本發明屬于工業爐技術領域，具體涉及一種生產效率高、能耗低、金屬回收率高、適用范圍廣的連續熔煉金屬粉末的微波設備。

背景技術：

隨著科學技術的不斷發展，金屬粉以及由其制備成的復合材料已在冶金、化工、輕工、電子、國防、核技術、航空航天等研究領域呈現出極其重要的應用價值。金屬粉末的制備方法日益豐富，從機械法中的球磨法、氣流磨粉法到物理化學方法中的霧化法、還原法以及電沉積法等方法，但在這些制備方法中都存在著大量的不合格產品需要進行回爐重熔，以目前工業上廣泛使用的旋轉霧化法進行焊接錫粉的生產為例，其中有70%以上的粉末需要進行回爐重熔、合金化，再進行錫粉的生產。而在金屬粉末回爐重熔的過程中，目前仍廣泛采用的是電爐加熱的辦法，其存在加熱速率慢、能耗高等缺點，由于缺乏保護，金屬粉末在高溫重熔過程中會產生大量的熔煉氧化廢渣，在焊接錫粉的熔煉過程中渣率達到了10~20%，造成大量資源的浪費。此外，也有部分采用電磁感應加熱熔煉的方法，雖然加熱快速高效，但也存在功率大、能耗高。

微波加熱作為一種綠色高效的加熱方法，是新近發展起來的加熱技術，與常規加熱方法相比，具有非接觸式直接加熱、升溫速率快、反應時間短、易于自動控制、可降低化學反應溫度等優點，符合工業加熱設備高效、清潔、易于自控的發展方向。然而，目前國內外微波加熱設備主要集中在低溫加熱應用方面，如食品處理、木柴干燥、橡膠硫化等，高溫工業微波加熱熔煉設備的應用較少。

微波加熱熔煉設備要達到工業應用標準，提高微波加熱熔煉設備微波功率是主要途徑，包括增大單個磁控管的功率及多微波功率源功率合成技術。但由于大功率磁控管一方面生產成本高、價格昂貴，而且對電源配備、冷卻系統等方面的要求高，維護也不方便，不利于高溫微波加熱熔煉設備的推廣應用；另一方面，受高功率微波的物理產生機制以及器件工藝結構等限制，單個磁控管的微波功率也很有限，難以滿足工業加熱的功率需求。另外，由于小功率磁控管組合成的大功率微波加熱熔煉設備的效能低，而其主體主要采用由金屬壁封閉的矩形諧振腔結構會由于腔體構造不合理和磁控管安裝位置不合理，造成各磁控管發出的電磁波相互干涉抵消、磁控管壽命大幅縮短，而且磁控管的功率輸出也受反射波諧振的影響而不穩定，微波場場強的分布不均勻導致加熱不均勻。為了降低小功率磁控管組合對矩形諧振腔結構和磁控管安裝位置的高要求，部分高溫微波加熱熔煉設備采用單向設置多個小功率磁控管的組合，然后通過轉動托架來帶動加熱物料轉動，使加熱物料各部位均勻吸收微波以避免局部過熱，但卻存在整體微波功率小，從而只能加熱小體積的物料；且密封機構復雜，難以適應連續化工業生產的需求；而且加熱過程中存在機械活動部件還會降低整體的可靠性。此外，也有采用隧道式串聯多個磁控管的方法，來降低對矩形諧振腔結構和磁控管安裝位置的要求以實現連續加熱，但也存在著單一加熱功率小，造成僅適用于小體積物料的加熱且加熱速度慢，而且密封機構復雜，粉塵污染嚴重，難以實現保護氣氛下的高溫加熱。

技術實現要素：

本發明針對現有技術存在的問題及不足，提供了一種生產效率高、能耗低、金屬回收率高、適用范圍廣的連續熔煉金屬粉末的微波設備。

本發明是這樣實現的：包括載料倉、氣氛保護系統、螺旋送料機、微波熔煉爐、微波發生器、測溫裝置、溢流槽、澆注槽、控制閥、鑄錠機、控制單元、電源系統，所述微波熔煉爐之微波腔體為不少于五面的奇數面體金屬結構，所述微波腔體的各側壁分別設置有微波發生器，所述微波發生器通過控制單元與電源系統連接，所述微波腔體內設置有熔煉坩堝，所述微波腔體頂部設置有延伸至熔煉坩堝的測溫裝置，所述測溫裝置與控制單元信號連接，所述熔煉坩堝上部設置有與螺旋送料機之出料口連通的送料管，所述螺旋送料機之進料口與載料倉連通，所述載料倉為可開合的密閉倉且與氣氛保護系統的供氣管連通，所述熔煉坩堝底部設有卸料口且與其下部的溢流槽連通，所述溢流槽的下部設置有邊緣大于溢流槽的澆注槽，所述澆注槽底部設有澆注口，所述澆注口設置有澆鑄控制閥，所述澆注口下端設置有鑄錠機。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：

1、采用微波加熱的方式開展金屬粉末的熔煉，升溫速率可達40~70℃/min，可顯著提高金屬熔煉效率，縮短工藝過程，降低能耗；

2、通過將微波腔體設置為不少于五面的奇數面體金屬結構且各側壁分別設置微波發生器，配合多微波源組合的分布耦合技術，可以有效減少微波加熱熔煉設備常規設計中的微波源強互耦，從而能夠得到能量利用率高、微波源壽命長和功率輸出穩定、溫度分布均勻的大型化諧振腔；

3、通過在微波反應腔體的各側壁分別設置微波發生器，以低功率微波發生器的組合實現大功率微波能量輸出的目的，不僅微波發生器的成本大幅降低，且微波發生器失效后的更換成本低廉，而且整體對電源配備要求降低，結構簡單可靠；

4、采用微波加熱，可實現單一金屬粉末或合金金屬粉末的連續生產以及氧化粉末的連續還原過程，從而具有生產效率高、適用范圍廣；

5、通過密閉的載料倉連通氣氛保護系統，在熔煉時向載料倉中充入保護氣體，同時采用密閉的微波熔煉爐進行粉末的熔煉，防止空氣中氧對熔煉過程產生影響生成金屬氧化物，可有效減少熔煉氧化廢渣，提高金屬回收率；密閉熔煉也能夠顯著減少粉末在環境中的飄散，降低工作環境的危險系數。

因此，本發明具有生產效率高、能耗低、金屬回收率高、適用范圍廣、造渣率低的特點，是用于金屬粉末熔煉過程的理想設備。

附圖說明

圖1為本發明的結構原理示意圖；

圖2為圖1之微波熔煉爐俯視圖；

圖中：1-載料倉，2-氣氛保護系統，3-螺旋送料機，301-電機，4-微波熔煉爐，401-微波腔體，402-熔煉坩堝，403-送料管，404-爐體，5-微波發生器，6-測溫裝置，7-溢流槽，8-澆注槽，9-控制閥，10-鑄錠機，11-輸送帶，12-攪拌器，13-保溫套，14-鑄錠模具，15-金屬鑄錠。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明，但不以任何方式對本發明加以限制，基于本發明教導所作的任何變更或改進，均屬于本發明的保護范圍。

如圖1和2所示，本發明包括載料倉1、氣氛保護系統2、螺旋送料機3、微波熔煉爐4、微波發生器5、測溫裝置6、溢流槽7、澆注槽8、控制閥9、鑄錠機10、控制單元、電源系統，所述微波熔煉爐4之微波腔體401為不少于五面的奇數面體金屬結構，所述微波腔體401的各側壁分別設置有微波發生器5，所述微波發生器5通過控制單元與電源系統連接，所述微波腔體401內設置有熔煉坩堝402，所述微波腔體401頂部設置有延伸至熔煉坩堝402的測溫裝置6，所述測溫裝置6與控制單元信號連接，所述熔煉坩堝402上部設置有與螺旋送料機3之出料口連通的送料管403，所述螺旋送料機3之進料口與載料倉1連通，所述載料倉1為可開合的密閉倉且與氣氛保護系統2的供氣管連通，所述熔煉坩堝402底部設有卸料口且與其下部的溢流槽7連通，所述溢流槽7的下部設置有邊緣大于溢流槽7的澆注槽8，所述澆注槽8底部設有澆注口，所述澆注口設置有澆鑄控制閥9，所述澆注口下端設置有鑄錠機10。

所述微波腔體401為五面體、七面體或九面體金屬結構，所述微波腔體401與熔煉坩堝402間填充有透波保溫材料。

所述熔煉坩堝402為石墨碳化硅復合材質坩堝或碳化硅坩堝。

所述微波腔體401的各側壁分別開設有至少一個微波饋口，所述微波發生器5通過波導管與微波饋口的法蘭固定連接。

所述波導管與微波腔體401之微波饋口的法蘭之間通過聚四氟乙烯墊片、石墨墊片或橡膠圈密封。

所述微波發生器5在微波腔體401的各側壁呈上下雙正交排列設置。

本發明五面體金屬結構的微波腔體401的側壁開設5、10或20個微波饋口，所述微波饋口通過波導管分別設置有頻率為2450MHz或915MHz，單個功率為0~5kW連續可調的微波發生器5。

所述微波熔煉爐4的頂部在熔煉坩堝402的中心位置設置有攪拌軸延伸至熔煉坩堝402內的攪拌器12，所述攪拌器12的攪拌電機通過控制單元與電源系統連接。

所述攪拌器的轉速為20~60rpm，所述攪拌器包括不銹鋼葉片及不銹鋼攪拌軸。

所述螺旋送料機3的轉速為20~60rpm，所述螺旋送料機3的包括不銹鋼螺旋片。

所述氣氛保護系統2向載料倉1內輸入N₂或Ar。

所述測溫裝置6為熱電偶、紅外線測溫和/或光纖溫度傳感器。

所述熱電偶的金屬保護管外壁設置有屏蔽保護套。

所述光纖溫度傳感器為半導體吸收式光纖溫度傳感器、熒光輻射式光纖溫度傳感器、光纖液晶溫度傳感器、光纖輻射溫度傳感器或接觸式點傳感器。

所述溢流槽7為石墨溢流槽、碳化硅溢流槽或剛玉溢流槽。

所述澆注槽8之澆注口的外圍設置有保溫套或由電阻絲及保溫棉包裹形成的保溫層。

所述載料倉1中的物料為粒徑≤100μm的金屬單一金屬粉末、合金金屬粉末或活性炭與氧化金屬粉末的混合物。

所述鑄錠機10之卸料端設置有與之配套的輸送帶11。

所述熔煉坩堝402為圓筒形且與微波腔體401的內接圓同心。

本發明工作原理：

本發明通過將微波腔體設置為不少于五面的奇數面體金屬結構且各側壁分別設置微波發生器，以多微波源組合的分布耦合技術，有效減少微波加熱熔煉設備常規設計中的微波源強互耦，從而得到能量利用率高、微波源壽命長和功率輸出穩定、溫度分布均勻的大型化諧振腔；通過在微波反應腔體的各側壁分別設置微波發生器，以低功率微波發生器的組合實現大功率微波能量輸出的目的，不僅微波發生器的成本大幅降低，而且微波發生器失效后的更換成本低廉，整體對電源配備要求降低，結構簡單可靠；采用微波加熱，可實現單一金屬粉末或合金金屬粉末的連續生產以及氧化粉末的連續還原過程，具有生產效率高、適用范圍廣；通過密閉的載料倉連通氣氛保護系統，在熔煉時向載料倉中充入保護氣體，同時采用密閉的微波熔煉爐進行粉末的熔煉，防止空氣中的氧對熔煉過程產生影響生成金屬氧化物，可有效的減少熔煉氧化廢渣，提高金屬回收率；密閉熔煉也能夠顯著減少粉末在環境中的飄散，降低工作環境的危險系數。進一步將微波腔體設置為五面體、七面體或九面體金屬結構，微波腔體與熔煉坩堝間填充有透波保溫材料，不僅能夠有效的降低現有技術中的矩形諧振腔或圓形諧振腔中低功率微波發生器組合強互耦作用，使得整體能量利用率高、微波源壽命長和功率輸出穩定、溫度分布均勻，而且填充透波保溫材料能夠進一步提高能源的利用率和溫度的均勻性。更進一步采用具有耐高溫、強度大、導熱性能良好、抗沖擊的石墨碳化硅復合材質坩堝或碳化硅坩堝作為熔煉坩堝，可同時實現物料及爐內溫度的快速升溫，提高加熱速率，而且既可用于金屬粉體的熔煉，也適用于氧化粉末的連續還原，使得本發明具有廣泛的適用性。進一步將微波腔體的各側壁分別開設有至少一個微波饋口，微波發生器通過波導管與微波饋口的法蘭固定連接，微波發生器在微波腔體的各側壁呈上下雙正交排列設置，在保證本發明整體功率達到工業應用的同時，可以有效的降低整體成本、維護便捷，而且還能夠降低常規低功率微波發生器組合強互耦作用，提高能量利用率高、延長微波發生器壽命，功率輸出更加穩定，溫度分布更加均勻。進一步將微波熔煉爐的頂部在熔煉坩堝的中心位置設置有攪拌軸延伸至熔煉坩堝內的攪拌器，攪拌器的攪拌電機通過控制單元與電源系統連接，既能保證微波熔煉爐內物料溫度的均勻性，而且也能夠有效的提高爐內微波的均勻性。進一步在澆注槽之澆注口的外圍設置有保溫套或由電阻絲及保溫棉包裹形成的保溫層，能夠保證澆鑄暫停時不會造成澆注口的堵塞，提供設備的可靠性。綜上所述，本發明具有生產效率高、能耗低、金屬回收率高、適用范圍廣、造渣率低的特點。

實施例一

首先在載料倉1中裝入錫粉，通過氣氛保護系統向載料倉1中充入N₂；然后通過螺旋連續送料機3，以20rpm的送料轉速不斷地將載料倉1中的錫粉送至微波熔煉爐4的微波腔體401中；錫粉在微波腔體401中，通過各微波發生器8發射總功率為10kW的微波能加熱而充分熔化，同時通過攪拌器12以40rpm的攪拌轉速對熔融金屬進行攪拌；最后，熔煉時間為5min的金屬錫液通過溢流槽7自然流入澆鑄槽8，并經澆注口注入連續鑄錠機10的鑄錠模具14中實現錫金屬錠的連續澆鑄，錫金屬錠隨鑄錠模具14由鑄錠機10輸送并冷卻后墜入輸送帶16送出。錫粉熔煉的出渣率僅為2.56%。

實施例二

過程如實施例一，以錫粉為熔煉材料，采用本發明經裝料、充入Ar保護、送料等過程，以總功率為20kW的微波加熱熔煉，送料轉速為40rpm，攪拌轉速為60rpm，熔煉時間為5min，鑄錠中有少量夾雜間雜，熔化效果好，出渣率僅為3.78%。

實施例三

過程如實施例一，以錫粉為熔煉材料，采用本發明經裝料、充氣保護、送料等過程，以總功率為30kW的微波加熱熔煉，送料轉速為40rpm，攪拌轉速為60rpm，熔煉時間為7min，鑄錠中無間雜，熔化效果好，出渣率僅為2.13%。

實施例四

過程如實施例一，以錫粉為熔煉材料，采用本發明經裝料、充氣保護、送料等過程，以總功率為20kW的微波加熱熔煉，送料轉速為60rpm，攪拌轉速為70rpm，熔煉時間為10min，鑄錠中無間雜，熔化效果好，出渣率僅為1.61%。