微波冶金炉是微波冶金的关键设备之一。但长期以来,微波冶金炉的加热效率问题一直困扰着学术界和工业界,从而影响该项技术的应用和推广。许多研究者从调整冶金工艺参数的角度对此进行了大量的改进。但是研究表明,微波冶金炉的加热效率与被加热物料的吸波性能、炉子内衬耐火材料的透波性能以及电磁波的入射角和极化方式密切相关,这些因素以复杂的方式交互影响着微波加热的效率。因此,要提高微波冶金炉的加热效率,必须将炉子的内衬、物料和电磁波等作为一个耦合整体来加以考虑。影响微波冶金炉加热效率的直接因素就是微波能转化成内热源的效率问题。而影响微波能转化成内热源的本质因素主要包括三个方面：一是被加热物料的吸波特性；二是电磁波的极化方式和入射角；三是内置炉衬及承载体的透波性能。本研究致力于提高微波冶金炉的加热效率,提升微波冶金炉的设计水平,针对影响微波加热效率的上述本质因素,具体研究了典型冶金物料和微波冶金常用耐火材料的物性参数、几何尺寸和入射电磁波频率、极化方式和入射角等因素对被加热物料吸波效率和耐火材料透波效率的影响问题。具体研究内容如下：(1)为了研究内置炉衬及物料的微波冶金炉电磁热耦合场的分布情况,根据多物理场耦合理论,研究了内置炉衬(耐火层、保温层)和物料的微波谐振腔内电磁场、温度场的分布,分析了物料以及耐火保温层在微波加热过程中温度热点以及电磁场的动态变化情况。研究结果表明：炉衬和物料电磁参数的变化对电磁场、温度场的分布有较大影响；微波加热前期,微波能大都耗散于物料内,炉衬吸收的微波能较少；微波加热中后期,炉腔温度较高时,炉衬吸收的微波能多于物料吸收的微波能；高温时,物料主要靠表层部分吸收微波能,加热不均匀现象变得明显；波导馈口处温度高,微波能损耗大,使得该处的微波穿透深度最小,8000s之后,微波穿透深度小于10 cm。在一般情况下,温度场的分布与电磁场分布基本一致,即高场强与温度热点对应；但是随着温度的升高,当材料的复介电常数变化较大时,电磁场的谐振模式就会发生跳变。而此时温度场不能马上跟随作相应变化,只能在新的电磁场模式下慢慢地跟随电磁场的变化,即温度场的变化滞后于电磁场的变化。(2)针对微波加热效率严重依赖于物料的介电特性的问题,根据垂直入射电磁波的反射损耗理论,分别针对微波垂直入射三种典型冶金物料(氯化钠、石英砂、石油焦),分析了含水率、温度、料层厚度对物料吸波性能的影响规律。研究结果表明：氯化钠料层的最佳加热工艺参数为温度60℃,料层厚度0.04m,该结论与文献中的实验结果基本一致。不同含水率、温度下的料层的反射损耗均与料层厚度有关；随着厚度的增加,反射损耗曲线会出现若干吸波峰,并且吸波峰的位置会随着温度和含水率的变化而偏移；在整个微波干燥过程中都取得最大的加热效率只能存在于偏移值小于八分之一波长时；并给出了典型冶金物料获得最大吸波性能的厚度范围。(3)为了探讨电磁波入射角及极化方式对微波加热效率的影响,根据斜入射电磁波的反射损耗理论,研究了微波斜入射氯化钠、石英砂和石油焦三种典型冶金物料的反射损耗,分析了微波入射角以及微波极化方式对吸波性能的影响规律。研究结果表明：微波入射角和极化方式对物料吸收微波的能力有很大影响,在整个微波加热过程中取得最大的微波吸收效率可以通过改变入射角及极化方式来达到；在水平极化电磁波(TE)下,温度为20℃,厚度为0.143m的石英砂物料在入射角为8。时取得最大的吸波效率；入射角和极化方式对不同物料吸波性能的影响并无统一的规律可循,需要根据物料的具体电磁特性进行计算分析；最后给出了三种冶金物料获得最大吸波效率的入射角范围。(4)为提高微波能在耐火材料中的传输效率,根据电磁波的功率透过系数理论,针对几种微波冶金常用耐火材料(莫来石陶瓷、氧化铝陶瓷、二氧化硅陶瓷等),研究了微波频率、温度、耐火层厚度对耐火材料透波性能的影响规律。结果表明：在2.45 GHz频率下,[0,0.1m]厚度区间内,20℃～1000℃范围内二氧化硅陶瓷的透波效率均在70%以上；耐火材料的功率透过系数曲线随着耐火层厚度的增加呈波动状分布,其中存在若干个透波峰；随着温度的升高,透波峰位置出现了向较小厚度方向偏移的现象,且随着材料厚度增加,透波峰偏移值增大；功率透过系数曲线中透波峰幅值随着温度的升高和厚度的增加而减小；最后给出了耐火材料选用原则及厚度优选范围。