正极材料磷酸铁锂气氛辊道炉高温烧结的设计细节

时间：2016-04-02作者：江苏前锦炉业设备有限公司浏览：60

	关键词：锂电正极材料、高温烧结、磷酸铁锂、磷酸铁、窑炉、电炉、推板炉、辊道炉、气氛炉、辊道窑炉、氮气保护 
	用于锂电池磷酸铁锂正极材料在氮气气氛下的烧结及热处理工艺，具体说明如下：
	一、用户需求
	1）  烧结材料：磷酸铁锂正极材料；2）  材料特性：粉体，烧失率20%；
	3）  匣钵规格：320×320×160mm；4）  工艺时间：Rt-720℃（4h），720℃保温（6-8h），720℃-60℃（7h）；5）  工作温度：较高950℃，长期750℃；
	6）  炉膛气氛：氮气；7）  四列单层；
	二、设计计算
	1）  工艺参考时间：17h；2）  单钵产量：12×80%=9.6kg/b；3）  传动速度：30000/17=1764mm/h；4）  每小时出钵：1764/320×4=22b/h；
	5）  日产量：22×9.6×24=5t/d；6）  区域划分：
	三、技术指标与基本配置
	产品型号：RDGN520-9 
	额定温度：950℃；工作温度：750℃ 
	主传动：碳化硅辊道（辊棒规格Φ35mm，辊棒间距78mm）；
	进出口传动：金属轴陶瓷辊道；
	主传输速度：500～2500mm/h，变频调速，数字显示；
	加热元件：石英内穿丝管；
	炉口尺寸（辊道上表面到炉**）：1400×200mm；
	有效承载高度：200mm；
	匣钵尺寸：320×320×160mm（客户自备）；
	烧结气氛：氮气；
	排胶处理：加热保温，防止冷凝回滴；
	冷却方式：钢制水冷套；
	炉体结构划分：进口过渡区：2500mm 
	加热区：15000mm（833*6+2500*3+1667+833）
	降温区：2500mm 
	进口平台：500mm（有动力）
	出口平台：1000mm（无动力）
	控温稳定度：±1℃ 
	水冷区：10000mm 
	炉体总长：30000mm 
	进口气室：1800mm 
	出口气室：1800mm 
	 炉膛温度均匀度：±3℃（恒温区700℃，检测方法：每5m炉体预留单排4个热偶检测孔） 
	温区个数：11个
	控温点数：11点（每温区中点控温，左右2点测温，比例输出）+1点（烟囱加热）
	报警保护：**温、断偶、速度、钵位、氧含量、气压等声光报警保护（指示灯指示）；
	断棒指示：机械棒位指示，端头玻璃窗人工观测
	表面温升：＜35℃
	出料料温（正常装料量情况下）：＜60℃
	最大功率：372.6kw+16kw=388.6kw 
	典型保温功率：≤200Kw（正常工艺）
	工作压力：0.2-0.4Mpa；
	气氛耗量：工作压力下氮气较大耗量：230m3/h，常用150m3/h 
	炉膛压力监测：炉体共1点在炉膛前部。
	氧含量控制：（满钵空载热态）
	进水温度：≤30℃；
	重量：约30000Kg（不含循环线）
	安装尺寸：35100mm×4500m×1920mm（不含控制柜） 
	进水压力：0.15-0.2Mpa；
	回水压力：无压回水；
	电源：3相5线，380/220VAC，50Hz；
	四、总体技术说明
	整个窑炉主要分为四大部分，即窑体、气氛控制系统、温度控制系统和传输系统。
	4.1 窑体设计
	设备总长33.6m，炉体长30m，分成过渡、加热、降温和冷却区。炉膛内辊道采用碳化硅制品，进出口辊道采用金属轴陶瓷辊道，延长辊道寿命和均匀磨损。炉体外密封设计，保证烧成气氛要求。
	采用上下加热，左中右3点比例控制，分别检测控制炉膛宽度的左中右三个区域，实现温度高均匀性，采用铁铬铝合金加热丝，高表面负荷，高电阻率，高寿命。
	过渡区长2.5m，为自然过渡区，不布置加热元件。加热区长15m，布置11个温区。功率分布如下表：
					温区 
					1-6 
					7到9
					10 
					11 
					合计 
					单温区长度（mm） 
					833 
					2500
					1667
					833
					23.75
					上温区加热功率（kw） 
					10.8
					16.2
					16.2
					9 
					下温区加热功率（kw） 
					21.6
					21.6
					21.6
					18 
					单温区加热功率（kw） 
					32.4
					37.8
					37.8
					27 
					372.6
					单温区加热棒根数（根） 
					12 
					21 
					21 
					9 
					165 
	 约有20%的热能是通过碳化硅辊棒的端头散失的。
	为此，该气氛辊道炉专门设计了独立传动密封腔，正对每根辊棒端头安装有氮气喷嘴，直接气吹冷却辊棒两端，同时密封腔内的氮气从辊棒安装孔的间隙压入炉膛内，一方面对氮气进行预热，另一方面由于正压作用，有效防止棒孔散热！ 
	炉膛侧壁喷涂柔性陶瓷涂料，避免水汽对炉膛保温材料的侵蚀。 
	加热元件采用陶瓷内穿丝防止水汽侵蚀，炉膛全部采用日本伊索产轻质莫来石耐火砖，采用日本原版拱形结构砌筑而成，窑炉保温内层为1260机制板，外层为普通纤维制品. 
	由于完全采用了**轻质材料保温，热容小，升降温快，因此温度控制灵敏，并且有明显的节能效果。
	在升温段设置4排烟囱，手阀控制废气排放，保证炉膛内部气氛为正压。配合高**大腔结构，保证胶质有效及时的排出。陶瓷烟囱管外套保温加热器（总功率16kw），防止胶质遇冷回滴。
	降温区长2.5m，不布置温区，在该段炉膛**/底部开有许多小孔，大量氮气通过小孔吹入炉膛，对匣钵和工件进行降温。
	水冷段长10m，为多节蛇形水道钢制水套。利用水冷换热进行降温。水套底部设有进气气盒，可以辅助降温冷却。
	4.2 气氛控制系统设计
	通入气氛共分成12路。
	4.3 控制系统的设计
	RGDN-520-9型气氛辊道炉采用德国倍福嵌入式计算机控制系统，安装在独立的电气控制柜内，通过电缆和热偶补偿导线与炉体连接，对窑炉进行控制。该系统基于PC控制技术和现场总线、总线端子模块以及Twincat自动化软件。 
	倍福模块化控制器将工业PC和PLC**融合在一起，可以完全取代温控仪表，直接通过计算机屏幕对各个温区实施PID控制；同时作为PLC，它还可以操控辊道的逻辑循环动作
	本设备加热区由11个温区组成，分别由多组交流接触器分组供电，这样可以减小设备对电网的瞬时电流冲击，结合恒力专门研发的不等功率分布单管加热器，分别检测控制炉膛宽度的左中右三个区域，通过调节每个区域的设定温度及上下加热输出比，保证炉膛有效空间的均匀度小于±3℃。 
	并且当某个温区温度发生**温现象时，相应区域的温度**温报警系统立即发出声光报警信号，面板上的对应温区报警信号灯点亮，蜂鸣器发出断续的报警声。
	控制方式为K分度热偶检测区域温度，固态继电器过零触发方式，并实现平衡加热，以减少对电网和周遍设备的干扰，并延长控制器件的寿命。
	4.3.1 软件功能
	（一）分级登录功能
	计算机系统采取分级管理和登录机制，一般操作人员只能观察和记录显示数据，无法修改；只有*系统人员才可以操作软件的所有功能，包括可以新建用户、分配用户等级、修改用户密码等功能；管理和调用真实数据。
	（二）实时显示信息功能
	主控界面可以实时显示各温区实测温度（PV）、设置温度（SV）、辊道和匣钵速度、并且有指示各种报警状态、匣钵运行状态到位等。
	（三）系统参数设置功能
	本软件具有参数设置界面，操作员级用户登录后进入此窗口操作。通过填表格的方式输入各温区设定温度、PID参数、报警限、自整定和循环周期等控制参数，可以作为工艺设置文件存储以供下次方便调用。
	（四）数据记录查看功能
	本软件具有历史数据和报警记录查看窗口，在此窗口可查看较近一天的温度、动作和事件情况，这些历史数据均保存在硬盘上，可以单独打印任何时间记录的数据。
	4.3.2 软件窗口组成
	本软件具有5个功能界面：
	1、主界面：信息显示和温度设置。
	 2、用户管理窗口：用户分级管理和登录。
	3 、工艺设置窗口：工艺参数显示、保存和文件存储。
	4、系统设置窗口：通讯和设备参数设置。
	5、数据查看窗口：查看和打印历史记录数据。
	4.4 传动循环系统的设计
	主传输系统采用分段式人字齿轮，驱动碳化硅辊道直接带动匣钵运动，速度变频器无级可调。
	为防止匣钵在整个循环运动的过程中跑偏造成卡炉，在辊道入口端设计有匣钵自动找正对齐机构；在辊棒被动端安装有指示，当辊棒正常运转时，所有指示角度一致，当某个指示与其他不一致时，可以通过炉膛传动密封腔侧面玻璃观察窗观察到，说明此处辊棒运动出现问题。
	本文感谢北大**、深圳贝特瑞、深圳比亚迪、安徽国轩、湖南升华、天津斯特兰、贵州安达、湖北万润、湖南杉杉、中信国安、北京当升科技等公司给予的技术支持和帮助！ 
	备注：可根据客户要求设计制造，更多规格、参数以及详细技术方案可来电索取。


	
		联系作者：周生    
	
	
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