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| 鋰電正極材料磷酸鐵鋰氣氛輥道爐的設計細節 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 作者：87569388 來源：江蘇前錦爐業設備有限公司 時間：2016/5/11 點擊：3184 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
江蘇前錦爐業設備有限公司 黃俊杰
關鍵詞：磷酸鐵鋰 磷酸鐵 鋰電正極材料 窯爐 推板爐 輥道爐 氣氛爐
該設備設計用于鋰電池磷酸鐵鋰正極材料在氮氣氣氛下的燒結及熱處理工藝，具體說明如下：
一、用戶需求
1） 燒結材料：磷酸鐵鋰正極材料；
2） 材料特性：粉體，燒失率20%；
3） 匣缽規格：320×320×160mm；
4） 工藝時間：Rt-720℃（4h），720℃保溫（6-8h），720℃-60℃（7h）；
5） 工作溫度：最高950℃，長期750℃；
6） 爐膛氣氛：氮氣；
7） 四列單層；
二、設計計算
1） 工藝參考時間：17h；
2） 單缽產量：12×80%=9.6kg/b；
3） 傳動速度：30000/17=1764 mm/h；
4） 每小時出缽：1764/320×4=22b/h；
5） 日產量：22×9.6×24=5t/d；
6） 區域劃分：
表1 爐體結構計算表
三、技術指標與基本配置
產品型號：RDGN520-9
額定溫度：950℃；工作溫度：750℃
爐口尺寸（輥道上表面到爐頂）：1400×200mm；
有效承載高度：200mm；
匣缽尺寸：320×320×160mm（客戶自備）；
主傳動：碳化硅輥道（輥棒規格Φ35mm，輥棒間距78mm）；
進出口傳動：金屬軸陶瓷輥道；
主傳輸速度：500～2500mm/h，變頻調速，數字顯示；
加熱元件：石英內穿絲管；
燒結氣氛：氮氣；
氣路組成：13路進氣，1路排氣，進口置換室排氣煙囪匯總到爐膛排氣；
表2 氣氛位置狀態表
排膠處理：加熱保溫，防止冷凝回滴；
冷卻方式：鋼制水冷套；
爐體結構劃分：進口過渡區：2500mm
加熱區：15000mm（833*6+2500*3+1667+833）
降溫區：2500mm
水冷區：10000mm
爐體總長：30000mm
進口氣室：1800mm
出口氣室：1800mm
進口平臺：500mm（有動力）
出口平臺：1000mm（無動力）
控溫穩定度：±1℃
爐膛溫度均勻度：±3℃（恒溫區700℃，檢測方法：每5m爐體預留單排4個熱偶檢測孔）
溫區個數：11個
控溫點數：11點（每溫區中點控溫，左右2點測溫，比例輸出）+1點（煙囪加熱）
報警保護：超溫、斷偶、速度、缽位、氧含量、氣壓等聲光報警保護（指示燈指示）；
斷棒指示：機械棒位指示，端頭玻璃窗人工觀測
表面溫升：＜35℃
出料料溫（正常裝料量情況下）：＜60℃
最大功率：372.6kw+16kw=388.6kw
典型保溫功率：≤200Kw（正常工藝）
工作壓力：0.2-0.4Mpa；
氣氛耗量：工作壓力下氮氣最大耗量：230m3/h，常用150m3/h
爐膛壓力監測：爐體共1點在爐膛前部。
氧含量控制：（滿缽空載熱態）
表3 氧含量狀態表
氧含量檢測方式：6點（進出口2點、爐膛3點、水冷1點），二位三通閥巡檢；
冷卻水量：15-18m3/h；
進水溫度：≤30℃；
進水壓力：0.15-0.2Mpa；
回水壓力：無壓回水；
電源：3相5線，380/220VAC，50Hz；
重量：約30000Kg（不含循環線）
安裝尺寸：35100mm×4500m×1920mm（不含控制柜）
四、總體技術說明
整個窯爐主要分為四大部分，即窯體、氣氛控制系統、溫度控制系統和傳輸系統。
4.1 窯體設計
設備總長33.6m，爐體長30m，分成過渡、加熱、降溫和冷卻區。爐膛內輥道采用碳化硅制品，進出口輥道采用金屬軸陶瓷輥道，延長輥道壽命和均勻磨損。爐體外密封設計，保證燒成氣氛要求。
采用上下加熱，左中右3點比例控制，分別檢測控制爐膛寬度的左中右三個區域，實現溫度高均勻性，采用鐵鉻鋁合金加熱絲，高表面負荷，高電阻率，高壽命。
過渡區長2.5m，為自然過渡區，不布置加熱元件。加熱區長15m，布置11個溫區。功率分布如下表：
表4 溫區功率分布表
進出口置換采用直插式鋼板閘結構，通過多級置換建立工藝氣氛，結構簡單，運行可靠，無需更換密封件。置換腔內安裝多道耐火布簾，能有效阻止熱能從進出爐口的散失。圖
爐膛側壁噴涂柔性陶瓷涂料，避免水汽對爐膛保溫材料的侵蝕。加熱元件采用陶瓷內穿絲防止水汽侵蝕，爐膛全部采用日本伊索產輕質莫來石耐火磚，采用日本原版拱形結構砌筑而成，窯爐保溫內層為1260機制板，外層為普通纖維制品。由于完全采用了超輕質材料保溫，熱容小，升降溫快，因此溫度控制靈敏，并且有明顯的節能效果。
約有20%的熱能是通過碳化硅輥棒的端頭散失的。為此，該氣氛輥道爐專門設計了獨立傳動密封腔，正對每根輥棒端頭安裝有氮氣噴嘴，直接氣吹冷卻輥棒兩端，同時密封腔內的氮氣從輥棒安裝孔的間隙壓入爐膛內，一方面對氮氣進行預熱，另一方面由于正壓作用，有效防止棒孔散熱！
在升溫段設置4排煙囪，手閥控制廢氣排放，保證爐膛內部氣氛為正壓。配合高頂大腔結構，保證膠質有效及時的排出。陶瓷煙囪管外套保溫加熱器（總功率16kw），防止膠質遇冷回滴。
降溫區長2.5m，不布置溫區，在該段爐膛頂/底部開有許多小孔，大量氮氣通過小孔吹入爐膛，對匣缽和工件進行降溫。
水冷段長10m，為多節蛇形水道鋼制水套。利用水冷換熱進行降溫。水套底部設有進氣氣盒，可以輔助降溫冷卻。
4.2 氣氛控制系統設計
通入氣氛共分成12路。
4.3 控制系統的設計RGDN-520-9型氣氛輥道爐采用德國倍福嵌入式計算機控制系統，安裝在獨立的電氣控制柜內，通過電纜和熱偶補償導線與爐體連接，對窯爐進行控制。該系統基于PC控制技術和現場總線、總線端子模塊以及Twincat自動化軟件。倍福模塊化控制器將工業PC和PLC完美融合在一起，可以完全取代溫控儀表，直接通過計算機屏幕對各個溫區實施PID控制；同時作為PLC，它還可以操控輥道的邏輯循環動作。倍福控制系統具有如下特點：
1． 獨特的溫控算法，具有極高的溫度穩定性；
2． 環形網絡拓撲結構增加了系統的網絡備份（當網絡出現一個支路故障時，不影響整個系統的信號傳輸）；
3． 實時操作系統提高了系統的可靠性；
4． 未來系統的可拓展性。系統預留了足夠的硬件，便于以后增加遠程故障診斷、維修等功能；
本設備加熱區由11個溫區組成，分別由多組交流接觸器分組供電，這樣可以減小設備對電網的瞬時電流沖擊，結合恒力專門研發的不等功率分布單管加熱器，分別檢測控制爐膛寬度的左中右三個區域，通過調節每個區域的設定溫度及上下加熱輸出比，保證爐膛有效空間的均勻度小于±3℃。并且當某個溫區溫度發生超溫現象時，相應區域的溫度超溫報警系統立即發出聲光報警信號，面板上的對應溫區報警信號燈點亮，蜂鳴器發出斷續的報警聲。
控制方式為K分度熱偶檢測區域溫度，固態繼電器過零觸發方式，并實現平衡加熱，以減少對電網和周遍設備的干擾，并延長控制器件的壽命。
4.3.1 軟件功能
（一）分級登錄功能
計算機系統采取分級管理和登錄機制，一般操作人員只能觀察和記錄顯示數據，無法修改；只有指定系統人員才可以操作軟件的所有功能，包括可以新建用戶、分配用戶等級、修改用戶密碼等功能；管理和調用真實數據。
（二）實時顯示信息功能
主控界面可以實時顯示各溫區實測溫度（PV）、設置溫度（SV）、輥道和匣缽速度、并且有指示各種報警狀態、匣缽運行狀態到位等。
（三）系統參數設置功能
本軟件具有參數設置界面，操作員級用戶登錄后進入此窗口操作。通過填表格的方式輸入各溫區設定溫度、PID參數、報警限、自整定和循環周期等控制參數，可以作為工藝設置文件存儲以供下次方便調用。
（四）數據記錄查看功能
本軟件具有歷史數據和報警記錄查看窗口，在此窗口可查看最近一天的溫度、動作和事件情況，這些歷史數據均保存在硬盤上，可以單獨打印任何時間記錄的數據。
4.3.2 軟件窗口組成
本軟件具有5個功能界面：
l 主界面：信息顯示和溫度設置。
l 用戶管理窗口：用戶分級管理和登錄。
l 工藝設置窗口：工藝參數顯示、保存和文件存儲。
l 系統設置窗口：通訊和設備參數設置。
l 數據查看窗口：查看和打印歷史記錄數據。
4.4 傳動循環系統的設計
主傳輸系統采用分段式人字齒輪，驅動碳化硅輥道直接帶動匣缽運動，速度變頻器無級可調。
為防止匣缽在整個循環運動的過程中跑偏造成卡爐，在輥道入口端設計有匣缽自動找正對齊機構；在輥棒被動端安裝有指示，當輥棒正常運轉時，所有指示角度一致，當某個指示與其他不一致時，可以通過爐膛傳動密封腔側面玻璃觀察窗觀察到，說明此處輥棒運動出現問題。
五、設備組成
設備由主機、推進循環道、控制柜等組成，交貨一覽表如下：
六、設備條件
6.1 正常運行條件
七、
7.1 關鍵材料清單
7.2 本文感謝北大先行、深圳貝特瑞、深圳比亞迪、安徽國軒、湖南升華、天津斯特蘭、貴州安達、湖北萬潤、湖南杉杉、中信國安、北京當升科技等公司給予的技術支持和幫助！備注：可根據客戶要求設計制造，更多規格、參數以及詳細技術方案可來電索取。
聯系人：黃俊杰（前錦爐業） 電話：13771353958 QQ：32655075022 郵箱：32655075022@qq.com 網址：m.305m.com
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