CN201598178U - 磷酸铁锂微波加热单炉体连续生产设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磷酸铁锂微波加热单炉体卧式连续生产设备，包括进料口、炉体外微波屏蔽保温结构层、炉体、微波源、冷却降温出料机构、出料口，抽真空装置，保护气体输入装置，进料换气室、出料换气室和生产设备控制电路，炉体设有炉体进料口、一定个数微波管、至少一根进抽气管、炉体出料口、出料阀、绞龙输送器、至少各一个真空度探测探头、温度测量探头和压力测量探头，炉体为密闭式中空圆筒状，其轴线垂直截面形状为圆环形，炉体外包裹有炉体外微波屏蔽保温结构层。本实用新型微波烧结促进产品内部晶粒致密化，有效提高产品品质；单炉体结构简单，占地面积小，实现连续微波烧结提高烧结效率，工业化规模生产效率与经济效益可观。

Description

磷酸铁锂微波加热单炉体连续生产设备

一、技术领域：

本实用新型涉及新能源电池材料烧结设备领域，特别涉及一种磷酸铁锂微波加热单炉体连续生产设备。

二、背景技术：

锂离子电池具有放电倍率高、使用温度范围宽、循环性能优良、安全性好、环保无污染等优点，自问世以来已广泛应用于移动电话、手提电脑、小型摄像机等便携式电子设备中，作为新一代能源材料，在电动汽车、卫星、航天及军事等领域应用不断推进，应用前景广阔。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，是研究和开发高性能锂离子电池的关键所在。磷酸铁锂(LiFePO₄)作为锂电池正极材料，具有原材料来源丰富、价格低廉、无环境污染、容量较高、循环性能优良、稳定性好、制备电池安全性能突出等优点，在各种电池能源领域，特别是大型动力电源应用方面有着极大的市场前景，是最有前途的锂离子电池正极材料之一。

当前磷酸铁锂(LiFePO₄)的烧结设备比较成熟的主要有气氛保护推板炉、气氛保护回转炉等炉窑设备，这些烧结设备一般为电加热方式，发热元件为电阻丝、硅碳棒，热损失大，且温度梯度大，容易造成产品成份及粒度不均匀，同时设备占地面积大，投资成本高。微波烧结主要是利用微波能与材料的偶合，由材料的介电损耗和磁介损耗产生的内耗转变成热能直接加热材料至烧结温度，被烧结材料本身就是发热体，因而热损失小，且因微波的穿透深度大，温度梯度非常小，能够快速地升温和降温，从而使整个烧结过程被大幅度缩短，不存在阴影效应，现在微波技术已经成为最具发展前景的烧结技术之一。磷酸铁锂(LiFePO₄)的微波烧结一般使用工业化微波炉，无法连续生产，自动化程度低，规模效益差，目前尚无针对磷酸铁锂(LiFePO₄)的烧结工艺特点提出的专门工业化生产的微波连续烧结设备。实用新型专利ZL200520051470.7提出“一种连续式粉体材料微波烧结炉”，包括进料机构、微波源、过渡波导、炉体、炉膛、出料机构、保温层、测温仪、微波辅助吸收材料，炉体为上大下小的锥斗形结构，其内设置有螺带式锥形搅拌器，与传动机构相连；进料机构为螺旋进料机构，出料机构为水冷式螺旋出料机构；一套微波源与多套过渡波导组合沿炉体四周布置；至少一组进气口和排气口，均设置有不锈钢微孔过滤装置，炉体上设置有红外测温仪的观测口，炉体为陶瓷材质，螺带式锥形搅拌器为钢结构表面衬陶瓷材料或不锈钢材质。该实用新型结构简单、成本低，且不需要舟皿、健康环保、高效，适于一些极性粉体材料的微波烧结。但该实用新型存在不能根据磷酸铁锂烧结的工艺要求进行分步连续微波烧结的问题，无法实现产业化大规模生产，生产成本也居高不下。

三、发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术中的不足之处，提供一种可以实现分步连续烧结，能够规模化生产的微波连续烧结设备。

本实用新型是这样实现的：

一种磷酸铁锂微波加热单炉体卧式连续生产设备，包括进料口、炉体外微波屏蔽保温结构层、炉体、微波源、冷却降温出料机构、出料口、抽真空装置、保护气体输入装置，所述的微波加热单炉体卧式连续生产设备还包括进料换气室、出料换气室和生产设备控制电路，炉体设有炉体进料口、一定个数微波管、至少一根进抽气管、炉体出料口、出料阀、绞龙输送器、至少各一个真空度探测探头、温度测量探头和压力测量探头，炉体为密闭式中空圆筒状，其轴线垂直截面形状为圆环形，炉体外包裹有炉体外微波屏蔽保温结构层，炉体进料口位于炉体一端上部，炉体出料口位于炉体另一端下部，炉体出料口设置有出料阀，微波源布置于炉体外部周边与微波管相连，微波管布置在炉体外壁上，进抽气管与炉体内腔连通，通过带阀门管道连通抽真空装置和保护气体输入装置，绞龙输送器轴线与炉体轴线平行安装在炉体中，其两端分别与设在炉体外两端面的驱动装置相连，真空度探测探头、温度测量探头和压力测量探头安装在炉体内壁顶部，通过数据线与设备控制电路对应电路连接，进料口通过进料换气室与炉体进料口连通，炉体出料口通过出料换气室与冷却降温出料机构及出料口连通，炉体、进料换气室、抽真空装置、保护气体输入装置、出料换气室、冷却降温出料机构，通过数据线与设备控制电路对应电路连接。

所述的炉体中微波源与一定组数微波管相连，每组由一定数量微波管并联，微波管布置于炉体壁上，或布置于炉体四周，微波源功率为30～100kw；炉体至少设有一根排气管，抽进气管口与排气管口均设有微孔过滤装置；所述炉体材质为石英玻璃或陶瓷任选其一，绞龙输送器为石英玻璃、钢结构表面衬陶瓷材料或不锈钢材质任选其中一种；炉体轴线与水平方向夹角α，0°≤α≤10°。

所述的进料换气室，包括料箱、进料阀、出料阀、真空度探测探头和至少一根进抽气管，料箱上端口与进料口连通，下端口与炉体进料口连通，料箱上、下端部分别设有进料阀和出料阀，进抽气管开口设置在料箱内壁上部，通过带阀门管道连通抽真空装置，真空度探测探头安装在料箱内壁上部；所述出料换气室，包括料箱、出料阀、真空度探测探头和至少一根进抽气管，料箱上端口与炉体出料口连通，下端口与冷却降温出料机构连通，出料阀设在料箱下端部，进抽气管开口设置在料箱内壁上部，通过带阀门管道连通抽真空装置，真空度探测探头安装在料箱内壁上部。

所述的冷却降温出料机构，包括物料输送管、夹层套、进水口、出水口、绞龙输送器，出料阀，物料输送管为不锈钢材质，夹层套包裹在物料输送管道外壁上，其一端设有进水口，另一端设有出水口，绞龙输送器安装在物料输送管道内部，其两端分别与设在管道外两端面外的绞龙输送器驱动装置相连，出料阀设在出料口上部。

所述生产设备控制电路含有触摸屏，触摸屏通过数据总线分别与烧结设备PLC控制电路、进料换气/出料换气/冷却降温出料PLC控制电路连通；所述烧结设备PLC控制电路，含有PLC、PLC外接电路、信号采集电路，绞龙驱动装置控制电路，微波源控制电路，抽气装置控制电路；所述PLC外接电路，含有与输入端相连的一定数量的手动开关，信号采集电路的开关信号电路，以及与输出端相连的伺服驱动器，炉体出料阀控制交流接触器线圈，保护气体控制交流接触器线圈，放气控制交流接触器线圈，真空泵控制交流接触器线圈，微波源控制交流接触器线圈和指示灯；所述信号采集电路含有输入端与真空度探头相连，输出端与PLC输入端相连的真空度表，输入端与温度测量探头相连，输出端与PLC输入端相连的温度控制仪和输入端与温度测量探头相连，输出端与PLC输入端相连的压力控制仪；所述绞龙输送器驱动装置驱动电路，含有一端与两相电源相连的伺服驱动器，伺服驱动器连接伺服电机和PLC的输出端；所述微波源控制电路，含有与三相电源相连的一定数量的微波变压器，和微波变压器次端相连的微波管电路，微波变压器原端输入线上串联有温控保护开关和多触点交流接触器的一个触点，交流接触器的线圈连接PLC的输出端；所述抽气装置控制电路，含有一端与三相电源相连的交流接触器，交流接触器的另一端通过断路器与抽气装置电机相连，交流接触器的线圈连接PLC输出端；所述触摸屏与烧结设备PLC控制电路、进料换气/出料换气/冷却降温出料PLC控制电路通过RS422/485总线连通。

一种磷酸铁锂微波加热单炉体立式连续生产设备，包括进料口、炉体外微波屏蔽保温结构层、炉体、微波源、冷却降温出料机构、出料口、抽真空装置、保护气体输入装置，所述的微波加热单炉体立式连续连续生产设备还包括进料换气室、出料换气室和设备控制电路，炉体设有炉体进料口、一定个数微波管、至少一根进抽气管、炉体出料口、出料阀、绞龙输送器、至少各一个真空度探测探头、温度测量探头和压力测量探头，炉体为密闭式立式中空圆筒状，其轴线垂直截面形状为圆环形，炉体进料口位于炉体上端部一侧，炉体出料口位于炉体下端部一侧，炉体出料口设置有出料阀，微波源布置于炉体外部周边与微波管相连，微波管布置在炉体外壁上，进抽气管与炉体内腔连通，通过带阀门管道连通抽真空装置和保护气体输入装置，绞龙输送器轴线与炉体轴线方向近似重合安装在炉体中，其上下两端分别与设在炉体上下端面的驱动装置相连，真空度探测探头、温度测量探头和压力测量探头安装在炉体内壁上部，通过数据线与设备控制电路对应电路连接，进料口通过进料换气室与炉体进料口连通，炉体出料口通过出料换气室与冷却降温出料机构及出料口连通，炉体、进料换气室、抽真空装置、保护气体输入装置、出料换气室、冷却降温出料机构，通过数据线与设备控制电路对应电路连接。

所述的炉体中微波源与一定组数微波管相连，每组由一定数量微波管并联，微波管布置于炉体壁上，或布置于炉体四周，微波源功率为30～100kw；炉体至少设有一根排气管，抽进气管口与排气管口均设有微孔过滤装置；所述的炉体材质为石英玻璃或陶瓷任选其一，绞龙输送器为石英玻璃、钢结构表面衬陶瓷材料或不锈钢材质任选其中一种；炉体轴线与水平方向夹角α，80°≤α≤100°。

所述的进料换气室，包括料箱、进料阀、出料阀、真空度探测探头和至少一根进抽气管，料箱上端口与进料口连通，下端口与预处理炉体进料口连通，料箱上、下端部分别设有进料阀和出料阀，进抽气管开口设置在料箱内壁上部，通过带阀门管道连通抽真空装置，真空度探测探头安装在料箱内壁上部；所述出料换气室，包括料箱、出料阀、真空度探测探头和至少一根进抽气管，料箱上端口与烧结炉体出料口连通，下端口与冷却降温出料机构连通，出料阀设在料箱下端部，进抽气管开口设置在料箱内壁上部，通过带阀门管道连通抽真空装置，真空度探测探头安装在料箱内壁上部。

所述的冷却降温出料机构，包括物料输送管、夹层套、进水口、出水口、绞龙输送器，出料阀，物料输送管为不锈钢材质，夹层套包裹在物料输送管道外壁上，其一端设有进水口，另一端设有出水口，绞龙输送器安装在物料输送管道内部，其两端分别与设在管道外两端面外的绞龙输送器驱动装置相连，出料阀设在出料口上部。

所述生产设备控制电路含有触摸屏，触摸屏通过数据总线分别与烧结设备PLC控制电路、进料换气/出料换气/冷却降温出料PLC控制电路连通；所述烧结设备PLC控制电路，含有PLC、PLC外接电路、信号采集电路，绞龙驱动装置控制电路，微波源控制电路，抽气装置控制电路；所述PLC外接电路，含有与输入端相连的一定数量的手动开关，信号采集电路的开关信号电路，以及与输出端相连的伺服驱动器，炉体出料阀控制交流接触器线圈，保护气体控制交流接触器线圈，放气控制交流接触器线圈，真空泵控制交流接触器线圈，微波源控制交流接触器线圈和指示灯；所述信号采集电路含有输入端与真空度探头相连，输出端与PLC输入端相连的真空度表，输入端与温度测量探头相连，输出端与PLC输入端相连的温度控制仪和输入端与温度测量探头相连，输出端与PLC输入端相连的压力控制仪；所述绞龙输送器驱动装置驱动电路，含有一端与两相电源相连的伺服驱动器，伺服驱动器连接伺服电机和PLC的输出端；所述微波源控制电路，含有与三相电源相连的一定数量的微波变压器，和微波变压器次端相连的微波管电路，微波变压器原端输入线上串联有温控保护开关和多触点交流接触器的一个触点，交流接触器的线圈连接PLC的输出端；所述抽气装置控制电路，含有一端与三相电源相连的交流接触器，交流接触器的另一端通过断路器与抽气装置电机相连，交流接触器的线圈连接PLC输出端；所述触摸屏与烧结设备PLC控制电路、进料换气/出料换气/冷却降温出料PLC控制电路通过RS422/485总线连通。

本实用新型的有益效果是：

1、磷酸铁锂的传统烧结方法主要是电加热法，该方法利用热传导原理，从外部开始加热再传导到内部，传热速度慢，生产效率低烧结成品率低。使用微波烧结磷酸铁锂(LiFePO₄)大大缩短了烧结时间，只有传统方法的20％左右，降低了烧结能耗，节电80％以上，生产成本大幅降低。本实用新型微波烧结可以促进产品内部晶粒致密化，颗粒细小，颗粒分布较均匀，有效地提高产品品质，最终产品具有纯度高、结构稳定、循环性能好、导电性能和放电性能优越的特点。

2、本实用新型的微波烧结设备以微波为热源，结合了传统烧结炉、真空烧结炉和微波烧结炉的优点，单体炉实现分阶段工艺流程处理，对烧结工艺进行分步顺序控制，充分实现工艺要求，保证了产品品质。单体炉结构简单，占地面积小，实现连续生产，产业化大规模生产成为可能。在绞龙输送器作用下，物料被搅拌、翻转，使物料受热均匀，加快了物料的烧结，保证了进料量、进料速度的均匀性和连续性。按整个烧结工艺时间3小时计算，每天可出料至少600kg，与普通单体工业微波炉烧结工艺相比，生产效率提高了3倍以上，节电60％以上，成品率由过去的80％提高到90％以上。比传统的烧结炉20小时左右的生产效率提高了5倍以上，节电80％以上，工业化规模生产效率与经济效益可观。

3、微波烧结使产品自身发热，最大限度的减少了能量的浪费，改善了工作环境；进料、烧结、出料连续进行，不需要人工多次装卸物料，生产效率高，且无粉尘飞扬，健康环保，无“三废”产生，洁净生产，实现人性化工作环境。

4、炉体至少设置有一组进气口通入炉体内，输入上部至少设置有一组排气口，气口上均设置有微孔过滤装置这样，既便于输入、排除保护或反应气氛，防止了粉尘外扬，有效地屏蔽了微波泄漏。

5、本实用新型的设备控制采用触摸屏和多PLC集中控制，实现了多工艺步骤的连续生产，提高了整个设备的自动化程度和工艺精度，保证了产品的品质，实现了产业化规模生产，提高了生产效率。

6、触摸屏、PLC集中控制，人机交互操作直观简便，设备调试维护简单，调节工艺参数便捷，工作性能可靠。

四、附图说明：

图1为本实用新型的磷酸铁锂微波加热单炉体卧式连续生产设备结构示意图；

图2为本实用新型的磷酸铁锂微波加热单炉体卧式连续生产设备的设备控制电路原理示意框图；

图3为本实用新型的磷酸铁锂微波加热单炉体卧式连续生产设备的烧结设备PLC接线电路示意图；

图4为本实用新型的磷酸铁锂微波加热单炉体卧式连续生产设备的烧结设备控制电路示意图；

图5为本实用新型的磷酸铁锂微波加热单炉体立式连续生产设备结构示意图。

图中，1-进料口，2-进料换气室，7-出料换气室，8-冷却降温出料机构，9-出料口，10-抽真空装置，11-保护气体输入装置，12-进料/出料阀，13-真空度探测探头，14-进抽气管，15-进料换气室料箱，16-炉体进料口，17-炉体外微波屏蔽保温结构层，18-炉体，19-微波源，20-微波管，21-炉体出料口，22-炉体出料阀，23-绞龙输送器，24-温度测量探头，25-压力测量探头，26-排气管，27-绞龙输送器驱动装置，28-出料换气室料箱，29-夹层套，30-物料输送管，31-出水口，32-进水口，33-烧结设备PLC控制电路，34-进料换气/出料换气/冷却降温出料PLC控制电路，35-信号采集电路，36-绞龙输送器驱动装置驱动电路，37-微波源控制电路，38-抽气装置控制电路。

五、具体实施方式：

实施例一：一种磷酸铁锂微波加热单炉体卧式连续生产设备，参见图1-图4，包括进料口1、炉体外微波屏蔽保温结构层17、炉体18、微波源19、冷却降温出料机构8、出料口9、抽真空装置10、保护气体输入装置11，所述的微波加热单炉体卧式连续生产设备还包括进料换气室2、出料换气室7和生产设备控制电路，炉体18设有炉体进料口16、微波管20、一根进抽气管14、炉体出料口21、出料阀22、绞龙输送器23、各一个真空度探测探头13、温度测量探头24和压力测量探头25，炉体18为密闭式中空圆筒状，其轴线垂直截面形状为圆环形，炉体18外包裹有炉体外微波屏蔽保温结构层18，炉体进料口16位于炉体18一端上部，炉体出料口21位于炉体18另一端下部，炉体出料口21设置有出料阀22，微波源19布置于炉体外部周边与微波管20相连，微波管20布置在炉体18外壁上，进抽气管14与炉体18内腔连通，通过带阀门管道连通抽真空装置10和保护气体输入装置11，绞龙输送器23轴线与炉体18轴线平行安装在炉体18中，其两端分别与设在炉体外两端面的驱动装置27相连，真空度探测探头13、温度测量探头24和压力测量探头25安装在炉体内壁顶部，通过数据线与设备控制电路对应电路连接，进料口1通过进料换气室2与炉体进料口16连通，炉体出料口21通过出料换气室7与冷却降温出料机构8及出料口9连通，炉体18、进料换气室2、抽真空装置10、保护气体输入装置11、出料换气室7、冷却降温出料机构8，通过数据线与设备控制电路对应电路连接。

其中，微波源19与6组微波管相连，每组3个微波管并联，微波管20均匀布置于炉体18壁上，微波源功率为100kw；炉体18设有一根排气管26，抽进气管14口与排气管26口均设有微孔过滤装置；炉体18材质为石英玻璃，绞龙输送器23为石英玻璃；炉体18轴线与水平方向夹角α，α＝0°。

进料换气室2，包括料箱15、进料阀12、出料阀12、真空度探测探头13和进抽气管14，料箱15上端口与进料口1连通，下端口与炉体进料口16连通，料箱15上、下端部分别设有进料阀12和出料阀12，进抽气管14开口设置在料箱15内壁上部，通过带阀门管道连通抽真空装置10，真空度探测探头13安装在料箱内壁上部。

出料换气室7，包括料箱28、出料阀12、真空度探测探头13和进抽气管14，料箱上端口与炉体出料口21连通，下端口与冷却降温出料机构9连通，出料阀12设在料箱28下端部，进抽气管14开口设置在料箱28内壁上部，通过带阀门管道连通抽真空装置10，真空度探测探头13安装在料箱28内壁上部。

冷却降温出料机构8，包括夹层套29、物料输送管30、进水口33、出水口31、绞龙输送器23，出料阀12，物料输送管30为不锈钢材质，夹层套29包裹在物料输送管道30外壁上，其一端设有进水口32，另一端设有出水口31，绞龙输送器23安装在物料输送管道30内部，其两端分别与设在管道两端面外的绞龙输送器驱动装置27相连，出料阀12设在出料口9上部。

设备控制电路含有触摸屏，触摸屏通过数据总线RS422/485分别与烧结设备PLC控制电路33、进料换气/出料换气/冷却降温出料PLC控制电路34连通；所述烧结设备PLC控制电路33，含有PLC、PLC外接电路、信号采集电路35，绞龙驱动装置控制电路36，微波源控制电路37，抽气装置控制电路38；PLC外接电路，含有与输入端相连的手动开关B2-B11，信号采集电路35的开关信号电路，以及与输出端相连的伺服驱动器，炉体出料阀控制交流接触器线圈KF1，保护气体控制交流接触器线圈KF2，放气控制交流接触器线圈KF3，抽真空装置控制交流接触器线圈KM1，微波源控制交流接触器线圈KA1-KA18和指示灯L3-L14；信号采集电路35含有输入端与真空度探头13相连，输出端与PLC输入端相连的真空度表，输入端与温度测量探头24相连，输出端与PLC输入端相连的温度控制仪和输入端与压力测量探头25相连，输出端与PLC输入端相连的压力控制仪；绞龙输送器驱动装置驱动电路36，含有一端与两相电源相连的伺服驱动器，伺服驱动器连接伺服电机SM1和PLC的输出端；微波源控制电路37，含有与三相电源相连的18个微波变压器T1-T18，和微波变压器次端相连的微波管电路，微波变压器原端输入线上串联有温控保护开关DZ2-DZ19和三触点交流接触器的一个触点，分别为KA1-KA18，交流接触器的线圈连接PLC的输出端；抽气装置控制电路38，含有一端与三相电源相连的交流接触器KM1，交流接触器的另一端通过断路器DZ20与抽气装置电机M1相连，交流接触器KM1的线圈连接PLC输出端。

本实用新型的磷酸铁锂微波加热单炉体卧式连续生产设备以微波为热源，从磷酸铁锂(LiFePO₄)的烧结工艺出发，结合了传统烧结炉、真空烧结炉和微波烧结炉的优点，单体炉实现分阶段工艺流程处理，完成预处理、预烧结和烧结三个工艺流程，对烧结工艺进行分步顺序控制，实现连续生产，提高效率，提升产量。如图1，炉体18为密闭水平圆筒形，炉体材质为石英玻璃，炉体直径约250mm，长度约4m，石英玻璃筒形结构较传统微波烧结炉的不锈钢内膛结构更趋简单，炉体整体密闭性较好，微波源均匀分布在炉体外壁，微波透过炉体加热物料，可以减少微波损耗，提高加热效率。炉体外微波屏蔽保温结构层17为多层结构，内层与炉体18相匹配的为微波屏蔽层，采用不锈钢材料加工，微波屏蔽效果好，可以防止微波泄漏；屏蔽层外为由保温材料包裹的保温层，减少热量的损失。炉体18内达到非氧化氛围，需要对炉内进行抽真空和输入保护气体，进抽气管14与炉体内腔连通，通过带阀门管道连通抽真空装置10和保护气体输入装置11，阀门为气体电磁阀，分别安装在抽真空装置和保护气体输入装置前，气体电磁阀的打开、闭合由PLC的输出电路输出的开关信号控制。传统烧结炉中烧结物料的传输一般通过推板、传送带实现，但这种方式往往造成整个炉体密封性能下降，结构复杂，成本昂贵，生产过程中保护气体损耗较大，产品质量不稳的问题，本实用新型中炉内的物料输送，通过设在炉内的绞龙输送器23实现；绞龙输送器23与炉体轴线平行安装，其螺旋叶片下沿与炉体底部内壁相挨，物料在螺旋叶片推动下不断翻转从炉内一端移动到另一端，绞龙输送器两端分别与设在炉体外的驱动装置27相连，驱动装置27为PLC控制的伺服电机，也可以用电机、变速器、调速装置实现，通过对伺服电机控制，绞龙输送器保持0.5-1转/分的转速，使物料在炉体内平稳慢速移动；控制伺服电机的正转与反转，可以使物料在炉内向前移动或向后移动；绞龙输送器23为材质为石英玻璃，微波透过率好，损耗小；炉体内壁顶部设有真空度探测探头13、温度测量探头24和压力测量探头25，探头采集的真空度信号、温度信号、压力信号，通过信号采集电路37与PLC输入端连结；炉体设有一根排气管26，排气管一端安有排气电磁阀，由PLC控制，抽进气管口与排气管口设有微孔过滤装置，减少生产中的污染；炉体出料口21设有炉体出料阀22，控制物料的传输与工艺进程，出料阀22为电动平板阀，也可以选用电动插板阀、电动球阀、电动蝶阀、电动出料阀，炉体出料阀的开、合由PLC输出的开关信号控制。

微波源19采用6组微波管相连，每组3个微波管并联的结构，微波管可以采用0.8kw/2450MHz工业用磁控管，这种多组微波管功率合成方式，保证炉内微波加热均匀，加热温度、功率控制精确；整个微波源设有温度保护装置，可以长时间连续稳定可靠工作。

进料换气室2、出料换气室7保证在设备连续生产过程中，投入原料、产品出料时不会破坏炉内的非氧环境，实现连续生产。如图1，进料换气室2设有料箱15，进料阀12，出料阀12，真空度探头13和一根进抽气管14，密闭料箱内腔采用不锈钢加工，截面形状为方形，也可以根据需要作成圆形或矩形，料箱15上端部设进料阀12，下端部设出料阀12，进料阀、出料阀为电动平板阀，也可以选用电动插板阀、电动球阀、电动蝶阀、电动出料阀，出料阀的开、合由PLC输出的开关信号控制；真空度探头13、进抽气管14的工作原理与炉体控制的相同，作用是在料箱封闭状态下，进行抽真空、输入保护气体形成与炉体一致的非氧环境。出料换气室7的结构与进料换气室的结构和工作过程基本相同，由于与炉体出料阀相连，出料换气室不设进料阀。

冷却降温出料机构8可以在完成最后烧结工艺流程后，使最终产品快速降温，保证连续生产。如图1所示，冷却降温出料机构采用水冷方式，物料输送使用绞龙输送器，物料输送管30为不锈钢材质，长度为6m，夹层套29包裹在物料输送管30外壁上，其一端设有进水口32，另一端设有出水口31，设定水的流量80L/min，进水控制由设在进水口处的电磁水阀进行控制，电磁水阀的开、合由PLC输出的开关信号控制；绞龙输送器驱动装置27为PLC控制的伺服电机，也可以用电机、变速器、调速装置实现；出料阀12为电动平板阀，也可以选用电动插板阀、电动球阀、电动蝶阀、电动出料阀，料阀的开、合由PLC输出的开关信号控制。

设备控制电路采用触摸屏集中控制多PLC的电路结构，实现整个设备的自动控制。如图2所示，其中触摸屏为MT500型触摸屏，触摸屏通过RS422/485数据总线分别与烧结设备PLC控制电路33、进料换气/出料换气/冷却降温出料PLC控制电路34连通，设备的过程参数、工艺参数设定，控制程序，PLC的编程均可通过触摸屏的人机界面进行。PLC采用台达DVP40ES200RT型PLC，其输入、输出点数均为24点，烧结设备PLC控制电路33含有PLC、PLC外接电路、信号采集电路35，绞龙驱动装置控制电路36，微波源控制电路37，抽气装置控制电路38。

如图3所示，PLC输入端24个输入点连接有B2-B11十个手动开关，S3，S5-S10连接信号采集电路的开关信号。B2连接PLC输入端X0，为抽气装置控制手动开关，B3连接X1，为排气电磁阀手动开关，B4连接X2，为微波组1手动开关，B5连接X3，为微波组2手动开关，B6连接X4，为微波组3手动开关，B7连接X5，为微波组4手动开关，B8连接X6，为微波组5手动开关，B9连接X7，为微波组6手动开关，B10连接X17，为绞龙输送器驱动装置手动开关，B11连接X18，为炉体出料阀手动开关；设置手动开关是在设备运行中出现异常情况时，手动停止或启动相关设备时使用。S3连接PLC输入端X10，为温度开关，S5、S6连接X11、X12，为温度控制仪输出开关信号，S7、S8连接X13、X14，为真空度表输出开关信号，S9、S10连接X15、X16，为压力控制仪输出开关信号。PLC输出端24个输入点中Y0-Y18，其中Y0-Y3连接伺服驱动器，Y4连接炉体出料阀控制交流接触器线圈KF1，KF1并联有指示灯L3；Y5连接保护气体控制交流接触器线圈KF2，即电磁气阀线圈，KF2并联有指示灯L4；Y6连接放气控制交流接触器线圈KF3，即电磁气阀线圈，KF3并联有指示灯L5；Y7连接真空泵控制交流接触器线圈KM1；Y10-Y12分别连接温度指示灯L6，真空度指示灯L7，压力指示灯L8；Y13-Y18分别连接六个微波组控制交流接触器线圈KA1-3，KA4-6，KA7-9，KA10-12，KA13-15，KA16-18和每个线圈并联有指示灯为L9-L14。

信号采集电路35，如图4所示，含有输入端与真空度探头相连，输出端与PLC输入端相连的真空度表，真空度探头信号进入真空度表，与设定的真空度上限值、下限值比较，达到上限时，真空度表上限输出端输出一个开关信号进入PLC的X13输入端；达到下限时，真空度表下限输出端输出一个开关信号进入PLC的X14输入端；温度控制仪、压力控制仪的工作过程与真空度表的一样，温度控制仪上限输出端、下限输出端分别连接PLC的X11、X12输入端，压力控制仪上限输出端、下限输出端分别连接PLC的X11、X12输入端。

绞龙输送器驱动装置驱动电路36，如图4所示含有一端与两相电源相连的伺服驱动器，其控制信号输入端与PLC输出端X0-X3相连，伺服驱动器连接伺服电机SM1，伺服电机作为绞龙输送器的驱动装置，控制精度高，设备连接简单，技术成熟，可靠性好；断路器DZ21提供过流保护。

微波源控制电路37，如图4所示，含有与三相电源相连的18个微波变压器T1-T18，和微波变压器次端相连的微波管电路，每个微波管电路含有一个微波管G1-G18，每个微波变压器原端输入线上串联有温控保护开关和三联交流接触器的一个触点，三个触点为一组，由一个三触点交流接触器控制，18个微波管3个一组一共6组，交流接触器触点吸合由PLC控制，通过控制相应的交流接触器的吸合，启动对应的一组三个微波管，不同的微波管组合实现功率合成。温控开关作用是在微波管工作温度超过上限时，断开电路，保护微波管不会烧坏。

抽气装置控制电路38，如图4所示，含有一端与三相电源相连的交流接触器KM1，交流接触器的另一端通过断路器DZ20与抽气装置电机M1相连，交流接触器KM1的线圈连接PLC输出端，抽气电机M1为三相电机，M1启动由PLC输出的控制信号控制，断路器DZ20为电机M1提供过流保护。

进料换气/出料换气/冷却降温出料PLC控制电路34，涉及到的进料/出料阀的控制、真空度信号采集、抽真空、输入保护气、水流控制、绞龙输送器的驱动等过程控制与烧结设备PLC控制电路的相关电路的结构、工作原理基本相同，不再画图示意和重述。

实际生产中，首先按照本实用新型人申请号为200810237321.8的专利申请，“磷酸铁锂前驱体及其充电电池电极的制备方法”，制备获得磷酸铁锂前驱体，按每小时50公斤的速率加入送料器中，加入25KG磷酸铁锂前驱体，编号为物料A，投入本实用新型的磷酸铁锂微波加热单炉体卧式连续生产设备进料口1，设备初始状态下炉体、换气室进料/出料阀板均处于闭合密封状态，首先设备控制电路打开进料换气室进料阀12，前驱体物料A进入料箱15，然后闭合进料阀12，打开泵前电磁气阀，形成抽真空通路开动抽真空装置10通过抽进气口14，对进料换气室抽真空，根据进料换气室中真空度探测头13检测的数据确定达到设定真空度后，停止抽气，完成进料过程。接着对炉体18抽真空，真空度探测探头13检测达到设定值后，打开进料换气室出料阀12，前驱体物料经过炉体进料口16落入炉体18中，物料全部进入后，关闭进料换气室出料阀，开启保护气体输入装置前置电磁气阀，通过抽进气管14输入氮气进入抽真空的炉体18，炉体内压力测量探头25测量数据确定炉体内压力达到常压后，关闭前置电磁气阀停止输气，启动微波源19，通过设备控制电路启动设在炉体外部的6组微波管，设定加热总功率为12kw，对物料进行加热，达到温度90℃，启动绞龙输送器正转，通过驱动装置伺服电机控制绞龙输送器转速为每分钟1转；在绞龙输送器叶片推进下，物料30分钟里，从炉体进料口端推移到另一端出料口端完成预处理工艺；保持非氧氛围，然后进行预烧结工艺流程，控制微波管加热总功率为12kw，处理温度230℃，绞龙输送器在驱动装置带动下反转，通过驱动装置伺服电机控制绞龙输送器转速为每分钟1转，使物料反向移动30分钟到入料口端，完成后进行烧结工艺处理；最后控制微波管加热总功率为30kw，处理温度550℃，控制绞龙输送器转速为每分钟1转，绞龙输送器正转推送30分钟物料至出料口端，保持微波加热功率和处理温度，绞龙输送器反转30分钟物料至进料口端，以上过程反复2次，一共加热120分钟，完成烧结工艺流程处理。

在物料A进行烧结过程中，再取25KG磷酸铁锂前驱体，编号为物料B，投入烧结设备进料口，进入进料换气室料箱，封闭换气室，对换气室抽真空，物料B在进料换气室料箱内待处理。

物料A处理过程后期，设备控制电路启动抽真空装置对出料换气室抽真空，达到设定值后停止。物料A完成烧结后，打开炉体出料阀22，绞龙输送器加速正转推送物料，物料在自身重力和绞龙推送作用下，落入出料换气室中，剩余物料从出料口落入出料换气室后，炉体出料阀闭合。出料完成后，炉体出料阀闭合，进料换气室出料阀打开，物料B出入炉体内进行处理；再取25KG磷酸铁锂前驱体，编号为物料C，进入进料换气室料箱内待处理。

物料A进入出料换气室的料箱，在炉体出料阀闭合后，设备控制电路打开出料换气室的出料阀，物料在自身重力作用下落入冷却降温机构8的物料输送管31中，物料A完全进入输送管后，闭合出料换气室7的出料阀。绞龙输送器推送物料向出料口端移动，与管壁加速热交换，输送管外设有夹层套，打开电磁水阀冷却水80L/min的流速通过进水口进入夹层套，从出水口流出，带走输送管管壁的热量，缩短冷却降温时间。经一段时间后物料被输送器推送至出料口端，控制电路关闭电磁水阀停止冷却水，开启出料阀提高绞龙输送器转速，推送磷酸铁锂最终产品从出料口9进入产品贮藏室，物料A完成全部烧结过程。此时进料换气室、炉体内均有物料处理，整个微波烧结设备进入连续生产状态，重复循环执行以上各工艺流程，实现规模工业化连续生产。

本实用新型的磷酸铁锂微波加热单炉体卧式连续生产设备，可以有效地提高烧结效率，实现连续生产，进行产业化规模生产，按整个烧结工艺时间3小时计算，每天可生产成品至少600kg，与普通工业微波炉烧结工艺相比，生产效率提高了3倍以上，节电60％以上，成品率由过去的80％提高到90％以上。比传统的烧结炉20小时左右的生产效率提高了5倍以上，节电80％以上，工业化规模生产效率与经济效益可观。

实施例二：一种磷酸铁锂微波加热单炉体卧式连续生产设备，与实施例一基本相同，不再附图说明，内容相同之处不再重述，不同之处在于炉体轴线与水平方向夹角α，α＝5°；炉体材质为陶瓷材料，炉内绞龙输送器材质为钢结构表面衬陶瓷材料；微波源与5组微波管相连，每组由3个微波管并联。

实施例三：一种磷酸铁锂微波加热单炉体卧式连续生产设备，与实施例一基本相同，不再附图说明，内容相同之处不再重述，不同之处在于炉体轴线与水平方向夹角α，α＝10°；炉内绞龙输送器材质为不锈钢材料；微波源与8组微波管相连，每组由3个微波管并联。

实施例四：一种磷酸铁锂微波加热单炉体立式连续生产设备，参见图5，编号与实施例一相同，内容相同，相同之处不再重述，不同之处在炉体为密闭式立式中空圆筒状，炉体轴线与水平方向夹角α，α＝90°，其轴线垂直截面形状为圆环形，炉体进料口位于炉体上端部一侧，炉体出料口位于炉体下端部一侧，绞龙输送器轴线与炉体轴线方向近似重合安装在炉体中，其上、下两端分别与设在炉体上、下端面的驱动装置相连，真空度探测探头13、温度测量探头24和压力测量探头25安装在炉体内壁上部。具体生产中，物料进入炉体内，在氮气保护非氧化氛围环境中，控制电路启动微波管，对物料进行加热，控制加热总功率为12kw，控制温度在90℃，在绞龙输送器正转、反转搅拌下，加热30分钟，完成预处理工艺；然后进行预烧结工艺流程，控制微波管加热总功率为12kw，处理温度230℃，绞龙输送器正转、反转，搅拌物料，加热30分钟，完成后进行烧结工艺处理；控制微波管加热总功率为30kw，处理温度550℃，绞龙输送器搅拌物料，加热120分钟，获得磷酸铁锂产品，最后进行冷却降温后出料。

实施例五：一种磷酸铁锂微波加热单炉体立式连续生产设备，与实施例四基本相同，不再附图说明，内容相同之处不再重述，不同之处在于炉体轴线与水平线夹角α，α＝80°，单体炉出料口设在倾斜一侧；炉体材质为陶瓷材料，炉内绞龙输送器材质为钢结构表面衬陶瓷材料；微波源与5组微波管相连，每组由3个微波管并联。

实施例六：一种磷酸铁锂微波加热单炉体立式连续生产设备，与实施例四基本相同，不再附图说明，内容相同之处不再重述，不同之处在于炉体轴线与水平线夹角α，α＝100°，单体炉出料口设在倾斜一侧；炉内绞龙输送器材质为不锈钢材料；微波源与8组微波管相连，每组由3个微波管并联。

以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种磷酸铁锂微波加热单炉体卧式连续生产设备，包括进料口、炉体外微波屏蔽保温结构层、炉体、微波源、冷却降温出料机构、出料口、抽真空装置、保护气体输入装置，其特征在于：所述的微波加热单炉体卧式连续生产设备还包括进料换气室、出料换气室和生产设备控制电路，炉体设有炉体进料口、一定个数微波管、至少一根进抽气管、炉体出料口、出料阀、绞龙输送器、至少各一个真空度探测探头、温度测量探头和压力测量探头，炉体为密闭式中空圆筒状，其轴线垂直截面形状为圆环形，炉体外包裹有炉体外微波屏蔽保温结构层，炉体进料口位于炉体一端上部，炉体出料口位于炉体另一端下部，炉体出料口设置有出料阀，微波源布置于炉体外部周边与微波管相连，微波管布置在炉体外壁上，进抽气管与炉体内腔连通，通过带阀门管道连通抽真空装置和保护气体输入装置，绞龙输送器轴线与炉体轴线平行安装在炉体中，其两端分别与设在炉体外两端面的驱动装置相连，真空度探测探头、温度测量探头和压力测量探头安装在炉体内壁顶部，通过数据线与设备控制电路对应电路连接，进料口通过进料换气室与炉体进料口连通，炉体出料口通过出料换气室与冷却降温出料机构及出料口连通，炉体、进料换气室、抽真空装置、保护气体输入装置、出料换气室、冷却降温出料机构，通过数据线与设备控制电路对应电路连接。

2.根据权利要求1所述的微波加热单炉体卧式连续生产设备，其特征在于：所述的炉体中微波源与一定组数微波管相连，每组由一定数量微波管并联，微波管布置于炉体壁上，或布置于炉体四周，微波源功率为30～100kw；炉体至少设有一根排气管，抽进气管口与排气管口均设有微孔过滤装置；所述炉体材质为石英玻璃或陶瓷任选其一，绞龙输送器为石英玻璃、钢结构表面衬陶瓷材料或不锈钢材质任选其中一种；炉体轴线与水平方向夹角α，0°≤α≤10°。

3.根据权利要求1所述的微波加热单炉体卧式连续生产设备，其特征在于：所述的进料换气室，包括料箱、进料阀、出料阀、真空度探测探头和至少一根进抽气管，料箱上端口与进料口连通，下端口与炉体进料口连通，料箱上、下端部分别设有进料阀和出料阀，进抽气管开口设置在料箱内壁上部，通过带阀门管道连通抽真空装置，真空度探测探头安装在料箱内壁上部；所述出料换气室，包括料箱、出料阀、真空度探测探头和至少一根进抽气管，料箱上端口与炉体出料口连通，下端口与冷却降温出料机构连通，出料阀设在料箱下端部，进抽气管开口设置在料箱内壁上部，通过带阀门管道连通抽真空装置，真空度探测探头安装在料箱内壁上部。

4.根据权利要求1～3任一权利要求所述的微波加热单炉体卧式连续生产设备，其特征在于：所述的冷却降温出料机构，包括物料输送管、夹层套、进水口、出水口、绞龙输送器，出料阀，物料输送管为不锈钢材质，夹层套包裹在物料输送管道外壁上，其一端设有进水口，另一端设有出水口，绞龙输送器安装在物料输送管道内部，其两端分别与设在管道外两端面外的绞龙输送器驱动装置相连，出料阀设在出料口上部。

5.根据权利要求4所述的微波加热单炉体卧式连续生产设备，其特征在于：所述生产设备控制电路含有触摸屏，触摸屏通过数据总线分别与烧结设备PLC控制电路、进料换气/出料换气/冷却降温出料PLC控制电路连通；所述烧结设备PLC控制电路，含有PLC、PLC外接电路、信号采集电路，绞龙驱动装置控制电路，微波源控制电路，抽气装置控制电路；所述PLC外接电路，含有与输入端相连的一定数量的手动开关，信号采集电路的开关信号电路，以及与输出端相连的伺服驱动器，炉体出料阀控制交流接触器线圈，保护气体控制交流接触器线圈，放气控制交流接触器线圈，真空泵控制交流接触器线圈，微波源控制交流接触器线圈和指示灯；所述信号采集电路含有输入端与真空度探头相连，输出端与PLC输入端相连的真空度表，输入端与温度测量探头相连，输出端与PLC输入端相连的温度控制仪和输入端与温度测量探头相连，输出端与PLC输入端相连的压力控制仪；所述绞龙输送器驱动装置驱动电路，含有一端与两相电源相连的伺服驱动器，伺服驱动器连接伺服电机和PLC的输出端；所述微波源控制电路，含有与三相电源相连的一定数量的微波变压器，和微波变压器次端相连的微波管电路，微波变压器原端输入线上串联有温控保护开关和多触点交流接触器的一个触点，交流接触器的线圈连接PLC的输出端；所述抽气装置控制电路，含有一端与三相电源相连的交流接触器，交流接触器的另一端通过断路器与抽气装置电机相连，交流接触器的线圈连接PLC输出端；所述触摸屏与烧结设备PLC控制电路、进料换气/出料换气/冷却降温出料PLC控制电路通过RS422/485总线连通。

6.一种磷酸铁锂微波加热单炉体立式连续生产设备，包括进料口、炉体外微波屏蔽保温结构层、炉体、微波源、冷却降温出料机构、出料口、抽真空装置、保护气体输入装置，其特征在于：所述的微波加热单炉体立式连续连续生产设备还包括进料换气室、出料换气室和设备控制电路，炉体设有炉体进料口、一定个数微波管、至少一根进抽气管、炉体出料口、出料阀、绞龙输送器、至少各一个真空度探测探头、温度测量探头和压力测量探头，炉体为密闭式立式中空圆筒状，其轴线垂直截面形状为圆环形，炉体进料口位于炉体上端部一侧，炉体出料口位于炉体下端部一侧，炉体出料口设置有出料阀，微波源布置于炉体外部周边与微波管相连，微波管布置在炉体外壁上，进抽气管与炉体内腔连通，通过带阀门管道连通抽真空装置和保护气体输入装置，绞龙输送器轴线与炉体轴线方向近似重合安装在炉体中，其上下两端分别与设在炉体上下端面的驱动装置相连，真空度探测探头、温度测量探头和压力测量探头安装在炉体内壁上部，通过数据线与设备控制电路对应电路连接，进料口通过进料换气室与炉体进料口连通，炉体出料口通过出料换气室与冷却降温出料机构及出料口连通，炉体、进料换气室、抽真空装置、保护气体输入装置、出料换气室、冷却降温出料机构，通过数据线与设备控制电路对应电路连接。

7.根据权利要求6所述的微波加热单炉体立式连续生产设备，其特征在于：所述的炉体中微波源与一定组数微波管相连，每组由一定数量微波管并联，微波管布置于炉体壁上，或布置于炉体四周，微波源功率为30～100kw；炉体至少设有一根排气管，抽进气管口与排气管口均设有微孔过滤装置；所述的炉体材质为石英玻璃或陶瓷任选其一，绞龙输送器为石英玻璃、钢结构表面衬陶瓷材料或不锈钢材质任选其中一种；炉体轴线与水平方向夹角α，80°≤α≤100°。

8.根据权利要求6所述的微波加热单炉体立式连续生产设备，其特征在于：所述的进料换气室，包括料箱、进料阀、出料阀、真空度探测探头和至少一根进抽气管，料箱上端口与进料口连通，下端口与预处理炉体进料口连通，料箱上、下端部分别设有进料阀和出料阀，进抽气管开口设置在料箱内壁上部，通过带阀门管道连通抽真空装置，真空度探测探头安装在料箱内壁上部；所述出料换气室，包括料箱、出料阀、真空度探测探头和至少一根进抽气管，料箱上端口与烧结炉体出料口连通，下端口与冷却降温出料机构连通，出料阀设在料箱下端部，进抽气管开口设置在料箱内壁上部，通过带阀门管道连通抽真空装置，真空度探测探头安装在料箱内壁上部。

9.根据权利要求6～8任一权利要求所述的微波加热单炉体立式连续生产设备，其特征在于：所述的冷却降温出料机构，包括物料输送管、夹层套、进水口、出水口、绞龙输送器，出料阀，物料输送管为不锈钢材质，夹层套包裹在物料输送管道外壁上，其一端设有进水口，另一端设有出水口，绞龙输送器安装在物料输送管道内部，其两端分别与设在管道外两端面外的绞龙输送器驱动装置相连，出料阀设在出料口上部。

10.根据权利要求9所述的微波加热单炉体立式连续生产设备，其特征在于：所述生产设备控制电路含有触摸屏，触摸屏通过数据总线分别与烧结设备PLC控制电路、进料换气/出料换气/冷却降温出料PLC控制电路连通；所述烧结设备PLC控制电路，含有PLC、PLC外接电路、信号采集电路，绞龙驱动装置控制电路，微波源控制电路，抽气装置控制电路；所述PLC外接电路，含有与输入端相连的一定数量的手动开关，信号采集电路的开关信号电路，以及与输出端相连的伺服驱动器，炉体出料阀控制交流接触器线圈，保护气体控制交流接触器线圈，放气控制交流接触器线圈，真空泵控制交流接触器线圈，微波源控制交流接触器线圈和指示灯；所述信号采集电路含有输入端与真空度探头相连，输出端与PLC输入端相连的真空度表，输入端与温度测量探头相连，输出端与PLC输入端相连的温度控制仪和输入端与温度测量探头相连，输出端与PLC输入端相连的压力控制仪；所述绞龙输送器驱动装置驱动电路，含有一端与两相电源相连的伺服驱动器，伺服驱动器连接伺服电机和PLC的输出端；所述微波源控制电路，含有与三相电源相连的一定数量的微波变压器，和微波变压器次端相连的微波管电路，微波变压器原端输入线上串联有温控保护开关和多触点交流接触器的一个触点，交流接触器的线圈连接PLC的输出端；所述抽气装置控制电路，含有一端与三相电源相连的交流接触器，交流接触器的另一端通过断路器与抽气装置电机相连，交流接触器的线圈连接PLC输出端；所述触摸屏与烧结设备PLC控制电路、进料换气/出料换气/冷却降温出料PLC控制电路通过RS422/485总线连通。

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