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回转式窑炉设备使用状态及技术分析
来源: | 作者:purnssa123 | 发布时间: 2022-06-27 | 468 次浏览 | 分享到:
为了紧跟行业发展的需求,本文致力于研判动态回转式窑炉设备,以及具有陶瓷复合的密封气氛保护回转式窑炉设备是如何对行业需求进行匹配,帮助材料厂商选择更适合自己的煅烧设备。该类设备意图服务于新能源材料的烧结和干燥。并从能耗、密封性、连续性、复合层喷涂等多个角度,在低成本的条件下,满足产量,烧制低磁性物的优质材料。

  随着目前新能源材料行业的快速发展,材料制备过程中对生产装备技术的要求和依赖性越来越高,这就要求装备制造技术要及时跟得上材料工艺技术的发展速度,满足工艺所需的基本要求。

  为了紧跟行业发展的需求,本文致力于研判动态回转式窑炉设备,以及具有陶瓷复合的密封气氛保护回转式窑炉设备是如何对行业需求进行匹配,帮助材料厂商选择更适合自己的煅烧设备。该类设备意图服务于新能源材料的烧结和干燥。并从能耗、密封性、连续性、复合层喷涂等多个角度,在低成本的条件下,满足产量,烧制低磁性物的优质材料。

关键词:新能源材料、锂电池材料、烧结、干燥、密封、磁性物    


第一部分.设备用途及工艺条件简述


  在整个材料生产制备的工艺过程当中,反应煅烧是其中一项重要环节,其工作效率、运行指标、自动化程度、节能效果等均是影响材料制成的重要因素。目前市场上运用的主要煅烧方式有通道式静态煅烧(隧道窑、辊道窑、推舟窑、链板窑)和回转式动态煅烧(回转窑、回旋窑),个别中小型化生产也有选用梭式窑和箱式窑等情况。

  对于磷酸铁锂等锂离子储能材料,其反应煅烧对窑炉设备的功能要求为:1.各个反应阶段的温度控制:2.各个温度段的时间控制;3.整个反应过程的气氛场控制。为了配合这些功能,在规模化大生产中设备就应具备①尽可能地缩短物料的反应时间,以增加产能,同时缩小设备对厂房的占据空间;②设备传热与物料受热迅速均匀,以增加材料的均匀性和一致性;③物料运行流畅,排水、排气、排焦顺畅,以保障规模化生产过程稳定可靠性;④电能耗指标要大幅度降低,这一指标的高低直接影响着用户产品的制造成本及市场势;⑤自动化程度要高,避免对人工、机械手等的依赖;⑥易损件的损耗要低或者没有,以此降低生产消耗和増加设备使用的连接持续性。


第二部分.设备在使用过程中需要面对的问题


1.配合物料的化学反应

  对于不同种类的物料,其化学反应内容不同,例如磷酸铁锂的烧制,所对应的反应是将锂离子化合物(如碳酸锂、氢氧化锂)中的锂源与磷酸盐中的磷酸根离子及铁或亚铁离子进行化合,这个过程需要配合不同的温度、环境气氛以及对应该过程的反应时间才能完成,①在实现温度配合时设备所需要完成的内容就是热量传导,理论上我们最、希望的目标是设备能够快速一致地将热量传递给物料,这样才能使物料在同等的时间温度条件下完成化学反应,由于物料在前驱体制备时形成了粉状、粒状、块状、柱状等不同物理形态,其反应过程中的静止堆积势必会对热量传导和均匀受热带来障碍,使物料反应的一致性受到影响,这样就会造成产出物料品质的差异性,从而影响物料的整体性能;②对于物料反应过程中所处的环境气氛亦是磷酸铁锂材料烧制过程中不可或缺的条件之一,我们知道磷酸铁锂的构成中有铁元素的存在,其氧化性反应的趋势动能很大,同时有的物料配方中已经加入了增加导电性能的碳包覆层,这两个诱因均容易受到空气中的氧元素的影响,这就要求设备自身在物料经过的反应空间进行绝氧保护,一般设备都是通过自身良好的密闭性并通入惰性气氛实现动压平衡来完成这一环境空间的气氛控制;③锂离子材料无论哪种制备过程,均伴随着气体的产生和排放,这里经常出现的有水蒸气、二氧化碳及有机焦状气体,这些不同种类的气体首先在物料不同温度阶段分别析出,在炉内形成混合气体,随着空间压力场和温度场形成气流导向并且按照设定的路径和引导位置集中统一地排出。

  在锂离子电池材料的原材料中,同样具有类似的反应和过程,例如碳酸锂、氢氧化锂、无水磷酸铁等,其区别在于反应相对单一,碳酸锂和氢氧化锂是需要将物料中的游离水份通过一定的温度和时间进行蒸发和去除,无水磷酸铁是将原料当中的2个水分子进行快速脱离,这些过程需要追求的几个方向是:①生产效率,即如何升高温度并缩短反映时间;②产品品质均一性,即不同位置的物料在产出时其含水率的指标均匀一致;③能耗指标,即换算到单位质量的物料在整个反映过程中所消耗的电能;④易损件的损耗和连续自动化程度;⑤同等场地占用面积的产量规模。

2.设备目前在运用过程中所存在的问题

  我们从目前材料生产工艺中常用的两种烧结方式中分别加以叙述和分析:(1)动态旋转式煅烧工艺

  动态煅烧工艺所使用的设备主要包括回转式煅烧窑炉和回旋式煅烧窑炉,二者均由旋转的耐热合金炉管构成物料的承载体和输送体,炉管、截面可以制成多边形或圆形,可以在一定速度控制情况下旋转运行,两段加以动静密封,加热元件自圆周围将热量辐射至炉管,炉管受热并将热量以辐射和传导的方式传递给物料。

  由于炉管内部采用了旋槽和导向板,物料在炉管中运行时经过了不断的翻转和位置转换,其接受热量的时间一致性可以得以保障,同时缩短了反应时间和反应气体释放速度。整个炉管是一个旋转动态的温度场,其内部温度一致。

这种设备目前存在的问题为:①炉管旋转动头与设备两段进出料连接静头的摩擦对密封效果产生影响,这一密封指标可以通过氧化锆微氧含量分析仪进行测定;②设备的进出料系统普遍采用机械输送方式,对于部分微观形貌不规则的物料以及含水率偏高、蓬松等物料输送不畅:③物料在接受比较高温度条件下经常由于炉管、旋板、导板、焊材等的选材不当造成炉管金属对物料的一定磁性污染;④排气系统对堆积、粘结、堵塞等设计考虑不周而导致气流不畅,对粉尘收集选择方式不当。

(2)静态通道式煅烧工艺

  这种煅烧工艺的典型炉型为辊道炉和推板炉。物料承载于匣钵之中,匣钵放置垫板之上,通过辊棒传送和垫板推挤将承载于匣钵之中的物料自炉头输送至炉尾,经过不同温度区域使物料完成升温、恒温、降温等过程。

该煅烧方式由于物料静止堆积在匣钵之中,随着匣钵位置的控制移动实现对物料温度时间的控制,其整个通道环境的密封通过炉体金属外壳体的连接压紧和进出料口的过渡仓空气置换来实现。

  这种设备目前存在的问题为:①物料反应时间长,匣钵中的物料表面、底部、四周与中心部位的物料由于热传导过程受热不均匀,达到设定温度的时间不一致,内部物料排气困难,造成同一匣钵中物料品质的差异:②矩形截面的平面加热造成炉膛截面左右两段和上下的温度差异:③同等产量情况下设备体积庞大,相对能耗指标较高,气耗量较大:①卸料、装料、刷钵等动作繁琐,占用回车线:⑤匣钵、垫板等易损件消耗多,人工强度高,设备维护工作量较大。


第三部分.蓝光连动炉情况描述


设备特点

  (1)采用自主知识产权的盘根、气环组合密封方式,降低保护气消耗量的同时增加了气氛密封性,确保了生产环境;

  (2),所有耐火及隔热材料全部选用硅酸铝浇铸纤维真空浇注模块和轻质硅酸铝纤维毯,热效率高,轻、薄、节能、施工简捷使窑炉使用功率远远小于其它同类型产品,大大降低了生产成本;

  (3)采用自主知识产权的炉管构成方式,选用北欧原装进口310S/316L(芬兰奥拓昆普原装进ロ)不锈钢材料作为窑体回转炉管并接触物料,对物料磁性污染程度大大降低:

  (4)物料以100度﹣1000度温度在各个恒温区段按螺旋线行进,避免了一般转炉存在的物料前后串行,时间过长或过短的问题,冷却区采用回转式刮板结构,散热快,冷却充分。

  (5)量身定制的全人性化设计,设备外饰喷塑,配合造型设计设置安全保护罩壳,带人性化指示标签和警示说明,使设备的整个加工制造精度及外观外饰达到或超过进口设备的水平。

  简而言之,我们在磷酸铁锂方面已经成功推广并在成熟使用的这种回旋式窑炉与以往高能耗的辊道、推板炉相比,具有①回旋炉氧含量<0.01ppm,推板炉氧含量15~8Sppm之间波动,一千多倍的差异:②回旋炉氮气消耗量5~10m3/h,辊道、推板炉氮气消耗量120~220 m / h ,二十几倍的差异:③电功率消耗回旋炉75-9Skw土10%,推板炉270-370 kw ±10%,3倍的差别:④占地面积方面,同产量情况下,回旋炉十五”米左右总长,推板炉要四十多米并在宽度方向需要回车线位置;⑤易损件方面,回旋炉没有易损件,而推板炉需要匣钵、推板等的大量易损消耗;⑥生产线的连贯性方面,回旋炉可以在进料和出料端口与前段和后端工艺方便的连结输送,并节省了人工因素,而推板炉则需回车线上的物料倒出、清理与装料,甚至要依赖机械手,对连贯性生产非常不利。