微波加熱高碳鉻鐵粉固相脫碳電磁性能及升溫機理研究.pdf

1、微波加熱作為人類的第二團火焰，因具有體加熱和選擇性加熱等特點而有可能成為未來冶金工業(yè)中礦物處理和金屬冶煉的重要手段之一。微波和物料的相互作用以及微波能轉(zhuǎn)化為熱能的能力皆與物料的電磁性能密切相關(guān)。在固相脫碳過程中，冶金物料電磁性能的變化不僅反映物料組分的變化程度，還影響微波加熱的總體過程。然而，有關(guān)冶金物料電磁性能和固相脫碳的綜合研究甚少。
　　本研究以碳酸鈣粉作為高碳鉻鐵粉的固體脫碳劑，在微波加熱的條件下控制微波加熱溫度和脫碳保溫

2、時間對高碳鉻鐵粉進行固相脫碳。采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和碳硫聯(lián)測分析儀，系統(tǒng)研究該脫碳物料電磁性能和固相脫碳過程的內(nèi)在關(guān)系;通過微波加熱升溫特性實驗和理論的對比研究，具體分析該粉體物料微波加熱過程的內(nèi)在規(guī)律以及電磁性能變化對該過程的影響;借助量子力學(xué)及相關(guān)理論，深入探究過渡金屬碳化物的微波加熱微觀機制以及其態(tài)密度與微波加熱的內(nèi)在關(guān)系。
　　研究結(jié)果表明，當高碳鉻鐵的粒徑減小至介觀尺寸時，該粉體物料在微波場中受到極化弛豫和共振響應(yīng)的共同作

3、用。在介觀尺寸時，鉻鐵復(fù)合碳化物的4s和4p態(tài)電子因量子限域效應(yīng)而減弱其離域性，故有利于微波加熱。與塊狀高碳鉻鐵對比，高碳鉻鐵粉吸收微波的能力明顯增強，其最大微波吸收率為53.89％。在固相脫碳過程中，介電損耗和磁損耗可以相互轉(zhuǎn)化，并與該粉體物料的碳含量、碳空位和晶體結(jié)構(gòu)等諸多因素密切相關(guān)。另外，該介觀尺寸粉體物料的微波加熱過程是體加熱過程，其包含微波吸收和能量轉(zhuǎn)化兩個基元反應(yīng)。若考慮側(cè)面和底面邊緣較大的能量損失，該粉體物料的溫度場分布

4、是軸對稱分布，并且軸中心的溫度高于側(cè)面和底面邊緣的溫度，故徑向粉體物料的電磁性能存在差異，進而影響微波加熱的總體過程。
　　隨著微波加熱溫度的提高，脫碳物料的相對介電常數(shù)具有先增高后降低的特點，而相對磁導(dǎo)率的變化趨勢恰好相反。隨著微波加熱溫度的提高和脫碳保溫時間的延長，相對復(fù)介電常數(shù)趨于穩(wěn)定，說明鉻鐵復(fù)合碳化物相最終向鉻鐵素體相轉(zhuǎn)變。當相對介電常數(shù)和相對介電損耗因子趨于減小，而相對磁導(dǎo)率和相對磁損耗因子趨于增大時，脫碳物料的平均脫

5、碳速率最大。在微波加熱過程中，無論化學(xué)反應(yīng)熱是否存在，該粉體物料的升溫曲線均符合三次函數(shù);若無化學(xué)反應(yīng)熱，其升溫速率夠較好地符合相應(yīng)三次函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)。微波和該粉體物料相互作用實際上是微波光子增加了該微觀粒子體系的混亂程度，在分子水平上表現(xiàn)為振動。在該碳化物中，3d態(tài)電子很容易在微波場作用下發(fā)生帶間躍遷，從而加劇了原子的熱振動。
　　本研究結(jié)果將有利于進一步理解微波與粉體物料相互作用，揭示過渡金屬碳化物微波加熱機理，并為微波冶金以及