接口22、真空管路接口。出料接口通過出料管路與密閉出料倉1相連。真空管路接口通過真空管路與機(jī)械泵2相連，真空管路上設(shè)有真空計3和控制球閥。立式微波加熱腔體5側(cè)面腔體板上設(shè)有微波饋入端口、溫度傳感器接口，饋入端口通過激勵波導(dǎo)與磁控相連，2個溫度傳感器接口用于安裝溫度傳感器時通過。

（2）微波源及傳輸饋入結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

該微波源與饋入結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括20套微波源及饋入裝置9。20套磁控管9通過專用激勵波導(dǎo)、波導(dǎo)法蘭與不銹鋼外腔6上的20個饋口相連接，每個腔體板上分布4個饋口，饋口彼此之間交叉垂直極化分布，兩個饋口的中心的距離為饋口中心距L，應(yīng)符合以下公式：

L =（2n+1）*λ₀/4

其中，L為饋口中心距，λ₀為頻率2450MHz微波的工作波長，n為正整數(shù)。

根據(jù)腔體的大小選擇合適的n，計算得到合理的饋口中心距，對饋口進(jìn)行排布；以使饋口的自身反射以及彼此之間的耦合度較小，微波場強(qiáng)集中。饋口與不銹鋼外腔6腔體應(yīng)隔離。磁控管9通過線路與可調(diào)開關(guān)電源10相連，開關(guān)電源位于加熱腔體5后方。每套磁控管9具有磁控管溫度開關(guān)保護(hù)功能與高壓過流保護(hù)功能，磁控管9上設(shè)有微型溫度傳感器，反饋于觸摸屏操作面板15上。每套微波源均可單獨控制，可以根據(jù)物料熔融工藝要求進(jìn)行自動化或手動操作控制，滿足熔融溫度的要求。

（3）攪拌結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

該系統(tǒng)內(nèi)置于微波加熱腔體5內(nèi)，包括攪拌器21，攪拌器21的上軸與攪拌電機(jī)17相連構(gòu)成傳動機(jī)構(gòu)，可實現(xiàn)攪拌器21的可控旋轉(zhuǎn)與升降。攪拌器21的上軸穿出微波腔體頂蓋20并延伸于腔外，通過帶水冷的磁流體密封裝置18與攪拌電機(jī)17相連，保證密閉的同時又防止微波泄漏。攪拌電機(jī)17可選用變頻電機(jī)。通過攪拌結(jié)構(gòu)系統(tǒng)往復(fù)攪拌，保證物料在熔融過程中的成分均勻，防止物料熔液成分偏析。攪拌器21由耐熱耐腐蝕不銹鋼材質(zhì)制成；采用雙螺旋結(jié)構(gòu)，也可以采用其他結(jié)構(gòu)。

（4）進(jìn)出料結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

該系統(tǒng)為密閉結(jié)構(gòu)，進(jìn)料倉14通過進(jìn)料通道與微波加熱腔體5相連，進(jìn)料通道上設(shè)有密閉閥門、進(jìn)料推進(jìn)器11、保護(hù)氣體接口22、排氣裝置12接口；排氣裝置上設(shè)有密閉閥門。進(jìn)料推進(jìn)器11上設(shè)有局部水冷卻套，防止物料在進(jìn)入加熱腔體5之前受熱軟化。密閉出料倉1通過出料通道與微波加熱腔體5上出料接口相連。出料通道上設(shè)有輔助加熱裝置4、出料控制器23、保護(hù)氣體接口22、溫度傳感器接口；輔助加熱裝置4與微波加熱腔體5的底端連接，通過輔助加熱裝置4防止熔融物料冷卻堵塞通道。密閉出料倉1上也設(shè)有保護(hù)氣體接口22、真空接口。密閉出料倉1內(nèi)置保溫結(jié)構(gòu)。

（4）測控溫結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

測控溫結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括不少于3支位于微波腔體內(nèi)的溫度傳感器，溫度傳感器通過線路與控制系統(tǒng)相連接。第一支溫度傳感器測量物料的溫度，為物料溫度傳感器16。物料溫度傳感器16為多點測溫傳感器以檢測保物料溫度是否均勻。物料溫度傳感器16穿設(shè)在攪拌器21的中心軸內(nèi)，溫度傳感器與中心軸一起旋轉(zhuǎn)，傳感器的頂部通過電旋轉(zhuǎn)連接器進(jìn)行外部線路的連接，避免外部線路因為旋轉(zhuǎn)而引起纏繞現(xiàn)象發(fā)生。本實施例中分為上部、中部和下部，第一點位于攪拌器21的上部；第二點位于攪拌器21的中部，第三點伸出于攪拌器外，可實時測量物料下端的溫度。第二支溫度傳感器通過立式微波加熱腔體5側(cè)面上的傳感器接口用于實時測量熔融內(nèi)腔8外壁溫度，第三支溫度傳感器通過出料通道上的溫度傳感器接口用于實時測量輔助加熱裝置的溫度，保證物料流出程序的可控性。

冷卻水包24位于裝置的底部上，包含進(jìn)水、出水兩個水包，根據(jù)水冷磁控管的功率配置冷卻水接口；本實施例中每四路水冷磁控管連接一路冷卻水接口；剩下1路冷卻水用于進(jìn)料推進(jìn)器11和磁流體密封裝置18的冷卻；因此，水包上設(shè)置不少于6路冷卻水接口，并且設(shè)有控制球閥、水壓開關(guān)等部件進(jìn)行控制。

裝置部件一體化于設(shè)備機(jī)架13上，采用觸摸屏操作面板15進(jìn)行人機(jī)交互。觸摸屏操作面板15位于裝置的正前方，方便操作控制。觸摸屏操作面板15上主要功能包括：主電源、微波控制單元、溫度控制單元、攪拌控制單元、真空控制單元以及功能指示等。

系統(tǒng)裝置設(shè)置了必需的保護(hù)功能，確保裝置安全可靠、穩(wěn)定運行。

本裝置利用微波加熱技術(shù)，可以在密閉氣氛條件，對金屬或非金屬粉體及其合金粉體實現(xiàn)快速加熱升溫、熔煉。以氬氣條件下Sn-Pb合金粉體（63A，400-500目）為例，利用本裝置中進(jìn)行微波加熱熔化過程如下：

打開電源→開啟PLC控制系統(tǒng)與冷卻水系統(tǒng)→開啟機(jī)械泵2→壓強(qiáng)低于1.0×10-1Pa時關(guān)閉機(jī)械泵2充入氬氣→壓強(qiáng)增至約2.0×105Pa時從進(jìn)料倉14（密閉條件下）通過進(jìn)料推進(jìn)器11送入合金粉體于熔融內(nèi)腔8中→開啟微波并控制其輸出總功率約20kW→開啟輔助加熱裝置4→待物料溫度升至約270℃時開啟攪拌器21→測定物料的溫度隨時間的變化情況（如圖2所示）→關(guān)閉微波→開啟放料控制器→打開機(jī)械泵2，壓強(qiáng)低于1.0×10-1Pa時依次關(guān)閉系統(tǒng)。由圖2第一點溫度曲線Ta、第二點溫度曲線Tb、第三點溫度曲線Tc可知，12kg物料在約20kW的微波功率條件下，氬氣保護(hù)狀態(tài)，僅需約5min溫度升至324℃，物料垂直方向上溫差較小，通過觀察窗19觀測物料是否已處于全熔狀態(tài)。出料后熔融內(nèi)腔8中沒有殘渣存在，出料流暢未出現(xiàn)未堵塞和氧化現(xiàn)象。

上述示例只是用于說明本實用新型，除此之外，還有多種不同的實施方式，而這些實施方式都是本領(lǐng)域技術(shù)人員在領(lǐng)悟本實用新型思想后能夠想到的，故，在此不再一一列舉。