江蘇前錦爐業(yè)設(shè)備有限公司

 

正較材料磷酸鐵鋰氣氛輥道爐—高溫燒結(jié)的設(shè)計細節(jié)

關(guān)鍵詞：鋰電正較材料、高溫燒結(jié)、磷酸鐵鋰、磷酸鐵、窯爐、電爐、推板爐、輥道爐、氣氛爐、輥道窯爐、氮氣保護

用于鋰電池磷酸鐵鋰正較材料在氮氣氣氛下的燒結(jié)及熱處理工藝，具體說明如下：

一、用戶需求

1）  燒結(jié)材料：磷酸鐵鋰正較材料；2）  材料特性：粉體，燒失率20%；

3）  匣缽規(guī)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：較高950℃，長期750℃；

6）  爐膛氣氛：氮氣；7）  四列單層；

二、設(shè)計計算

1）  工藝參考時間：17h；2）  單缽產(chǎn)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(chǎn)量：22×9.6×24=5t/d；6）  區(qū)域劃分：

工藝時間	升溫4h	保溫6h	降溫7-8h	合計17h
加熱長度	1764*4=7056	1764*6=10584	1764*7=12348	29988
溫區(qū)劃分	進口過渡2500+833*5=6665	833+2500*3+1666=10000	833（較后1個溫區(qū)）+2500+10000=13333	30000
區(qū)域劃分	加熱區(qū)域：16665		13333	30000

 

表1 爐體結(jié)構(gòu)計算表

三、技術(shù)指標與基本配置

產(chǎn)品型號：RDGN520-9

額定溫度：950℃；工作溫度：750℃

主傳動：碳化硅輥道（輥棒規(guī)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(diào)速，數(shù)字顯示；

加熱元件：石英內(nèi)穿絲管；

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）；

燒結(jié)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；

	位置	流量	置換	工作	作用
進氣E1	進口置換倉	24-240l/min	開啟	開啟	置換進口空氣
進氣E2	升溫段1	48-480l/min	開啟	開啟	升溫段爐膛置換
進氣E3	升溫段2	48-480l/min	開啟	開啟	升溫段爐膛置換
進氣E4	恒溫段	24-240l/min	開啟	關(guān)閉	恒溫段爐膛置換
進氣E5	降溫段	24-240l/min	開啟	關(guān)閉	降溫段爐膛置換
進氣E6	水冷段	48-480l/min	開啟	開啟	水冷段爐膛置換，匣缽氣冷降溫
進氣E7	出口置換倉	24-240l/min	開啟	開啟	置換出口空氣
進氣E8-E13	爐體傳動密封倉	6*（24-240l）/min	開啟	開啟	傳動端降溫、維持爐膛正常氣氛，調(diào)節(jié)溫度均勻性；
排氣	4排煙囪

表2 氣氛位置狀態(tài)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(jié)構(gòu)劃分：進口過渡區(qū)：2500mm

加熱區(qū)：15000mm（833*6+2500*3+1667+833）

降溫區(qū)：2500mm

進口平臺：500mm（有動力）

出口平臺：1000mm（無動力）

控溫穩(wěn)定度：±1℃

水冷區(qū)：10000mm

爐體總長：30000mm

進口氣室：1800mm

出口氣室：1800mm

 

爐膛溫度均勻度：±3℃（恒溫區(qū)700℃，檢測方法：每5m爐體預留單排4個熱偶檢測孔）

溫區(qū)個數(shù)：11個

控溫點數(shù)：11點（每溫區(qū)中點控溫，左右2點測溫，比例輸出）+1點（煙囪加熱）

啟動緊急信號保護：超溫、斷偶、速度、缽位、氧含量、氣壓等聲光啟動緊急信號保護（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℃

非常大功率：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：工作壓力下氮氣非常大耗量：230m³/h，常用150m³/h

爐膛壓力監(jiān)測：爐體共1點在爐膛前部。

氧含量控制：（滿缽空載熱態(tài)）

區(qū)域	氧含量值
進口置換倉	≤60ppm
低于500℃加熱區(qū)域	≤50ppm
高于500℃加熱區(qū)域	≤30ppm
水冷段	≤50ppm
出口置換倉	≤50ppm

表3 氧含量狀態(tài)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℃；

重量：約30000Kg（不含循環(huán)線）

安裝尺寸：35100mm×4500m×1920mm（不含控制柜）

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；

四、總體技術(shù)說明

整個窯爐主要分為四大部分，即窯體、氣氛控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)。

4.1 窯體設(shè)計

設(shè)備總長33.6m，爐體長30m，分成過渡、加熱、降溫和冷卻區(qū)。爐膛內(nèi)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(shè)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(qū)域，實現(xiàn)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(qū)長2.5m，為自然過渡區(qū)，不布置加熱元件。加熱區(qū)長15m，布置11個溫區(qū)。功率分布如下表：

溫區(qū)	1-6	7到9	10	11	合計
單溫區(qū)長度（mm）	833	2500	1667	833	23.75
上溫區(qū)加熱功率（kw）	10.8	16.2	16.2	9
下溫區(qū)加熱功率（kw）	21.6	21.6	21.6	18
單溫區(qū)加熱功率（kw）	32.4	37.8	37.8	27	372.6
單溫區(qū)加熱棒根數(shù)（根）	12	21	21	9	165

 

表4 溫區(qū)功率分布表

進出口置換采用直插式鋼板閘結(jié)構(gòu)，通過多級置換建立工藝氣氛，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，無需更換密封件。置換腔內(nèi)安裝多道耐火布簾，能有效阻止熱能從進出爐口的散失。

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(shè)計了單獨傳動密封腔，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(nèi)的氮氣從輥棒安裝孔的間隙壓入爐膛內(nèi)，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！

爐膛側(cè)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(nèi)穿絲防止水汽侵蝕，爐膛全部采用日本伊索產(chǎn)輕質(zhì)莫來石耐火磚，采用日本原版拱形結(jié)構(gòu)砌筑而成，窯爐保溫內(nèi)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(zhì)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(jié)能效果。

在升溫段設(shè)置4排煙囪，手閥控制廢氣排放，保證爐膛內(nèi)部氣氛為正壓。配合高頂大腔結(jié)構(gòu)，保證膠質(zhì)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(zhì)遇冷回滴。

降溫區(qū)長2.5m，不布置溫區(qū)，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(jié)蛇形水道鋼制水套。利用水冷換熱進行降溫。水套底部設(shè)有進氣氣盒，可以輔助降溫冷卻。

4.2 氣氛控制系統(tǒng)設(shè)計

通入氣氛共分成12路。

4.3 控制系統(tǒng)的設(shè)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(tǒng)，安裝在單獨的電氣控制柜內(nèi)，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(tǒng)基于PC控制技術(shù)和現(xiàn)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(yè)PC和PLC無缺結(jié)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(qū)實施PID控制；同時作為PLC，它還可以操控輥道的邏輯循環(huán)動作。倍�？刂葡到y(tǒng)具有如下特點：

1．  獨特的溫控算法，具有較高的溫度穩(wěn)定性；

2．  環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)增加了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)備份（當網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)一個支路故障時，不影響整個系統(tǒng)的信號傳輸）；

3．  實時操作系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性；

4．  未來系統(tǒng)的可拓展性。系統(tǒng)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(shè)備加熱區(qū)由11個溫區(qū)組成，分別由多組交流接觸器分組供電，這樣可以減小設(shè)備對電網(wǎng)的瞬時電流沖擊，結(jié)合恒力專門研發(fā)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(qū)域，通過調(diào)節(jié)每個區(qū)域的設(shè)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(qū)溫度發(fā)生超溫現(xiàn)象時，相應區(qū)域的溫度超溫啟動緊急信號系統(tǒng)立即發(fā)出聲光啟動緊急信號信號，面板上的對應溫區(qū)啟動緊急信號信號燈點亮，蜂鳴器發(fā)出斷續(xù)的啟動緊急信號聲。

控制方式為K分度熱偶檢測區(qū)域溫度，固態(tài)繼電器過零觸發(fā)方式，并實現(xiàn)平衡加熱，以減少對電網(wǎng)和周遍設(shè)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(tǒng)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(shù)據(jù)，無法修改；只有指定系統(tǒng)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(diào)用真實數(shù)據(jù)。

（二）實時顯示信息功能

主控界面可以實時顯示各溫區(qū)實測溫度（PV）、設(shè)置溫度（SV）、輥道和匣缽速度、并且有指示各種啟動緊急信號狀態(tài)、匣缽運行狀態(tài)到位等。

（三）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置功能

本軟件具有參數(shù)設(shè)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(qū)設(shè)定溫度、PID參數(shù)、啟動緊急信號限、自整定和循環(huán)周期等控制參數(shù)，可以作為工藝設(shè)置文件存儲以供下次方便調(diào)用。

（四）數(shù)據(jù)記錄查看功能

本軟件具有歷史數(shù)據(jù)和啟動緊急信號記錄查看窗口，在此窗口可查看較近一天的溫度、動作和事件情況，這些歷史數(shù)據(jù)均保存在硬盤上，可以單獨打印任何時間記錄的數(shù)據(jù)。

4.3.2 軟件窗口組成

本軟件具有5個功能界面：

1、主界面：信息顯示和溫度設(shè)置。

 2、用戶管理窗口：用戶分級管理和登錄。

3 、工藝設(shè)置窗口：工藝參數(shù)顯示、保存和文件存儲。

4、系統(tǒng)設(shè)置窗口：通訊和設(shè)備參數(shù)設(shè)置。

5、數(shù)據(jù)查看窗口：查看和打印歷史記錄數(shù)據(jù)。

4.4 傳動循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計

主傳輸系統(tǒng)采用分段式人字齒輪，驅(qū)動碳化硅輥道直接帶動匣缽運動，速度變頻器無級可調(diào)。

為防止匣缽在整個循環(huán)運動的過程中跑偏造成卡爐，在輥道入口端設(shè)計有匣缽自動找正對齊機構(gòu)；在輥棒被動端安裝有指示，當輥棒正常運轉(zhuǎn)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(cè)面玻璃觀察窗觀察到，說明此處輥棒運動出現(xiàn)問題。

五、設(shè)備組成

設(shè)備由主機、推進循環(huán)道、控制柜等組成，交貨一覽表如下：

		名稱	主要內(nèi)容	數(shù)量
1	基本組成	窯爐主機	不含加熱棒、推進及控制系統(tǒng)	1臺
2		控制柜	溫度、速度、順序控制等	3臺
3		匣缽	320×320×160mm（用戶自備）	500只
4		加熱元件	陶瓷內(nèi)穿絲管	165套
5		輥道	SiC輥棒	384套
6		氣氛系統(tǒng)	12路進氣/1路排氣	1套
7	附件	檢驗合格證	各主要外購組件合格證	1套
8		技術(shù)文件	使用說明書、各主要外購件隨機技術(shù)文件等	1套
9	備件	加熱元件	陶瓷穿絲管	10根
10		輥道	SiC輥棒	10套
11	軟件	嵌入式系統(tǒng)	19″液晶	1套

六、設(shè)備條件

6.1 設(shè)備的運輸與現(xiàn)場安裝

設(shè)備運抵買方現(xiàn)場后，由買方負責設(shè)備的卸裝和向安裝現(xiàn)場的搬運。卸裝和搬運主要使用叉車、液壓拖車、滾杠等搬運工具。

如果買方安裝在非底層，需要采用提升搬運，一般采用吊車。如買方希望通過貨運電梯（非客梯）搬運，必須在設(shè)備設(shè)計前通知賣方，買方需充分考慮貨梯、拐彎和入門等細節(jié)。

現(xiàn)場安裝前，買方需提前做好動力、抽風等條件準備。具體動力、抽風以及場地安裝布置要求，在設(shè)計后，經(jīng)買方確認執(zhí)行。

在買方現(xiàn)場的設(shè)備安裝，包括現(xiàn)場結(jié)構(gòu)對接、窯爐砌筑、布線（距離爐體10m內(nèi)的電纜由賣方提供，10m外需另外購買）等工作。但配電柜以前的配電、抽排風系統(tǒng)（含風罩的等），由買方負責。

賣方負責現(xiàn)場安裝、砌筑和功能調(diào)試，并協(xié)助買方進行工藝調(diào)試。

6.2 正常運行條件

安裝場地	37.5×5.5×4m（L×W×H，不含控制柜），安裝面積207m2
通風系統(tǒng)	3排煙囪，非接觸接入用戶排氣系統(tǒng)，抽排能力大于500m3/h
地面承載	地面承重大于500Kg/m2，地表無明顯振動，水平干燥
環(huán)境條件	設(shè)備環(huán)境溫度<40℃、環(huán)境濕度<80%RH；控制柜環(huán)境溫度10-25℃、環(huán)境濕度<50%RH；現(xiàn)場無腐蝕性氣氛，尤其是氯、硫等腐蝕性氣體；無強烈氣流擾動
動力條件	380/220V±10%，50Hz±5%，3相5線（A、B、C、地、0），單獨供電，總?cè)萘看笥?20KVA。

七、質(zhì)量保證

7.1  質(zhì)量管理措施

嚴格按照GB/T19001-2000要求，嚴格進行一體質(zhì)量控制，實行項目管理。

窯爐砌筑嚴格按照《GBJ-211-8工業(yè)爐砌筑施工及驗收規(guī)范》執(zhí)行。

質(zhì)量控制要點包括合同評審、方案論證、過程評審、圖紙審核、可靠供應商保證、入檢、制造質(zhì)量控制、裝配質(zhì)量控制、調(diào)試質(zhì)量控制、信息溝通管理等管理。項目管理采取項目組形式，負責項目實現(xiàn)的全過程的管理。

 

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(shù)支持和幫助！

 

備注：可根據(jù)客戶要求設(shè)計制造，更多規(guī)格、參數(shù)以及詳細技術(shù)方案可來電索取。

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