技術背景資料

一、微波加熱的原理

1.1: 微波加熱的原理：其交變電磁場的極化作用使材料內部的自由電荷重新排佈及偶極子的反復調旋，從而產生強大的振動和摩擦，在這一微觀過程中交變電磁場的能量轉化為介質內的熱能，導致介質溫度升高。

1.2: 被譽為：人類的“第二團火焰”。

1.3: 微波加熱是介質材料自身損耗電磁場能量而發熱，本質上屬於內加熱方式。

1.4:實際加熱應用的微波通常是頻率為915MHz和2450MHz的電磁波。

二、外加熱VS內加熱

2.1: 目前應用***廣泛、在人類生產生活中占據主導地位的傳統電加熱是依靠電阻絲、矽碳棒和矽鉬棒等電熱元件發熱，然後通過：對流&輻射——再傳導的方式對待加熱材料進行加熱，本質上屬於外加熱方式。

2.2 微波加熱顯著不同於常規的電加熱方式，具有如下優點：（1）屬於內加熱，具有不接觸性；（2）加熱速度快；（3）加熱效率高，可顯著節能；（4）可選擇性的加熱物料；（5）熱慣性小；（6）對化學反應具有催化作用。——而這些恰恰是傳統電加熱的缺點。

三、微波高溫加熱應用的三大製約因素：

（1）溫度測量與控製；（2）加熱對象嚴格受限；（3）難於規模化均勻加熱

四、“航信科技”創造性的技術研發

n 從設計開發理念上，規避微波高溫加熱的三大製約因素，充分利用微波加熱的優點，創造性的開發通用型和各類專用型的高溫微波實驗機器與工業裝備。

n 2007年，“航信科技”公司研究團隊率先提出瞭“混合加熱——內加熱&外加熱”的高溫微波設計理念，並先後申請瞭8項發明專利。

n 這種“混合加熱”技術極大拓展瞭微波加熱的應用領域，使其適合於加熱包括金屬與合金在內的任何材料，且比傳統電加熱的應用范圍更廣、更大、更節能，而且可選擇加熱方式。

國內外同類產品介紹

一、微波馬弗爐

下述信息和數據僅供參考，本公司不負任何法律責任，且不得傳播。國內外微波馬弗爐或管式爐售價一般在8萬~30萬元。

表1  微波材料學工作站與微波馬弗爐作比較，所具有的優勢

備註：上述信息和數據僅供參考，本公司不負任何法律責任。

二、傳統電加熱馬弗爐、管式爐

與傳統馬弗爐作比較，本公司微波混合加熱所具有的優勢：

l  除具備表1所述的優勢外，還具有下麵的優勢。

l  一般傳統馬弗爐：1200℃以下采用電阻絲加熱，叫低溫馬弗爐；1300~1400℃的采用矽碳棒加熱，叫中溫馬弗爐；1400~1600℃的采用矽鉬棒加熱，叫高溫馬弗爐。采用矽碳棒加熱的馬弗爐一般在200~300℃以下測溫不準，采用矽鉬棒加熱的馬弗爐一般在500℃以下測溫不準。這就帶來如下缺點：

（1）低溫、中溫、高溫不能兼顧，不能在一臺馬弗爐上實現，往往要購置多臺。
（2）矽碳棒、矽鉬棒容易老化、很容易折斷，長期使用壽命一般在3個月以內，並且隨
    時間延長，加熱效率迅速降低。
（3）不能快速升溫，也不能快速降溫冷卻，否則在熱應力下矽碳棒和矽鉬棒容易斷裂。
（4）難於實現1600℃以上的加熱。

備註：低溫馬弗爐售價一般在幾千~1萬元以內。矽碳棒中溫馬弗爐（<1400℃）售價一般在3萬元左右。矽鉬棒高溫馬弗爐（>1400℃）售價一般在4~5萬元以上。

l  顯著節能降耗：以1臺傳統的5千瓦高溫馬弗爐為例，升溫至1000℃需要2小時，而一臺相同功率的Hangxinkj系列微波馬弗爐***多僅需幾分鐘即可升溫至1000℃，因此與傳統高溫馬弗爐相比，其耗電對於升溫階段幾乎是可以忽略不計的，故極大的節約瞭能源。

   假設全國有10萬臺5千瓦左右的實驗電爐（馬弗爐），每臺電爐平均每天所用的滿負載升溫時間為2小時，每年按300天計算，升溫過程共計耗電：100000×5千瓦/小時×2小時/天×300天/年＝3億千瓦/年。而保守假設一臺相同功率的Hangxinkj系列微波馬弗爐升溫至1000℃需要10分鐘，那麼推廣應用後的全年耗電僅0.25億千瓦。顯然，節能效果和經濟效益極為顯著。因此Hangxinkj系列微波加熱實驗設備具有巨大的推廣應用價值和市場商業價值，特別適合於政府采購和強製性推廣。

l  極大提高工作效率：Hangxinkj系列微波加熱實驗設備升溫過程幾乎無需等待，因此可以大大提高實驗研究的工作效率。

l  模塊化、系列化製作：眾多功能，眾多型號，同一個載體。用戶在以很低價格購買瞭一個通用載體後，在日後的使用過程中，可以隨時根據需要通過添加模塊來增加眾多使用功能。由於采用模塊化製造，因此使用可靠性高。

l  不同尺寸、不同功能的加熱腔方便更換：
   可以根據不同的用戶，同一用戶也可以根據不同的實驗條件，隨意選擇不同尺寸和不同功能的加熱腔，這樣既可以節能，又可以滿足不同實驗的特殊條件和特殊需求。

附件1：

Hangxinkj系列微波灰化系統

——配置方案、主要功能、技術參數

Hangxinkj系列微波灰化系統（爐）介紹

Hangxinkj系列微波灰化爐是山東航信微波科技有限公司針對傳統馬弗爐易產生污染煙霧、耗時長等缺點推出的一種能夠進行各種有機物和無機物的灰化、磺化、熔融、熱處理以及灼燒殘渣、燒失量等的測試的高溫微波能機器。它具有如下優點：

1. 1.                           配置3種加熱模式：純微波加熱、~傳統電加熱、微波&傳統電加熱混合加熱，通過選擇的加熱模式，可用於任何樣品的快速高溫灰化和高溫熱處理。
2. 2.                           配置超高速灰化升溫模塊：對任何樣品均可實現瞬時升溫速度：>1000℃/min（小樣品或空載）。小樣品升溫至灰化溫度僅需1-3分鐘。
3. 3.                           高效灰化：利用高溫微波能高效的能量轉換和傳遞模式及高濃度的“氧氣流”大大縮短灰化時間，微波灰化將灰化時間由傳統的“小時”縮短至“分鐘”計時，無須炭化過程直接灰化，極大提高工作效率。
4. 4.                           灰化溫度與升溫速度可任意設定：灰化溫度1100℃和1500℃可選，灰化溫度在灰化溫度范圍內可任意設定，升溫速度可在0-1000℃/min任意設定。
5. 5.                           配置排風與鼓風系統：排風系統可解決您的工作環境的污染問題，鼓風系統可確保灰化環境的氧供給。為瞭滿足不同的灰化需求，特殊需要時可配置機械泵。
6. 6.                           多功能多型號現貨儲備：不同功能模塊和附件的匹配和組合可以滿足不同客戶的各類需求，既有50升以上的超大容量高溫灰化與處理系統（現貨），又有高通量的批處理高溫灰化與處理系統（現貨）。
7. 7.                           微波場專用傳感器準確測溫，避免微波乾擾。
8. 8.                           宏量熱重分析機模塊：在灰化處理的過程中可以進行原位的失重&增重分析測試與監控，計算機控製系統與軟件，熱重曲線存儲與輸出。重質量：120克、200克、300克、1500克、2000克、3000克、5000克可選，分析精度：0.01克。
9. 9.                           高溫旋轉加熱模塊：標配：0~300轉/min。轉速>1000轉/min或>300轉/min需定做。
10. 10.                      五級連鎖微波防護&屏蔽更安全：山東航信微波科技有限公司獨有的五級連鎖保護措施：級是電磁鎖保護；第二級是行程開關（爐門打開時，自動切斷微波發生器）；第三級是安裝專利化的微波抑製器；第四級是前麵板內具有微波泄露傳感器，當此感測點微波泄露達到約200-300mW/cm²時即自動切斷微波發生器，這個水平相當於傢用微波爐的泄露水平，而國傢關於微波泄露的規定值為5000mW/cm²，即：5mW/cm²；第五級是專業化的諧振腔與負載匹配微波場分佈。因此這方麵盡管放心使用。本公司產品的微波泄漏防護水平遠遠低於國標。
11. 11.                          微波灰化過程的均勻化加熱：如何實現灰化處理的均勻加熱，以及如何避免灰化過程中因微波集中而出現“爆燃”現象，二者存在一定程度的關聯，為此，山東航信微波科技有限公司在微波灰化設計中采取的主要措施包括：
    （1）通過微波饋入口多元化設計及對稱分佈設計，以及專業化的微波場模擬與設計，確保微波場的均勻分佈（因為微波饋入的不對稱性及微波場分佈的不均勻性是導致微波加熱&灰化不均勻的根本原因），從而實現微波灰化的均勻加熱。
    （2）亦可以增配“高溫微波旋轉”裝置，亦即在微波灰化的同時對灰化加熱腔進行速度可調可控的旋轉。 

微波加熱原理與灰化過程：

1. 1.                           微波加熱的原理：交變電磁場的極化作用使材料內部的自由電荷重新排佈及偶極子的反復調旋，從而產生強大的振動和摩擦，在這一微觀過程中交變電磁場的能量轉化為介質內的熱能，導致介質溫度升高。純微波加熱是介質材料自身損耗電磁場能量而發熱，本質上屬於內加熱方式。
2. 2.                           標準灰化過程：

（1）   階段：脫水乾燥。這一過程由於樣品內的水分可直接吸收微波而快速加熱揮發，因此與傳統加熱相比，脫水速度大大提高。通常可以將這一階段的處理溫度設定在：110℃-200℃，保溫時間視樣品量大小。這一階段通常輔以：強製排風、或抽真空。

（2）  第二階段：熱解炭化。乾燥的物料繼續受熱發生熱解反應，各類小分子被抽風或真空系統排出，直至物料全部炭化。這一階段，根據需要可以配備冷凝系統，將各類型的大分子通過冷凝系統回流到灰化腔內繼續熱解。

（3）  第三階段：灰化。系統開始通入空氣流（可適當輔以鼓風系統），熱解後的炭化物開始氧化分解，直至全部灰化。

（4）  在實際的微波灰化處理中，上述3個階段的分隔在很多情況下沒有清晰的界限，而是混雜在一起快速劇烈的進行，特別是微波加熱不均勻時，這種情況更加劇、更常見。

灰化工藝表（僅供參考）

新手教學

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