微波加熱技術在冶金工藝中的應用發展作用

尤文輝，楊科威，劉 坤

（江蘇國恒安全評價咨詢服務有限公司，江蘇 南京 210019）

傳統的微波加熱技術多用于雷達、通訊等領域，經過幾十年的發展，微波加熱技術逐步取得了一定的發展成果，被廣泛地應用于各行各業中，尤其是微波加熱技術在冶金工藝中的應用，促進了冶金行業的進步，提升了其整體發展水平。基于其應用優勢，在礦物的預處理、廢氣處理、鋼渣處理中都有著良好的應用效果。隨著近年來技術的發展，微波加熱技術也在逐步進步，未來該技術將具有更為廣闊的應用前景。

1 微波加熱技術概述

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，而微波加熱技術主要是借助于高頻電磁波的作用，改變了原有介質材料中極性分子的分布狀態，具體來講，使得其由隨機分布狀態轉變為按照電場的極性排列取向，在此過程中，取向運動處于不斷的運動變化中，在此作用下，分子發生劇烈的運動，在該運動下，熱量逐步產生，從而提升了介質的溫度。

1.2 優點

微波加熱技術具有一系列的優勢，具體表現在以下方面：①非傳導加熱。微波加熱技術的加熱過程極快，遠遠快于傳統的加熱方式，一般只需要常規方式的幾分之一。②體加熱。微波加熱技術的加熱過程較為均勻，在加熱操作中一般內外層不會出現加熱不均勻的現象，保證了加熱效果。③節能環保。微波加熱過程中，所采用的設備殼體多為微波反射型的材料，這種材料性質較為特殊，反射較容易實現，而吸收較難實現，使得微波的吸收極為困難，由于微波是特殊性質，使得其熱量傳輸過程中并不需要借助于高溫介質，從而使得微波能量利用的高效與節能，避免了熱量的損失。④易于控制。微波加熱與常規加熱方式相比，其加熱控制較易實現，僅僅需要進行功率的設定即可實現。⑤清潔環保。一般加熱都是通過燃料燃燒來實現加熱的，此加熱過程會產生大量的廢氣污染，對環境造成了極大的破壞，而微波加熱技術不適用傳統的燃料，通過電能的消耗來實現加熱過程，可以減輕對環境的污染。⑥選擇性加熱。微波加熱技術被應用于多個領域，由于不同的物質其成分、性質等存在差異，使得其在微波加熱中所發生的反應、微波能量的吸收等也存在差異，導致升溫的速度等有所區別。

2 微波加熱技術在典型冶金工藝中的應用

2.1 鐵礦石預處理

礦山開采過程中，常常需要用到微波加熱技術，比如在鐵礦石開采中，由于鐵礦石性質較為特殊，一般不可經過高溫冶煉，而需要經由破碎、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下進行供應高爐處理。富鐵礦需要經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。

利用微波加熱技術可以對鐵礦石加以預處理，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雜性與特殊性，使得在微波作用下鐵礦石內部含有的礦物與雜質等可以被加熱，而礦物、雜質等性質的特殊性，使得加熱升溫的速度有所區別，從整體上而言，升溫導致鐵礦石內部的應力增加，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，微波加熱技術應用中，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，科學確定加熱的時間，以提高其實際應用的效果。

2.2 冶金物料的升溫特性

微波加熱技術的應用效果主要是由物料介電特性決定的，由于不同的物料，在介電性質等方面存在差異，使得微波加熱技術的實際加熱效果存在明顯的不同，在實際的應用中，需要充分結合物料的介電屬性，進行微波加熱技術的合理利用。具體來說，微波加熱技術的實際應用效果是通過升溫速率這一參數來進行衡量的，而升溫速率與物料的導熱系數、微波場分布、介電常數變化等有著緊密的關系，升溫速率與這些參數之間是正向變化的，微波場分布越均勻，導熱系數越大，升溫速率越快，微波加熱技術的應用效果越為明顯。另外，介電常數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的應用中充分考慮這一特性。

很多研究人員做了大量的有關這方面的試驗，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，可以取得良好的應用效果。升溫速率與微波功率、物料質量、成分等都有著緊密的關系。

2.3 微波干燥

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實現良好的干燥效果。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的還原較為容易實現。當經過微波干燥以后，礦物粒徑的分布較為集中，為后續的處理提供了便利。礦物干燥速率的增加與礦物粒子的增加等有著緊密的關系，二者呈現出不同的趨勢。綜合來看，礦物微波干燥的效果取決于微波功率、物料的質量與粒度等多方面的因素，因此，在實際的應用中，需要充分利用該種技術，考慮這些影響因素，達到良好的能源節約與干燥效果。另外，在有些冶金行業，微波干燥技術的應用，還能夠改善勞動環境，促進生產的正常進行。

2.4 冶金廢氣處理

冶金行業生產中，極為復雜的工藝流程使得其在生產過程會產生大量的二氧化硫、氮氧化物等氣體，這些氣體的存在嚴重威脅了人類生活環境，造成了大氣污染，影響了可持續發展的深入推進。有些專家學者針對冶金生產中廢氣的處理做了大量的研究，研發出了一種利用微波加熱技術進行廢氣處理的新工藝，主要是采用該技術進行爐渣的利用，將爐渣制成脫硫劑進行低濃度燒結煙氣的處理技術，根據其實際的應用效果可知，該種處理方式是切實可行的，可以實現良好的脫硫效果，有利于實現廢氣的處理，具有經濟、環保價值。

2.5 鋼渣處理

冶金行業發展中，很多工序在生產中會產生大量的廢渣，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，會產生磷富集現象，一旦發生這種現象，將不利于可持續發展的實現。因此，從長遠發展來看，鋼渣處理中需要及時進行磷等有害物質的去除，實現資源的循環利用。

微波加熱技術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加以處理，但是在該種技術應用中，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。

3 結語

微波加熱技術作為一種重要的技術，在冶金行業的發展中具有重要的作用，相關人員要充分應用該技術，進行礦物處理等，以提升其應用價值。隨著技術的發展，微波加熱技術逐步被應用于冶金工藝的各個流程中，未來將具有廣闊的應用空間。