鋰電池負極材料全自動氮氣保護推板爐的優(yōu)化設(shè)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(shè)計單位：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(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(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，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(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(dǎo)煙口，在第9、10碳棒組中心位置各一個煙囪，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（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(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，并需不停機換裝硅碳棒。

5.12全爐共設(shè)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(shè)備進氣路數(shù)應(yīng)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(shè)有手動及自動PID調(diào)節(jié)，可自動跟蹤設(shè)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(yīng)的中文指示標(biāo)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)有密封艙和置換室，在制做時保證其密封性能。

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(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、驗收標(biāo)準(zhǔn)

9.1初驗：設(shè)備初驗在需方現(xiàn)場進行，冷態(tài)空負載驗收。

9.2終驗：設(shè)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(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)備在任何時間內(nèi)，由于設(shè)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(zé)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(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(yīng)商名錄中的產(chǎn)品，并經(jīng)過嚴(yán)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(zhǔn)）：

十三、安裝調(diào)試

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

13.2、供方負責(zé)設(shè)備的安裝調(diào)試工作，二次動力線由供方承擔(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、供方負責(zé)設(shè)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(xùn)。

13.5、設(shè)備安裝調(diào)試結(jié)束后，需方應(yīng)及時組織驗收工作，并出具驗收報告。驗收標(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、制造原因引發(fā)的質(zhì)量問題由供方負責(zé)免費維修。若因需方使用不當(dāng)而引發(fā)設(shè)備故障，供方負責(zé)維修，費用由需方承擔(dān)。

14.3、質(zhì)保期滿后設(shè)備出現(xiàn)故障，供方負責(zé)維修，費用由需方承擔(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(xué)等單位技術(shù)方在設(shè)計中給予本公司的寶貴意見。

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