全文摘要
本实用新型涉及一种微波‑电混合加热实现玻璃陶瓷晶化的装置，包括主炉体、微波加热系统、电加热系统和传送系统，本实用新型将升温、晶化、降温和冷却过程有机结合在一起，实现了整个晶化生产过程的自动化，该装置在整个加热过程中实现微波加热与电加热的交替进行，微波、电加热实现自动切换，微波加热处理玻璃陶瓷制品的同时，利用电加热提供一个与其同步均衡的温度氛围，整个过程没有剧烈的降温和升温过程，消除了应力，整个过程有效避免了产品开裂，能综合提高产品的品质。
主设计要求
1.一种微波-电混合加热实现玻璃陶瓷晶化的装置，该装置包括主炉体、微波加热系统、电加热系统和传送系统，其特征是：所述的主炉体包括依次密封对接的升温段(11)、晶化段(12)、降温段(13)和冷却段(14)；在主炉体每段的内部设有炉膛(16)、在炉膛(16)的内壁设有保温层(17)，在主炉体各段的顶部均设有包括微波发射系统(21)和热电偶(22)组成的微波加热系统，所述的热电偶(22)贯穿主炉体并伸入到主炉体的内部；在主炉体各段的侧面均设置有电加热系统；所述电加热系统包括固定在主炉体内壁两侧的电加热元件(34)、固定在主炉体外侧面上圆筒状的抑制波导(33)和进退执行机构(37)，所述的电加热元件(34)两极的引线分别固定连接在主炉体外侧面的端头(35)上，所述进退执行机构(37)的一端设有电源线触头(36)，进退执行机构(37)的另一端与直流电机(38)的输出轴同轴固定，所述的端头(35)和电源线触头(36)均沿抑制波导(33)的中心线对应设置在抑制波导(33)的内部；在主炉体的底部设有水平横向贯穿主炉体各段并从主炉体两端伸出的传送系统，所述传送系统包括若干根转动辊(52)组成的水平平行布置的辊道，在主炉体的一端设有驱动电机(54)、驱动电机的输出轴同轴固定一根用于输送动力的非金属传送主轴(55)；所述的非金属传送主轴(55)横向穿过主轴微波抑制装置(56)，并与辊道上每根转动辊(52)的一端均通过锥齿轮或斜齿轮(57)啮合形成齿轮传动，所述的传送系统通过金属板包裹套(53)包覆住，该金属板包裹套(53)焊接在主炉体各段的侧壁上。
设计方案
1.一种微波-电混合加热实现玻璃陶瓷晶化的装置，该装置包括主炉体、微波加热系统、电加热系统和传送系统，其特征是：
所述的主炉体包括依次密封对接的升温段(11)、晶化段(12)、降温段(13)和冷却段(14)；在主炉体每段的内部设有炉膛(16)、在炉膛(16)的内壁设有保温层(17)，在主炉体各段的顶部均设有包括微波发射系统(21)和热电偶(22)组成的微波加热系统，所述的热电偶(22)贯穿主炉体并伸入到主炉体的内部；
在主炉体各段的侧面均设置有电加热系统；所述电加热系统包括固定在主炉体内壁两侧的电加热元件(34)、固定在主炉体外侧面上圆筒状的抑制波导(33)和进退执行机构(37)，所述的电加热元件(34)两极的引线分别固定连接在主炉体外侧面的端头(35)上，所述进退执行机构(37)的一端设有电源线触头(36)，进退执行机构(37)的另一端与直流电机(38)的输出轴同轴固定，所述的端头(35)和电源线触头(36)均沿抑制波导(33)的中心线对应设置在抑制波导(33)的内部；
在主炉体的底部设有水平横向贯穿主炉体各段并从主炉体两端伸出的传送系统，所述传送系统包括若干根转动辊(52)组成的水平平行布置的辊道，在主炉体的一端设有驱动电机(54)、驱动电机的输出轴同轴固定一根用于输送动力的非金属传送主轴(55)；所述的非金属传送主轴(55)横向穿过主轴微波抑制装置(56)，并与辊道上每根转动辊(52)的一端均通过锥齿轮或斜齿轮(57)啮合形成齿轮传动，所述的传送系统通过金属板包裹套(53)包覆住，该金属板包裹套(53)焊接在主炉体各段的侧壁上。
2.如权利要求1所述的一种微波-电混合加热实现玻璃陶瓷晶化的装置，其特征是：所述主轴微波抑制装置(56)为直径2.5-5.5cm、长度为其直径5-10倍的金属圆筒；主轴微波抑制装置(56)一端焊接在主炉体上的金属板包裹套(53)上。
3.如权利要求1所述的一种微波-电混合加热实现玻璃陶瓷晶化的装置，其特征是：所述电加热元件(34)为硅碳棒、硅钼棒、碳纤维加热管或电炉丝，所述的转动辊(52)为陶瓷材料。
4.如权利要求1所述的一种微波-电混合加热实现玻璃陶瓷晶化的装置，其特征是：在传送系统的入口和出口位置均设置有微波抑制装置(51)。
5.如权利要求1所述的一种微波-电混合加热实现玻璃陶瓷晶化的装置，其特征是：所述抑制波导(33)为一端焊接在主炉体上且直径为1.5-5.0cm、长度为其直径5-10倍的金属圆筒。
6.如权利要求1所述的一种微波-电混合加热实现玻璃陶瓷晶化的装置，其特征是：所述抑制波导(33)是一种截止式衰减器，所述截止式衰减器的主体为一段处于截止状态的圆波导，圆波导的半径满足截止条件：λ>>(λC<\/sub>)TE11<\/sub>，其中λ为微波波长，λC<\/sub>为截止波长。
7.如权利要求1所述的一种微波-电混合加热实现玻璃陶瓷晶化的装置，其特征是：所述微波发射系统(21)包括10-80个微波源；每个微波源包括输出功率为1KW-3KW、微波发射频率为2.45GHz的磁控管和对应频率的微波传输激励波导；所述电加热系统包括10-40个电加热元件(34)，每个电加热元件(34)的输出功率为2-5KW。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于玻璃陶瓷技术领域，特别涉及一种利用微波-电混合加热实现玻璃陶瓷进行晶化的装置和方法。
背景技术
随着国民经济的发展，玻璃陶瓷工业化生产得到了很大发展，但其在工业装备和产业化生产技术的研究开发方面还存在诸多问题，尤其是玻璃陶瓷晶化技术和设备的开发是玻璃陶瓷行业发展的难点和重点，相对玻璃陶瓷的巨大应用前景来说，我国玻璃陶瓷的工业化生产才刚刚起步，其根本原因是我国目前的研究大多侧重于实验室研究，投入较少的精力进行长期大量的工业化试验和试产，尤其在工业装备和产业化生产技术的研究开发方面存在的诸多问题急待解决。由于玻璃陶瓷的晶化必须在晶化炉中平稳运行，且需保证物料热处理的温度差在一定范围内，即各温段内要控制在±10℃以内，因此对晶化炉提出了更高要求，若以天然气或煤气为燃料，一则耗能巨大，二则难以保证晶化质量。因此，急需对现有的玻璃陶瓷晶化设备进行改进。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种生产稳定、主要设备使用寿命长、生产效率高、晶化效果好、生产成本低的利用微波-电混合加热对玻璃陶瓷进行晶化的装置和方法。
具体内容如下：一种微波-电混合加热实现玻璃陶瓷晶化的装置，该装置包括主炉体、微波加热系统、电加热系统和传送系统，其特征是：
所述的主炉体包括依次密封对接的升温段(11)、晶化段(12)、降温段(13)和冷却段(14)；在主炉体每段的内部设有炉膛(16)、在炉膛(16)的内壁设有保温层(17)，在主炉体各段的顶部均设有包括微波发射系统(21)和热电偶(22)组成的微波加热系统，所述的热电偶(22)贯穿主炉体并伸入到主炉体的内部；
在主炉体各段的侧面均设置有电加热系统；所述电加热系统包括固定在主炉体内壁两侧的电加热元件(34)、固定在主炉体外侧面上圆筒状的抑制波导(33)和进退执行机构(37)，所述的电加热元件(34)两极的引线分别固定连接在主炉体外侧面的端头(35)上，所述进退执行机构(37)的一端设有电源线触头(36)，进退执行机构(37)的另一端与直流电机(38)的输出轴同轴固定，所述的端头(35)和电源线触头(36)均沿抑制波导(33)的中心线对应设置在抑制波导(33)的内部；
在主炉体的底部设有水平横向贯穿主炉体各段并从主炉体两端伸出的传送系统，所述传送系统包括若干根转动辊(52)组成的水平平行布置的辊道，在主炉体的一端设有驱动电机(54)、驱动电机的输出轴同轴固定一根用于输送动力的非金属传送主轴(55)；所述的非金属传送主轴(55)横向穿过主轴微波抑制装置(56)，并与辊道上每根转动辊(52)的一端均通过锥齿轮或斜齿轮(57)啮合形成齿轮传动，所述的传送系统通过金属板包裹套(53)包覆住，该金属板包裹套(53)焊接在主炉体各段的侧壁上。
优选的，所述主轴微波抑制装置(56)为直径2.5-5.5cm、长度为其直径5-10倍的金属圆筒；主轴微波抑制装置(56)一端焊接在主炉体上的金属板包裹套(53)上。
优选的，所述电加热元件(34)为硅碳棒、硅钼棒、碳纤维加热管或电炉丝，所述的转动辊(52)为陶瓷材料。
优选的，在传送系统的入口和出口位置均设置有微波抑制装置(51)。
优选的，所述抑制波导(33)为一端焊接在主炉体上且直径为1.5-5.0cm、长度为其直径5-10倍的金属圆筒。
优选的，所述抑制波导(33)是一种截止式衰减器，所述截止式衰减器的主体为一段处于截止状态的圆波导，圆波导的半径满足截止条件：λ>>(λC<\/sub>)TE11<\/sub>，其中λ为微波波长，λC<\/sub>为截止波长。
优选的，所述微波发射系统(21)包括10-80个微波源；每个微波源包括输出功率为1KW-3KW、微波发射频率为2.45GHz的磁控管和对应频率的微波传输激励波导；所述电加热系统包括10-40个电加热元件(34)，每个电加热元件(34)的输出功率为2-5KW。
本实用新型的有益技术效果：
(1)本实用新型采用了微波加热与电加热对玻璃陶瓷进行晶化处理，既保证了晶化过程的稳定进行，又通过微波加热的非热效应使得晶化过程更加完善，可以综合提高产品的品质。
(2)本实用新型将升温、晶化、降温和冷却过程有机结合在一起，工艺简单、操作方便，实现了物料整个晶化过程生产的自动化。
(3)本实用新型在微波加热处理玻璃陶瓷制品的同时，利用电加热提供一个与其同步的均衡的温度氛围，整个过程没有剧烈的降温和升温过程，消除了应力，有效避免了产品开裂。
(4)本实用新型在整个加热过程中实现微波加热与电加热交替进行，可以根据所设定的工艺参数来自动调节和切换微波加热和电加热的运行时间和相应的加热功率，以保证最佳工艺的实现。
附图说明
图1为微波-电混合加热实现玻璃陶瓷晶化装置的总体结构示意图；
图2为图1中A-A方向的剖面图；
图3为微波-电混合加热实现玻璃陶瓷晶化的工艺流程图。
图中:11.升温段、12.晶化段、13.降温段、14.冷却段、15.待晶化的物料、16.炉膛、17.保温层；21.微波发射系统、22.热电偶、33.抑制波导、34.电加热元件、35.端头、36.电源线触头、37.进退执行机构、38.直流电机、39.继电器控制线圈；51.微波抑制装置、52.转动辊、53.金属板包裹套、54.驱动电机、55.非金属传送主轴、56.为主轴微波抑制装置、57.锥齿轮或斜齿轮。
具体实施方式
实施例一：参见图1-3，一种微波-电混合加热实现玻璃陶瓷晶化的装置，包括主炉体、微波加热系统、电加热系统和传送系统；
所述主炉体包括依次密封对接的升温段(11)、晶化段(12)、降温段(13)和冷却段(14)；在主炉体每段的内部设有炉膛(16)，在炉膛(16)内壁上设有保温层(17)，在主炉体各段的顶部均设有包括微波发射系统(21)和热电偶(22)组成的微波加热系统，所述的热电偶(22)贯穿主炉体并伸入到主炉体的内部；
在主炉体各段的侧面均设置有电加热系统；所述电加热系统包括固定在主炉体内壁两侧的电加热元件(34)、固定在主炉体外侧面上圆筒状的抑制波导(33)和进退执行机构(37)，所述的电加热元件(34)两极的引线分别连接固定在主炉体外侧面的端头(35)上，所述的进退执行机构(37)一端设有电源线触头(36)，另一端与直流电机(38)的输出轴同轴固定，所述的端头(35)和电源线触头(36)均沿抑制波导(33)的中心线对应设置在抑制波导(33)的内部，所述的进退执行机构(37)由直流电机驱动，并由继电器控制线圈以及PLC控制；
所述主炉体的底部设有水平横向贯穿主炉体各段并从主炉体两端伸出的传送系统，所述传送系统包括若干根转动辊(52)组成的水平平行布置的辊道，在主炉体一端设有驱动电机(54)，驱动电机的输出轴同轴固定一根用于输送动力的非金属传送主轴(55)，非金属传送主轴(55)横向穿过主轴微波抑制装置(56)与辊道上每根转动辊(52)的一端均通过锥齿轮或斜齿轮(57)啮合形成齿轮传动，所述的传送系统通过金属板包裹套(53)包覆住，该金属板包裹套(53)焊接在主炉体各段的侧壁上。
所述主轴微波抑制装置(56)为直径3cm、长度为18cm的金属圆筒；主轴微波抑制装置(56)一端焊接金属板包裹套(53)上。
所述电加热元件(34)为硅碳棒、硅钼棒、碳纤维加热管或电炉丝，所述的转动辊(52)采用陶瓷材料制成。
在传送系统的入口和出口位置均设置有微波抑制装置(51)。
所述抑制波导(33)为一端焊接在主炉体上且直径为2cm、长度为12cm的金属圆筒。
所述微波发射系统(21)包括60个微波源，每个微波源包括输出功率为2KW、微波发射频率为2.45GHz的磁控管和对应频率的微波传输激励波导；所述电加热系统包括35个电加热元件(34)；每个电加热元件(34)的输出功率为3KW。
所述的微波加热系统、电加热系统、传送系统均由控制系统控制，控制系统利用触摸屏对PLC进行各项参数设置，A\/D通过PLC进行PID运算，然后根据PID运算结果通过D\/A分别通过执行系统对磁控管和电加热系统进行控制；PLC通过数据总线分别与触摸屏、控制电路连接；所述控制电路含有与输入端相连的一定数量的手动开关，以及信号采集电路的开关信号电路。
电加热系统在微波工作时，控制电源线触头(36)离开端头(35)50mm；待需要电加热时，微波停止输出，电源线触头(36)由进退执行机构(37)推进与电加热元件引线的端头接触，然后延迟3秒后通电；需要进行微波加热时，先切断电加热电源，延迟2秒后电源线触头(36)由进退执行机构(37)退出50mm，以防止微波的泄漏；同时启动微波输出进行微波加热。
根据微波传输理论，抑制波导(33)就是一种截止式衰减器，是利用波导的截止特性做成，这种截止式衰减器的主体是一段处于截止状态的圆波导，选择圆波导的半径满足截止条件：
λ>>(λC<\/sub>)TE11<\/sub>
其中：λ为微波波长，λC<\/sub>为截止波长。
由于TE11<\/sub>模是圆波导中的最低模式，如果TE11<\/sub>模被截止，则其它所有的高次模全被截止，成为谐振腔(炉体)在圆波导的始端激励起TE11<\/sub>模式的截止场，这种截止场的磁场H沿圆波导纵向(z方向)呈指数衰减，即H∝e-αz<\/sup>，其中衰减系数α为：
电加热时，电源线触头(36)与电加热元件(34)连接的端头(35)接触，电加热元件通电，实现电加热；微波加热时，电源线触头(36)离开电加热元件(34)连接的端头(35)；如果此时采用的是普通继电器，由于其触点之间离开的距离很小(一般在1mm左右)，则谐振腔(炉体)在圆波导始端的端头(35)激励起TE11<\/sub>模式，使得一部分微波功率进入电源线触头(36)，将会产生严重的微波泄漏。
借助于附设的调节机构，使整个电源线触头(36)沿抑制波导(33)的轴线做横向移动，设电源线触头(36)位于Z＝0处的起始位置时，耦合到电源线触头(36)中的微波功率为P(0)＝P0<\/sub>，则当电源线触头(36)被拉出到Z＝L时的耦合功率为：
P1<\/sub>＝PL<\/sub>＝P0<\/sub>e-2αL<\/sup>
当λ>>λC<\/sub>时，衰减系数α很大，移动不太长的一段距离就可以得到很大的衰减量。
P1<\/sub>为此时的输出功率，它相当于功率P2<\/sub>的衰减量为：
其中：设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920079177.3
申请日:2019-01-17
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:15(内蒙古)
授权编号:CN209468309U
授权时间:20191008
主分类号:C03B 32/02
专利分类号:C03B32/02;F27D11/02
范畴分类:20A;
申请人:内蒙古科技大学;郑州德朗能微波技术有限公司
第一申请人:内蒙古科技大学
申请人地址:014010 内蒙古自治区包头市昆都仑区阿尔丁大街7号
发明人:李保卫;张雪峰;贾晓林;刘新保
第一发明人:李保卫
当前权利人:内蒙古科技大学;郑州德朗能微波技术有限公司
代理人:张爱军
代理机构:41122
代理机构编号:郑州市华翔专利代理事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计