[实用新型]一种微波加热MnO2制备氮化锰的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微波加热MnO₂制备氮化锰的装置，属于微波冶金技术领域。 

背景技术

氮化锰主要用于制备特种钢。锰在钢中起到脱氧，脱硫和合金化的作用，可改善钢的热加工性能，提高钢的硬度、强度和淬透性，降低钢临界转变温度等。氮在钢中可起到固溶强化、时效沉淀强化；形成和稳定奥氏体组织的能力是镍的10倍；与钢中Cr、Al、V等合金元素化合可提高钢的硬度、强度、耐磨性和抗蚀性。但是因为锰极易氧化和氮比重极小溶解度小而均难以单独有效的加入钢中，而氮化锰不仅易加入钢中而且两者利用率都高，所以氮化锰的生产具有不可替代性。 

随着微波优越的加热效果和对化学反应极大地促进效果的发现和利用，对微波加热的实验设备和工业设备的完善日趋迫切。 

现有的微波高温管式反应器存在诸多方面不能满足实验要求。第一，目前主要使通过测定管外壁的温度来间接测定物料温度(专利申请号为“200920253863.4”、“200920111951.0”的专利申请，炉体结构复杂，没有说明测温方法，没有标示测温元件伸入管内所需的孔)，以有利于保证管的气密性，因而测温不准确；第二，对于反应管两端的密封，采用的是盖板，连接方式和操作都复杂，气密性不能完全保证；第三，管内保温措施复杂（专利201320045891.3），导入气体难与原料有效接触。 

发明内容

本实用新型针对上述现有技术存在的问题及不足，提供一种微波加热MnO2制备氮化锰的装置。该装置既保证微波高温管式反应器气密性，又能进行准确的直接测温，整个设备结构简单，操作方便，本实用新型通过以下技术方案实现。 

本实用新型的原理为： 

第一步加热过程中的反应为： ；

第二步加热过程中的反应为：；

总反应为：5MnO₂+10C+N₂(g)=Mn₅N₂+10CO (g)  。

温度为1300℃（1573K）时，MnO₂制备氮化锰的热力学图，如图2所示。并得出生成氮化锰所需的N₂(g) 压力与温度的关系为：

据上式计算知道，在900℃（1173K）、1200℃（1473K）、1300℃（1573K）时，N₂(g)的平衡分压分别为3个大气压、0.158个大气压、0.084个大气压。而本工艺过程中N₂(g)的压力衡为1个大气压，因此在1200℃（1473K）以上制备氮化锰在热力学上式可行的，并具有良好的动力学条件。

一种微波加热MnO₂制备氮化锰的装置，包括胶塞1、石英管2、热电偶3、内保温体5、铝箔6、金属丝网7、出气管8、进气管9、微波炉腔体10、控温装置11、磁控管13和气体管道14，所述微波炉腔体10内部的中间位置设有石英管2，微波炉腔体10两侧设有气体管道14，石英管2与气体管道14连通，微波炉腔体10上设有磁控管13，微波炉腔体10顶部的中间位置热电偶3并使热电偶3的底部插入物料4中，物料4放置到内保温体5中，气体管道14表面从里至外依次设有铝箔6、金属丝网7，气体管道14两侧设有胶塞1其中一端胶塞1上设有进气管9、另一端胶塞设有出气管8，热电偶3、磁控管13分别与控温装置11连接。 

所述热电偶3通过胶塞1设置在微波炉腔体10的顶端。 

所述气体管道14两侧的胶塞1内部表面设有铝箔6。 

所述该装置还设有推料器12。 

该微波加热MnO₂制备氮化锰的装置的使用方法为：将混合好的物料4置入内保温体5内，再用推料器12将内保温体5推入石英管2内，插入热电偶3，将对应的胶塞1旋紧密封，将气体管道14两侧的胶塞1旋紧密封，向进气管9中通入气体，打开磁控管13进行微波加热。 

本实用新型的有益效果是：该装置既保证微波高温管式反应器气密性，又能进行准确的直接测温，整个设备结构简单，操作方便。 

附图说明

图1是本实用新型微波加热MnO₂制备氮化锰的装置的结构示意图， 

图2是本实用新型MnO₂直接制备得到氮化锰的热力学分析图。