微波加熱高碳鉻鐵粉固相脫碳電磁性能及升溫機(jī)理研究.pdf

1、微波加熱作為人類(lèi)的第二團(tuán)火焰，因具有體加熱和選擇性加熱等特點(diǎn)而有可能成為未來(lái)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(guò)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(guò)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(shí)間對(duì)高碳鉻鐵粉進(jìn)行固相脫碳。采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和碳硫聯(lián)測(cè)分析儀，系統(tǒng)研究該脫碳物料電磁性能和固相脫碳過(guò)程的內(nèi)在關(guān)系;通過(guò)微波加熱升溫特性實(shí)驗(yàn)和理論的對(duì)比研究，具體分析該粉體物料微波加熱過(guò)程的內(nèi)在規(guī)律以及電磁性能變化對(duì)該過(guò)程的影響;借助量子力學(xué)及相關(guān)理論，深入探究過(guò)渡金屬碳化物的微波加熱微觀機(jī)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(dāng)高碳鉻鐵的粒徑減小至介觀尺寸時(shí)，該粉體物料在微波場(chǎng)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(shí)，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(duì)比，高碳鉻鐵粉吸收微波的能力明顯增強(qiáng)，其最大微波吸收率為53.89％。在固相脫碳過(guò)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(guò)程是體加熱過(guò)程，其包含微波吸收和能量轉(zhuǎn)化兩個(gè)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(chǎng)分布

4、是軸對(duì)稱(chēng)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(jìn)而影響微波加熱的總體過(guò)程。
　　隨著微波加熱溫度的提高，脫碳物料的相對(duì)介電常數(shù)具有先增高后降低的特點(diǎn)，而相對(duì)磁導(dǎo)率的變化趨勢(shì)恰好相反。隨著微波加熱溫度的提高和脫碳保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，相對(duì)復(fù)介電常數(shù)趨于穩(wěn)定，說(shuō)明鉻鐵復(fù)合碳化物相最終向鉻鐵素體相轉(zhuǎn)變。當(dāng)相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)介電損耗因子趨于減小，而相對(duì)磁導(dǎo)率和相對(duì)磁損耗因子趨于增大時(shí)，脫碳物料的平均脫

5、碳速率最大。在微波加熱過(guò)程中，無(wú)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(wú)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(shí)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(dòng)。在該碳化物中，3d態(tài)電子很容易在微波場(chǎng)作用下發(fā)生帶間躍遷，從而加劇了原子的熱振動(dòng)。
　　本研究結(jié)果將有利于進(jìn)一步理解微波與粉體物料相互作用，揭示過(guò)渡金屬碳化物微波加熱機(jī)理，并為微波冶金以及