连续式微波高温烧结系统
设计方案
一、概述
微波高温煅烧主要是利用被烧材料在微波场中高速极化旋转吸收微波能量使自身温度升高达到烧结的目的。与传统的窑炉烧结相比有如下优越性：
1．烧结时间比传统窑炉烧结大大缩短。
2．由于加工时间的缩短，能耗成本大大降低。

3．整体体积加热，升温迅速，加热均匀，质地细腻可高质量烧结功能，电子结构等多种陶瓷；磁性材料以至粉末冶金材料等。
4．占地面积小，工作环境优良，易于自动控制，节省人力。

由于上述明显的优点，国外自二十世纪九十年代末以来，该项新技术获得了十分迅速的发展。我们从九十年代初至今一直坚持这一新技术的研发工作，解决了微波高温陶瓷烧结技术中的系列高稳定程控微波源；整套高性能的微波传输系统；单模和大容积多模微波腔的CAD计算优选；烧结样品的温度测控技术等关键技术问题，先后为武汉工业大学、清华大学、中山大学、西南民族学院及武汉化工学院等院所研制了多套5kW/2450MHZ中试级、实验室微波烧结系统，分别用金属氧化物、陶瓷、荧光粉等多种材料的高温烧结，已取得了较好的效果。这次应贵公司的需要，研发连续生产型微波高温烧结设备，我们有信心也将尽全力做好第一台生产型样机的研制，希望下一步能获得更好应用，为贵公司生产发展和工艺更新有所帮助。


二、材料特性及主要技术要求
1．材料是钙盐，比重1.4克/立方厘米，材料本身吸收微波性能不好。
2．材料烧结温度：1100℃，保温一定时间；
3．设备要求产量不小于600 公斤 / 小时。

4. 设备用于连续式生产, 要求稳定可靠, 操作简便。


三. 系统总体设计方案和性能特点
根据绝缘材料微波高温烧结的原理，虽然其属于吸收微波较差的材料，但是只要选择适当吸收微波优良的材料以恰当比例与之相混合也可达到高温锻烧的目的，可选择碳粉或碳化硅与材料粉末均匀混合加热，经多次的试验取得了良好的效果，以此为依据提出如下设计方案： 该系统由微波功率和传输系统；多模矩形微波加热腔；微波与红外保温区段；物料输送系统；测控温系统和系统控制柜与机架等部分组成。同时按技术和产量要求，经初步核算需要220KW的微波功率，我们比较了可能实施的几个方案后，从保证性能要求，技术难度，制造和运行成本等因素考虑采用下面的优选方案： 采用多管微波功率合成；多段多模矩形微波加热腔串联组合；末端加红外辐射辅助加热和保温；设计进出口两段微波抑制器以确保微波泄漏安全达标；设计选用金属板式输送，变频调速的传送系统；物料温度控制；整机PLC总控。
其各大部分主要特点细述如下：
1. 微波功率源和传输系统
采用0.8kW/2450MHz高性能工业用磁控管（带阳极水冷）和特别设计的微波传输激励波导，以交叉极化方式分多组向微波加热箱体分别多槽口分布式馈能（利用CAD和程序对馈口和尺寸进行优化设计），可达到最佳模式分布和优良的加热均匀性。该阳极水冷磁控管带单独专用灯丝变压器提高工作寿命及可靠性；高压变压器采用油箱冷却；整套微波源具有完善的闭锁安全保护系统, 可长时间连续稳定工作；工作可靠，操作方便。
2．多段多模矩形微波加热腔串联组合
整个微波加热腔分为主腔和压缩段串联组合而成，每一段主腔体采用CAD技术优化微波加热箱体的设计，确保更多模式分布以改善均匀性。各段腔体采用不锈钢材料加工，具有良好防腐蚀性能，并采用双层隔热措施以提高干燥效率，改善外部工作环境；箱体输入段设计有完善的微波抑制段，保证大开口状态下，物料畅通又使微波泄漏完全达到国家安全标准，箱体输出段设计有微波抑制段，使物料勿需降温尽快进入红外保温段；微波加热箱体的底面设计有物料传送盒的导轨，保证物料平滑传送；微波加热箱体的正面设置有微波炉门，便于日常清扫；微波加热箱体的后面还设置两个带风门的排湿端口以便排放烧结过程中可能排放的微量水分；微波加热箱体的顶部设置有测温端口，统一与设备控温系统相接以控制物料需要的处理温度分布。各段腔体单独加工，相互之间用标准法兰连接以方便加工，安装, 调试和运输。

3．微波与红外保温段
保温是保证产品质量必不可少的工艺段，根据被处理物料的物理特性，系统采用15~20kW红外与15~20kW微波相结合的最佳方案，其结构与多段微波加热腔相同。保温段的长度取决于材料所需的保温时间，以保证在连续生产过程中微波升温段的传输速度与保温段的速度和保温时间相匹配。

如果考虑生产方式为批量式，即在保证产量的情况下，将整个烧结过程可分为两步完成，第一步在满功率状态下快速将物料升温到1100度，然后控制微波功率进行保温，直到符合要求后送出。