一、技术名称：工业微波/电混合高温加热窑炉技术
二、技术所属领域及适用范围：通用机械行业 非金属材料高温加工
三、与该技术相关的能耗及碳排放现状
目前，我国工业窑炉大部分是燃煤、燃油、燃气窑炉，这些工业窑炉大量耗用一次能源，并对环境产生一定污染。与电炉相比，工业微波/电混合加热窑炉通常可节电40%以上；与燃煤(焦)、燃油、燃气窑炉相比，能耗费用大致相当或略有降低，但减排效果显著。同时，工业微波窑炉装备通常可大幅改善加工材料的品质和大幅提高加工效率，设备自动化程度高，而其制造成本却与传统窑炉装备相当，因而具有广阔的市场应用前景。目前应用该技术可实现节能量10万tce/a，CO2减排约26万t/a。
四、技术内容
1.技术原理
微波加热是利用微波电磁场中材料的介质损耗使材料整体加热至温度升高。在微波电磁场作用下，材料会产生一系列的介质极化，在极化过程中极性分子由原来的随机分布状态转向依照电场的极性排列取向，而在高频电磁场作用下，分子取向按交变电磁的频率不断变化，依靠材料本身吸收微波能转化为材料内部分子的动能和势能，进而实现材料内外同时均匀加热的原理。传统加热热源是通过热辐射、传导、对流三种方式完成的，而微波加热则是通过物质内部粒子与高速交变的电磁波相互作用来完成的。这种相互作用引起物质中电介质的损耗，使电磁能转变为热能，高效、清洁。微波/电混合高温加热技术可克服部分材料在低温状态下吸收微波差而升温速度慢等缺点，具备特点如下：
（1）优质：通过均匀穿透的能量作用大幅提高加工材料的品质。如采用微波高温合成技术可生产出世界上高品质的磁性材料、动力电池材料和氮化铁合金材料等；
（2）高效：通过整体同步的能量作用大幅缩短材料的加热或加工时间，提高加热或加工效率数倍乃至数百倍。如采用微波烧结技术生产氮化硅锰，可使效率提高20倍，生产成本降低70%；
（3）节能：因材料加热或加工效率高而显著节能，与常规电加热窑炉相比，通常可省电40%以上，如烧制氮化硅锰，可节电90%左右；
（4）改性：因微波加热存在非热催化效应，颠覆部分传统产品烧结工艺，如人造金刚石石墨+触媒，由原来真空状态下纯氢气烧结改变为常压状态下氮气烧结，可大大降低成本，提高设备使用的安全性；
（5）应用范围广：充分利用纯微波高温加热技术与电加热的优势，克服部分材料在低温状态下吸收微波差而升温速度慢等缺点，应用范围大大提高。
2.关键技术
（1）高稳定性的微波源技术；
（2）建立不同边界条件下微波腔体的微波模数结构计算与设计软件系统，确保微波与材料最佳偶合；
（3）设计多种微波抑制及微波屏蔽器，设计出微波屏蔽装置，将电热元件引出线的微波辐射降低到100μW/cm2；
（4）采用专用于微波高温窑炉测温用热电偶，与常规热电偶相比，该技术引出线微波辐射少，测温精度高；
（5）微波窑炉加热元件是微波源，布置在保温层外面，微波穿过保温层加热物料，要求微波窑炉的保温材料吸波性能差，在微波照射下自身发热小。研究开发出可适应微波烧结温度高于1600℃的保温材料，以及炉管、匣钵、推板、氧化铝空心球砖等耐火材料，是该技术完成的重要保障；
（6）温度精确控制技术。采用温度曲线的控制，实际就是微波功率的控制，这要求一是做到微波功率的精确无级可调，二是闭环控制时间响应快。微波功率调节是非线性的，它由雷基图决定。本技术采用常规的PLC、触摸屏、经多种温度曲线计算，实现微波功率的控制。
3.工艺流程
微波烧结炉工作原理与传统烧结炉对比见图1。
图1 传统烧结炉与微波烧结炉工作原理对比图
五、主要技术指标
1.微波输出频率：2.45GHz±25MHz；
2.最高温度：1650℃；
3.工作温度：1600℃；
4.温度均匀度：±6℃；
5.窑炉温度稳定度：±5℃；
6.曲线控制精度：±2℃。
六、技术鉴定、获奖情况及应用现状
该技术于2012年3月通过湖南科学技术厅组织的技术成果鉴定，并获得多项国家专利。2012年3月，”RWEG微波(电热)高温辊道窑、RWET微波(电热)高温辊道窑、RWS微波多功能实验炉”三项产品成功通过湖南经信委与湖南资源综合利用协会组织的产品鉴定。
与常规工业加热技术相比，该技术可大幅改善材料品质，并具有显著的高效、节能、环保等特点，节能率可达40%以上，且制造成本与常规技术相当，因而具有使用领域广、性价比高的竞争优势。目前，该技术已在湖北钟祥华邦科技有限公司、广东风华高新科技股份有限公司新宝华电子设备分公司、潮州市博大工艺品制作有限公司等企业应用，产品技术符合技术指标需求，技术成熟、稳定。
七、典型应用案例
典型用户：湖北钟祥华邦科技有限公司、广东风华高新科技股份有限公司、潮州市博大工艺品制作有限公司等
典型案例1
技术提供单位：湖南省中晟热能科技有限公司
建设规模：6条3000t/a氮化钒微波高温合成窑炉。主要技改内容：利用微波（电热）代替电加热窑合成氮化钒，主要设备为微波（电热）高温推板窑。节能技改投资额4200万元，建设期6个月。每年可节能5760tce，年节能经济效益为1008万元，投资回收期约4年。
典型案例2
技术提供单位：湖南省中晟热能科技有限公司
建设规模：2条1.8万m3/a高档日用瓷、艺术瓷的微波高温素烧窑。主要技改内容：利用连续式微波（电热）高温辊道窑代替原有的间歇式液化气窑，主要设备为 微波（电热）高温辊道窑2套。节能技改投资额1100万元，建设期6个月。每年可 节能1746tce，年节能经济效益806万元，投资回收期约1.4年。
八、推广前景及节能减排潜力
微波能的应用始于1947年第一台家用微波炉在美国的诞生，到现在已经六十多年，使用初期仅限于某些特殊领域，直到近二十年才得到迅猛发展。由于微波能应
用技术具备显著的优质、高效、节能、环保的特点，随着微波装备制造技术的不断 提高和材料的微波加工工艺技术的不断开发，全球微波能应用技术也将逐渐取代传
统的蒸汽、烟气、热风、电加热实现微波干燥，同时微波高温技术也开始在微波冶 金、微波烧结陶瓷、无机类新材料微波法制备等方面得到普遍的认可。预计未来5年，可在相关领域推广10%，形成的年节能能力约为100万tce，年减排能力264万tCO2。
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