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微波加熱金屬液體的實驗研究

蘇曉峰 吳博威 劉建華 劉建 莊昌凌

蘇曉峰, 吳博威, 劉建華, 劉建, 莊昌凌. 微波加熱金屬液體的實驗研究[J]. 工程科學學報, 2019, 41(12): 1583-1590. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.10.004
引用本文: 蘇曉峰, 吳博威, 劉建華, 劉建, 莊昌凌. 微波加熱金屬液體的實驗研究[J]. 工程科學學報, 2019, 41(12): 1583-1590. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.10.004
SU Xiao-feng, WU Bo-wei, LIU Jian-hua, LIU Jian, ZHUANG Chang-ling. Experimental research into the heating of liquid metal with microwave[J]. Chinese Journal of Engineering, 2019, 41(12): 1583-1590. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.10.004
Citation: SU Xiao-feng, WU Bo-wei, LIU Jian-hua, LIU Jian, ZHUANG Chang-ling. Experimental research into the heating of liquid metal with microwave[J]. Chinese Journal of Engineering, 2019, 41(12): 1583-1590. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.10.004

微波加熱金屬液體的實驗研究

doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.10.004
基金項目: 國家自然科學基金資助項目(51704083)
詳細信息
    通訊作者:

    E-mail:liujianhua@metall.ustb.edu.cn

  • 中圖分類號: TF19

Experimental research into the heating of liquid metal with microwave

More Information
  • 摘要: 研究微波加熱液態金屬的升溫特征,在MobileLab-W-R型微波工作站中進行了微波直接加熱銅液和鐵液的實驗研究,實現了微波直接加熱銅液和鐵液實驗,對比研究了微波直接加熱和間接加熱銅液與鐵液的加熱效果,并研究了微波功率、金屬液質量、溫度等對微波直接加熱效果的影響,探討了微波直接加熱金屬液體的機理。結果表明,微波可以以較快的升溫速度直接加熱銅液和鐵液,且升溫速率與微波加熱功率呈近似線性遞增關系;在相同微波直接加熱條件下,同等質量的銅液和鐵液的升溫速度相近,但不同質量鐵液加熱時,由于其表面積、微波場強分布等因素的影響,鐵液質量對微波加熱效果的影響沒有明顯的線性關系。理論分析認為,銅和鐵在熔化后電阻率增大,磁導率明顯下降,導致微波在銅液和鐵液內部的趨膚深度顯著大于固態銅和鐵;電導損耗是實現微波直接加熱液態金屬的主要機制,液態金屬可通過電子與原子核碰撞、表面快速更新、內部缺陷阻礙電子運動、原子運動及碰撞等形式吸收微波,將微波能量轉化為自身熱量。

     

  • 圖  1  微波加熱站示意圖

    1—爐門;2—諧振腔;3—箱體;4—加熱腔;5—坩堝;6—磁控管;7—波導;8—物料;9—剛玉套管;10—熱電偶;11—溫度顯示器

    Figure  1.  Diagram of the experimental microwave workstation

    圖  2  微波加熱腔. (a) 直接加熱用加熱腔;(b) 涂有吸波涂層的間接加熱用加熱腔

    Figure  2.  Microwave heating cavity: (a) heating cavity for direct heating; (b) heating cavity for indirect heating with absorbing coating

    圖  3  不同質量鐵塊間接加熱實驗結果

    Figure  3.  Experimental results of iron heated with indirect heating pattern

    圖  4  1000 g銅間接加熱升溫曲線

    Figure  4.  Heating curve for indirect heating of 1000 g copper

    圖  5  微波直接加熱不同質量鐵液的升溫曲線.(a)500 g;(b)1000 g;(c)1500 g;(d)>1450 ℃階段,不同質量鐵液升溫曲線

    Figure  5.  Heating curves of different quality molten irons with microwave power of 4 kW: (a) 500 g; (b) 1000 g; (c) 1500 g; (d) heating curve of molten iron of different quality above 1450 ℃

    圖  6  不同微波功率下1000 g鐵液的升溫曲線

    Figure  6.  Temperature rise curves of 1000 g iron melt under different microwave powers

    圖  7  升溫速度與微波功率的關系

    Figure  7.  Relationship between heating rate and microwave power

    圖  8  微波直接加熱銅液和鐵液結果

    Figure  8.  Heating curves of molten copper and iron by microwave heating

    表  1  實驗用鐵成分(質量分數)

    Table  1.   Composition of the iron for experiments %

    CSiMnSTiPFe
    4.031.090.120.0640.190.11余量
    下載: 導出CSV

    表  2  微波直接加熱金屬液實驗方案

    Table  2.   Experimental scheme of microwave direct heating of liquid metal

    金屬質量/g間接加熱功率/kW間接加熱終點溫度/℃直接加熱功率/kW直接加熱保溫溫度/℃直接加熱終點溫度/℃
    50041500414501550
    100041500414501550
    100041500314501550
    100041500214501550
    100041500114501550
    150041500414501550
    100041400413501450
    下載: 導出CSV
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  • 收稿日期:  2018-12-10
  • 刊出日期:  2019-12-01

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