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鋰電正極材料磷酸鐵鋰氣氛輥道爐的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)
作者:87569388    來源:江蘇前錦爐業(yè)設(shè)備有限公司    時間:2016/5/11    點(diǎn)擊:3044
江蘇前錦爐業(yè)設(shè)備有限公司   黃俊杰
關(guān)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(shè)備設(shè)計(jì)用于鋰電池磷酸鐵鋰正極材料在氮?dú)鈿夥障碌臒Y(jié)及熱處理工藝,具體說明如下:
一、用戶需求
1)  燒結(jié)材料:磷酸鐵鋰正極材料;
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:最高950℃,長期750℃;
6)  爐膛氣氛:氮?dú)猓?
7)  四列單層;
二、設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)17h
加熱長度
1764*4=7056
1764*6=10584
1764*7=12348
29988
溫區(qū)劃分
進(jìn)口過渡2500+833*5=6665
833+2500*3+1666=10000
833(最后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(jì)算表
三、技術(shù)指標(biāo)與基本配置
產(chǎn)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(guī)格Φ35mm,輥棒間距78mm);
進(jìn)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;
燒結(jié)氣氛:氮?dú)猓?
氣路組成:13路進(jìn)氣,1路排氣,進(jìn)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(jìn)氣E1
進(jìn)口置換倉
24-240l/min
開啟
開啟
置換進(jìn)口空氣
進(jìn)氣E2
升溫段1
48-480l/min
開啟
開啟
升溫段爐膛置換
進(jìn)氣E3
升溫段2
48-480l/min
開啟
開啟
升溫段爐膛置換
進(jìn)氣E4
恒溫段
24-240l/min
開啟
關(guān)閉
恒溫段爐膛置換
進(jìn)氣E5
降溫段
24-240l/min
開啟
關(guān)閉
降溫段爐膛置換
進(jìn)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(jìn)氣E7
出口置換倉
24-240l/min
開啟
開啟
置換出口空氣
進(jìn)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(jìn)口過渡區(qū):2500mm
加熱區(qū):15000mm(833*6+2500*3+1667+833)
降溫區(qū):2500mm
水冷區(qū):10000mm
爐體總長:30000mm
進(jìn)口氣室:1800mm
出口氣室:1800mm
進(jìn)口平臺:500mm(有動力)
出口平臺:1000mm(無動力)
控溫穩(wěn)定度:±1℃
爐膛溫度均勻度:±3℃(恒溫區(qū)700℃,檢測方法:每5m爐體預(yù)留單排4個熱偶檢測孔)
溫區(qū)個數(shù):11個
控溫點(diǎn)數(shù):11點(diǎn)(每溫區(qū)中點(diǎn)控溫,左右2點(diǎn)測溫,比例輸出)+1點(diǎn)(煙囪加熱)
報警保護(hù):超溫、斷偶、速度、缽位、氧含量、氣壓等聲光報警保護(hù)(指示燈指示);
斷棒指示:機(jī)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?dú)庾畲蠛牧浚?30m3/h,常用150m3/h
爐膛壓力監(jiān)測:爐體共1點(diǎn)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(jìn)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(diǎn)(進(jìn)出口2點(diǎn)、爐膛3點(diǎn)、水冷1點(diǎn)),二位三通閥巡檢;
冷卻水量:15-18m3/h;
進(jìn)水溫度:≤30℃;
進(jìn)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(huán)線)
安裝尺寸:35100mm×4500m×1920mm(不含控制柜)
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(jì)
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(jìn)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(jì),保證燒成氣氛要求。
采用上下加熱,左中右3點(diǎn)比例控制,分別檢測控制爐膛寬度的左中右三個區(qū)域,實(shí)現(xiàn)溫度高均勻性,采用鐵鉻鋁合金加熱絲,高表面負(fù)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(jì)
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(jìn)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(yùn)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(jìn)出爐口的散失。圖
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(jī)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。
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(jì)了獨(dú)立傳動密封腔,正對每根輥棒端頭安裝有氮?dú)鈬娮,直接氣吹冷卻輥棒兩端,同時密封腔內(nèi)的氮?dú)鈴妮伆舭惭b孔的間隙壓入爐膛內(nèi),一方面對氮?dú)膺M(jìn)行預(yù)熱,另一方面由于正壓作用,有效防止棒孔散熱!
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?dú)馔ㄟ^小孔吹入爐膛,對匣缽和工件進(jìn)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(jìn)行降溫。水套底部設(shè)有進(jìn)氣氣盒,可以輔助降溫冷卻。
4.2 氣氛控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
通入氣氛共分成12路。

4.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

RGDN-520-9型氣氛輥道爐采用德國倍福嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),安裝在獨(dú)立的電氣控制柜內(nèi),通過電纜和熱偶補(bǔ)償導(dǎo)線與爐體連接,對窯爐進(jìn)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完美融合在一起,可以完全取代溫控儀表,直接通過計(jì)算機(jī)屏幕對各個溫區(qū)實(shí)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(diǎn):
1.  獨(dú)特的溫控算法,具有極高的溫度穩(wěn)定性;
2.  環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)增加了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)備份(當(dāng)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(shí)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(yù)留了足夠的硬件,便于以后增加遠(yuǎn)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(dāng)某個溫區(qū)溫度發(fā)生超溫現(xiàn)象時,相應(yīng)區(qū)域的溫度超溫報警系統(tǒng)立即發(fā)出聲光報警信號,面板上的對應(yīng)溫區(qū)報警信號燈點(diǎn)亮,蜂鳴器發(fā)出斷續(xù)的報警聲。
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(shí)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)采取分級管理和登錄機(jī)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(shí)數(shù)據(jù)。
(二)實(shí)時顯示信息功能
主控界面可以實(shí)時顯示各溫區(qū)實(shí)測溫度(PV)、設(shè)置溫度(SV)、輥道和匣缽速度、并且有指示各種報警狀態(tài)、匣缽運(yùn)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(jìn)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)、報警限、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(shù)據(jù)均保存在硬盤上,可以單獨(dú)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:
l  主界面:信息顯示和溫度設(shè)置。
l  用戶管理窗口:用戶分級管理和登錄。
l  工藝設(shè)置窗口:工藝參數(shù)顯示、保存和文件存儲。
l  系統(tǒng)設(shè)置窗口:通訊和設(shè)備參數(shù)設(shè)置。
l  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(jì)
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(yùn)動,速度變頻器無級可調(diào)。
為防止匣缽在整個循環(huán)運(yùn)動的過程中跑偏造成卡爐,在輥道入口端設(shè)計(jì)有匣缽自動找正對齊機(jī)構(gòu);在輥棒被動端安裝有指示,當(dāng)輥棒正常運(yùn)轉(zhuǎn)時,所有指示角度一致,當(dāng)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(yùn)動出現(xiàn)問題。
五、設(shè)備組成
設(shè)備由主機(jī)、推進(jìn)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(jī)
不含加熱棒、推進(jìn)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(jìn)氣/1路排氣
1套
7
附件
檢驗(yàn)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(jī)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 正常運(yùn)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(fēng)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(qiáng)烈氣流擾動
動力條件
380/220V±10%,50Hz±5%,3相5線(A、B、C、地、0),獨(dú)立供電,總?cè)萘看笥?20KVA。
七、
7.1  關(guān)鍵材料清單
名稱
說明
生產(chǎn)廠家
熱工材料
1、輥道
2、隔熱材料
3、保溫材料
4、加熱元件
5、熱電偶
碳化硅
高純纖維制品
普通纖維制品
內(nèi)穿絲管
K分度
前錦定制
日資生產(chǎn)
日資生產(chǎn)
瑞典康泰爾
前錦熱工儀表
機(jī)械部分
1、金屬型材、板材
2、傳動機(jī)構(gòu)
市購
廣東產(chǎn)
電氣部分
1、固態(tài)繼電器
2、行程開關(guān)
3、流量計(jì)
4、其他低壓電器
光電開關(guān)
希曼頓
OMRON
余姚銀環(huán)
正泰
選件
1、19″液晶顯示器
2、工控系統(tǒng)
3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
模塊化控制器
軟件
臺灣研華
臺灣
前錦

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(dá)、湖北萬潤、湖南杉杉、中信國安、北京當(dāng)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(jì)制造,更多規(guī)格、參數(shù)以及詳細(xì)技術(shù)方案可來電索取。
  
聯(lián)系人:黃俊杰(前錦爐業(yè))    電話:13771353958  QQ:32655075022  郵箱:32655075022@qq.com    網(wǎng)址:azanalysis.com