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 微信：jsqjly13771355028 TEL:13771355028 EMAIL:13771355028@ QQ: 3256462511
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