·1586 工程科学学报，第41卷，第12期 均升温速度分别为0.71、0.60和0.42℃s:铁块质 1600 量越大，升温速度越慢.加热温度大于800℃时， 1400 升温速度稍有下降，原因是吸波涂层SC在温度 1200 大于700℃后吸波能力下降10，以及铁在高温下 1000 散热加剧，加热效果降低.1200℃至1500℃范围 600 500、1000和1500g铁块的升温速度分别为0.49、 400 0.29和0.30℃s 200 1600 0 1400 0 500100015002000250030003500 时间s 1200 图41000g铜间接加热升温曲线 1000 Fig.4 Heating curve for indirect heating of 1000 g copper 800 600 铁块质量 加热铁液和铜液的升温特性.由于切换加热腔 400 -500g 1000g 期间铁液和铜液的温降无法控制，每次加热铁 200 1500g 液和铜液实验时金属液的初始温度无法一致，为 1000 20003000 了更精准分析金属液微波直接加热升温特性，实 4000 5000 时间s 验设定在液态铜和铁的温度分别上升至1350℃ 图3不同质量铁块间接加热实验结果 和1450℃时，保温10min,然后继续再加热；两种 Fig.3 Experimental results of iron heated with indirect heating pattern 金属液分别加热至1450℃和1550℃时，保温一 段时间，最后结束加热实验.具体实验方案如表2 微波场内间接加热1000g铜粒的升温曲线如 所示. 图4所示.结果表明，在微波工作站采用间接加热 2.2.1铁液和铜液质量对加热效果的影响 方式加热1000g铜，温度升至1400℃所用的时间 微波功率为4kW时，以直接加热方式加热不 为2324s,平均加热速度为0.60℃s,1200℃至 同质量铁液的升温曲线如图5所示 1500℃的升温速度为0.33℃s,升温速度与加热 图5表明采用微波可以直接加热的方式实现 相同质量铁的升温速度相近 铁液的快速加热.图5(a)、5(b)和5(c)中各升温 2.2微波直接加热金属液体的升温特性 曲线初期都出现了温度急速上升的表象，这是热 在微波工作站中通过间接加热的方式以4kW 电偶连同其外部的保护套管插入铁液测温存在测 微波功率分别加热500、1000和1500g固态铁块 量滞后引起的.在1450℃保温10min期间内，温 和1000g铜粒，分别得到不同质量的铁液和铜 度基本恒定，保温效果较好.保温结束后，继续加 液；然后快速更换工作站内加热腔为纯氧化锆加 热，铁液的温度继续上升.实验结果表明，4kW微 热腔，采用直接加热方式，分别以1、2、3和4kW 波加热功率下，500g和1000g铁液的升温速度较 微波功率加热所制备的金属液体，研究微波直接 大，500g铁液1450℃前后的升温速度分别为 表2微波直接加热金属液实验方案 Table 2 Experimental scheme of microwave direct heating of liquid metal 金属质量g 间接加热功率kW 间接加热终点温度/℃ 直接加热功率/kW 直接加热保温温度/℃ 直接加热终点温度/℃ 500 1500 4 1450 1550 1000 1500 1450 1550 1000 1500 1450 1550 铁 1000 4 1500 1450 1550 1000 1500 1450 1550 1500 4 1500 4 1450 1550 铜1000 1400 4 1350 1450均升温速度分别为 0.71、0.60 和 0.42 ℃·s−1；铁块质 量越大，升温速度越慢. 加热温度大于 800 ℃ 时， 升温速度稍有下降，原因是吸波涂层 SiC 在温度 大于 700 ℃ 后吸波能力下降[10] ，以及铁在高温下 散热加剧，加热效果降低. 1200 ℃ 至 1500 ℃ 范围 500、1000 和 1500 g 铁块的升温速度分别为 0.49、 0.29 和 0.30 ℃·s−1 . 微波场内间接加热 1000 g 铜粒的升温曲线如 图 4 所示. 结果表明，在微波工作站采用间接加热 方式加热 1000 g 铜，温度升至 1400 ℃ 所用的时间 为 2324 s，平均加热速度为 0.60 ℃·s−1 ， 1200 ℃ 至 1500 ℃ 的升温速度为 0.33 ℃·s−1，升温速度与加热 相同质量铁的升温速度相近. 2.2    微波直接加热金属液体的升温特性 在微波工作站中通过间接加热的方式以 4 kW 微波功率分别加热 500、1000 和 1500 g 固态铁块 和 1000 g 铜粒 ，分别得到不同质量的铁液和铜 液；然后快速更换工作站内加热腔为纯氧化锆加 热腔，采用直接加热方式，分别以 1、2、3 和 4 kW 微波功率加热所制备的金属液体，研究微波直接 加热铁液和铜液的升温特性. 由于切换加热腔 期间铁液和铜液的温降无法控制，每次加热铁 液和铜液实验时金属液的初始温度无法一致，为 了更精准分析金属液微波直接加热升温特性，实 验设定在液态铜和铁的温度分别上升至 1350 ℃ 和 1450 ℃ 时，保温 10 min，然后继续再加热；两种 金属液分别加热至 1450 ℃ 和 1550 ℃ 时，保温一 段时间，最后结束加热实验. 具体实验方案如表 2 所示. 2.2.1    铁液和铜液质量对加热效果的影响 微波功率为 4 kW 时，以直接加热方式加热不 同质量铁液的升温曲线如图 5 所示. 图 5 表明采用微波可以直接加热的方式实现 铁液的快速加热. 图 5（a）、5（b）和 5（c）中各升温 曲线初期都出现了温度急速上升的表象，这是热 电偶连同其外部的保护套管插入铁液测温存在测 量滞后引起的. 在 1450 ℃ 保温 10 min 期间内，温 度基本恒定，保温效果较好. 保温结束后，继续加 热，铁液的温度继续上升. 实验结果表明，4 kW 微 波加热功率下，500 g 和 1000 g 铁液的升温速度较 大 ， 500  g 铁 液 1450 ℃ 前后的升温速度分别为 表 2 微波直接加热金属液实验方案 Table 2 Experimental scheme of microwave direct heating of liquid metal 金属 质量/g 间接加热功率/kW 间接加热终点温度/℃ 直接加热功率/kW 直接加热保温温度/℃ 直接加热终点温度/℃ 铁 500 4 1500 4 1450 1550 1000 4 1500 4 1450 1550 1000 4 1500 3 1450 1550 1000 4 1500 2 1450 1550 1000 4 1500 1 1450 1550 1500 4 1500 4 1450 1550 铜 1000 4 1400 4 1350 1450 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 温度/°C 0 1000 2000 3000 4000 5000 时间/s 500 g 1000 g 1500 g 铁块质量 图 3    不同质量铁块间接加热实验结果 Fig.3    Experimental results of iron heated with indirect heating pattern 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 温度/°C 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 时间/s 图 4    1000 g 铜间接加热升温曲线 Fig.4    Heating curve for indirect heating of 1000 g copper · 1586 · 工程科学学报，第 41 卷，第 12 期