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气氛辊道炉

  • 产品概述

辊道炉




用于锂电池正负极材料在氮气气氛下的烧结及热处理工艺,具体说明如下:

一、用户需求

1)  烧结材料:正负极材料;2)  材料特性:粉体,烧失率20%;

3)  匣钵规格:320×320×160mm;4)  工艺时间:Rt-720℃(4h),720℃保温(6-8h),720℃-60℃(7h);5)  工作温度:较高950℃,长期750℃;

6)  炉膛气氛:氮气;7)  四列单层;

二、设计计算

1)  工艺参考时间:17h;2)  单钵产量:12×80%=9.6kg/b;3)  传动速度:30000/17=1764 mm/h;4)  每小时出钵:1764/320×4=22b/h;

5)  日产量:22×9.6×24=5t/d;6)  区域划分:

工艺时间

升温4h

保温6h

降温7-8h

合计17h

加热长度

1764*4=7056

1764*6=10584

1764*7=12348

29988

温区划分

进口过渡2500+833*5=6665

833+2500*3+1666=10000

833(较后1个温区)+2500+10000=13333

30000

区域划分

加热区域:16665

13333

30000

表1 炉体结构计算表

三、技术指标与基本配置

产品型号:RDGN520-9

额定温度:950℃;工作温度:750℃

主传动:碳化硅辊道(辊棒规格Φ35mm,辊棒间距78mm);

进出口传动:金属轴陶瓷辊道;

主传输速度:500~2500mm/h,变频调速,数字显示;

加热元件:石英内穿丝管;

炉口尺寸(辊道上表面到炉顶):1400×200mm;

有效承载高度:200mm;

匣钵尺寸:320×320×160mm(客户自备);

烧结气氛:氮气;

气路组成:13路进气,1路排气,进口置换室排气烟囱汇总到炉膛排气;


位置

流量

置换

工作

作用

进气E1

进口置换仓

24-240l/min

开启

开启

置换进口空气

进气E2

升温段1

48-480l/min

开启

开启

升温段炉膛置换

进气E3

升温段2

48-480l/min

开启

开启

升温段炉膛置换

进气E4

恒温段

24-240l/min

开启

关闭

恒温段炉膛置换

进气E5

降温段

24-240l/min

开启

关闭

降温段炉膛置换

进气E6

水冷段

48-480l/min

开启

开启

水冷段炉膛置换,匣钵气冷降温

进气E7

出口置换仓

24-240l/min

开启

开启

置换出口空气

进气E8-E13

炉体传动密封仓

6*(24-240l)/min

开启

开启

传动端降温、维持炉膛正常气氛,调节温度均匀性;

排气

4排烟囱





表2 气氛位置状态表

排胶处理:加热保温,防止冷凝回滴;

冷却方式:钢制水冷套;

炉体结构划分:进口过渡区:2500mm

加热区:15000mm(833*6+2500*3+1667+833)

降温区:2500mm

进口平台:500mm(有动力)

出口平台:1000mm(无动力)

控温稳定度:±1℃

水冷区:10000mm

炉体总长:30000mm

进口气室:1800mm

出口气室:1800mm

 

炉膛温度均匀度:±3℃(恒温区700℃,检测方法:每5m炉体预留单排4个热偶检测孔)

温区个数:11个

控温点数:11点(每温区中点控温,左右2点测温,比例输出)+1点(烟囱加热)

报警保护:超温、断偶、速度、钵位、氧含量、气压等声光报警保护(指示灯指示);

断棒指示:机械棒位指示,端头玻璃窗人工观测

表面温升:<35℃

出料料温(正常装料量情况下):<60℃

较大功率:372.6kw+16kw=388.6kw

典型保温功率:≤200Kw(正常工艺)

工作压力:0.2-0.4Mpa;

气氛耗量:工作压力下氮气较大耗量:230m3/h,常用150m3/h

炉膛压力监测:炉体共1点在炉膛前部。

氧含量控制:(满钵空载热态)

区域

氧含量值

进口置换仓

≤60ppm

低于500℃加热区域

≤50ppm

高于500℃加热区域

≤30ppm

水冷段

≤50ppm

出口置换仓

≤50ppm

表3 氧含量状态表

氧含量检测方式:6点(进出口2点、炉膛3点、水冷1点),二位三通阀巡检;

冷却水量:15-18m3/h;

进水温度:≤30℃;

重量:约30000Kg(不含循环线)

安装尺寸:35100mm×4500m×1920mm(不含控制柜)

进水压力:0.15-0.2Mpa;

回水压力:无压回水;

电源:3相5线,380/220VAC,50Hz;

四、总体技术说明

整个窑炉主要分为四大部分,即窑体、气氛控制系统、温度控制系统和传输系统。

4.1 窑体设计

设备总长33.6m,炉体长30m,分成过渡、加热、降温和冷却区。炉膛内辊道采用碳化硅制品,进出口辊道采用金属轴陶瓷辊道,延长辊道寿命和均匀磨损。炉体外密封设计,保证烧成气氛要求。

采用上下加热,左中右3点比例控制,分别检测控制炉膛宽度的左中右三个区域,实现温度高均匀性,采用铁铬铝合金加热丝,高表面负荷,高电阻率,高寿命。

过渡区长2.5m,为自然过渡区,不布置加热元件。加热区长15m,布置11个温区。功率分布如下表:

温区

1-6

7到9

10

11

合计

单温区长度(mm)

833

2500

1667

833

23.75

上温区加热功率(kw)

10.8

16.2

16.2

9


下温区加热功率(kw)

21.6

21.6

21.6

18


单温区加热功率(kw)

32.4

37.8

37.8

27

372.6

单温区加热棒根数(根)

12

21

21

9

165

表4 温区功率分布表

进出口置换采用直插式钢板闸结构,通过多级置换建立工艺气氛,结构简单,运行可靠,无需更换密封件。置换腔内安装多道耐火布帘,能有效阻止热能从进出炉口的散失。

约有20%的热能是通过碳化硅辊棒的端头散失的。

为此,该气氛辊道炉专门设计了独立传动密封腔,正对每根辊棒端头安装有氮气喷嘴,直接气吹冷却辊棒两端,同时密封腔内的氮气从辊棒安装孔的间隙压入炉膛内,一方面对氮气进行预热,另一方面由于正压作用,有效防止棒孔散热!

炉膛侧壁喷涂柔性陶瓷涂料,避免水汽对炉膛保温材料的侵蚀。

加热元件采用陶瓷内穿丝防止水汽侵蚀,炉膛全部采用日本伊索产轻质莫来石耐火砖,采用日本原版拱形结构砌筑而成,窑炉保温内层为1260机制板,外层为普通纤维制品.

由于完全采用了超轻质材料保温,热容小,升降温快,因此温度控制灵敏,并且有明显的节能效果。

在升温段设置4排烟囱,手阀控制废气排放,保证炉膛内部气氛为正压。配合高顶大腔结构,保证胶质有效及时的排出。陶瓷烟囱管外套保温加热器(总功率16kw),防止胶质遇冷回滴。

降温区长2.5m,不布置温区,在该段炉膛顶/底部开有许多小孔,大量氮气通过小孔吹入炉膛,对匣钵和工件进行降温。

水冷段长10m,为多节蛇形水道钢制水套。利用水冷换热进行降温。水套底部设有进气气盒,可以辅助降温冷却。

4.2 气氛控制系统设计

通入气氛共分成12路。

4.3 控制系统的设计

RGDN-520-9型气氛辊道炉采用德国倍福嵌入式计算机控制系统,安装在独立的电气控制柜内,通过电缆和热偶补偿导线与炉体连接,对窑炉进行控制。该系统基于PC控制技术和现场总线、总线端子模块以及Twincat自动化软件。

倍福模块化控制器将工业PC和PLC完美融合在一起,可以完全取代温控仪表,直接通过计算机屏幕对各个温区实施PID控制;同时作为PLC,它还可以操控辊道的逻辑循环动作。倍福控制系统具有如下特点:

1.  独特的温控算法,具有极高的温度稳定性;

2.  环形网络拓扑结构增加了系统的网络备份(当网络出现一个支路故障时,不影响整个系统的信号传输);

3.  实时操作系统提高了系统的可靠性;

4.  未来系统的可拓展性。系统预留了足够的硬件,便于以后增加远程故障诊断、维修等功能;

本设备加热区由11个温区组成,分别由多组交流接触器分组供电,这样可以减小设备对电网的瞬时电流冲击,结合恒力专门研发的不等功率分布单管加热器,分别检测控制炉膛宽度的左中右三个区域,通过调节每个区域的设定温度及上下加热输出比,保证炉膛有效空间的均匀度小于±3℃。

并且当某个温区温度发生超温现象时,相应区域的温度超温报警系统立即发出声光报警信号,面板上的对应温区报警信号灯点亮,蜂鸣器发出断续的报警声。

控制方式为K分度热偶检测区域温度,固态继电器过零触发方式,并实现平衡加热,以减少对电网和周遍设备的干扰,并延长控制器件的寿命。

4.3.1 软件功能

(一)分级登录功能

计算机系统采取分级管理和登录机制,一般操作人员只能观察和记录显示数据,无法修改;只有指定系统人员才可以操作软件的所有功能,包括可以新建用户、分配用户等级、修改用户密码等功能;管理和调用真实数据。

(二)实时显示信息功能

主控界面可以实时显示各温区实测温度(PV)、设置温度(SV)、辊道和匣钵速度、并且有指示各种报警状态、匣钵运行状态到位等。

(三)系统参数设置功能

本软件具有参数设置界面,操作员级用户登录后进入此窗口操作。通过填表格的方式输入各温区设定温度、PID参数、报警限、自整定和循环周期等控制参数,可以作为工艺设置文件存储以供下次方便调用。

(四)数据记录查看功能

本软件具有历史数据和报警记录查看窗口,在此窗口可查看较近一天的温度、动作和事件情况,这些历史数据均保存在硬盘上,可以单独打印任何时间记录的数据。

4.3.2 软件窗口组成

本软件具有5个功能界面:

1、主界面:信息显示和温度设置。

 2、用户管理窗口:用户分级管理和登录。

3 、工艺设置窗口:工艺参数显示、保存和文件存储。

4、系统设置窗口:通讯和设备参数设置。

5、数据查看窗口:查看和打印历史记录数据。

4.4 传动循环系统的设计

主传输系统采用分段式人字齿轮,驱动碳化硅辊道直接带动匣钵运动,速度变频器无级可调。

为防止匣钵在整个循环运动的过程中跑偏造成卡炉,在辊道入口端设计有匣钵自动找正对齐机构;在辊棒被动端安装有指示,当辊棒正常运转时,所有指示角度一致,当某个指示与其他不一致时,可以通过炉膛传动密封腔侧面玻璃观察窗观察到,说明此处辊棒运动出现问题。

五、设备组成

设备由主机、推进循环道、控制柜等组成,交货一览表如下:



名称

主要内容

数量

1

基本组成

窑炉主机

不含加热棒、推进及控制系统

1台

2

控制柜

温度、速度、顺序控制等

3台

3

匣钵

320×320×160mm(用户自备)

500只

4

加热元件

陶瓷内穿丝管

165套

5

辊道

SiC辊棒

384套

6

气氛系统

12路进气/1路排气

1套

7

附件

检验合格证

各主要外购组件合格证

1套

8

技术文件

使用说明书、各主要外购件随机技术文件等

1套

9

备件

加热元件

陶瓷穿丝管

10根

10

辊道

SiC辊棒

10套

11

软件

嵌入式系统

19″液晶 

1套

六、设备条件

6.1 设备的运输与现场安装

设备运抵买方现场后,由买方负责设备的卸装和向安装现场的搬运。卸装和搬运主要使用叉车、液压拖车、滚杠等搬运工具。

如果买方安装在非底层,需要采用提升搬运,一般采用吊车。如买方希望通过货运电梯(非客梯)搬运,必须在设备设计前通知卖方,买方需充分考虑货梯、拐弯和入门等细节。

现场安装前,买方需提前做好动力、抽风等条件准备。具体动力、抽风以及场地安装布置要求,在设计后,经买方确认执行。

在买方现场的设备安装,包括现场结构对接、窑炉砌筑、布线(距离炉体10m内的电缆由卖方提供,10m外需另外购买)等工作。但配电柜以前的配电、抽排风系统(含风罩的等),由买方负责。

卖方负责现场安装、砌筑和功能调试,并协助买方进行工艺调试。

6.2 正常运行条件

安装场地

37.5×5.5×4m(L×W×H,不含控制柜),安装面积207m2

通风系统

3排烟囱,非接触接入用户排气系统,抽排能力大于500m3/h

地面承载

地面承重大于500Kg/m2,地表无明显振动,水平干燥

环境条件

设备环境温度<40℃、环境湿度<80%RH;控制柜环境温度10-25℃、环境湿度<50%RH;现场无腐蚀性气氛,尤其是氯、硫等腐蚀性气体;无强烈气流扰动

动力条件

380/220V±10%,50Hz±5%,3相5线(A、B、C、地、0),独立供电,总容量大于520KVA。

 


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