尤文輝,楊科威,劉 坤
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傳統(tǒng)的微波加熱技術(shù)多用于雷達、通訊等領(lǐng)域,經(jīng)過幾十年的發(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,促進了冶金行業(yè)的進步,提升了其整體發(fā)展水平?;谄鋺?yīng)用優(yōu)勢,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。隨著近年來技術(shù)的發(fā)展,微波加熱技術(shù)也在逐步進步,未來該技術(shù)將具有更為廣闊的應(yīng)用前景。
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),具體來講,使得其由隨機分布狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘凑针妶龅臉O性排列取向,在此過程中,取向運動處于不斷的運動變化中,在此作用下,分子發(fā)生劇烈的運動,在該運動下,熱量逐步產(chǎn)生,從而提升了介質(zhì)的溫度。
微波加熱技術(shù)具有一系列的優(yōu)勢,具體表現(xiàn)在以下方面:①非傳導(dǎo)加熱。微波加熱技術(shù)的加熱過程極快,遠遠快于傳統(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)的加熱過程較為均勻,在加熱操作中一般內(nèi)外層不會出現(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,反射較容易實現(xiàn),而吸收較難實現(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,其加熱控制較易實現(xiàn),僅僅需要進行功率的設(shè)定即可實現(xiàn)。⑤清潔環(huán)保。一般加熱都是通過燃料燃燒來實現(xiàn)加熱的,此加熱過程會產(chǎn)生大量的廢氣污染,對環(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,通過電能的消耗來實現(xiàn)加熱過程,可以減輕對環(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。
礦山開采過程中,常常需要用到微波加熱技術(shù),比如在鐵礦石開采中,由于鐵礦石性質(zhì)較為特殊,一般不可經(jīng)過高溫冶煉,而需要經(jīng)由破碎、篩分、選礦等過程加以處理,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)下進行供應(yīng)高爐處理。富鐵礦需要經(jīng)過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)過破碎與細磨處理來提高其品位,加以回收與利用,以提高其利用效率。
利用微波加熱技術(shù)可以對鐵礦石加以預(yù)處理,以提高鐵礦石的利用效率。具體來說,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,一旦超過了本身可以承受的極限,就會造成脈石破裂現(xiàn)象,對于磨礦等極為有利。但是對于不同的礦物而言,微波加熱技術(shù)應(yīng)用中,需要綜合分析其礦石特性,從而選擇相對合適的微波頻率、強度等,科學(xué)確定加熱的時間,以提高其實際應(yīng)用的效果。
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)的實際加熱效果存在明顯的不同,在實際的應(yīng)用中,需要充分結(jié)合物料的介電屬性,進行微波加熱技術(shù)的合理利用。具體來說,微波加熱技術(shù)的實際應(yīng)用效果是通過升溫速率這一參數(shù)來進行衡量的,而升溫速率與物料的導(dǎo)熱系數(shù)、微波場分布、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,比如,有些人員研究了磁鐵礦粉、赤鐵礦粉、無煙煤粉、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。
有些礦物在使用之前,需要進行干燥處理,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的吸波物料,使得其在干燥過程中,可以充分利用微波加熱技術(shù)實現(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)晶水可以通過微波加熱的方式來進行去除,從而使得紅土鎳礦中的鎳等物質(zhì)的還原較為容易實現(xiàn)。當經(jīng)過微波干燥以后,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。綜合來看,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,還能夠改善勞動環(huán)境,促進生產(chǎn)的正常進行。
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)過程會產(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。有些專家學(xué)者針對冶金生產(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)進行廢氣處理的新工藝,主要是采用該技術(shù)進行爐渣的利用,將爐渣制成脫硫劑進行低濃度燒結(jié)煙氣的處理技術(shù),根據(jù)其實際的應(yīng)用效果可知,該種處理方式是切實可行的,可以實現(xiàn)良好的脫硫效果,有利于實現(xiàn)廢氣的處理,具有經(jīng)濟、環(huán)保價值。
冶金行業(yè)發(fā)展中,很多工序在生產(chǎn)中會產(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、建筑等過程中,會產(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)展的實現(xiàn)。因此,從長遠發(fā)展來看,鋼渣處理中需要及時進行磷等有害物質(zhì)的去除,實現(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,達到良好的處理效果。大量試驗表明,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。
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),進行礦物處理等,以提升其應(yīng)用價值。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流程中,未來將具有廣闊的應(yīng)用空間。