CN116625110B - 一种窑内除氧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种窑内除氧方法，属于锂电负极材料制造技术领域，包括以下步骤：组装：将除氧装置连接到窑炉上；通气：除氧装置将燃气通过供气装置与氮气混合后，通入到窑炉内，排气装置打开，排出窑炉内的气体；除氧：点燃燃气，燃气与窑炉内的氧气发生燃烧反应，降低窑炉内的氧气含量，排气装置从窑炉的顶部排出空气，减少窑炉的氧气含量；封闭：根据氧气浓度分析仪得到的窑炉内的氧气浓度改变氮气和燃气的混合比例，提高氮气的供给量，持续发生燃烧反应，直至窑炉的氧气含量达到设定值，除氧装置和排气装置关闭，使窑炉封闭，燃烧和换气同时进行缩短降低窑炉内氧气含量的时间。
Description
技术领域
本发明涉及锂电负极材料制造技术领域，具体涉及一种窑内除氧方法。
背景技术
新能源汽车，包括纯电动汽车、燃料电池汽车和电动汽车，电动车使用动力锂离子电池提供驱动汽车的能量，锂电池负极材料由锂电辊道窑烧结而成，烧结负极材料的过程中需要用氮气保护烧结产品避免被氧化，这对窑炉内部的氧含量有要求，氧含量必须降低到一定标准以下才能够保证产品的性能合格，现在为保证氧含量符合要求，是在窑炉内通入一定量的氮气，再在顶部设置风机抽气，将窑炉内的含氧空气体由氮气置换出，这种方式具有以下缺点：首先炉膛的容积大，置换过程时间较长，一般为6-10小时，满足不了快速生产或转产的要求，其次是置换效果不理想，炉膛内气体一直处于流动状态，靠这种下部打入、上部抽出的形式很难在短时间内将气体含氧量降低到烧结工艺要求的水平，最后置换过程需要消耗大量的氮气，同时由于窑炉一直处于高温空炉的状态，也消耗了大量能源，耗费颇大，不满足节能环保的要求。
现有公布号为CN109441417A的专利申请公开了一种火驱油田生产井伴生气的除氧燃烧转化器，包括燃烧部，燃烧部能提供火驱油田生产井伴生气燃烧转化成热流体的燃烧转化空间，燃烧部上能拆卸地连通设置缓冲除氧装置，缓冲除氧装置能对热流体除氧处理；燃烧部的入口处设置伴生尾气进气喷嘴，燃烧部的出口外侧设置能监测热流体温度的入井流体温控单元，入井流体温控单元能根据热流体温度控制伴生尾气进气喷嘴的开度，该除氧转化器仅以燃烧反应去除气体中的氮气，去除氧气的效率低且未充分利用燃烧反应产生的热量，造成能源浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种窑内除氧方法，解决了现有辊道窑除氧气效率低和成本高的问题。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种窑内除氧方法，包括以下步骤：
S1.组装：将除氧装置连接到窑炉上；
S2.通气：所述除氧装置将燃气通过供气装置与氮气混合后，通入到所述窑炉内，排气装置打开，排出所述窑炉内的气体；
S3.除氧：点燃燃气，燃气与所述窑炉内的氧气发生燃烧反应，降低所述窑炉内的氧气含量，所述排气装置从所述窑炉的顶部排出空气，减少所述窑炉的氧气含量；
S4.封闭：根据氧气浓度分析仪得到的所述窑炉内的氧气浓度改变氮气和燃气的混合比例，提高氮气的供给量，持续发生燃烧反应，直至所述窑炉的氧气含量达到设定值，所述除氧装置和所述排气装置关闭，使所述窑炉封闭。
优选的，所述除氧装置包括燃气源、开关阀和控制器，所述除氧装置工作时，由所述控制器控制所述开关阀的启闭，由所述开关阀控制所述燃气源与所述供气装置的连通，向所述窑炉内供应燃气，用于置换和燃烧减少所述窑炉内的氧气，燃气源提供燃气混合到氮气中，一同进入到所述窑炉内，由燃气燃烧消耗氧气。
优选的，所述供气装置的一端与所述窑炉连通，另一端与所述除氧装置连通，所述排气装置设置在所述窑炉上，所述供气装置向所述窑炉内供应氮气，所述排气装置向上排出所述窑炉内的空气，用氮气置换掉所述窑炉内的气体，所述排气装置加快所述窑炉内气体的排出，降低所述窑炉内的气压。
优选的，所述除氧装置还包括流量阀，所述流量阀连接在所述开关阀与所述供气装置之间，所述控制器与所述流量阀电连接，所述控制器接收所述氧气浓度分析仪的数据，根据所述窑炉内的氧气浓度来控制所述流量阀的开度，根据所述窑炉内的氧气浓度高低来控制所述流量阀的开度大小，氧气浓度高时，提高进入到所述窑炉气体中燃气的占比，氧气浓度降低后，减少进入到所述窑炉气体中燃气的占比由所述控制器随时进行气体比例调节，保证燃烧反应的持续进行消耗大量的氧气。
优选的，所述除氧装置还包括单向阀，所述单向阀设置在所述供气装置和所述流量阀之间，所述单向阀抑制氮气流向所述燃气源，防止气体反冲和泄漏。
优选的，所述氧气浓度分析仪包括探针和分析仪本体，所述探针的一端伸入到所述窑炉内，另一端与所述分析仪本体相连，所述探针插入到所述窑炉进行氧气浓度检测，所述探针的测量参数传递到所述分析仪本体上，经过数值分析后将氧气浓度信息反馈到所述控制器上，为混合气体的比例提供实时参考数据。
优选的，所述排气装置包括排气管和抽风机，所述排气管的一端连通所述窑炉，另一端与所述抽风机相连，所述抽风机转动通过所述排气管从所述窑炉的顶部吸出空气，加速所述窑炉内的气体置换，缩短所述窑炉内的除氧耗时。
优选的，在所述窑炉内还装有加热器，所述加热器包括多根加热元件，多根所述加热元件穿透所述窑炉设置，所述加热元件向所述窑炉内传递热量提高温度，燃气与氧气在高温下发生燃烧反应，减少所述窑炉内氧气含量，利用所述窑炉内的加热元件点燃，降低改造成本。
优选的，所述除氧装置可拆卸连接在所述窑炉上，所述除氧装置通过管道连接到所述供气装置上，供应燃气，所述氧气浓度分析仪插接到所述窑炉上，使用时可以快速拆装，使得该除氧装置可以用于多个所述窑炉除氧使用。
优选的，所述除氧装置还包括点火器，所述点火器设置在所述窑炉内，且靠近所述供气装置的排气端，所述点火器直接在所述窑炉内点燃燃气，扩大所述除氧装置的使用场合。
本发明的有益效果为：
(1)该窑内除氧方法通过同时窑炉内通往氮气和燃气，氮气置换窑炉内的含氧气体，燃气与氧气发生燃烧反应降低窑炉内氧气含量，提高氧气的去除效率，同时燃烧反应产生的热量可以提高窑炉内的温度，满足烧结锂电池负极材料的要求，降低了能源的消耗，在通气的过程中，由抽风机向外抽出含氧空气，进一步提高了除氧效率。
(2)该窑内除氧方法中的窑炉上装有除氧装置，除氧装置原有的供气装置相连，除氧装置包括燃气源、开关阀、氧气浓度分析仪和控制器，氧气浓度分析仪与窑炉相连，可以实时监测到窑炉内的氧气浓度，控制器与氧气浓度分析仪相连，可以根据氧气浓度调节供给的燃气量的多少，通过调节供给的氮气与氧气的比例充分对窑炉内氧气进行去除，而不浪费燃气，在窑炉上还装有排气装置，供气装置由窑炉的底部充气，排气装置将窑炉内的含氧气体抽出，提高窑炉内氧气的去除效率，同时燃烧反应产生的热量能够对窑炉进行升温，充分利用燃气的热量，减少能源的消耗，燃烧反应发生迅速可以快速的降低氧气的含量。
(3)该窑内除氧装置上设有流量阀和单向阀，流量阀和单向阀设置在供气装置和开关阀之间，流量阀受控制器的控制，可以准确的向窑炉内提供燃气，单向阀可以防止氮气反冲，保证向窑炉内供气的稳定性，控制器通过PID调节，准确的控制气体的通入，使燃烧反应始终处于能够充分反应的区间，防止燃烧不充分产生其它杂质气体。
附图说明
图1为本发明提供的窑内除氧方法的流程图；
图2为本发明提供的窑内除氧方法的中除氧装置的示意图；
图3为本发明提供除氧装置的结构图；
图4为实施例二提供的除氧装置的结构图。
附图标记：
1、燃气源；2、开关阀；3、流量阀；4、单向阀；5、供气装置；6、进气管；7、炉膛；71、进气口；72、排气口；73、观察窗；8、加热器；9、窑炉；10、排气装置；11、氧气浓度分析仪；111、探针；112、分析仪本体；12、控制器；13、点火器；14、炉门；15、除氧装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1-图4所示，本发明公开了一种窑内除氧方法，包括以下步骤：
S1.组装：将除氧装置15连接到窑炉9上；
S2.通气：除氧装置15将燃气通过供气装置5与氮气混合后，通入到窑炉9内，排气装置10打开，排出窑炉9内的气体；
S3.除氧：点燃燃气，燃气与窑炉9内的氧气发生燃烧反应，降低窑炉9内的氧气含量，排气装置10从窑炉9的顶部排出空气，减少窑炉9的氧气含量；
S4.封闭：根据氧气浓度分析仪11得到的窑炉9内的氧气浓度改变氮气和燃气的混合比例，提高氮气的供给量，持续发生燃烧反应，直至窑炉9的氧气含量达到设定值，除氧装置15和排气装置10关闭，使窑炉9封闭。
其中，控制器12是PID控制器，PID控制器是可以把收集到的数据和一个预先设定的参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，使系统更加准确和稳定，使得燃气的供给稳定而准确，保证燃烧反应连续进行，快速消耗窑炉9内的氧气。
优选的，除氧装置15包括燃气源1、开关阀2和控制器12，除氧装置15工作时，由控制器12控制开关阀2的启闭，由开关阀2控制燃气源1与供气装置5的连通，向窑炉9内供应燃气，用于置换和燃烧减少窑炉9内的氧气。
优选的，供气装置5的一端与窑炉9连通，另一端与除氧装置15连通，排气装置10设置在窑炉9上，供气装置5向窑炉9内供应氮气，排气装置10向上排出窑炉9内的空气，用氮气置换掉窑炉9内的气体，氮气在烧结电极材料时起保护电极防止氧化的作用，提高烧结的成品率。
优选的，除氧装置15还包括流量阀3，流量阀3连接在开关阀2与供气装置5之间，控制器12与流量阀3电连接，控制器12接收氧气浓度分析仪11的数据，根据窑炉9内的氧气浓度高低来控制流量阀3的开度大小，氧气浓度高时，提高进入到窑炉9气体中燃气的占比，氧气浓度降低后，减少进入到窑炉9气体中燃气的占比，调节进入到窑炉9气体的氮气和氧气比例。
优选的，除氧装置15还包括单向阀4，单向阀4设置在供气装置5和流量阀3之间，单向阀4抑制氮气流向燃气源1。
优选的，氧气浓度分析仪11包括探针111和分析仪本体112，探针111的一端伸入到窑炉9内，另一端与分析仪本体112相连，探针111插入到窑炉9进行氧气浓度检测，探针111的测量参数传递到分析仪本体112上，经过数值分析将氧气浓度信息反馈到控制器12上，探针111与分析仪本体112可分离，方便除氧装置15对接到多个锂电辊道窑使用，降低使用成本。
优选的，排气装置10包括排气管和抽风机，排气管的一端连通窑炉9，另一端与抽风机相连，抽风机转动通过排气管从窑炉9的顶部吸出空气，加速窑炉9内的气体置换，排气管安装在窑炉9的顶部，抽风机是离心风机抽吸力强，可以将窑炉9内的空气从顶部快速抽出，保证窑炉9内气压平衡。
优选的，在窑炉9内还装有加热器8，加热器8包括多根加热元件，多根加热元件穿透窑炉9设置，加热元件向窑炉9内传递热量提高温度，燃气与氧气在高温下发生燃烧反应，减少窑炉9内氧气含量，加热器8向窑炉9内提供热量，用于加热锂电池负极材料，同时利用加热器8的热量直接点燃除氧装置15提供的燃气，充分利用窑炉9内的原有装置，降低对锂电辊道窑的改造成本，使用除氧装置15的辊道窑可以在四个小时内将窑内的氧气含量下降至20ppm以下，燃气的成本也低于氮气的制备成本，降低了烧结锂电池负极材料的成本。
优选的，除氧装置15可拆卸连接到窑炉9上，除氧装置15通过管道连接到供气装置5上，供应燃气，氧气浓度分析仪11插接到窑炉9上，使用时可以快速拆装，除氧装置15可连接到不同辊道窑或者安装到辊道窑内的不同位置使用，降低其使用成本的同时，缩短了辊道窑的转产时间。
其中，供气装置5的一端与窑炉9连通，另一端与除氧装置15连通，排气装置10设置在窑炉9上，除氧装置15包括燃气源1、开关阀2、氧气浓度分析仪11和控制器12，燃气源1通过开关阀2与供气装置5相连，控制器12分别与开关阀2和氧气浓度分析仪11相连，氧气浓度分析仪11设置在窑炉9上且与控制器12电连接，控制器12接收到的氧气浓度分析仪11的数据控制开关阀2及供气装置5的气体混合比例，利用窑炉9内的加热器8点燃气体进行燃烧反应配合氮气及排气装置10对窑炉9内的气体进行置换，双管齐下快速降低窑炉9内的氧气含量，同时利用燃烧发出的热量维持窑炉9内的温度，使得窑炉9进行除氧后能够立即投入到锂电池负极材料的生产。
优选地，氧气浓度分析仪11包括探针111和分析仪本体112，探针111的一端伸入到窑炉9内，另一端与分析仪本体112相连，优选地，控制器12是PID控制器，PID控制器是可以把收集到的数据和一个预先设定的参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，使系统更加准确和稳定，使得燃气的供给稳定而准确，保证燃烧反应连续进行，快速消耗窑炉9内的氧气。
优选地，供气装置5可向窑炉9内通入氮气或者其它惰性气体，用于置换窑炉9内的氧气，利用氮气或惰性气体来保护锂电池的负极材料，提高生产的成品率。
该窑内除氧方法的详细工作过程如下：
将除氧装置15上的氧气浓度分析仪11的探针111穿过窑炉9的侧壁伸入到窑炉9中，再将燃气源1通过开关阀2与供气装置5相连，连接完成后，封闭窑炉9，由加热器8将炉窑炉9内的温度升高到800℃以上，控制器12打开开关阀2将燃气源1内经过调压后，压强为0.2Mpa的燃气通入到供气装置5中，燃气与氮气进行混合后送入到窑炉9内，混合气体经过加热器8的升温后与窑炉9内的氧气发生燃烧反应，此时排气装置10打开，向外抽出窑炉9内的气体，氧气浓度分析仪11检测到窑炉9内的氧气浓度降低后，反馈到控制器12，由控制器12控制流量阀3的开度从而控制燃气与氮气的混合比例，通过实时调整燃气的通入量，保证窑炉9内燃烧反应的充分发生，迅速降低窑炉9内的氧气含量，当氧气浓度分析仪11检测窑炉9内的氧气含量到达设定数值时，控制器12输出信号关闭开关阀2，达到快速降低窑炉9内氧气含量的目的，完成窑炉9内的氧气去除后，断开除氧装置15与窑炉9的连接。
实施例二
如图3和图4所示，参见实施例一相同特征不再赘述，其不同之处在于：该窑内除氧方法中的除氧装置15还包括点火器13和炉膛7，点火器13设置在窑炉9或者炉膛7内，且靠近供气装置5的排气端，点火器13与控制器12电连接，点火器13与供气装置5的进气管6在炉膛7内的出口端平齐，在点火器13与进气管6的端部设有一挡片，进气管6中的燃气经过进气口71进入到炉膛7内碰撞到挡片后与窑内的氧气混合后由点火器13点燃，窑内的气体在进气的压力作用下由排气口72向外排出，锂电辊道窑的两端未安装加热器8，带有点火器13的除氧装置15可以安装到锂电辊道窑内的两端或者其它场合进行除氧使用，锂电辊道窑内安装多个除氧装置15进行分段除氧，提高窑内的除氧效率。
优选地，在窑炉9或者炉膛7的侧壁上还设有观察窗73，炉膛7的一侧装有炉门14，观察窗73可以直接观测到燃气的燃烧效果，保证燃气除氧的安全性。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对于本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种窑内除氧方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.组装：将除氧装置(15)连接到窑炉(9)上；
S2.通气：所述除氧装置(15)将燃气通过供气装置(5)与氮气混合后，通入到所述窑炉(9)内，排气装置(10)打开，排出所述窑炉(9)内的气体；
S3.除氧：点燃燃气，燃气与所述窑炉(9)内的氧气发生燃烧反应，降低所述窑炉(9)内的氧气含量，所述排气装置(10)从所述窑炉(9)的顶部排出空气，减少所述窑炉(9)的氧气含量；
S4.封闭：根据氧气浓度分析仪(11)得到的所述窑炉(9)内的氧气浓度改变氮气和燃气的混合比例，提高氮气的供给量，持续发生燃烧反应，直至所述窑炉(9)的氧气含量达到设定值，所述除氧装置(15)和所述排气装置(10)关闭，使所述窑炉(9)封闭。
2.根据权利要求1所述的窑内除氧方法，其特征在于：
所述除氧装置(15)包括燃气源(1)、开关阀(2)和控制器(12)，所述除氧装置(15)工作时，由所述控制器(12)控制所述开关阀(2)的启闭，由所述开关阀(2)控制所述燃气源(1)与所述供气装置(5)的连通，向所述窑炉(9)内供应燃气，用于置换和燃烧减少所述窑炉(9)内的氧气。
3.根据权利要求2所述的窑内除氧方法，其特征在于：
所述供气装置(5)的一端与所述窑炉(9)连通，另一端与所述除氧装置(15)连通，所述排气装置(10)设置在所述窑炉(9)上，所述供气装置(5)向所述窑炉(9)内供应氮气，所述排气装置(10)向上排出所述窑炉(9)内的空气，用氮气置换掉所述窑炉(9)内的气体。
4.根据权利要求3所述的窑内除氧方法，其特征在于：
所述除氧装置(15)还包括流量阀(3)，所述流量阀(3)连接在所述开关阀(2)与所述供气装置(5)之间，所述控制器(12)与所述流量阀(3)电连接，所述控制器(12)接收所述氧气浓度分析仪(11)的数据，根据所述窑炉(9)内的氧气浓度高低来控制所述流量阀(3)的开度大小，氧气浓度高时，提高进入到所述窑炉(9)气体中燃气的占比，氧气浓度降低后，减少进入到所述窑炉(9)气体中燃气的占比。
5.根据权利要求4所述的窑内除氧方法，其特征在于：
所述除氧装置(15)还包括单向阀(4)，所述单向阀(4)设置在所述供气装置(5)和所述流量阀(3)之间，所述单向阀(4)抑制氮气流向所述燃气源(1)。
6.根据权利要求5所述的窑内除氧方法，其特征在于：
所述氧气浓度分析仪(11)包括探针(111)和分析仪本体(112)，所述探针(111)的一端伸入到所述窑炉(9)内，另一端与所述分析仪本体(112)相连，所述探针(111)插入到所述窑炉(9)进行氧气浓度检测，所述探针(111)的测量参数传递到所述分析仪本体(112)上，经过数值分析后将氧气浓度信息反馈到所述控制器(12)上。
7.根据权利要求6所述的窑内除氧方法，其特征在于：
所述排气装置(10)包括排气管和抽风机，所述排气管的一端连通所述窑炉(9)，另一端与所述抽风机相连，所述抽风机转动通过所述排气管从所述窑炉(9)的顶部吸出空气，加速所述窑炉(9)内的气体置换。
8.根据权利要求7所述的窑内除氧方法，其特征在于：
在所述窑炉(9)内还装有加热器(8)，所述加热器(8)包括多根加热元件，多根所述加热元件穿透所述窑炉(9)设置，所述加热元件向所述窑炉(9)内传递热量提高温度，燃气与氧气在高温下发生燃烧反应，减少所述窑炉(9)内氧气含量。
9.根据权利要求1-8任一项所述的窑内除氧方法，其特征在于：
所述除氧装置(15)可拆卸连接在所述窑炉(9)上，所述除氧装置(15)通过管道连接到所述供气装置(5)上，供应燃气，所述氧气浓度分析仪(11)插接到所述窑炉(9)上，使用时可以快速拆装。
10.根据权利要求1所述的窑内除氧方法，其特征在于：
所述除氧装置(15)还包括点火器(13)，所述点火器(13)设置在所述窑炉(9)内，且靠近所述供气装置(5)的排气端，所述点火器(13)直接在所述窑炉(9)内点燃燃气。
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