微波加熱技術(shù)在冶金工藝中的應(yīng)用發(fā)展作用

尤文輝，楊科威，劉 坤

（江蘇國(guó)恒安全評(píng)價(jià)咨詢服務(wù)有限公司，江蘇 南京 210019）

傳統(tǒng)的微波加熱技術(shù)多用于雷達(dá)、通訊等領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，微波加熱技術(shù)逐步取得了一定的發(fā)展成果，被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)中，尤其是微波加熱技術(shù)在冶金工藝中的應(yīng)用，促進(jìn)了冶金行業(yè)的進(jìn)步，提升了其整體發(fā)展水平?；谄鋺?yīng)用優(yōu)勢(shì)，在礦物的預(yù)處理、廢氣處理、鋼渣處理中都有著良好的應(yīng)用效果。隨著近年來(lái)技術(shù)的發(fā)展，微波加熱技術(shù)也在逐步進(jìn)步，未來(lái)該技術(shù)將具有更為廣闊的應(yīng)用前景。

1 微波加熱技術(shù)概述

1.1 基本原理

通常情況下，微波是指波頻率在0.3GHz～300GHz的電磁波，而微波加熱技術(shù)主要是借助于高頻電磁波的作用，改變了原有介質(zhì)材料中極性分子的分布狀態(tài)，具體來(lái)講，使得其由隨機(jī)分布狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘凑针妶?chǎng)的極性排列取向，在此過(guò)程中，取向運(yùn)動(dòng)處于不斷的運(yùn)動(dòng)變化中，在此作用下，分子發(fā)生劇烈的運(yùn)動(dòng)，在該運(yùn)動(dòng)下，熱量逐步產(chǎn)生，從而提升了介質(zhì)的溫度。

1.2 優(yōu)點(diǎn)

微波加熱技術(shù)具有一系列的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在以下方面：①非傳導(dǎo)加熱。微波加熱技術(shù)的加熱過(guò)程極快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)的加熱方式，一般只需要常規(guī)方式的幾分之一。②體加熱。微波加熱技術(shù)的加熱過(guò)程較為均勻，在加熱操作中一般內(nèi)外層不會(huì)出現(xiàn)加熱不均勻的現(xiàn)象，保證了加熱效果。③節(jié)能環(huán)保。微波加熱過(guò)程中，所采用的設(shè)備殼體多為微波反射型的材料，這種材料性質(zhì)較為特殊，反射較容易實(shí)現(xiàn)，而吸收較難實(shí)現(xiàn)，使得微波的吸收極為困難，由于微波是特殊性質(zhì)，使得其熱量傳輸過(guò)程中并不需要借助于高溫介質(zhì)，從而使得微波能量利用的高效與節(jié)能，避免了熱量的損失。④易于控制。微波加熱與常規(guī)加熱方式相比，其加熱控制較易實(shí)現(xiàn)，僅僅需要進(jìn)行功率的設(shè)定即可實(shí)現(xiàn)。⑤清潔環(huán)保。一般加熱都是通過(guò)燃料燃燒來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱的，此加熱過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣污染，對(duì)環(huán)境造成了極大的破壞，而微波加熱技術(shù)不適用傳統(tǒng)的燃料，通過(guò)電能的消耗來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱過(guò)程，可以減輕對(duì)環(huán)境的污染。⑥選擇性加熱。微波加熱技術(shù)被應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，由于不同的物質(zhì)其成分、性質(zhì)等存在差異，使得其在微波加熱中所發(fā)生的反應(yīng)、微波能量的吸收等也存在差異，導(dǎo)致升溫的速度等有所區(qū)別。

2 微波加熱技術(shù)在典型冶金工藝中的應(yīng)用

2.1 鐵礦石預(yù)處理

礦山開(kāi)采過(guò)程中，常常需要用到微波加熱技術(shù)，比如在鐵礦石開(kāi)采中，由于鐵礦石性質(zhì)較為特殊，一般不可經(jīng)過(guò)高溫冶煉，而需要經(jīng)由破碎、篩分、選礦等過(guò)程加以處理，使得鐵礦石可以在品位高、成分與粒度分布較為均勻的狀態(tài)下進(jìn)行供應(yīng)高爐處理。富鐵礦需要經(jīng)過(guò)一定的破碎與篩分處理，使得其粒度等符合處理的要求，從而能夠加以利用。而貧鐵礦則需要經(jīng)過(guò)破碎與細(xì)磨處理來(lái)提高其品位，加以回收與利用，以提高其利用效率。

利用微波加熱技術(shù)可以對(duì)鐵礦石加以預(yù)處理，以提高鐵礦石的利用效率。具體來(lái)說(shuō)，在微波輻射作用下，由于鐵礦石成分的復(fù)雜性與特殊性，使得在微波作用下鐵礦石內(nèi)部含有的礦物與雜質(zhì)等可以被加熱，而礦物、雜質(zhì)等性質(zhì)的特殊性，使得加熱升溫的速度有所區(qū)別，從整體上而言，升溫導(dǎo)致鐵礦石內(nèi)部的應(yīng)力增加，一旦超過(guò)了本身可以承受的極限，就會(huì)造成脈石破裂現(xiàn)象，對(duì)于磨礦等極為有利。但是對(duì)于不同的礦物而言，微波加熱技術(shù)應(yīng)用中，需要綜合分析其礦石特性，從而選擇相對(duì)合適的微波頻率、強(qiáng)度等，科學(xué)確定加熱的時(shí)間，以提高其實(shí)際應(yīng)用的效果。

2.2 冶金物料的升溫特性

微波加熱技術(shù)的應(yīng)用效果主要是由物料介電特性決定的，由于不同的物料，在介電性質(zhì)等方面存在差異，使得微波加熱技術(shù)的實(shí)際加熱效果存在明顯的不同，在實(shí)際的應(yīng)用中，需要充分結(jié)合物料的介電屬性，進(jìn)行微波加熱技術(shù)的合理利用。具體來(lái)說(shuō)，微波加熱技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果是通過(guò)升溫速率這一參數(shù)來(lái)進(jìn)行衡量的，而升溫速率與物料的導(dǎo)熱系數(shù)、微波場(chǎng)分布、介電常數(shù)變化等有著緊密的關(guān)系，升溫速率與這些參數(shù)之間是正向變化的，微波場(chǎng)分布越均勻，導(dǎo)熱系數(shù)越大，升溫速率越快，微波加熱技術(shù)的應(yīng)用效果越為明顯。另外，介電常數(shù)隨著溫度的變化率是影響微波場(chǎng)分布均勻性的重要因素，需要在微波加熱技術(shù)的應(yīng)用中充分考慮這一特性。

很多研究人員做了大量的有關(guān)這方面的試驗(yàn)，比如，有些人員研究了磁鐵礦粉、赤鐵礦粉、無(wú)煙煤粉、煙煤在微波加熱中的升溫特性，研究結(jié)果顯示，在這種條件下，這些物料的升溫速率分別為 ：72.67℃ /min、70.2℃ /min、68.47℃ /min、55℃ /min，而石灰和石灰石粉的升溫速率較低，因而，冶金物料對(duì)于微波的吸收較好，其升溫速度快，可以取得良好的應(yīng)用效果。升溫速率與微波功率、物料質(zhì)量、成分等都有著緊密的關(guān)系。

2.3 微波干燥

有些礦物在使用之前，需要進(jìn)行干燥處理，也就是將礦物中所含有的多余的水分去除，這是一道重要的工序，由于水分是極性分子中極強(qiáng)的吸波物料，使得其在干燥過(guò)程中，可以充分利用微波加熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)良好的干燥效果。很多研究人員做了大量的這方面的研究，研究表明，低品位紅土鎳礦中含有的吸附水與結(jié)晶水可以通過(guò)微波加熱的方式來(lái)進(jìn)行去除，從而使得紅土鎳礦中的鎳等物質(zhì)的還原較為容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)經(jīng)過(guò)微波干燥以后，礦物粒徑的分布較為集中，為后續(xù)的處理提供了便利。礦物干燥速率的增加與礦物粒子的增加等有著緊密的關(guān)系，二者呈現(xiàn)出不同的趨勢(shì)。綜合來(lái)看，礦物微波干燥的效果取決于微波功率、物料的質(zhì)量與粒度等多方面的因素，因此，在實(shí)際的應(yīng)用中，需要充分利用該種技術(shù)，考慮這些影響因素，達(dá)到良好的能源節(jié)約與干燥效果。另外，在有些冶金行業(yè)，微波干燥技術(shù)的應(yīng)用，還能夠改善勞動(dòng)環(huán)境，促進(jìn)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

2.4 冶金廢氣處理

冶金行業(yè)生產(chǎn)中，極為復(fù)雜的工藝流程使得其在生產(chǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫、氮氧化物等氣體，這些氣體的存在嚴(yán)重威脅了人類生活環(huán)境，造成了大氣污染，影響了可持續(xù)發(fā)展的深入推進(jìn)。有些專家學(xué)者針對(duì)冶金生產(chǎn)中廢氣的處理做了大量的研究，研發(fā)出了一種利用微波加熱技術(shù)進(jìn)行廢氣處理的新工藝，主要是采用該技術(shù)進(jìn)行爐渣的利用，將爐渣制成脫硫劑進(jìn)行低濃度燒結(jié)煙氣的處理技術(shù)，根據(jù)其實(shí)際的應(yīng)用效果可知，該種處理方式是切實(shí)可行的，可以實(shí)現(xiàn)良好的脫硫效果，有利于實(shí)現(xiàn)廢氣的處理，具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保價(jià)值。

2.5 鋼渣處理

冶金行業(yè)發(fā)展中，很多工序在生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的廢渣，尤其是鋼渣，這種廢渣的堆積造成了較多的不利影響，具體表現(xiàn)在：鋼渣的大量堆積浪費(fèi)了大量可利用的土地資源，造成了水污染與空氣污染。而鋼渣在用于道路、建筑等過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生磷富集現(xiàn)象，一旦發(fā)生這種現(xiàn)象，將不利于可持續(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，鋼渣處理中需要及時(shí)進(jìn)行磷等有害物質(zhì)的去除，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

微波加熱技術(shù)在鋼渣處理中也得到了有效的利用，可以對(duì)鋼渣中的磷等物質(zhì)加以處理，但是在該種技術(shù)應(yīng)用中，需要充分考慮溫度、碳含量等因素，以滿足脫磷工藝的基本要求，達(dá)到良好的處理效果。大量試驗(yàn)表明，鋼渣的吸波性能越好，其脫磷效果越好，基本可以維持在51.35%～81.16%之間。

3 結(jié)語(yǔ)

微波加熱技術(shù)作為一種重要的技術(shù)，在冶金行業(yè)的發(fā)展中具有重要的作用，相關(guān)人員要充分應(yīng)用該技術(shù)，進(jìn)行礦物處理等，以提升其應(yīng)用價(jià)值。隨著技術(shù)的發(fā)展，微波加熱技術(shù)逐步被應(yīng)用于冶金工藝的各個(gè)流程中，未來(lái)將具有廣闊的應(yīng)用空間。