鋰電池負(fù)極材料全自動(dòng)氮?dú)獗Ｗo(hù)推板爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)

Ø 適用工藝：鋰電池負(fù)極材料、石墨負(fù)極材料在氮?dú)鈼l件下的連續(xù)燒成

Ø     設(shè)計(jì)單位：江蘇前錦爐業(yè)設(shè)備有限公司    作者：劉俊

Ø 前言：目前已經(jīng)實(shí)際用于鋰離子電池的負(fù)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(fù)極材料的專用燒結(jié)窯爐做詳細(xì)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(fù)極材料 

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一、用途

    用于鋰電池負(fù)極材料的燒成。

二、工藝要求：

  2.1在99.999%的氮?dú)夥毡Ｗo(hù)下進(jìn)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(shí)。

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(jiàn)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(biāo)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(shè)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(jiàn)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(jìn)速度：500-2500mm/h。

4.11窯內(nèi)含氧量：最高工作溫度空窯時(shí)，在升溫區(qū)、恒溫區(qū)、降溫區(qū)，三個(gè)測(cè)氧點(diǎn)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(cāng)、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(lái)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(diǎn)式耐磨剛玉莫來(lái)石導(dǎo)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(fù)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(hù)，瓷管兩端需沒(méi)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(duì)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(diǎn)）爐膛兩側(cè)還必須設(shè)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(shè)進(jìn)氣口，進(jìn)氣量大小可通過(guò)流量計(jì)調(diào)節(jié)。

5.9窯爐排煙方式：從第一組碳棒中心位置開(kāi)一導(dǎo)煙口，在第9、10碳棒組中心位置各一個(gè)煙囪，然后用一根導(dǎo)煙管將導(dǎo)煙口的煙引導(dǎo)至第9組碳棒煙囪出口點(diǎn)燃。第10組碳棒煙囪為備用煙囪。導(dǎo)煙管前低（導(dǎo)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(gè)（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(dǎo)煙管：不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)徑120，帶保溫加熱裝置（平時(shí)不用加熱，只有在清理時(shí)才加熱，加熱溫度在150攝氏度左右）。

5.9.5導(dǎo)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(jìn)出爐口各設(shè)密封爐門。在爐體前后部設(shè)置有置換室，產(chǎn)品經(jīng)置換室進(jìn)出爐膛，保證爐口的密封性，置換室閘門處需設(shè)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(jī)換裝硅碳棒。

5.12全爐共設(shè)16組溫區(qū)，20個(gè)控溫點(diǎn)。其中第1至第8組，8點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)控溫每個(gè)控溫點(diǎn)6根碳棒，（使用S分度熱電偶）；第16組1點(diǎn)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(shí)不需要裝卸熱電偶），密封性好即不得漏氣。

5.14電爐保護(hù)氣體為N2，整個(gè)設(shè)備進(jìn)氣路數(shù)應(yīng)保證爐內(nèi)氣壓為微正壓。每一路進(jìn)氣管道上都配有玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)（旋鈕調(diào)節(jié)方式），用來(lái)控制進(jìn)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(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及自動(dòng)循環(huán)控制部分。整個(gè)配電通過(guò)空氣開(kāi)關(guān)配送，空氣開(kāi)關(guān)容量按各部分功率選擇；每個(gè)溫區(qū)采用獨(dú)立的空氣開(kāi)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(shè)有手動(dòng)及自動(dòng)PID調(diào)節(jié)，可自動(dòng)跟蹤設(shè)定最佳PID值，同時(shí)具有溫度補(bǔ)償、超溫、斷偶等聲光報(bào)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(kāi)關(guān)、電壓表、電流表，智能數(shù)顯控溫儀表、開(kāi)關(guān)、按鈕、指示燈等，并有相應(yīng)的中文指示標(biāo)牌。   

6.5自動(dòng)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(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能。在電爐兩端設(shè)有手動(dòng)操作按鈕臺(tái)，自動(dòng)手動(dòng)調(diào)節(jié)方便。

6.6供氣要有低壓報(bào)警裝置。

6.8計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

6.8.1采用工控計(jì)算機(jī)對(duì)電爐的溫度、速度、報(bào)警事件，冷卻等進(jìn)行全面監(jiān)控并有遠(yuǎn)程監(jiān)控之功能。

6.8.2對(duì)電爐的溫度控制點(diǎn)進(jìn)行溫度設(shè)定、記錄100條工藝曲線。對(duì)推板推進(jìn)的數(shù)量記錄。工藝時(shí)間的設(shè)定。報(bào)表、外接打印。

七、機(jī)械部分

7.1推進(jìn)系統(tǒng)采用液壓推進(jìn)，其中主推采用兩個(gè)推進(jìn)缸，可快進(jìn)、慢進(jìn)和快退；主推速度500-2500mm/h，無(wú)級(jí)調(diào)速；

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

7.3爐門及回轉(zhuǎn)部分自動(dòng)開(kāi)門、自動(dòng)進(jìn)料、自動(dòng)出料、自動(dòng)補(bǔ)給。

7.4傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)有超行程、電機(jī)過(guò)載、動(dòng)作超時(shí)等聲光報(bào)警保護(hù)裝置。

7.5爐體進(jìn)出口設(shè)有密封艙和置換室，在制做時(shí)保證其密封性能。

7.6設(shè)置回轉(zhuǎn)軌道。

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

窯體協(xié)調(diào)）。

7.8爐體護(hù)磚金屬殼體在使用時(shí)不得嚴(yán)重變形防止碳棒接線夾子與殼體短路。

八、設(shè)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(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

9.1初驗(yàn)：設(shè)備初驗(yàn)在需方現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，冷態(tài)空負(fù)載驗(yàn)收。

9.2終驗(yàn)：設(shè)備終驗(yàn)在需方現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，滿負(fù)載試車驗(yàn)收，做出的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)

準(zhǔn)與需方現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一致。

十、質(zhì)量要求

10.1設(shè)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(shè)備在任何時(shí)間內(nèi)，由于設(shè)計(jì)制造而出現(xiàn)的故障由供方免費(fèi)修理，保修期外需方負(fù)責(zé)食宿及車旅費(fèi)用。

10.3供方常年備有各種電爐零配件，以便及時(shí)為需方服務(wù)。

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(bào)警燈1只，0-1.6MPa電接點(diǎn)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(yīng)商名錄中的產(chǎn)品，并經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的入廠檢驗(yàn)。關(guān)鍵材料清單如下（若品牌與型號(hào)規(guī)格發(fā)生矛盾，以品牌為準(zhǔn)）：

十三、安裝調(diào)試

13.1、需方負(fù)責(zé)設(shè)備安裝基礎(chǔ)施工，以及一次動(dòng)力線（控制柜之前）。

13.2、供方負(fù)責(zé)設(shè)備的安裝調(diào)試工作，二次動(dòng)力線由供方承擔(dān)（控制柜到窯體之間的距離≤4m，且不能迂回布置，超出部分導(dǎo)線由需方承擔(dān)）

13.3、供方負(fù)責(zé)設(shè)備的安裝調(diào)試工作，需方對(duì)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(guò)程中，需方派操作人員協(xié)同，供方對(duì)需方操作人員提供免費(fèi)培訓(xùn)。

13.5、設(shè)備安裝調(diào)試結(jié)束后，需方應(yīng)及時(shí)組織驗(yàn)收工作，并出具驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為“技術(shù)協(xié)議書”。

十四、保修條款:

14.1、設(shè)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(shè)計(jì)、制造原因引發(fā)的質(zhì)量問(wèn)題由供方負(fù)責(zé)免費(fèi)維修。若因需方使用不當(dāng)而引發(fā)設(shè)備故障，供方負(fù)責(zé)維修，費(fèi)用由需方承擔(dān)。

14.3、質(zhì)保期滿后設(shè)備出現(xiàn)故障，供方負(fù)責(zé)維修，費(fèi)用由需方承擔(dān)。

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(yáng)月星新能源、山東商祺鋰電、長(zhǎng)沙星城微晶石墨、新鄉(xiāng)市賽日新能源、青島興華石墨、長(zhǎng)沙星城石墨、中國(guó)鋰電池網(wǎng)、電池論壇、天津18所、中南大學(xué)等單位技術(shù)方在設(shè)計(jì)中給予本公司的寶貴意見(jiàn)。

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