微波加热技术在冶金工艺中的应用发展作用

2019-01-03尤文辉杨科威

中国金属通报 2019年8期

尤文辉，杨科威，刘坤

（江苏国恒安全评价咨询服务有限公司，江苏南京 210019）

传统的微波加热技术多用于雷达、通讯等领域，经过几十年的发展，微波加热技术逐步取得了一定的发展成果，被广泛地应用于各行各业中，尤其是微波加热技术在冶金工艺中的应用，促进了冶金行业的进步，提升了其整体发展水平。基于其应用优势，在矿物的预处理、废气处理、钢渣处理中都有着良好的应用效果。随着近年来技术的发展，微波加热技术也在逐步进步，未来该技术将具有更为广阔的应用前景。

1 微波加热技术概述

1.1 基本原理

通常情况下，微波是指波频率在0.3GHz～300GHz的电磁波，而微波加热技术主要是借助于高频电磁波的作用，改变了原有介质材料中极性分子的分布状态，具体来讲，使得其由随机分布状态转变为按照电场的极性排列取向，在此过程中，取向运动处于不断的运动变化中，在此作用下，分子发生剧烈的运动，在该运动下，热量逐步产生，从而提升了介质的温度。

1.2 优点

微波加热技术具有一系列的优势，具体表现在以下方面：①非传导加热。微波加热技术的加热过程极快，远远快于传统的加热方式，一般只需要常规方式的几分之一。②体加热。微波加热技术的加热过程较为均匀，在加热操作中一般内外层不会出现加热不均匀的现象，保证了加热效果。③节能环保。微波加热过程中，所采用的设备壳体多为微波反射型的材料，这种材料性质较为特殊，反射较容易实现，而吸收较难实现，使得微波的吸收极为困难，由于微波是特殊性质，使得其热量传输过程中并不需要借助于高温介质，从而使得微波能量利用的高效与节能，避免了热量的损失。④易于控制。微波加热与常规加热方式相比，其加热控制较易实现，仅仅需要进行功率的设定即可实现。⑤清洁环保。一般加热都是通过燃料燃烧来实现加热的，此加热过程会产生大量的废气污染，对环境造成了极大的破坏，而微波加热技术不适用传统的燃料，通过电能的消耗来实现加热过程，可以减轻对环境的污染。⑥选择性加热。微波加热技术被应用于多个领域，由于不同的物质其成分、性质等存在差异，使得其在微波加热中所发生的反应、微波能量的吸收等也存在差异，导致升温的速度等有所区别。

2 微波加热技术在典型冶金工艺中的应用

2.1 铁矿石预处理

矿山开采过程中，常常需要用到微波加热技术，比如在铁矿石开采中，由于铁矿石性质较为特殊，一般不可经过高温冶炼，而需要经由破碎、筛分、选矿等过程加以处理，使得铁矿石可以在品位高、成分与粒度分布较为均匀的状态下进行供应高炉处理。富铁矿需要经过一定的破碎与筛分处理，使得其粒度等符合处理的要求，从而能够加以利用。而贫铁矿则需要经过破碎与细磨处理来提高其品位，加以回收与利用，以提高其利用效率。

利用微波加热技术可以对铁矿石加以预处理，以提高铁矿石的利用效率。具体来说，在微波辐射作用下，由于铁矿石成分的复杂性与特殊性，使得在微波作用下铁矿石内部含有的矿物与杂质等可以被加热，而矿物、杂质等性质的特殊性，使得加热升温的速度有所区别，从整体上而言，升温导致铁矿石内部的应力增加，一旦超过了本身可以承受的极限，就会造成脉石破裂现象，对于磨矿等极为有利。但是对于不同的矿物而言，微波加热技术应用中，需要综合分析其矿石特性，从而选择相对合适的微波频率、强度等，科学确定加热的时间，以提高其实际应用的效果。

2.2 冶金物料的升温特性

微波加热技术的应用效果主要是由物料介电特性决定的，由于不同的物料，在介电性质等方面存在差异，使得微波加热技术的实际加热效果存在明显的不同，在实际的应用中，需要充分结合物料的介电属性，进行微波加热技术的合理利用。具体来说，微波加热技术的实际应用效果是通过升温速率这一参数来进行衡量的，而升温速率与物料的导热系数、微波场分布、介电常数变化等有着紧密的关系，升温速率与这些参数之间是正向变化的，微波场分布越均匀，导热系数越大，升温速率越快，微波加热技术的应用效果越为明显。另外，介电常数随着温度的变化率是影响微波场分布均匀性的重要因素，需要在微波加热技术的应用中充分考虑这一特性。

很多研究人员做了大量的有关这方面的试验，比如，有些人员研究了磁铁矿粉、赤铁矿粉、无烟煤粉、烟煤在微波加热中的升温特性，研究结果显示，在这种条件下，这些物料的升温速率分别为：72.67℃ /min、70.2℃ /min、68.47℃ /min、55℃ /min，而石灰和石灰石粉的升温速率较低，因而，冶金物料对于微波的吸收较好，其升温速度快，可以取得良好的应用效果。升温速率与微波功率、物料质量、成分等都有着紧密的关系。

2.3 微波干燥

有些矿物在使用之前，需要进行干燥处理，也就是将矿物中所含有的多余的水分去除，这是一道重要的工序，由于水分是极性分子中极强的吸波物料，使得其在干燥过程中，可以充分利用微波加热技术实现良好的干燥效果。很多研究人员做了大量的这方面的研究，研究表明，低品位红土镍矿中含有的吸附水与结晶水可以通过微波加热的方式来进行去除，从而使得红土镍矿中的镍等物质的还原较为容易实现。当经过微波干燥以后，矿物粒径的分布较为集中，为后续的处理提供了便利。矿物干燥速率的增加与矿物粒子的增加等有着紧密的关系，二者呈现出不同的趋势。综合来看，矿物微波干燥的效果取决于微波功率、物料的质量与粒度等多方面的因素，因此，在实际的应用中，需要充分利用该种技术，考虑这些影响因素，达到良好的能源节约与干燥效果。另外，在有些冶金行业，微波干燥技术的应用，还能够改善劳动环境，促进生产的正常进行。

2.4 冶金废气处理

冶金行业生产中，极为复杂的工艺流程使得其在生产过程会产生大量的二氧化硫、氮氧化物等气体，这些气体的存在严重威胁了人类生活环境，造成了大气污染，影响了可持续发展的深入推进。有些专家学者针对冶金生产中废气的处理做了大量的研究，研发出了一种利用微波加热技术进行废气处理的新工艺，主要是采用该技术进行炉渣的利用，将炉渣制成脱硫剂进行低浓度烧结烟气的处理技术，根据其实际的应用效果可知，该种处理方式是切实可行的，可以实现良好的脱硫效果，有利于实现废气的处理，具有经济、环保价值。

2.5 钢渣处理

冶金行业发展中，很多工序在生产中会产生大量的废渣，尤其是钢渣，这种废渣的堆积造成了较多的不利影响，具体表现在：钢渣的大量堆积浪费了大量可利用的土地资源，造成了水污染与空气污染。而钢渣在用于道路、建筑等过程中，会产生磷富集现象，一旦发生这种现象，将不利于可持续发展的实现。因此，从长远发展来看，钢渣处理中需要及时进行磷等有害物质的去除，实现资源的循环利用。

微波加热技术在钢渣处理中也得到了有效的利用，可以对钢渣中的磷等物质加以处理，但是在该种技术应用中，需要充分考虑温度、碳含量等因素，以满足脱磷工艺的基本要求，达到良好的处理效果。大量试验表明，钢渣的吸波性能越好，其脱磷效果越好，基本可以维持在51.35%～81.16%之间。