动力电池材料烧结隧道窑的设计和应用

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Φ1.8 ̄Φ2.4 mm。控制方式采用过零控制, 对电网无高次 谐波干扰。温控表选用欧姆龙 E5EZ 自整定调节器。送 料系统控制选用欧姆龙 CPM2A 型 PLC 控制。I/O 总点 数 100 个点。整个电气部分组成简捷, 控制可靠。
2 调试和注意事项( “调试”部分略)
除了在调试过程中重点观察炉体、密封仓、置换 室的密封情况外, 对炉膛氧含量、炉压和气源氧含量 还要进行 24 h 的监测, 根据测量结果随时对氮气流 量进行调整。注意观察在内闸门开启和关闭后, 炉体 尾部的炉膛氧含量是否有向上波动的现象。如波动 较大时, 说明真空置换室置换不完全, 还需进一步加 大真空泵的功率, 提高置换效率。
产品进出口结构是由置换室、密封仓、内闸门和 外闸门组合而成。以出口部分为例, 如图 2 所示。
炉体 推板前进方向
出口密封仓 内闸门油缸 内闸门
( 真空) 置换室
回窑炉进口
外闸门油缸 外闸门
个连接面涂上 RTV 硅橡胶密封剂, 再把密封橡胶板 ( 1140 胶板) 置于连接法兰之间并用螺栓拧紧可以 达到密封的效果。 1.2.2 真空置换
当内、外两个闸门关闭后, 采用真空泵对置换室 进行抽真空, 达到预定真空度时关闭真空泵并开启 充气电磁阀对置换室充入氮气, 这样就可以达到清 除置换室内部氧气的目的。在这个过程中, 不但可以 增加抽真空、补充氮气的次数, 使置换室内的氧气含 量快速地降低, 而且可以在一定程度上降低氮气的 消耗量。
真空置换的闸门如图 3 所示, 由门体、油缸、观 察维修窗、闸门板等组成[1]。将厚度 10 mm, 胶号为 1140 的军工纯胶板粘贴在闸门面板上( 该胶板使用 温 度- 50 ̄80 ℃, 邵 氏 硬 度 36) , 油 缸 带 动 它 做 上 下 运动。在油缸被施以 2.0 ̄3.0 MPa 的压力下, 闸门板 和截面为梯形的门框紧密接触, 形成可靠的密封。
1 设计
设备概况: 窑体为 26 m 双通道双推板自动运 行隧道窑。推板尺寸 340 mm×340 mm×30 mm, 运行 速度 1 000 mm/h, 炉膛内采用氮气( 99.999%) 保护。 窑体前后各有一组置换系统: 即内外闸门、置换室、 密封仓等, 通过置换的方式使置换室和炉膛内的氧
含量在 100×10-6 以下。 1.1 炉体结构的设计
废气出口的管道通过引风机、过滤装置净化后排出
百度文库
室外。当图中所示的搅动电机开始旋转时, 液面上下
波动, 使炉膛形成稳定的微正压。
炉膛烟气 废气出口
观 察 、维 修 盖 板
插入深度 1 mm
搅动电机

图 6 水封示意图
1.4 电气部分设计 加 热 元 件 选 用 0Cr21Al16Nb 型 电 阻 丝 , 丝 径
第 30 卷第 4 期 2008 年 7 月
工业炉
Industrial Furnace
Vol.30 No.4 Jul. 2008
动力电池材料烧结隧道窑的设计和应用
吴 宾, 李志军, 罗晓燕, 阎惠萍 ( 陕西华星窑炉设备有限公司, 陕西 咸阳 712099)
摘 要: 简要介绍动力电池材料磷酸铁锂烧结隧道 窑 设 备 的 设 计 和 应 用 的 关 键 点 , 说 明 了 窑 体 的 密 封 形 式 、真 空 置
3 结束语
经过现场调试, 在正常生产时炉膛氧含量可以达 到 17.7×10-6, 最低点的氧含量已经达到了 8.8×10-6, 从 流量计测得的耗气量仅为 18.4 ̄20 m3/h 之间, 测得炉 膛压力 9.7 Pa, 完全满足生产工艺的要求。现在该设 备已经生产出合格产品并且已经连续正常使用 5 个 月, 在国内同行业处于先进水平。
采用刚玉莫来石材质炉胆, 每个炉胆长度设计 为 400 mm, 在安装中使炉胆前后两两相接, 其结构 见图 1。炉胆的连接采用咬合式, 可以保证炉膛足够 的微正压并尽量减少保护气体的流失。进气方式, 一 是通过炉胆支撑砖将预热的氮气或氩气从产品下部 并通过两侧进入到炉膛内 ( 图 1 中①②③④所示的 位置) , 二是从炉膛顶部进气并沿拱形的炉顶向炉内 蔓延( 图 1 中⑤⑥所示的位置) 。在设备的设计制造 中采用两种进气方式相结合的办法提高炉膛内的气 氛均匀性。另外, 在进气的通道上安装有流量计分别
观 察 、维 修 窗
闸门油缸
真空置换室 连接法兰
观 察 、维 修 窗
出口密封仓 连接法兰
320 mm 1 257 mm
图 2 出口密封仓、置换室示意图
置换时无论采用常压置换或者真空置换都可以 达到置换室内氧含量的浓度要求, 用户可以根据生 产工艺来选择置换方式。进口密封仓的设计除了考 虑密封这一基本要求外, 还要考虑产品在炉体前端 排出的大量的冷凝水引走问题。因此在密封仓的下 部设有排水口, 并用排水管连接到水槽中使管口浸 到水面以下, 这样即做到密封又保证排水量。 1.2.1 常压置换
换 室 设 计 、烟 气 中 水 汽 的 回 收 和 控 制 等 方 案 。 应 用 结 果 验 证 了 设 计 方 案 的 有 效 性 。
关键词: 磷酸铁锂; 隧道窑; 密封仓; 氧含量
中图分类号: TQ175.6+53.1
文献标识码: B 文章编号: 1001- 6988( 2008) 04! 0013" 03
Design and Application of Power Batter y Mater ial Tunnel Fur nace
WU Bin, LI Zhi-jun, LUO Xiao-yan, YAN Hui-ping ( Shanxi Huaxing Furnace Equipment Manufacturing Co.,Ltd, Xianyang 712099, China)
排气的主要位置在炉体的升温阶段, 该段有大 量的水汽和烟气排出物。排气口不能过大, 否则会 引起炉内压力的波动或者产生负压, 导致炉膛的氧 含量上升, 影响产品品质。在炉体烟囱中设计了集 水装置( 见图 5) , 防止水回流到炉膛。
排出炉外
烟气控制板
冷凝水滴
水排出
炉膛烟气等 图 5 炉膛烟气冷凝水的收集示意图
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闸门
310 mm 图 3 内闸门示意图
采用真空置换时, 置换室和内、外闸门之间的连 接必须完好。由于硅橡胶、聚四氯乙烯等弹性体在制 成圆形截面或矩形截面的环( 绳) 时具有弹性好、受 压时体积不变、可堵塞漏气路径等一系列特点。因 此, 在如图 4 的设计方案上, 将一侧的法兰盘开有环 形凹槽, 把橡胶绳( 橡胶条) 安放在半圆形的凹槽中, 使其夹在两个连接法兰之间用螺栓紧固并被压紧, 从而实现真空静连接密封的目的。 1.3 进、排气方式的设计
热电偶 炉胆 ⑤ ⑥
加热棒
① ②③ ④
1 135 mm
收稿日期: 2008- 03- 26 作者简介: 吴 宾( 1966—) , 男 , 高 级 工 程 师 , 主 要 从 事 工 业 窑
炉设计及技术管理工作.
进气口
进气口
1 580 mm
保温砖
图 1 炉膛断面结构示意图
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经验交流: 动力电池材料烧结隧道窑的设计和应用
Key wor ds: LiFePO4; tunnel furnace; hermetic container; oxygenous concentration
目前具有很强代表性的磷酸铁锂正极材料的生 产 正 在 步 入 大 规 模 、连 续 化 的 实 施 过 程 中 。 它 作 为 一种高性能的可充绿色电源材料, 近年来已在各种 便携式电子产品和通讯工具中得到广泛应用, 并被 逐步开发为电动汽车的动力来源, 从而推动其向安 全、环保、低成本的方向发展。这类设备的特点就是 对炉膛气氛的氧含量要求高 ( 炉内氧含量为 100 × 10-6 或更低) 。氧含量值的高低和可控制性是确定窑 炉设备是否能生产出合格产品的先决条件。总结过 去制造气氛保护炉的经验及两年多的工艺和产品的 研究, 已成功开发出动力电池材料磷酸铁锂专用烧 结隧道窑。
参考文献: [1] 江尧忠.工业电炉[M].北京: 清华大学出版社, 1993.
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当 内 、外 两 个 闸 门 关 闭 后 , 置 换 室 进 入 置 换 状 态, 这 时 氮 气 通 过 进 气 管 道 以 4 ̄5 m3/h 的 流 速 进 气, 与此同时排出的气体经过出气口排到外界, 这个 过程维持一个推板周期的时间。门板和门框均采用 平面接触, 在液压系统给门维持 2.0 ̄3.0 MPa 的压 力下, 由于周围空间是常压状态, 所以门和门框能完 好地接触密封。置换室和闸门的法兰连接也是设计 成平面连接, 在保证法兰盘的表面光洁度下, 先在两
进、排气系统的设计是这类设备最关键的部分, 直接影响到产品的品质, 要求是非常严格的。
真空置换室
专用橡胶板
密封橡胶绳 置换室连接法兰
连接盲孔 油缸板连接法兰
图 4 真空置换室法兰连接方式示意图
1.3.1 进气方式的设计 由于是双炉膛双推板结构, 因此进气是两个炉
膛分别控制的。在炉体上每个温区设置有一组流量 计, 分别通到两个炉膛内的上下部, 每个流量计设计 范围为 0 ̄2.7 m3/h。在前后两个置换室分别安装有 进气流量计, 其范围 0.8 ̄8 m3/h, 密封仓的流量计选 取 0 ̄1 m3/h。在氮( 氩) 气总管道上的总流量计选用 3 ̄30 m3/h 并配过滤减压阀, 设备总的气源压力最大 为 0.6 MPa。 1.3.2 排气方式的设计
Abstr act: Brief introduction the key design and application of power battery material tunnel furnace, explain the kiln hermetic plan,vacuum replacement container plan,reclaim and cortrol vapor from effluent gas plan,etc.The validity of the design scheme is verified by of experimentation.
在炉体外部采用水封的办法既保证了水气的排
工 业 炉 第 30 卷 第 4 期 2008 年 7 月
出, 又使炉膛的压力稳定( 见图 6) 。炉膛内部的气体
通过管道进入到密封水箱中, 为了使炉膛烟气在排
出的过程中能在水面上形成气泡, 烟管只插入水中
1 mm, 维持炉膛内压力在 9 Pa 左右。排出的烟气经
调整上下和左右方向的进气量, 保证了在生产过程 中炉膛内部气氛的一致性, 满足生产工艺的需要。
窑体外壳采用连续的密封焊接形式, 加热元件、 热 电 偶 、密 封 仓 等 的 可 拆 卸 部 分 用 硅 混 炼 胶 实 施 密 封, 窑顶盖板在烘窑结束后用氧化铝砂并灌浇环氧 树脂和固化剂以 1∶1 的混合物进行密封和固化。 1.2 产品进出口结构的设计
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