锂电池负极材料全自动氮气保护推板炉的优化设计

Ø 适用工艺：锂电池负极材料、石墨负极材料在氮气条件下的连续烧成

Ø     设计单位：江苏前锦炉业设备有限公司    作者：刘俊

Ø 前言：目前已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。今天笔者就锂电池负极材料的专用烧结窑炉做详细介绍。关键词：钴酸锂  锰酸锂  富锂基锰酸锂  高压钴酸锂  高镍三元材料  四氧化三钴  氧化钴  钛酸锂  匣钵  坩埚  承烧板  推板   石墨匣钵   石墨坩埚   锂电池负极材料 

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一、用途

    用于锂电池负极材料的烧成。

二、工艺要求：

  2.1在99.999%的氮气氛保护下进行烧结。

2.2产品中含有沥青等挥发物。

2.3烧成周期:约22小时。

2.4各温区划分：参照25m温度模拟工艺曲线图。

三、窑具的材质及要求

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

3.2码放高度：≤210mm，每板承重≥18公斤（不含推板）。

3.3坩埚尺寸：直径160，高度180

3.4碳棒直径：25mm,电阻:1.8欧以下,套瓷管安装.

四、主要技术指标要求

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

4.2窑口有效尺寸：680mm×210mm（W×H）

    4.3设备尺寸:31000mm×5500mm×2500mm(L×W×H)（参考值）。

4.4最高温度:1300℃。

4.5常用温度:1200℃。

4.6额定功率：320KW

4.7供电能力：≥350 KW

    4.6控温组数：见温度曲线

4.7炉温稳定度:±3℃/24h。

    4.8恒温区有效截面温差:±5℃。

    4.9炉体表面温升：≤45℃。

4.10推进速度：500-2500mm/h。

4.11窑内含氧量：最高工作温度空窑时，在升温区、恒温区、降温区，三个测氧点平均≤80ppm+气源氧含量。

4.12出口温度：≤100℃。

五、炉体部分要求

5.1炉体分为置换仓、升温区、恒温区、降温区四部分。

5.2炉膛要求：同一温区加热组件上下均匀分布，炉膛材料选用刚玉莫来石材质，（在正常使用条件下不得出现变形和烧坏现象）。炉床采用五点式耐磨刚玉莫来石导轨条结构。

5.3炉膛为单通道双推板，炉膛结构稳固，炉温及气氛均匀，节能耐用。

5.4炉衬耐火材料选用优质轻质保温复合材料砌筑。

5.5为了防止废气腐蚀加热棒，加热棒要求用瓷管（内径φ50）保护，瓷管两端需没入保温棉内以便碳棒安装好后好密封，瓷管两头内套支撑环支撑碳棒。在窑炉的烧结区的碳棒下加隔焰板，用以阻止石墨中挥发的物质对陶瓷管的浸蚀，避免断裂掉入炉内提高碳棒的使用寿命。另外升温区（5-11控温点）炉膛两侧还必须设有能够清理断棒的窗口。

5.6碳棒接线腔采用硅橡胶密封，接线柱采用陶瓷绝缘柱。

 5.7降温区采用自然冷却结合水冷的方式。

5.8在炉膛底部设进气口，进气量大小可通过流量计调节。

5.9窑炉排烟方式：从第一组碳棒中心位置开一导烟口，在第9、10碳棒组中心位置各一个烟囱，然后用一根导烟管将导烟口的烟引导至第9组碳棒烟囱出口点燃。第10组碳棒烟囱为备用烟囱。导烟管前低（导烟口低）后高（出烟口高）要有一定斜度

5.9.1烟囱位置：在第9、10碳棒组中心位置各一个（不能在碳棒正上方）。如图2

5.9.2烟囱尺寸：外径60，内径46，高出炉顶300

5.9.3烟囱材质：95瓷

5.9.4导烟管：不锈钢材质，内径120，带保温加热装置（平时不用加热，只有在清理时才加热，加热温度在150摄氏度左右）。

5.9.5导烟口直径100，位置在第一碳棒组中心位置（不能在碳棒正上方）。

5.10炉体入口出口要求密封，前后进出炉口各设密封炉门。在炉体前后部设置有置换室，产品经置换室进出炉膛，保证炉口的密封性，置换室闸门处需设有一组气幕。 

5.11炉体采用干法砌筑，炉体外壳为全密封焊接结构，硅碳棒接头采用卡子压紧，夹套密封，并需不停机换装硅碳棒。

5.12全炉共设16组温区，20个控温点。其中第1至第8组，8点控温，（每组12根碳棒，上6根下6根，使用K分度热电偶）；第9组至第11组3点控温，（每组12根碳棒，上6根下6根，使用S分度热电偶）；第12组至第15组8点控温每个控温点6根碳棒，（使用S分度热电偶）；第16组1点控温，（12根碳棒，使用S分度热电偶）。

5.13全炉热电偶接线均在密封扳外防止烟气及高温的影响，且不得影响密封板的装卸（即装卸密封板时不需要装卸热电偶），密封性好即不得漏气。

5.14电炉保护气体为N2，整个设备进气路数应保证炉内气压为微正压。每一路进气管道上都配有玻璃转子流量计（旋钮调节方式），用来控制进气量。

六、电气部分要求：

    6.1电气部分可分为：电控部分、温控部分、微机监控系统及自动循环控制部分。整个配电通过空气开关配送，空气开关容量按各部分功率选择；每个温区采用独立的空气开关控制。

6.2控温仪表选用数显智能型仪表，控温仪表设有手动及自动PID调节，可自动跟踪设定最佳PID值，同时具有温度补偿、超温、断偶等声光报警功能。

6.3加热组件：加热组件采用等直径硅碳棒。

6.4控制柜面板上装有总电源开关、电压表、电流表，智能数显控温仪表、开关、按钮、指示灯等，并有相应的中文指示标牌。   

6.5自动送料系统的控制采用可编程控制器（PLC）控制；PLC系统有计时和计数功能。在电炉两端设有手动操作按钮台，自动手动调节方便。

6.6供气要有低压报警装置。

6.8计算机监控系统

6.8.1采用工控计算机对电炉的温度、速度、报警事件，冷却等进行全面监控并有远程监控之功能。

6.8.2对电炉的温度控制点进行温度设定、记录100条工艺曲线。对推板推进的数量记录。工艺时间的设定。报表、外接打印。

七、机械部分

7.1推进系统采用液压推进，其中主推采用两个推进缸，可快进、慢进和快退；主推速度500-2500mm/h，无级调速；

7.2坩埚入口增加限高位、限超宽报警装置（报警灯为交流220伏10瓦旋转式报警灯）。

7.3炉门及回转部分自动开门、自动进料、自动出料、自动补给。

7.4传动系统设有超行程、电机过载、动作超时等声光报警保护装置。

7.5炉体进出口设有密封舱和置换室，在制做时保证其密封性能。

7.6设置回转轨道。

7.7液压系统增加塑钢、有机玻璃防尘装置（要求美观、密封、有进气口，与

窑体协调）。

7.8炉体护砖金属壳体在使用时不得严重变形防止碳棒接线夹子与壳体短路。

八、设备外观要求

8.1炉体外表面喷塑，外挂板喷塑。

8.2电气控制柜外表面喷塑。

九、验收标准

9.1初验：设备初验在需方现场进行，冷态空负载验收。

9.2终验：设备终验在需方现场进行，满负载试车验收，做出的产品质量标

准与需方现有设备生产的产品质量标准一致。

十、质量要求

10.1设备自通电之日起，窑炉保修期为壹年（加热棒、瓷管、推板等易损件除外）。

10.2设备在任何时间内，由于设计制造而出现的故障由供方免费修理，保修期外需方负责食宿及车旅费用。

10.3供方常年备有各种电炉零配件，以便及时为需方服务。

10.4窑内沥青渍、挥发份等残留物质每月空烧≤1次。

十一、备品备件：推板20块，温控表1只，电力调整器1套，加热组件10支，碳棒夹20只，快速熔断器5只，交流220伏10瓦旋转式报警灯1只，0-1.6MPa电接点气压表1只。

十二、关键材料列表

所有材料，均采用公司合格器材供应商名录中的产品，并经过严格的入厂检验。关键材料清单如下（若品牌与型号规格发生矛盾，以品牌为准）：

十三、安装调试

13.1、需方负责设备安装基础施工，以及一次动力线（控制柜之前）。

13.2、供方负责设备的安装调试工作，二次动力线由供方承担（控制柜到窑体之间的距离≤4m，且不能迂回布置，超出部分导线由需方承担）

13.3、供方负责设备的安装调试工作，需方对供方的安装调试提供必要的协助。

13.4、在供方调试过程中，需方派操作人员协同，供方对需方操作人员提供免费培训。

13.5、设备安装调试结束后，需方应及时组织验收工作，并出具验收报告。验收标准为“技术协议书”。

十四、保修条款:

14.1、设备质保期壹年（易损件和人为因素除外，易损件包括推板、硅碳棒和快熔等）。

14.2、质保期内凡属供方设计、制造原因引发的质量问题由供方负责免费维修。若因需方使用不当而引发设备故障，供方负责维修，费用由需方承担。

14.3、质保期满后设备出现故障，供方负责维修，费用由需方承担。

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作者联系方法：刘俊（前锦炉业）    手机：13506150966   QQ：7066567

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