CN102423661A

CN102423661A - 粉体制造装置

Info

Publication number: CN102423661A
Application number: CN2011102303397A
Authority: CN
Inventors: 友泽健一
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2012-04-25
Also published as: JP2012035237A; TW201221251A; KR20120015264A

Abstract

一种能使在漂浮状态下进行热处理的粉体的热过程均匀的粉体制造装置(1)，其包括：在内部形成有处理空间的粉体生成炉(2)；具有燃烧器(6)的燃烧室(3)；将在燃烧室(3)产生的燃烧废气导入粉体生成炉(2)的燃烧废气喷嘴(4)；以及配置于燃烧废气喷嘴(4)中，将原料吹入粉体生成炉(2)的原料喷嘴(5)，较为理想的是，燃烧废气喷嘴(4)的流路截面积比燃烧室(3)的流路截面积小。

Description

粉体制造装置

技术领域

本发明涉及一种粉体制造装置。

背景技术

过去，作为锂离子可充电电池的电极材料的粉体等是例如通过如下方法制造而成的：喷射原料水溶液使其干燥而使其粉体化，并将这些粉体放入陶瓷容器后在炉内烧成而使其热变性。在这种方法中，考虑到对陶瓷容器的损伤，烧成需要30分钟至数小时，效率不高。此外，在这种方法中，由于在将粉体堆积并静置的状态下烧成，因此，也存在烧成时颗粒彼此熔接这样的问题。

在专利文献1中，公开了一种粉体制造装置，该粉体制造装置对具有进行等离子放电的电极的粉体生成炉内喷射原料水溶液，并在因等离子放电而形成的超高温的等离子空间内，使原料水溶液干燥，然后进行热分解并使其熔合。

通过这种粉体制造装置制造而成的粉体颗粒的形状是扁圆的且不相同。这是由于，原料水溶液的液滴在超高温的等离子空间中被瞬间加热，颗粒内的水分在一瞬间汽化膨胀，使得颗粒因水蒸汽爆炸而被破坏。

此外，在这种粉体制造装置中，由于等离子空间的容积较小，且等离子空间内的温度也存在差别，而使每个颗粒的热过程有很大不同，因此，不适合制造变性温度及加热时间等会对品质带来很大影响的粉体。

此外，在专利文献2中记载有通过火焰使粉体原料熔融来制造球状颗粒的装置。在通过火焰来进行加热的粉体制造装置中，也由于火焰内部的温度差别很大，而无法使处理温度及处理时间统一。

专利文献1：日本专利特开2004-263257号说明书

专利文献2：日本专利特开2010-75810号说明书

发明内容

基于上述问题，本发明的技术问题在于提供一种能使在漂浮状态下进行热处理的粉体的热过程相同的粉体制造装置。

为解决上述技术问题，本发明的粉体制造装置包括：在内部形成有处理空间的粉体生成炉；具有燃烧器的燃烧室；将在上述燃烧室产生的燃烧废气导入上述粉体生成炉的燃烧废气喷嘴；以及配置于上述燃烧废气喷嘴中，将原料吹入上述粉体生成炉的原料喷嘴。

通过这种结构，被导入粉体生成炉内的燃烧废气能将处理空间的很大范围无差别地维持成高温。通过使原料漂浮在上述高温的燃烧废气中，从而能对原料均匀地加热而使其热变性。

此外，在本发明的粉体制造装置中，也可以使上述燃烧废气喷嘴的流路截面积比上述燃烧室的流路截面积小。

根据这种结构，通过降低燃烧室内的流速以在狭小的燃烧室内完全燃烧，并充分增大燃烧废气喷嘴中的燃烧废气的流速，从而能防止燃烧废气的不均匀流动，并能减少温度差别地将燃烧废气导入粉体生成炉内。

此外，在本发明的粉体制造装置中，也可以使上述燃烧室的水平方向较长，上述燃烧器从上述燃烧室的水平方向的一端沿水平方向形成火焰，上述燃烧废气喷嘴从上述燃烧室的另一端近旁将上述燃烧废气垂直导出，并将该燃烧废气直线地导入上述粉体生成炉。

根据这种结构，能使燃烧室小型化，并能缩短燃烧废气喷嘴的流路，从而能使热损失最小化。此外，由于将燃烧废气的流动方向变为直角，因此，促进了燃烧废气的搅拌，从而能消除温度差别。

此外，在本发明的粉体制造装置中，上述原料喷嘴也可以包括：原料喷射喷嘴，该原料喷射喷嘴喷射上述原料；以及冷却喷嘴，该冷却喷嘴配置成围住上述原料喷射喷嘴，并对喷射出的上述原料的周围吹入冷却空气。

根据这种结构，能利用冷却空气防止原料在极短时间内被加热，并能防止粉体颗粒因水蒸汽爆炸而破裂，从而能形成均匀的颗粒。

此外，在本发明的粉体制造装置中，也可以使上述冷却喷嘴由多重管构成，从而多重地吹入上述冷却空气。

根据这种结构，由于多个冷却空气层形成阶梯状的温度分布，能使原料逐级升温，因此，能使防止粉体颗粒的水蒸汽爆炸的效果进一步提高。

此外，在本发明的粉体制造装置中，上述冷却喷嘴也可以包括利用冷却水冷却的套管，此外，还可以包括隔开间隙地围住上述套管的外层板。

根据这种结构，能利用水冷套管来防止冷却空气及原料在燃烧废气喷嘴内成为高温。藉此，能用较少的冷却空气可靠地防止粉体颗粒的水蒸汽爆炸，并能抑制燃烧废气的稀释。此外，通过在水冷套管的周围隔着起到隔热效果的空气层配设外层板，能抑制冷却水与燃烧废气之间的热交换，因此，也能使燃烧废气喷嘴内的燃烧废气的热损失较小。因此，通过这种结构，不仅能维持较高的热效率，还能防止粉体颗粒的水蒸汽爆炸。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的粉体制造装置的示意图。

图2是图1的原料喷嘴的详细剖视图。

图3是本发明第二实施方式的原料喷嘴的剖视图。

(符号说明)

1粉体制造装置

2粉体生成炉

3燃烧室

4燃烧废气喷嘴

5原料喷嘴

6燃烧器

7喷头(spray tip)

8原料喷射喷嘴

9冷却喷嘴

10水冷套管

11外层板

21原料喷嘴

22喷头

23原料喷射喷嘴

24第一冷却喷嘴

25第二冷却喷嘴

具体实施方式

图1表示本发明第一实施方式的粉体制造装置1。粉体制造装置1包括：竖立筒状的粉体生成炉2，该粉体生成炉2具有镜板状的上端和缩径成圆锥状的下部，并在内部形成有隔离的处理空间；圆筒状的燃烧室3，该燃烧室3配置于粉体生成炉2的上方，并在水平方向上延伸；燃烧废气喷嘴4，该燃烧废气喷嘴4连接燃烧室3与粉体生成炉2，并从粉体生成炉2的上端朝下方吹入在燃烧室3内生成的燃烧废气；以及原料喷嘴5，该原料喷嘴5配置成贯穿燃烧室3并延伸至燃烧废气喷嘴4的内部，用于从粉体生成炉2的上端朝下方喷射含有粉体原料的生料(slurry)。

燃烧室3在一端设有燃烧器6，并从一端朝向另一端形成水平方向的火焰。燃烧器6是能以任意比例供给例如天然气之类的燃料与燃烧用空气的燃烧器，也可以设置公知的点火装置及导燃烧嘴。当然，燃料也可以是气体燃料、液体燃料和固体燃料中的任意一种。

较为理想的是，通过使燃烧室3具有能收容燃烧器6形成的火焰而使燃料完全燃烧所需必要最低限度的容积，来减小燃烧室3。这是由于能将燃烧室3的炉壁的热损失控制在最低限度内。例如，在燃烧器6的燃烧容量(日文：燃焼容量)为116kW时，较为理想的是，本实施方式的燃烧室3具有内径为130～250mm、长度为500～1000mm的细长形状，更为理想的是，具有内径为150～200mm、长度为600～800mm的细长形状。

燃烧废气喷嘴4配置成在燃烧室3的与燃烧器6相反一侧的端部近旁开口，并将燃烧废气垂直导出，以从喷射装置5的外侧直线地吹入粉体生成炉2。此外，燃烧废气喷嘴4的流路截面积比燃烧室3的流路截面积小，较为理想的是，其内径为70～120mm，更为理想的是，其内径为90～110mm。藉此，将燃烧废气在热风喷嘴4中的流速设为该燃烧废气在燃烧室3的下游侧的流速的1.5倍至2.5倍是较为理想的。

通过将燃烧废气从流动较慢的燃烧室3导出至流路面积较小的燃烧废气喷嘴4，使燃烧废气在流入燃烧废气喷嘴4时的流速急剧增高。利用这种流速变化，即使在燃烧室3内燃烧废气的温度存在偏差，由于能将燃烧废气的流动方向变为直角，因此，能对燃烧废气进行搅拌而使其温度均匀。此外，在燃烧废气喷嘴4内，燃烧废气被整流成流速大致均匀的直线气流，并被吹入粉体生成炉2。

此外，图2表示原料喷嘴5的详细情况。原料喷嘴5包括：原料喷射喷嘴8，该原料喷射喷嘴8供给原料生料(slurry)，并在前端设有喷头7；冷却喷嘴9，该冷却喷嘴9配置成围住原料喷射喷嘴8，用于利用该冷却喷嘴9与原料喷射喷嘴8的间隙对从原料喷射喷嘴8喷射出的原料周围供给冷却空气；水冷套管10，该水冷套管10设于冷却喷嘴9的外周；以及外层板11，该外层板11隔开间隙地配置于水冷套管10的外侧。

在水冷套管10中循环有冷却水，并将水冷套管10内的冷却水温度保持在大约50℃。由于水冷套管10与外层板11之间的空气起到隔热层的作用，因此，尽管暴露在大约1200℃的燃烧废气下的外层板11的背面温度约为960℃，但水冷套管10与燃烧废气之间的热交换量很少。因此，与没有外层板11而使水冷套管10的外表面与燃烧废气直接接触的情形相比，燃烧废气被原料喷嘴8夺走的热量非常小。因此，尽管冷却喷嘴9内供给的是常温的空气，但能保持温度几乎不上升而被吹入粉体生成炉2。藉此，能提高防止喷射后的原料液滴的水蒸汽爆炸的效果。

冷却空气覆盖从原料喷射喷嘴8喷射出的原料，从而防止原料液滴直接暴露于高温(例如1200℃)的燃烧废气下，瞬间升温而使水分一下子蒸发，从而破坏颗粒的情况。

由于只要稍许延缓原料液滴的温度上升就能防止颗粒的破坏，因此，为了避免稀释燃烧废气，冷却空气少量即可，当燃烧废气为190m³N/h时，较为理想的是，冷却空气为5～20m³N/h，更为理想的是，冷却空气为10～15m³N/h。此外，由于冷却空气只要覆盖喷射后的原料液滴即可，因此，也可以使冷却空气的流速比燃烧废气的流速慢，在本实施方式中，冷却空气的流速为燃烧废气的流速的40％左右。

由于原料生料的蒸发潜热只是燃烧废气的热量的百分之几，因此，燃烧废气在使原料液滴的水分全部蒸发之后还保持在足够高的温度。因此，在使由原料液滴干燥而形成的颗粒漂浮在高温的燃烧废气中的状态下，接着通过燃烧废气加热至所需温度(在本实施方式中为700～1200℃)，就能进行熔融、烧成、发泡、热变性等所要求的热处理。

在本实施方式中，由于燃烧废气在粉体制造炉2内的很大范围形成大致均匀的高温环境，因此，能减少粉体颗粒的热过程的偏差，由此能进行均匀的热处理。此外，由于将粉体在分散漂浮于燃烧废气中的状态下加热至高温，因此，颗粒彼此不干扰，从而使颗粒形状相同。

此外，在本实施方式中，原料喷嘴5也可以将粉体与空气一起吹入粉体生成炉2内。此时，由于无需担心因水蒸汽爆炸而引起粉体颗粒的破坏，因此，能省略冷却空气喷嘴9、水冷套管10及外层板11。

接着，图3表示可代替第一实施方式的原料喷嘴5使用的本发明第二实施方式的原料喷嘴21。本实施方式的原料喷嘴21包括：原料喷射喷嘴23，该原料喷射喷嘴23中供给有原料生料，并在前端设有喷头22；第一冷却喷嘴24，该第一冷却喷嘴24配置成围住原料喷射喷嘴23，并用于利用该第一冷却喷嘴24与原料喷射喷嘴23的间隙来对从原料喷射喷嘴23喷射出的原料周围供给冷却空气；以及第二冷却喷嘴25，该第二冷却喷嘴25配置成进一步围住第一冷却喷嘴24，并利用该第二冷却喷嘴25与第一冷却喷嘴24的间隙来对从第一冷却喷嘴24供给的冷却空气的外侧进一步供给冷却空气。

这样，通过设置多重冷却喷嘴，能形成使温度逐级变化的多个冷却空气层。藉此，利用较少的冷却空气，就能防止燃烧室3及燃烧废气喷嘴4内的原料喷射喷嘴23的温度上升，并能防止因喷射之后原料液滴瞬间升温而引起的水蒸汽爆炸。

Claims

1.一种粉体制造装置，其特征在于，包括：

粉体生成炉，该粉体生成炉在内部形成有处理空间；

燃烧室，该燃烧室具有燃烧器；

燃烧废气喷嘴，该燃烧废气喷嘴将在所述燃烧室产生的燃烧废气导入所述粉体生成炉；以及

原料喷嘴，该原料喷嘴配置于所述燃烧废气喷嘴中，将原料吹入所述粉体生成炉。

2.如权利要求1所述的粉体制造装置，其特征在于，所述燃烧废气喷嘴的流路截面积比所述燃烧室的流路截面积小。

3.如权利要求1或2所述的粉体制造装置，其特征在于，

所述燃烧室在水平方向上较长，所述燃烧器从所述燃烧室的水平方向的一端沿水平方向形成火焰，

所述燃烧废气喷嘴从所述燃烧室的另一端近旁将所述燃烧废气垂直导出，并将该燃烧废气直线地导入所述粉体生成炉。

4.如权利要求1所述的粉体制造装置，其特征在于，所述原料喷嘴包括：原料喷射喷嘴，该原料喷射喷嘴喷射所述原料；以及冷却喷嘴，该冷却喷嘴配置成围住所述原料喷射喷嘴，并对喷射出的所述原料的周围吹入冷却空气。

5.如权利要求4所述的粉体制造装置，其特征在于，所述冷却喷嘴由多重管构成，并多重地吹入所述冷却空气。

6.如权利要求4或5所述的粉体制造装置，其特征在于，所述冷却喷嘴在外侧设有利用冷却水进行冷却的套管。

7.如权利要求6所述的粉体制造装置，其特征在于，还设有隔开间隙地围住所述套管的外层板。