CN117268094B - 一种真空回转炉气氛系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高温气氛回转炉技术领域，具体公开了一种真空回转炉气氛系统，包括：设置在炉体内的转动炉管，其两端通过密封装置分别与气氛进气管和气氛排气管连接；所述密封装置外侧设有密封气罩，所述密封气罩内通入保护气氛，在密封装置发生泄漏时，密封气罩内的保护气氛替代空气定量泄漏进转动炉管内。通过向密封气罩内持续通入保护气氛，使得在密封装置密封失效发生泄漏时，保护气氛代替空气泄漏至转动炉管内，防止空气进入至转动炉管，提升物料烧结的合格率，有效避免转动炉管发生爆炸的情况，提升生产安全性。

Description

一种真空回转炉气氛系统

技术领域

本发明涉及高温气氛回转炉技术领域，更具体地说，本发明涉及一种真空回转炉气氛系统。

背景技术

一些锂电池材料在高温烧结时，需要在真空的环境下进行，工作时打入反应气氛（多为有机气体：甲烷、乙炔、天然气等）对物料进行高温烧结，锂电池材料高温烧结反应对气氛纯度要求分非常高，炉内气氛中不能有空气和氧气等活性气体，需要打入惰性保护气体和反应所需的反应气体，从而将其他气氛排出，十分考验真空密封性能。

真空状态下需要密封装置有非常好的密封效果，否则空气就会泄漏进炉内，影响物料合格率，更严重的会发生爆炸。同时，反应时对真空压力的波动范围要求也非常严格，需要控制好气氛的打入量。反应环境需要达到一定的真空度，对密封要求非常高，转动炉管旋转时，其两端的真空机械密封装置存在泄漏风险，以及高真空度状态下，密封材质可能会有气透性，造成空气进入炉内，影响物料反应。

因此，有必要提出一种真空回转炉气氛系统，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种真空回转炉气氛系统，包括：设置在炉体内的转动炉管，其两端通过密封装置分别与气氛进气管和气氛排气管连接；所述密封装置外侧设有密封气罩，所述密封气罩内通入保护气氛，在密封装置发生泄漏时，密封气罩内的保护气氛替代空气定量泄漏进转动炉管内；

所述气氛排气管的尾端依次连接有冷却器、集尘器、真空泵、尾气成分检测装置、尾气处理装置；

所述尾气成分检测装置用于检测反应气氛的第一浓度以及保护气氛的第二浓度并反馈给控制模块，通过控制模块将第一浓度与第一预设浓度进行比较，将第二浓度与第二预设浓度进行比较，依据比较结果增加或减小反应气氛和保护气氛的通入量。

优选的是，所述密封气罩上分别设有密封进气管和密封排气管，所述密封进气管与保护气氛源连接，所述密封排气管上设有排气阀；在向密封气罩内通入保护气氛的初始时刻，打开排气阀，将密封气罩内的空气排出，空气排出后关闭排气阀。

优选的是，反应气氛源通过设置有反应气氛流量计和反应气氛阀的第一进气管连接到气氛进气管，保护气氛源通过设置有保护气氛流量计A和保护气氛阀A的第二进气管连接到气氛进气管；

位于转动炉管前端的密封进气管上设有保护气氛流量计B和保护气氛阀B，位于转动炉管尾端的密封进气管上设有保护气氛流量计C和保护气氛阀C。

优选的是，所述保护气氛流量计B和保护气氛流量计C分别用于检测两个密封进气管内是否有保护气氛流量并反馈给控制模块进行判断；

若检测到密封进气管内无保护气氛流量，则对应的密封装置未发生泄漏；若检测到密封进气管内有保护气氛流量，则对应的密封装置发生泄漏，然后将两个密封装置泄漏的保护气氛流量之和与预设泄漏量进行比较；

若泄漏的保护气氛流量之和大于预设泄漏量，则通过控制模块控制转动炉管停机；若泄漏的保护气氛流量之和小于预设泄漏量，则通过控制模块减小保护气氛阀A的开度，使泄漏的保护气氛流量之和加上保护气氛流量计A检测的通入的保护气氛流量的总量，与转动炉管内反应所需的预设保护气氛总量相同。

优选的是，所述预设泄漏量为真空泵工作时，对转动炉管的排气量。

优选的是，所述密封气罩上还设有压力检测器，用于检测密封气罩内的压力并反馈给控制模块，通过控制模块判断密封气罩内的压力与当前大气压力的压力差值是否大于预设压差，若压力差值大于预设压差，则密封气罩内通入的保护气氛满足工作要求，若压力差值小于预设压差，则通过控制模块依据保护气氛流量计B或保护气氛流量计C检测到的泄漏的保护气氛流量，来增加保护气氛阀B或保护气氛阀C的开度。

优选的是，还包括：泄漏补偿预警模块，用于监测尾气成分检测装置检测的第一浓度和第二浓度的变化情况；若在预设时间段内检测到第二浓度持续下降，且第一浓度未发生变化时，则判断密封装置与密封气罩的连接处发生泄漏，依据第二浓度下降的变化速率通过控制模块增加保护气氛阀A的开度，对通入至转动炉管内保护气氛流量的总量进行补偿，使尾气成分检测装置检测的第二浓度满足第二预设浓度，并同时通过泄漏补偿预警模块发出预警提示。

优选的是，所述密封排气管上还设有氧气浓度检测器，用于检测密封气罩内的空气是否完全排出。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

本发明所述的真空回转炉气氛系统通过向密封气罩内持续通入保护气氛，使得在密封装置密封失效发生泄漏时，保护气氛代替空气泄漏至转动炉管内，防止空气进入至转动炉管，提升物料烧结的合格率，有效避免转动炉管发生爆炸的情况，提升生产安全性。

本发明所述的真空回转炉气氛系统，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明所述的真空回转炉气氛系统的整体结构示意图；

图2为本发明所述的真空回转炉气氛系统中位于转动炉管前端的结构示意图；

图3为本发明所述的真空回转炉气氛系统中位于转动炉管尾端的结构示意图；

图4为图1中的A处放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本发明提供了一种真空回转炉气氛系统，包括：设置在炉体3内的转动炉管4，其两端通过密封装置5分别与气氛进气管6和气氛排气管7连接；所述密封装置5外侧设有密封气罩8，所述密封气罩8内通入保护气氛，在密封装置5发生泄漏时，密封气罩8内的保护气氛替代空气定量泄漏进转动炉管4内。

气氛进气管6用于通入反应所需要的反应气氛和保护气氛，气氛排气管7用于排出反应后的废气；转动炉管4的两端通过设有的密封装置5进行密封，使对转动炉管4抽真空时，其内部能够达到真空条件，转动炉管4工作时旋转，气氛进气管6和气氛排气管7为固定状态，密封装置5对转动炉管4与气氛进气管6以及气氛排气管7之间进行旋转密封，两个密封气罩8分别密封固定套接在气氛进气管6和气氛排气管7的外侧，且密封气罩8与密封装置5旋转密封连接；

在转动炉管4工作时，密封气罩8内持续通入有保护气氛，这样密封装置5密封失效而发生泄漏时，达到一定真空条件的转动炉管4内的气压小于密封气罩8内的气压，从而使得密封气罩8内持续通入的保护气氛会泄漏至转动炉管4内。

通过向密封气罩8内持续通入保护气氛，使得在密封装置5密封失效发生泄漏时，保护气氛代替空气泄漏至转动炉管内，防止空气进入至转动炉管4，提升物料烧结的合格率，有效避免转动炉管4发生爆炸的情况，提升生产安全性。

如图1所示，在一个实施例中，所述气氛排气管7的尾端依次连接有冷却器9、集尘器10、真空泵11、尾气成分检测装置12、尾气处理装置13。

转动炉管4通过真空泵11向外排出废气，真空泵11即为抽气泵，其具有进气端和出气端，在工作时，真空泵11的进气端处形成负压，且进气端与集尘器10连通，真空泵11出气端处形成正压，且出气端与尾气成分检测装置12连通，能够将转动炉管4内的废气抽出，以使转动炉管4内达到一定的真空度，排出的废气为高温气体，气体中混合着材料粉末，废气通过冷却器9进行降温，通过集尘器10进行除尘处理，然后再进入至真空泵11，防止高温废气对真空泵11造成损坏（真空泵11若是损坏，则转动炉管4内的废气无法排出），真空泵11之后设置的尾气成分检测装置12能够对废气中的气体成分进行检测，最后废气经过尾气处理装置13处理完后，便可进行排放；

尾气成分检测装置12主要是对转动炉管4内烧结所需要的反应气氛和保护气氛的浓度进行检测，在理论上，反应气氛应该在转动炉管4内被反应完的，而在尾气成分检测装置12内是无法检测出的，而实际上，为了保证转动炉管4内物料反应充分，反应气氛会有剩余，因此，在尾气成分检测装置12内会检测到反应气氛。

进一步地，所述尾气成分检测装置12用于检测反应气氛的第一浓度以及保护气氛的第二浓度并反馈给控制模块，通过控制模块将第一浓度与第一预设浓度进行比较，将第二浓度与第二预设浓度进行比较，依据比较结果增加或减小反应气氛和保护气氛的通入量。

控制模块中存储有反应气氛的第一预设浓度以及保护气氛的第二预设浓度，在转动炉管4内进行反应时，通过尾气成分检测装置12实时监测排出的反应气氛的第一浓度以及保护气氛的第二浓度并反馈给控制模块，若第一浓度大于或小于第一预设浓度，则通过控制模块实时控制反应气氛的通入量减小或增加，若第二浓度大于或小于第二预设浓度，则通过控制模块实时控制保护气氛的通入量减小或增加，以使得第一浓度维持在第一预设浓度，第二浓度维持在第二预设浓度，在进行调节时，应保证反应气氛和保护气氛通入至转动炉管4内的比例不发生变化。

如图2所示，在一个实施例中，所述密封气罩8上分别设有密封进气管和密封排气管，所述密封进气管与保护气氛源2连接，所述密封排气管上设有排气阀22；在向密封气罩8内通入保护气氛的初始时刻，打开排气阀22，将密封气罩8内的空气排出，空气排出后关闭排气阀22。

进一步地，所述密封排气管上还设有氧气浓度检测器，用于检测密封气罩8内的空气是否完全排出。

在开始工作时，先打开位于前端和尾端的排气阀22，向密封气罩8内通入保护气氛，这样可以利用保护气氛将残留在密封气罩8内的空气排出，在密封排气管上的氧气浓度检测器可以通过检测排出的气体中氧气的浓度，若检测到氧气浓度为零时，则表明空气已排干净，此时可控制排气阀22关闭，在转动炉管4运行时，密封气罩8内会持续通入保护气氛，当密封装置5发生泄漏时，密封气罩8内的保护气氛会替代空气泄漏至转动炉管4内，从而达到泄漏保护的作用。

如图2-图4所示，在一个实施例中，反应气氛源1通过设置有反应气氛流量计14和反应气氛阀15的第一进气管连接到气氛进气管6，保护气氛源2通过设置有保护气氛流量计A16和保护气氛阀A17的第二进气管连接到气氛进气管6；

位于转动炉管4前端的密封进气管上设有保护气氛流量计B18和保护气氛阀B19，位于转动炉管4尾端的密封进气管上设有保护气氛流量计C20和保护气氛阀C21。

反应气氛流量计14用于检测通入至转动炉管4内的反应气氛的流量，通过控制模块控制反应气氛阀15的开度大小，以改变通入反应气氛的流量；

保护气氛流量计A16用于检测由气氛进气管6通入至转动炉管4内的保护气氛的流量，通过控制模块控制保护气氛阀A17的开度大小，以改变通入保护气氛的流量；

保护气氛流量计B18和保护气氛流量计C20用于检测两个密封装置5是否发生泄漏，若保护气氛流量计B18和保护气氛流量计C20未检测到保护气氛流量，则密封装置5未发生泄漏，若保护气氛流量计B18和保护气氛流量计C20检测到保护气氛流量，则密封装置5发生泄漏，也就是保护气氛除了能够通过气氛进气管6进入至转动炉管4内，还能够由密封装置5泄漏至转动炉管4内，此时尾气成分检测装置12检测到的第二浓度会增加，若第二浓度大于第二预设浓度，则应减小由气氛进气管6通入的保护气氛的流量，以降低转动炉管4内通入的保护气氛的总量，以保证在密封装置5发生泄漏时，保护气氛通入的总量不变，实现精准控制，降低成本。

进一步地，所述保护气氛流量计B18和保护气氛流量计C20分别用于检测两个密封进气管内是否有保护气氛流量并反馈给控制模块进行判断；

若检测到密封进气管内无保护气氛流量，则对应的密封装置5未发生泄漏；若检测到密封进气管内有保护气氛流量，则对应的密封装置5发生泄漏，然后将两个密封装置5泄漏的保护气氛流量之和与预设泄漏量进行比较；

若泄漏的保护气氛流量之和大于预设泄漏量，则通过控制模块控制转动炉管4停机；若泄漏的保护气氛流量之和小于预设泄漏量，则通过控制模块减小保护气氛阀A17的开度，使泄漏的保护气氛流量之和加上保护气氛流量计A16检测的通入的保护气氛流量的总量，与转动炉管4内反应所需的预设保护气氛总量相同。

其中，所述预设泄漏量可以设置为能够保证转动炉管4正常运行的最大泄漏量；

或者，所述预设泄漏量可以设置为真空泵11工作时，对转动炉管4的排气量；在泄漏量过大时，超过真空泵11的排气量，转动炉管4内就无法达到反应所需的真空度，这时候反应是无法完成的，则需要停机检修，若泄漏的保护气氛流量之和小于预设泄漏量，未达到停机条件，则可以控制保护气氛流量的总量与转动炉管4内反应所需的预设保护气氛总量相同。

密封装置5失效时，一般是从微小泄漏量发展到大泄漏量，这个过程可能是几天或几小时，因此通过保护气氛流量计B18和保护气氛流量计C20能够实时监测保护气氛流量以判断是否发生泄漏以及通过控制模块来判断泄漏量的情况；

通过上述检测和控制过程，能够实现对密封装置5是否发生泄漏进行检测，并且还能够判断泄漏情况以调节保护气氛阀A17的开度大小，以使通入至转动炉管4内的保护气氛总量满足反应所需的预设保护气氛总量，实现精准控制，避免保护气氛的浪费，降低成本。

在一个实施例中，所述密封气罩8上还设有压力检测器，用于检测密封气罩8内的压力并反馈给控制模块，通过控制模块判断密封气罩8内的压力与当前大气压力的压力差值是否大于预设压差，若压力差值大于预设压差，则密封气罩8内通入的保护气氛满足工作要求，若压力差值小于预设压差，则通过控制模块依据保护气氛流量计B18或保护气氛流量计C20检测到的泄漏的保护气氛流量，来增加保护气氛阀B19或保护气氛阀C21的开度（在保证通入至转动炉管4内反应所需的预设保护气氛总量不变的情况下）。

由于密封装置5与密封气罩8是转动密封连接，因此，密封气罩8也会有泄漏的风险，但是一般情况，密封装置5会比密封气罩8先发生密封失效；所以，为了保证密封气罩8工作的稳定性，在密封气罩8上设置压力检测器，若是在密封装置5密封失效时，密封气罩8也密封失效，则需要保证不能有空气进入至密封气罩8内，防止空气与密封气罩8内的保护气氛一同进入至转动炉管4，进一步保证物料生产质量以及避免产生爆炸的情况；

具体的是，通过压力检测器实时监测密封气罩8内的气压，以保证密封气罩8内的气压始终大于实时获取的外界大气压，可以预先设置预设压差，通过将密封气罩8内的气压与外界大气压的压力差值和预设压差进行比较；

若压力差值大于预设压差，则密封气罩8内通入的保护气氛满足工作要求，也就是尽管密封气罩8发生密封失效，空气也不会进入至密封气罩8内；

若压力差值小于预设压差，则通过控制模块依据保护气氛流量计B18或保护气氛流量计C20检测到的泄漏的保护气氛流量，来增加保护气氛阀B19或保护气氛阀C21的开度，这样即使密封气罩8发生密封失效，也能够防止泄漏的保护气氛流量持续增加，使检测的压力差值小于0而出现空气进入至密封气罩8内的情况发生。

在一个实施例中，还包括：泄漏补偿预警模块，用于监测尾气成分检测装置12检测的第一浓度和第二浓度的变化情况；若在预设时间段内检测到第二浓度持续下降，且第一浓度未发生变化时，则判断密封装置5与密封气罩8的连接处发生泄漏，依据第二浓度下降的变化速率通过控制模块增加保护气氛阀A17的开度，对通入至转动炉管4内保护气氛流量的总量进行补偿，使尾气成分检测装置12检测的第二浓度满足第二预设浓度，并同时通过泄漏补偿预警模块发出预警提示。

在本实施例中，是考虑到在密封装置5密封失效时，转动炉管4还在运行的情况下，密封气罩8也发生了密封失效，这样便会有保护气氛由密封气罩8泄漏至外部，则保护气氛流量计B18和保护气氛流量计C20检测到的泄漏的保护气氛流量之和加上保护气氛流量计A16检测的通入的保护气氛流量的总量，虽然与转动炉管4内反应所需的预设保护气氛总量相同，但实际上，泄漏的保护气氛流量之和中包含一部分由密封气罩8泄漏至外部的保护气氛流量，而这将使得转动炉管4内反应实际需要的保护气氛总量小于预设保护气氛总量，而这一情况可通过尾气成分检测装置12检测的保护气氛的第二浓度的变化来检测到；

具体的是，通过泄漏补偿预警模块在预设时间段内获取的第二浓度持续下降，且第一浓度未发生变化时，则判断密封装置5与密封气罩8的连接处发生泄漏，则可通过控制模块增加保护气氛阀A17的开度，使从气氛进气管6通入的保护气氛的流量增加，对通入至转动炉管4内保护气氛流量的总量进行补偿，直至第二浓度满足第二预设浓度，并且同时发出预警提示，继续完成生产，若补偿的保护气氛流量过大超过预设补偿值（补偿的保护气氛流量为泄漏的保护气氛流量之和加上保护气氛流量计A16检测的通入的保护气氛流量的总量与转动炉管4内反应所需的预设保护气氛总量），则应该停机检修，避免保护气氛向外泄漏量过大而浪费成本。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种真空回转炉气氛系统，其特征在于，包括：设置在炉体（3）内的转动炉管（4），其两端通过密封装置（5）分别与气氛进气管（6）和气氛排气管（7）连接；所述密封装置（5）外侧设有密封气罩（8），所述密封气罩（8）内通入保护气氛，在密封装置（5）发生泄漏时，密封气罩（8）内的保护气氛替代空气定量泄漏进转动炉管（4）内；

所述气氛排气管（7）的尾端依次连接有冷却器（9）、集尘器（10）、真空泵（11）、尾气成分检测装置（12）、尾气处理装置（13）；

所述尾气成分检测装置（12）用于检测反应气氛的第一浓度以及保护气氛的第二浓度并反馈给控制模块，通过控制模块将第一浓度与第一预设浓度进行比较，将第二浓度与第二预设浓度进行比较，依据比较结果增加或减小反应气氛和保护气氛的通入量；

所述密封气罩（8）上分别设有密封进气管和密封排气管，所述密封进气管与保护气氛源（2）连接，所述密封排气管上设有排气阀（22）；在向密封气罩（8）内通入保护气氛的初始时刻，打开排气阀（22），将密封气罩（8）内的空气排出，空气排出后关闭排气阀（22）；

反应气氛源（1）通过设置有反应气氛流量计（14）和反应气氛阀（15）的第一进气管连接到气氛进气管（6），保护气氛源（2）通过设置有保护气氛流量计A（16）和保护气氛阀A（17）的第二进气管连接到气氛进气管（6）；

位于转动炉管（4）前端的密封进气管上设有保护气氛流量计B（18）和保护气氛阀B（19），位于转动炉管（4）尾端的密封进气管上设有保护气氛流量计C（20）和保护气氛阀C（21）；

所述保护气氛流量计B（18）和保护气氛流量计C（20）分别用于检测两个密封进气管内是否有保护气氛流量并反馈给控制模块进行判断；

若检测到密封进气管内无保护气氛流量，则对应的密封装置（5）未发生泄漏；若检测到密封进气管内有保护气氛流量，则对应的密封装置（5）发生泄漏，然后将两个密封装置（5）泄漏的保护气氛流量之和与预设泄漏量进行比较；

若泄漏的保护气氛流量之和大于预设泄漏量，则通过控制模块控制转动炉管（4）停机；若泄漏的保护气氛流量之和小于预设泄漏量，则通过控制模块减小保护气氛阀A（17）的开度，使泄漏的保护气氛流量之和加上保护气氛流量计A（16）检测的通入的保护气氛流量的总量，与转动炉管（4）内反应所需的预设保护气氛总量相同；

所述密封气罩（8）上还设有压力检测器，用于检测密封气罩（8）内的压力并反馈给控制模块，通过控制模块判断密封气罩（8）内的压力与当前大气压力的压力差值是否大于预设压差，若压力差值大于预设压差，则密封气罩（8）内通入的保护气氛满足工作要求，若压力差值小于预设压差，则通过控制模块依据保护气氛流量计B（18）或保护气氛流量计C（20）检测到的泄漏的保护气氛流量，来增加保护气氛阀B（19）或保护气氛阀C（21）的开度；

还包括：泄漏补偿预警模块，用于监测尾气成分检测装置（12）检测的第一浓度和第二浓度的变化情况；若在预设时间段内检测到第二浓度持续下降，且第一浓度未发生变化时，则判断密封装置（5）与密封气罩（8）的连接处发生泄漏，依据第二浓度下降的变化速率通过控制模块增加保护气氛阀A（17）的开度，对通入至转动炉管（4）内保护气氛流量的总量进行补偿，使尾气成分检测装置（12）检测的第二浓度满足第二预设浓度，并同时通过泄漏补偿预警模块发出预警提示。

2.根据权利要求1所述的真空回转炉气氛系统，其特征在于，所述预设泄漏量为真空泵（11）工作时，对转动炉管（4）的排气量。

3.根据权利要求1所述的真空回转炉气氛系统，其特征在于，所述密封排气管上还设有氧气浓度检测器，用于检测密封气罩（8）内的空气是否完全排出。