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微波加热含碳铬铁矿粉体还原过程中电磁性能研究

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第一章绪论

1.1物质的电磁性能

1.1.1介质极化理论

1.1.2复介电常数和复磁导率

1.1.3不同电介质在微波场中的行为

1.1.4微波损耗机制及物料吸收电磁波的基本条件

1.1.5影响物料介电性能的主要因素

1.2微波

1.2.1微波基本概念

1.2.2微波与材料的相互作用

1.2.3微波热效应原理

1.2.4微波加热特点

1.2.5微波的“热效应说”和“非热效应说”

1.2.6微波在矿冶工程中的应用研究

1.3铬铁矿

1.3.1铬铁矿矿物学特征

1.3.2铬铁矿资源

1.3.3铬铁矿用途

1.4课题研究的意义及主要内容

1.4.1课题研究的意义

1.4.2课题研究的主要内容

第二章电磁参数的测量

2.1引言

2.2电磁参数测试系统框图

2.3电磁参数测量原理

2.4样品制备和参数测试

2.5本章小结

第三章实验原料电磁频谱及微波电磁性能研究

3.1铬铁矿粉电磁频谱及微波电磁性能研究

3.1.1铬铁矿粉电磁频谱

3.1.2铬铁矿粉在2.450GHz下的电磁性能

3.1.3铬铁矿粉微波电磁性能研究

3.2煤粉电磁频谱及微波电磁性能研究

3.2.1煤粉电磁频谱

3.2.2无烟煤和烟煤在2.450GHz下的电磁性能

3.2.3煤粉微波电磁性能研究

3.3石灰电磁频谱及微波电磁性能研究

3.3.1石灰电磁频谱

3.3.2钙质石灰和镁质石灰在2.450GHz下的电磁性能

3.3.3石灰微波电磁性能研究

3.4本章小结

第四章微波加热含碳铬铁矿粉体还原过程中电磁性能变化研究

4.1微波加热含碳铬铁矿粉体还原实验及反应原理

4.1.1微波加热含碳铬铁矿粉体还原实验

4.1.2微波加热还原含碳铬铁矿粉反应原理

4.2含碳铬铁矿粉电磁频谱

4.3含碳铬铁矿粉微波电磁性能变化研究

4.3.1几种常见的混合物介电模型

4.3.2还原物料介电性能的影响因素

4.3.3成分和结构对物料电磁性能的影响

4.4本章小结

第五章结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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摘要

微波能是一种新型的加热能源,其显著优点是可以实现对粉状物料快速选择性体加热,避免传统加热方式带来的粉状物料传热传质不均匀的现象。采用微波加热,可以直接使用含碳铬铁矿粉进行体还原,从而充分利用日益增多且价格相对便宜的铬铁矿粉。 微波加热是利用冶金物料在电磁场中的介电损耗和磁损耗使物料整体加热。复介电常数ε和复磁导率μ这两个电磁参数是描述冶金物料电磁性能的重要物理参量,它们表征了冶金物料与电磁场相互作用的关系与机理。在微波加热体还原过程中,含碳铬铁矿粉电磁性能的变化对微波加热效应和还原效果影响很大。因此,在微波加热含碳铬铁矿粉体还原过程中,研究冶金物料电磁性能的变化规律及其对微波加热效应的影响具有重要的意义。 本文通过HP8722ES矢量网络分析仪,采用波导型传输反射法测得含碳铬铁矿粉及组成原料在2~18GHz微波频段间的宏观电磁参数。该方法是将填充介质试样的波导段作为传输系统的一部分,测量一对散射参数S<,11>、S<,21>通过中间变量R、T,最后求得材料的复介电常数ε和复磁导率μ。 本文研究了试验原料(包括印度铬铁矿粉、南非铬铁矿粉、中国松树沟铬铁矿粉,无烟煤、烟煤,钙质石灰、镁质石灰)在常温下2~18GHz微波频段间的电磁频谱及在2.450GHz频率下的电磁性能。试验结果表明,影响冶金物料电磁性能的因素主要有微波辐照频率、物料化学成分及结构、环境的湿度和温度等。其中,冶金物料的成分和结构是最重要的因素。在测试的冶金原料中,主要是由于成分的差异导致了其电磁性能的差异。根据研究结果,印度铬铁矿粉、无烟煤和钙质石灰的电磁性能分别优于南非铬铁矿粉、中国陕西松树沟铬铁矿粉、烟煤和镁质石灰的电磁性能。在微波加热含碳铬铁矿粉体还原过程中,分别将物料加热到1000℃、1100℃、1200℃、1300℃,研究了各个温度下还原物料在2~18GHz微波频段间的电磁频谱、电磁性能变化及在2.450GHz频率下的电磁性能。各温度下还原物料的介电性能随微波频率的提高而增高,磁介质性能随微波频率的提高而降低。在一定温度下,还原物料在微波加热体还原过程中产生的金属化物是导致电磁性能变化的主要因素。

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