鋰電池負極材料全自動氮氣保護推板爐的優(yōu)化設計

Ø 適用工藝：鋰電池負極材料、石墨負極材料在氮氣條件下的連續(xù)燒成

Ø     設計單位：江蘇前錦爐業(yè)設備有限公司    作者：劉俊

Ø 前言：目前已經(jīng)實際用于鋰離子電池的負極材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳等。今天筆者就鋰電池負極材料的專用燒結(jié)窯爐做詳細介紹。關(guān)鍵詞：鈷酸鋰  錳酸鋰  富鋰基錳酸鋰  高壓鈷酸鋰  高鎳三元材料  四氧化三鈷  氧化鈷  鈦酸鋰  匣缽  坩堝  承燒板  推板   石墨匣缽   石墨坩堝   鋰電池負極材料 

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一、用途

    用于鋰電池負極材料的燒成。

二、工藝要求：

  2.1在99.999%的氮氣氛保護下進行燒結(jié)。

2.2產(chǎn)品中含有瀝青等揮發(fā)物。

2.3燒成周期:約22小時。

2.4各溫區(qū)劃分：參照25m溫度模擬工藝曲線圖。

三、窯具的材質(zhì)及要求

    3.1推板尺寸：340×340×35（L×W×H）mm。（見附圖1）

3.2碼放高度：≤210mm，每板承重≥18公斤（不含推板）。

3.3坩堝尺寸：直徑160，高度180

3.4碳棒直徑：25mm,電阻:1.8歐以下,套瓷管安裝.

四、主要技術(shù)指標要求

  4.1爐膛尺寸:25000×720×290(含推板厚度) (L×W×H)mm（雙推板）。

4.2窯口有效尺寸：680mm×210mm（W×H）

    4.3設備尺寸:31000mm×5500mm×2500mm(L×W×H)（參考值）。

4.4最高溫度:1300℃。

4.5常用溫度:1200℃。

4.6額定功率：320KW

4.7供電能力：≥350 KW

    4.6控溫組數(shù)：見溫度曲線

4.7爐溫穩(wěn)定度:±3℃/24h。

    4.8恒溫區(qū)有效截面溫差:±5℃。

    4.9爐體表面溫升：≤45℃。

4.10推進速度：500-2500mm/h。

4.11窯內(nèi)含氧量：最高工作溫度空窯時，在升溫區(qū)、恒溫區(qū)、降溫區(qū)，三個測氧點平均≤80ppm+氣源氧含量。

4.12出口溫度：≤100℃。

五、爐體部分要求

5.1爐體分為置換倉、升溫區(qū)、恒溫區(qū)、降溫區(qū)四部分。

5.2爐膛要求：同一溫區(qū)加熱組件上下均勻分布，爐膛材料選用剛玉莫來石材質(zhì)，（在正常使用條件下不得出現(xiàn)變形和燒壞現(xiàn)象）。爐床采用五點式耐磨剛玉莫來石導軌條結(jié)構(gòu)。

5.3爐膛為單通道雙推板，爐膛結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，爐溫及氣氛均勻，節(jié)能耐用。

5.4爐襯耐火材料選用優(yōu)質(zhì)輕質(zhì)保溫復合材料砌筑。

5.5為了防止廢氣腐蝕加熱棒，加熱棒要求用瓷管（內(nèi)徑φ50）保護，瓷管兩端需沒入保溫棉內(nèi)以便碳棒安裝好后好密封，瓷管兩頭內(nèi)套支撐環(huán)支撐碳棒。在窯爐的燒結(jié)區(qū)的碳棒下加隔焰板，用以阻止石墨中揮發(fā)的物質(zhì)對陶瓷管的浸蝕，避免斷裂掉入爐內(nèi)提高碳棒的使用壽命。另外升溫區(qū)（5-11控溫點）爐膛兩側(cè)還必須設有能夠清理斷棒的窗口。

5.6碳棒接線腔采用硅橡膠密封，接線柱采用陶瓷絕緣柱。

 5.7降溫區(qū)采用自然冷卻結(jié)合水冷的方式。

5.8在爐膛底部設進氣口，進氣量大小可通過流量計調(diào)節(jié)。

5.9窯爐排煙方式：從第一組碳棒中心位置開一導煙口，在第9、10碳棒組中心位置各一個煙囪，然后用一根導煙管將導煙口的煙引導至第9組碳棒煙囪出口點燃。第10組碳棒煙囪為備用煙囪。導煙管前低（導煙口低）后高（出煙口高）要有一定斜度

5.9.1煙囪位置：在第9、10碳棒組中心位置各一個（不能在碳棒正上方）。如圖2

5.9.2煙囪尺寸：外徑60，內(nèi)徑46，高出爐頂300

5.9.3煙囪材質(zhì)：95瓷

5.9.4導煙管：不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)徑120，帶保溫加熱裝置（平時不用加熱，只有在清理時才加熱，加熱溫度在150攝氏度左右）。

5.9.5導煙口直徑100，位置在第一碳棒組中心位置（不能在碳棒正上方）。

5.10爐體入口出口要求密封，前后進出爐口各設密封爐門。在爐體前后部設置有置換室，產(chǎn)品經(jīng)置換室進出爐膛，保證爐口的密封性，置換室閘門處需設有一組氣幕。 

5.11爐體采用干法砌筑，爐體外殼為全密封焊接結(jié)構(gòu)，硅碳棒接頭采用卡子壓緊，夾套密封，并需不停機換裝硅碳棒。

5.12全爐共設16組溫區(qū)，20個控溫點。其中第1至第8組，8點控溫，（每組12根碳棒，上6根下6根，使用K分度熱電偶）；第9組至第11組3點控溫，（每組12根碳棒，上6根下6根，使用S分度熱電偶）；第12組至第15組8點控溫每個控溫點6根碳棒，（使用S分度熱電偶）；第16組1點控溫，（12根碳棒，使用S分度熱電偶）。

5.13全爐熱電偶接線均在密封扳外防止煙氣及高溫的影響，且不得影響密封板的裝卸（即裝卸密封板時不需要裝卸熱電偶），密封性好即不得漏氣。

5.14電爐保護氣體為N2，整個設備進氣路數(shù)應保證爐內(nèi)氣壓為微正壓。每一路進氣管道上都配有玻璃轉(zhuǎn)子流量計（旋鈕調(diào)節(jié)方式），用來控制進氣量。

六、電氣部分要求：

    6.1電氣部分可分為：電控部分、溫控部分、微機監(jiān)控系統(tǒng)及自動循環(huán)控制部分。整個配電通過空氣開關(guān)配送，空氣開關(guān)容量按各部分功率選擇；每個溫區(qū)采用獨立的空氣開關(guān)控制。

6.2控溫儀表選用數(shù)顯智能型儀表，控溫儀表設有手動及自動PID調(diào)節(jié)，可自動跟蹤設定最佳PID值，同時具有溫度補償、超溫、斷偶等聲光報警功能。

6.3加熱組件：加熱組件采用等直徑硅碳棒。

6.4控制柜面板上裝有總電源開關(guān)、電壓表、電流表，智能數(shù)顯控溫儀表、開關(guān)、按鈕、指示燈等，并有相應的中文指示標牌。   

6.5自動送料系統(tǒng)的控制采用可編程控制器（PLC）控制；PLC系統(tǒng)有計時和計數(shù)功能。在電爐兩端設有手動操作按鈕臺，自動手動調(diào)節(jié)方便。

6.6供氣要有低壓報警裝置。

6.8計算機監(jiān)控系統(tǒng)

6.8.1采用工控計算機對電爐的溫度、速度、報警事件，冷卻等進行全面監(jiān)控并有遠程監(jiān)控之功能。

6.8.2對電爐的溫度控制點進行溫度設定、記錄100條工藝曲線。對推板推進的數(shù)量記錄。工藝時間的設定。報表、外接打印。

七、機械部分

7.1推進系統(tǒng)采用液壓推進，其中主推采用兩個推進缸，可快進、慢進和快退；主推速度500-2500mm/h，無級調(diào)速；

7.2坩堝入口增加限高位、限超寬報警裝置（報警燈為交流220伏10瓦旋轉(zhuǎn)式報警燈）。

7.3爐門及回轉(zhuǎn)部分自動開門、自動進料、自動出料、自動補給。

7.4傳動系統(tǒng)設有超行程、電機過載、動作超時等聲光報警保護裝置。

7.5爐體進出口設有密封艙和置換室，在制做時保證其密封性能。

7.6設置回轉(zhuǎn)軌道。

7.7液壓系統(tǒng)增加塑鋼、有機玻璃防塵裝置（要求美觀、密封、有進氣口，與

窯體協(xié)調(diào)）。

7.8爐體護磚金屬殼體在使用時不得嚴重變形防止碳棒接線夾子與殼體短路。

八、設備外觀要求

8.1爐體外表面噴塑，外掛板噴塑。

8.2電氣控制柜外表面噴塑。

九、驗收標準

9.1初驗：設備初驗在需方現(xiàn)場進行，冷態(tài)空負載驗收。

9.2終驗：設備終驗在需方現(xiàn)場進行，滿負載試車驗收，做出的產(chǎn)品質(zhì)量標

準與需方現(xiàn)有設備生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量標準一致。

十、質(zhì)量要求

10.1設備自通電之日起，窯爐保修期為壹年（加熱棒、瓷管、推板等易損件除外）。

10.2設備在任何時間內(nèi)，由于設計制造而出現(xiàn)的故障由供方免費修理，保修期外需方負責食宿及車旅費用。

10.3供方常年備有各種電爐零配件，以便及時為需方服務。

10.4窯內(nèi)瀝青漬、揮發(fā)份等殘留物質(zhì)每月空燒≤1次。

十一、備品備件：推板20塊，溫控表1只，電力調(diào)整器1套，加熱組件10支，碳棒夾20只，快速熔斷器5只，交流220伏10瓦旋轉(zhuǎn)式報警燈1只，0-1.6MPa電接點氣壓表1只。

十二、關(guān)鍵材料列表

所有材料，均采用公司合格器材供應商名錄中的產(chǎn)品，并經(jīng)過嚴格的入廠檢驗。關(guān)鍵材料清單如下（若品牌與型號規(guī)格發(fā)生矛盾，以品牌為準）：

十三、安裝調(diào)試

13.1、需方負責設備安裝基礎施工，以及一次動力線（控制柜之前）。

13.2、供方負責設備的安裝調(diào)試工作，二次動力線由供方承擔（控制柜到窯體之間的距離≤4m，且不能迂回布置，超出部分導線由需方承擔）

13.3、供方負責設備的安裝調(diào)試工作，需方對供方的安裝調(diào)試提供必要的協(xié)助。

13.4、在供方調(diào)試過程中，需方派操作人員協(xié)同，供方對需方操作人員提供免費培訓。

13.5、設備安裝調(diào)試結(jié)束后，需方應及時組織驗收工作，并出具驗收報告。驗收標準為“技術(shù)協(xié)議書”。

十四、保修條款:

14.1、設備質(zhì)保期壹年（易損件和人為因素除外，易損件包括推板、硅碳棒和快熔等）。

14.2、質(zhì)保期內(nèi)凡屬供方設計、制造原因引發(fā)的質(zhì)量問題由供方負責免費維修。若因需方使用不當而引發(fā)設備故障，供方負責維修，費用由需方承擔。

14.3、質(zhì)保期滿后設備出現(xiàn)故障，供方負責維修，費用由需方承擔。

此文特別感謝：深圳貝特瑞、上海杉杉、青島科碩、大連麗昌、黑龍江奧宇石墨、新鄉(xiāng)金和石墨、上海杉杉、遼寧弘光、天津錦美碳材、方大炭素新材料、洛陽月星新能源、山東商祺鋰電、長沙星城微晶石墨、新鄉(xiāng)市賽日新能源、青島興華石墨、長沙星城石墨、中國鋰電池網(wǎng)、電池論壇、天津18所、中南大學等單位技術(shù)方在設計中給予本公司的寶貴意見。

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