CN105347324A - 连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线。解决的技术问题：针对背景技术中提及的现有技术中磷酸铁锂固相法制备过程的缺陷的技术问题。采取的技术方案是，一种连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线，包括进料输送带、出料输送带、进料气闸舱、加热炉和出料气闸舱。优点，本生产线采用推杆炉形式，炉膛进出口配置气闸舱，炉体后段配置强制水冷段，物料填装成多层匣钵堆叠的方式，使得煅烧过程处于一个静稳态环境。

Description

连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线

技术领域

本发明涉及一种连续式生产线，尤其是一种针对电池正极材料中磷酸铁锂(LiFePO4)固相法制备设计的连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线。

背景技术

以当前热度极高的LiFePO4(磷酸铁锂)固相法制备过程为例。目前常见箱式炉、网带炉、滚筒窑炉等。

箱式炉只适用于小批量间断性生产，经济性极低。

网带炉受传动形式影响，单台设备产量小、保护气体消耗量大。

滚筒窑炉可以满足大批量连续生产，但混料和滚筒内壁直接接触，若选择的碳源热裂解时熔化或析出粘性物质，会影响设备寿命和物料均匀性；推进过程中也不能保证物料同步，产品均一性不佳；物料空间占比小，能耗率高。

受热处理工艺及设备因素的影响，此类产品的产量、质量和生产成本无法同时兼顾。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对背景技术中提及的现有技术中磷酸铁锂固相法制备过程的缺陷的技术问题。

本发明的设计思想是，采用推杆炉形式，炉膛进出口配置气闸舱，炉体后段配置强制水冷段，物料填装成多层匣钵堆叠的方式，使得煅烧过程处于一个静稳态环境。

本发明采取的技术方案是：

一种连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线，包括进料输送带、出料输送带、进料气闸舱、加热炉和出料气闸舱；

进料气闸舱设置在加热炉的进料口处，出料气闸舱设置在加热炉的出料口处；

进料输送带连通进料气闸舱，进料输送带上设置进料等待位，进料等待位处设置进料气缸；

进料气闸舱上与进料输送带连通处设置1号密封门，进料气闸舱的舱内沿着进料方向依次设置进料气闸舱外舱和进料气闸舱过渡舱，进料气闸舱外舱对应连通进料输送带，进料气闸舱外舱和进料气闸舱过渡舱之间设置2号密封门；进料气闸舱外部设置进料转移油缸和主推油缸，进料转移油缸连通进料气闸舱外舱用于将位于进料气闸舱外舱内的料架推入进料气闸舱过渡舱内，主推油缸连通进料气闸舱过渡舱用于将位于进料气闸舱过渡舱内的料架推入加热炉的炉膛内；

进料气闸舱上与加热炉连通处设置进料隔热门；加热炉的进料口与加热炉体之间设置1号水冷套，此段为水冷隔温段；1号水冷套设置在加热炉壳体的外周围；

加热炉体的炉膛内沿着料架进料方向依次为预热段、升温段和保温段；

加热炉体与加热炉的出料口之间设置2号水冷套，此段为水套冷却段；2号水冷套设置在加热炉末端壳体的外周围；

出料气闸舱的舱内沿着出料方向依次设置出料气闸舱过渡舱和出料气闸舱外舱，出料气闸舱过渡舱对应连通加热炉的出料口，出料气闸舱过渡舱和出料气闸舱外舱之间设置3号密封门，出料气闸舱过渡舱内设置出料等待位；出料气闸舱外部设置出料转移油缸和出料油缸，出料转移油缸连通出料气闸舱过渡舱用于将位于出料气闸舱过渡舱内的料架推入出料气闸舱外舱，出料油缸连通出料气闸舱外舱用于将位于出料气闸舱外舱内的料架推入到出料输送带上；

出料气闸舱上与出料输送带的出料口设置4号密封门。

本发明技术方案中使用的进料输送带和出料输送带均为现有技术中的常规产品，其具体的结构和工作过程本发明不作详细的说明。

本发明技术方案利用气闸舱隔断炉膛内外空气，进出物料动作时，对外闸舱舱进行排空，平时只需要补充排气压降损失的气氛，最大程度的减小了保护气氛的消耗；同时，此技术方案中在增设的气闸舱，通过内外舱的密封门开、关组合，完成同气氛环境物料转移，维持热处理过程气氛的稳定性；有效地解决了现有技术中磷酸铁锂固相法制备过程的缺陷。

对本发明技术方案的改进，生产线还包括装卸输送带，装卸输送带的两端分别连接进料输送带和出料输送带。

对本发明技术方案的改进，加热炉为马弗罐加热炉。本发明中加热炉采用现有技术中的马弗罐加热炉，其炉膛通道制作成一体或者多段法兰连接的马弗罐贯穿炉体，保证热处理过程中炉膛内部与外界无介质交换产生；具体的马弗罐加热炉结构和工作过程均为现有技术，因此本发明不作详细的说明。

对本发明技术方案的改进，主推油缸每完成一次进料动作，料架向前推进一个料架位。本技术方案采用推杆炉形式，即由主推油缸推动料架进行进料工作，整体循环运作由推杆间歇性的进行，运行时动力能耗极低。

对本发明技术方案的改进，水冷隔温段的壳体上设置冷凝水排出口，此段内的冷凝水通过水封阀经由冷凝水排出口排出。本技术方案中设置的水冷隔温段的作用是，起到保护进料气闸舱的作用，同时煅烧初期产生的蒸汽在遇冷后冷凝排出罐体。

对本发明技术方案的改进，水冷隔温段、预热段、升温段、保温段和水套冷却段均设置气氛进气管和气氛取样管，并通过设置的气体分析仪使得各段的气氛流量为20PPM。本技术方案中的水冷隔温段、预热段、升温段、保温段和水套冷却段，工艺段设有保护气氛进气管和气氛取样管，可以随时监控和调整各区域气氛状况；在具体实施时通过设置的气体分析仪使得各段的气氛流量为20PPM。

对本发明技术方案的改进，预热段和升温段均设置可调排气口。本技术方案中预热段和升温段均设置的可调排气口，废气集中排放处理。

对本发明技术方案的改进，加热炉体上设置微循环风机。本技术方案中的微循环风机与马弗罐密封连接，此微循环风机为现有技术中的带水冷微循环风机，维持加热区域马弗罐内的气氛流动微循环，提高煅烧时物料所处环境的温度和气氛均匀性。

对本发明技术方案的改进，加热炉的炉底设置滚轮。本技术方案中的马弗罐加热炉整体密封，且罐内底部安装有耐热滚轮，料架推进时不受摩擦方便传动；同时也可有效吸收因受热罐体整体伸长量。

对本发明技术方案的改进，料架为多层匣钵堆叠料架。本技术方案中的料架为多层匣钵堆叠料架，物料填装在浅匣钵内，受热比表面积大，煅烧产生的气体排出阻力小，可以快速的完成煅烧过程；同时堆叠料架将多层匣钵固定在一起共同进炉，大大增加了单台产量。

本发明与现有技术相比的优点：

1、本生产线，物料填装在浅匣钵内，受热比表面积大，煅烧产生的气体排出阻力小，可以快速的完成煅烧过程。

2、本生产线，堆叠料架将多层匣钵固定在一起共同进炉，大大增加了单台产量；整体循环运作由推杆间歇性的进行，运行时动力能耗极低。

3、本生产线，物料在填装前充分的混合，在炉膛内不会受到任何搅动破坏，煅烧出的产品均匀性极高。

4、本生产线，炉膛装填率提升至40％～50％，减小了炉膛通过截面积，煅烧热损耗大大降低。

5、本生产线，通过设置在加热炉出料口处的水冷套，有效减少了煅烧后物料降温时间，设备整体可以做到很短，此水冷套加强冷却，在不影响加热炉内气氛和热处理工艺的情况下，加强了冷却的辐射换热效果，缩短冷却时间和设备长度。

6、本生产线，利用气闸舱隔断炉膛内外空气，进出物料动作时，对外闸舱进行排空，平时只需要补充排气压降损失的气氛，最大程度的减小了保护气氛的消耗。

7、本生产线，通过加热炉体的加热段增加水冷轴流风机组织炉内气体微循环，炉膛内部气氛和温度均匀性得到提高。

8、本生产线，根据工艺需求，可以对各个工艺段增加气体提取点，实时监测各点气氛浓度。

9、本生产线，通过将马弗罐加热炉炉膛通道制作成一体或者多段法兰连接的马弗罐形式，可以保证气氛无泄漏。

附图说明

图1是本实施例生产线以A-A为断裂线的上半部分的结构示意图。

图2是本实施例生产线以A-A为断裂线的下半部分的结构示意图。

图3是B-B的剖视图。

图4是料架的结构示意图。

其中，1、进料等待位，2、1号密封门，3、进料气闸舱外舱，4、2号密封门，5、进料气闸舱过渡舱，6、进料隔热门，7、加热炉体，8、2号水冷套，9、出料等待位，10、3号密封门，11、出料气闸舱外舱，12、4号密封门，13、进料气缸，14、进料转移油缸，15、主推油缸，16、出料转移油缸，17、出料油缸，18、装卸输送带，19、可调排气口，20、微循环风机，21、出料气闸舱过渡舱，22、1号水冷套，23、滚轮，24、加热元件。

具体实施方式

为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-4和具体实施方式做进一步的描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

图1和图2是本实施例生产线的结构示意图；如图1和2所示，连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线，包括进料输送带、出料输送带、进料气闸舱、加热炉、出料气闸舱和装卸输送带。本实施例中的加热炉采用现有技术中的马弗罐加热炉。

进料气闸舱设置在加热炉的进料口处，出料气闸舱设置在加热炉的出料口处。装卸输送带18的两端分别连接进料输送带和出料输送带。

进料输送带连通进料气闸舱，进料输送带上设置进料等待位1，进料等待位1处设置进料气缸13。

进料气闸舱上与进料输送带连通处设置1号密封门2，进料气闸舱的舱内沿着进料方向依次设置进料气闸舱外舱3和进料气闸舱过渡舱5，进料气闸舱外舱3对应连通进料输送带，进料气闸舱外舱3和进料气闸舱过渡舱5之间设置2号密封门4；进料气闸舱外部设置进料转移油缸14和主推油缸15，进料转移油缸14连通进料气闸舱外舱3用于将位于进料气闸舱外舱3内的料架推入进料气闸舱过渡舱5内，主推油缸15连通进料气闸舱过渡舱5用于将位于进料气闸舱过渡舱5内的料架推入加热炉的炉膛内，主推油缸15每完成一次进料动作，料架向前推进一个料架位。

进料气闸舱上与加热炉连通处设置进料隔热门6；加热炉的进料口与加热炉体之间设置1号水冷套22，此段为水冷隔温段；1号水冷套22设置在加热炉壳体的外周围。水冷隔温段的壳体上设置冷凝水排出口，此段内的冷凝水通过水封阀经由冷凝水排出口排出。

加热炉体7的炉膛内沿着料架进料方向依次为预热段、升温段和保温段。预热段、升温段、保温段分布在加热炉体，每一段的长度和温度设定根据各种煅烧工艺可自由调整。位于加热炉体7的炉膛内的加热元件24可以根据节能和环保的要求选择电加热或者燃气加热。加热炉体7上设置微循环风机，此微循环风机与马弗罐密封连接，微循环风机为现有技术中的带水冷微循环风机，维持加热区域马弗罐内的气氛流动微循环，提高煅烧时物料所处环境的温度和气氛均匀性。

加热炉体与加热炉的出料口之间设置2号水冷套8，此段为水套冷却段；2号水冷套8设置在加热炉壳体的外周围。本实施例中的2号水冷套8的设置可提高冷却时辐射换热效率，有效减少冷却时间，缩短设备长度。本实施例生产线中的水冷隔温段、预热段、升温段、保温段和水套冷却段均设置气氛进气管和气氛取样管，并通过设置的气体分析仪使得各段的气氛流量为20PPM。预热段和升温段均设置可调排气口19，对废气集中排放处理。

出料气闸舱的舱内沿着出料方向依次设置出料气闸舱过渡舱21和出料气闸舱外舱11，出料气闸舱过渡舱21对应连通加热炉的出料口，出料气闸舱过渡舱21和出料气闸舱外舱11之间设置3号密封门10，出料气闸舱过渡舱21内设置出料等待位9；出料气闸舱外部设置出料转移油缸16和出料油缸17，出料转移油缸16连通出料气闸舱过渡舱21用于将位于出料气闸舱过渡舱21内的料架推入出料气闸舱外舱11，出料油缸17连通出料气闸舱外舱11用于将位于出料气闸舱外舱11内的料架推入到出料输送带上。

出料气闸舱上与出料输送带的出料口设置4号密封门12。

本实施例中的加热炉的炉底设置滚轮23，使得料架推进时不受摩擦方便传动；同时也可有效吸收因受热罐体整体伸长量。料架为多层匣钵堆叠料架，堆叠料架将多层浅匣钵固定在一起，可以同时进入大批量物料，且每一匣钵的物料受热比表面积大，煅烧产生的气体排出阻力小，可以快速的完成热处理过程。

本实施例的具体工作方式：

1、进料动作：

物料经过配比混合装料后装入料架，传输至进料等待位1；到达设定动作节拍时间后，进料气闸舱上的1号密封门2开启，进料气缸13推动料架进入进料气闸舱外舱3中，关闭1号密封门2；1号密封门2关闭后保护气氛气体开始对进料气闸舱外舱3进行排空；当进料气闸舱外舱3气氛浓度达到设定要求后，进料气闸舱中间的2号密封门4打开，进料转移油缸14开始工作，推动料架进入到进料气闸舱过渡舱5，关闭2号密封门4；2号密封门4关闭后，进料隔热门6开启，主推油缸15将料架推进炉膛第一工位处，同时将线末最后一个料架推到出料等待位9；进料隔热门6关闭完成一次进料动作。依次循环连续工作。

2、加热炉炉内煅烧过程：

物料煅烧的整个过程是在马弗罐加热炉内完成，主推油缸15每完成一次进料动作，炉膛内部料架都会被向前推进一个料架位，在炉膛内依次经过水冷隔温段、预热段、升温段、保温段和水套冷却段。

水冷隔温段是由设置在加热炉的进料口与加热炉体之间设置1号水冷套构成；此段为水冷隔温段位于在进料隔热门6后，加热炉体7之前，起到保护气闸舱的作用，同时煅烧初期产生的蒸汽在遇冷后由水封阀以冷凝水的方式排出罐体。

预热段、升温段、保温段分布在加热炉体7中，每一段的长度和温度设定根据各种煅烧工艺可自由调整。加热元件24可以根据节能和环保的要求选择电加热或者燃气加热。

水套冷却段是由设置在加热炉体与加热炉的出料口之间设置2号水冷套8构成；此水套冷却段是在马弗罐外制作2号水冷套8，提高冷却时辐射换热效率，有效减少冷却时间，缩短设备长度。

此加热炉炉内煅烧过程中的带水冷微循环风机20与马弗罐密封连接，维持加热区域马弗罐内的气氛流动微循环，提高煅烧时物料所处环境的温度和气氛均匀性。马弗罐加热炉整体密封，罐内底部安装有耐热滚轮，料架推进时不受摩擦方便传动。水冷隔温段、预热段、升温段、保温段和水套冷却段均设置气氛进气管和气氛取样管，可以随时监控和调整各区域气氛状况，并通过设置的气体分析仪使得各段的气氛流量为20PPM。预热段和升温段均设置可调排气口19，对废气集中排放处理。

3、出料动作：

出料口气闸舱外舱11提前排空，当料架到达出料等待位9时，出料气闸舱的中间3号密封门10打开，料架被出料转移油缸16推送至出料气闸舱外舱11，关闭3号密封门10；3号密封门10关闭后，4号密封门12打开，出料油缸17将料架推出出料气闸舱外舱11；料架进入卸料输送带18进行卸料和料架重新装填，4号密封门12关闭密封，开始出料气闸舱外舱11排空，等待下一次出料动作。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (10)

1.一种连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线，其特征在于，包括进料输送带、出料输送带、进料气闸舱、加热炉和出料气闸舱；

进料气闸舱设置在加热炉的进料口处，出料气闸舱设置在加热炉的出料口处；

进料输送带连通进料气闸舱，进料输送带上设置进料等待位，进料等待位处设置进料气缸；

进料气闸舱上与进料输送带连通处设置1号密封门，进料气闸舱的舱内沿着进料方向依次设置进料气闸舱外舱和进料气闸舱过渡舱，进料气闸舱外舱对应连通进料输送带，进料气闸舱外舱和进料气闸舱过渡舱之间设置2号密封门；进料气闸舱外部设置进料转移油缸和主推油缸，进料转移油缸连通进料气闸舱外舱用于将位于进料气闸舱外舱内的料架推入进料气闸舱过渡舱内，主推油缸连通进料气闸舱过渡舱用于将位于进料气闸舱过渡舱内的料架推入加热炉的炉膛内；

进料气闸舱上与加热炉连通处设置进料隔热门；加热炉的进料口与加热炉体之间设置1号水冷套，此段为水冷隔温段；1号水冷套设置在加热炉壳体的外周围；

加热炉体的炉膛内沿着料架进料方向依次为预热段、升温段和保温段；

加热炉体与加热炉的出料口之间设置2号水冷套，此段为水套冷却段；2号水冷套设置在加热炉末端壳体的外周围；

出料气闸舱的舱内沿着出料方向依次设置出料气闸舱过渡舱和出料气闸舱外舱，出料气闸舱过渡舱对应连通加热炉的出料口，出料气闸舱过渡舱和出料气闸舱外舱之间设置3号密封门，出料气闸舱过渡舱内设置出料等待位；出料气闸舱外部设置出料转移油缸和出料油缸，出料转移油缸连通出料气闸舱过渡舱用于将位于出料气闸舱过渡舱内的料架推入出料气闸舱外舱，出料油缸连通出料气闸舱外舱用于将位于出料气闸舱外舱内的料架推入到出料输送带上；

出料气闸舱上与出料输送带的出料口设置4号密封门。

2.如权利要求1所述的连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线，其特征在于，生产线还包括装卸输送带，装卸输送带的两端分别连接进料输送带和出料输送带。

3.如权利要求1所述的连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线，其特征在于，加热炉为马弗罐加热炉。

4.如权利要求1所述的连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线，其特征在于，主推油缸每完成一次进料动作，料架向前推进一个料架位。

5.如权利要求1所述的连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线，其特征在于，水冷隔温段的壳体上设置冷凝水排出口，此段内的冷凝水通过水封阀经由冷凝水排出口排出。

6.如权利要求1或3所述的连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线，其特征在于，水冷隔温段、预热段、升温段、保温段和水套冷却段均设置气氛进气管和气氛取样管，并通过设置的气体分析仪使得各段的气氛流量为20PPM。

7.如权利要求6所述的连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线，其特征在于，预热段和升温段均设置可调排气口。

8.如权利要求1或3所述的连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线，其特征在于，加热炉体上设置微循环风机。

9.如权利要求1或3所述的连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线，其特征在于，加热炉的炉底设置滚轮。

10.如权利要求1所述的连续式磷酸铁锂高温煅烧气氛保护生产线，其特征在于，料架为多层匣钵堆叠料架。