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微波加热含碳铬铁矿粉体还原过程中电磁性能研究

冯秀梅  
【摘要】: 微波能是一种新型的加热能源,其显著优点是可以实现对粉状物料快速选择性体加热,避免传统加热方式带来的粉状物料传热传质不均匀的现象。采用微波加热,可以直接使用含碳铬铁矿粉进行体还原,从而充分利用日益增多且价格相对便宜的铬铁矿粉。 微波加热是利用冶金物料在电磁场中的介电损耗和磁损耗使物料整体加热。复介电常数ε和复磁导率μ这两个电磁参数是描述冶金物料电磁性能的重要物理参量,它们表征了冶金物料与电磁场相互作用的关系与机理。在微波加热体还原过程中,含碳铬铁矿粉电磁性能的变化对微波加热效应和还原效果影响很大。因此,在微波加热含碳铬铁矿粉体还原过程中,研究冶金物料电磁性能的变化规律及其对微波加热效应的影响具有重要的意义。 本文通过HP8722ES矢量网络分析仪,采用波导型传输反射法测得含碳铬铁矿粉及组成原料在2~18GHz微波频段间的宏观电磁参数。该方法是将填充介质试样的波导段作为传输系统的一部分,测量一对散射参数S_(11)、S_(21),通过中间变量R、T,最后求得材料的复介电常数ε和复磁导率μ。 本文研究了试验原料(包括印度铬铁矿粉、南非铬铁矿粉、中国松树沟铬铁矿粉,无烟煤、烟煤,钙质石灰、镁质石灰)在常温下2~18GHz微波频段间的电磁频谱及在2.450GHz频率下的电磁性能。试验结果表明,影响冶金物料电磁性能的因素主要有微波辐照频率、物料化学成分及结构、环境的湿度和温度等。其中,冶金物料的成分和结构是最重要的因素。在测试的冶金原料中,主要是由于成分的差异导致了其电磁性能的差异。根据研究结果,印度铬铁矿粉、无烟煤和钙质石灰的电磁性能分别优于南非铬铁矿粉、中国陕西松树沟铬铁矿粉、烟煤和镁质石灰的电磁性能。 在微波加热含碳铬铁矿粉体还原过程中,分别将物料加热到1000℃、1100℃、1200℃、1300℃,研究了各个温度下还原物料在2~18GHz微波频段间的电磁频谱、电磁性能变化及在2.450GHz频率下的电磁性能。各温度下还原物料的介电性能随微波频率的提高而增高,磁介质性能随微波频率的提高而降低。在一定温度下,还原物料在微波加热体还原过程中产生的金属化物是导致电磁性能变化的主要因素。


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