CN105758170A - 一种间歇式锂电材料烧结炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种间歇式锂电材料烧结炉，包括温控系统、进气系统、排气系统、稳压系统及保温系统。具体，其烧结炉主体由复合式耐火砖及钢结构整体焊接而成。其加热系统由40组加热模组及16个热电偶组成；其排气系统由12支排气支管及1支主排气主管组成，并连接至炉体顶部；其稳压系统设计为无内胆保压系统，首先全炉的钢结构密封处采用密封焊接，形成密闭空间，杜绝气体泄漏；其保温系统设计为炉膛保温复合式耐火砖结构、钢结构整体密焊，实现保温要求；炉体左右壁各配备6个氧浓度测试探头，实现对炉内氧浓度监控。

Description

一种间歇式锂电材料烧结炉
技术领域
本发明涉及锂电池材料(正极)磷酸铁锂的焙烧技术领域，具体涉及一种间歇式锂电材料烧结炉
背景技术
目前国内锂电材料的烧结设备主要采用连续式烧结炉，分为推板式和辊道式两种炉型。两种炉型皆为动态型烧结设备，在密封效果、气氛保护、产出量上都存在很大局限、在单位能耗上也很高，不符合国家节能减排的大政方针，该种传统炉型亦存在设备故障维护困难，占地面积过大等诸多弊端，另外其设备成本较高。
发明内容
发明目的：为解决上述技术问题，设计一种无内胆间歇式锂电材料烧结炉，在满足密封效果、气氛保护、高温煅烧的前提下实现产能提升及节约能耗；
技术方案：本发明公开了一种间歇式锂电材料烧结炉，其采用无内胆结构，烧结炉包括温控系统、进气系统、排气系统、保压系统及保温系统。烧结炉主体由复合式耐火砖及钢结构整体焊接而成，其炉膛保温采用复合式耐火砖(内膛砖(1)+保温棉(2)+保温板(21))结构，其外壁由钢结构整体密焊，炉体具备能够满足工艺需求的保温功能；进一步，发明烧结炉具备温控能力，温控系统包含设计在炉壁上的40组加热模组(4)，并由引出线(3)链接至主控电脑，实现对炉体加热，最高温度可达950℃，另包含16个热电偶(5)，实现对炉内温度监控，并通过主控程序实现对炉内温度调整，以保障炉内温度根据设定的温度曲线工作；
进一步，发明烧结炉包含进气系统，进气系统设计在炉体底部，并从炉膛底部充入炉膛，其配置1套￠200mm304不锈钢总进气管(8)，总进气管与炉体间配有15套不锈钢￠25mm321支气管(6)，以实现对炉体均匀通氮气，保障炉内气体环境；另外炉体配备气压表(20)并通过设计在支每根气管上配有气体流量计(量程：15m3/h)、减压阀(7)(0～0.6MPa压力可调)对炉体气压进行监控、调节，以满足工艺过程对炉体气压要求；进一步，发明烧结炉包含排气系统，排气系统设计在炉体顶部，其配置12只￠100mm321支气管(9)、12支排气支管连至DN200mm321排气主管(11)，另配置变频控制耐高温风机(最大风量＞800m3/h、全压大于1000Pa)，排风系统配合进气系统完成工艺前对炉内气体置换及工艺结束的降温过程，同时风机进口安装密封手扳蝶阀，以实现对排气速度的手动调节；
进一步，发明烧结炉具备稳压能力，稳压系统设计为无内胆稳压系统，首先全炉的钢结构密封处采用密封焊接，形成密闭空间，杜绝气体泄漏，其次在外接元件引出线(18)处设计有密封圈套件(图7)，该套件采用夹心式耐高温橡胶环(16)压实接口设计，在橡胶环与炉壁间垫有硅胶片(15)并以螺栓(19)拧紧，另外外接原件引出线与碳钢冲压板(17)密焊，并将碳钢冲压板(17)与夹心式高温橡胶环(16)使用螺栓(19)拧紧，实现密封，同时设备配备气压表(20)，实现对炉内压强监控，并通过主控程序及进气系统实现对炉内压强的调节，实现炉内稳压；
更进一步，所述保压系统在炉门与炉体密封时，通过压紧螺母(12)，使炉门框上配备的石棉绳(13)及耐高温硅胶(14)与炉外壁密压，实现炉门密封；
更进一步，侧壁各配备6个氧浓度测试探头(11)，以检测炉内氧气浓度及氮气纯度，从而满足工艺需求，防止锂电材料在烧结过程中产生氧化。
有益效果：无内胆设计，在满足密封保温、保压的同时降低设备成本，间歇式(箱式)炉体设计包括温控系统、进气系统、排气系统、保压系统及保温系统，相较传统推板式和辊道式两种炉型其能耗明显降低，同时节约人工成本及设备占地面积。
附图说明
图1为本发明所述间歇式烧结炉的正面示意图；
图2为本发明所述间歇式烧结炉的侧面示意图面示意图；
图3为本发明所述间歇式烧结炉的进气管路面示意图；
图4为本发明所述间歇式烧结炉的排气管路俯视图；
图5为本发明所述间歇式烧结炉炉门拧紧螺丝设计面示意图；
图6为本发明所述间歇式烧结炉炉门外框密封设计面示意图；
图7为本发明所述间歇式烧结炉的外接器件引出线密封套件面示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术工艺过程进行详细说明，但发明内容不限于所说实施案例。
实施例一
本发明公开了一种间歇式锂电材料烧结炉，包括温控系统、进气系统、排气系统、稳压系统及保温系统。具体，其烧结炉主体由复合式耐火砖(内膛砖(1)+保温棉(2)+保温板(21))及钢结构整体焊接而成。其加热系统由40组加热模组(4)及16个热电偶(5)组成，并镶嵌在炉体四个侧壁上；其进气系统由1支不锈钢主进气管(8)、15支不锈钢支气管(6)、气体流量计、减压阀(7)及出气管，并由炉膛底部充入炉膛；其出气系统由12支排气支管(9)及1支主排气主管(10)组成，并连接至炉体顶部；其稳压系统设计为无内胆保压系统，首先全炉的钢结构密封处采用密封焊接，形成密闭空间，杜绝气体泄漏，其次在外接元件引出线与炉体衔接处设计有密封圈套件(图7)，杜绝炉内气氛的流失，该套件采用夹心式耐高温橡胶环件(16)压实接口处，并以螺栓(19)拧紧，实现密封，同时设备配备气压表(20)，实现对炉内压强监控，并通过主控程序及进气系统实现对炉内压强的调节，实现炉内稳压；其保温系统设计为无内胆保温系统，炉膛保温采用复合式耐火砖(内膛砖(1)+保温棉(2)+保温板(21))结构、钢结构整体密焊，实现保温要求。
实施例二
本发明属一种间歇式锂电材料烧结炉，其采用无内胆结构，包括温控系统、进气系统、排气系统、保压系统及保温系统，能够满足锂电池正电极烧结工艺对温度、气压、炉体氮气纯度的需求。工艺开始前炉体处于常温状态，将锂电池材料(正极)磷酸铁锂移至烧结炉内，关上炉门，并拧紧螺母(12)，使炉门框上配备的石棉绳(13)及耐高温硅胶(14)与炉外壁密压，实现炉门密封；之后通过主气管路(8)及支气管(6)向炉内通入氮气，同时通过支排气管(9)及主排气管(10)进行排气，对炉内空气以氮气置换，待炉内氧浓度达到工艺要求(炉内氧含量≤11ppm)，烧结炉按照工艺设计的温度曲线通过设计在炉壁上的40组加热模组(4)进行加热，最高工作温度950度，同时排气系统关闭；工艺过程中炉体通过设计在炉体左右侧壁上的16个热电偶(5)对炉内温度进行监控，并通过主控程序实现对炉内温度调整，以保障炉内温度根据设定的温度曲线工作；另外工艺过程中炉体通过气压表(20)实现对炉内压强监控，并通过主控程序及进气系统实现对炉内压强的调节，实现炉内稳压；工艺时间约40小时，待工艺结束设备停止加热，同时开启排气系统，并增加进气量，对炉体及产品进行降温，当温度接近室温后开启炉门，取出产品。
实施例三
此发明可根据产品需求设置不同工艺温度曲线及炉内压强，经过调试后此发明设备在产线进行数月验证，并与续式烧结炉设计对比试验，试验安排如下：
首先，通过分选方式选取相同原材料各10吨；
其次，分别在续式烧结炉及发明的箱式(间歇式)烧结炉进行烧结；
再次，试验过程中收集能耗、产能及工时数据；
对比数据如下：
名称 箱式(间歇式)烧结炉 原有设备(推板窑)
每吨产品耗电量 2200度 3000度
月产量 21吨 25吨
投资成本 原有设备三分之一 现价
人工成本 2个工/吨 4个工/吨
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (9)

1.一种间歇式锂电材料烧结炉，其特征在于：其采用无内胆箱式结构，烧结炉包括温控系统、进气系统、排气系统、稳压系统及保温系统。
2.根据权利要求1所述的间歇式锂电材料烧结炉，其特征在于：烧结炉主体由复合式耐火砖及钢结构整体焊接而成，其炉膛保温采用复合式耐火砖(内膛砖(1)+保温棉(2)+保温板(21))结构，其外壁由钢结构整体密焊，炉体具备能够满足工艺需求的保温功能(炉壁温度≤室温+25度)。
3.根据权利要求1所述的间歇式锂电材料烧结炉，其特征在于：所述温控系统包含设计在前后左右炉壁上的40组加热模组(4)，并由引出线(3)链接至主控电脑，实现对炉体加热，最高温度可达950℃，另外炉体左右侧壁上设计16个热电偶(5)，实现对炉内温度监控，并通过主控程序实现对炉内温度调整，以保障炉内温度根据设定的温度曲线工作。
4.根据权利要求1所述的间歇式锂电材料烧结炉，其特征在于：所述进气系统设计在炉体底部，并从炉膛底部充入炉膛，其配置1套￠200mm304不锈钢主气管(8)，主气管与炉体间配有15套不锈钢￠25mm321支气管(6)，每支进气管分20个点出气，以实现对炉体均匀通氮气，保障炉内气体环境；另外炉体配备气压表(20)，实现对炉内气压的监控，并通过设计在支每根气管上配有气体流量计(量程：15m3/h)、减压阀(7)(0～0.6MPa实现对炉内气压的监控压力的调节，以满足工艺过程对炉体气压要求。
5.根据权利要求1所述的间歇式锂电材料烧结炉，其特征在于：所述排气系统设计在炉体顶部，其配置12只￠100mm321支气管(9)、12支排气支管连至DN200mm321排气主管(11)，另配置变频控制耐高温风机(最大风量＞800m3/h、全压大于1000Pa)，排风系统配合进气系统完成工艺前对炉内气体置换及工艺结束的降温过程，同时风机进口安装硬密封手扳蝶阀，以实现对排气速度的手动调节。
6.根据权利要求1所述的间歇式锂电材料烧结炉，其特征在于：所述保压系统设计为无内胆保压系统，首先全炉的钢结构密封处采用密封焊接，形成密闭空间，杜绝气体泄漏，其次在外接元件引出线(18)(外接原件引出线包括热电偶引出线、氧浓度测试探头引出线、加热模组引出线等)处设计有密封圈套件(图7)，该套件采用夹心式高温橡胶环(16)压实接口设计，在橡胶环与炉壁间垫有硅胶片(15)并以螺栓(19)拧紧，另外接原件引出线与碳钢冲压板(17)密焊，并将碳钢冲压板(17)与夹心式高温橡胶环(16)使用螺栓(19)拧紧，以实现外接原件引出线处的密封。
7.根据权利要求1所述的间歇式锂电材料烧结炉，其特征在于：所述稳压系统在炉门与炉体密封时，通过拧紧螺母(12)，使炉门框上配备的石棉绳(13)及耐高温硅胶(14)与炉外壁密压，实现炉门密封。
8.根据权利要求1所述的间歇式锂电材料烧结炉，其特征在于：设备左右侧壁各配备6个氧浓度测试探头(11)，以检测炉内氧气浓度，从而满足工艺需求，确保锂电材料在焙烧过程中不发生氧化。
9.根据权利要求1所述的间歇式锂电材料烧结炉，其特征在于：可根据产品需求设置不同工艺温度曲线及炉内压强。
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