CN218864753U - 一种回转窑防腐装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种回转窑防腐装置，属于回转窑技术领域。该装置包括金属回转窑筒体、固体电解质层以及辅助阳极；固体电解质层设置于用作阴极的金属回转窑筒体的表面；辅助阳极绕设于固体电解质层的表面；金属回转窑筒体和辅助阳极分别用于与外界负极和正极连接。通过将被保护的金属回转窑筒体作为阴极，可使金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。上述固体电解质层可提供阴极保护电流的离子迁移通道，从而可在辅助阳极与被保护的金属回转窑筒体之间建立强度均匀的电场，以使保护电流均匀地分布到被保护金属回转窑筒体的所有表面上，实现对金属回转窑筒体有效的防腐保护，延长回转窑的使用寿命。

Description

一种回转窑防腐装置

技术领域

本实用新型涉及回转窑技术领域，具体而言，涉及一种回转窑防腐装置。

背景技术

回转窑是一种动态烧结设备，所用的核心部件为金属材质的筒体，在锂电材料的烧结中，一般都采用INCONEL系列合金(如INCONEL622)作为筒体，以减少高温下材料的腐蚀。

高镍三元正极材料一般需要使用氢氧化锂作为反应原料，氢氧化锂容易挥发且碱性很强，对窑炉筒体有一定的腐蚀作用，并且这种腐蚀作用为锂电材料的制备带来不利影响。这主要是由于筒体合金材质构成元素为镍、钴、锰、铬等，而氢氧化锂作为强碱对金属筒体有腐蚀作用，这种腐蚀一方面会严重缩短回转窑设备使用寿命，另一方面会导致金属杂质进入到三元正极材料中，影响三元正极材料品质。

鉴于此，特提出本申请。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种回转窑防腐装置，其能够对金属回转窑筒体起到有效的防腐保护，延长回转窑的使用寿命。

本实用新型可这样实现：

本实用新型提供一种回转窑防腐装置，其包括金属回转窑筒体、固体电解质层以及辅助阳极；

固体电解质层设置于用作阴极的金属回转窑筒体的表面；

辅助阳极绕设于固体电解质层的表面；

其中，金属回转窑筒体用于与外界负极连接，辅助阳极用于与外界正极连接。

在可选的实施方式中，金属回转窑筒体的长度为6-8m。

在可选的实施方式中，金属回转窑筒体的内径为90-105cm，厚度为8-12cm。

在可选的实施方式中，固体电解质层的厚度为1-10cm。

在可选的实施方式中，辅助阳极呈线状。

在可选的实施方式中，辅助阳极的直径为0.5-2cm。

在可选的实施方式中，回转窑防腐装置还包括直流电源输出装置以及电缆；

直流电源输出装置包括负极和正极，负极通过电缆与金属回转窑筒体连接，正极通过电缆与辅助阳极连接。

在可选的实施方式中，回转窑防腐装置还设有参比电极，参比电极设置于固体电解质层内，直流电源输出装置还包括参比电极接口，参比电极通过电缆与参比电极接口连接。

在可选的实施方式中，直流电源输出装置还具有输入电源，输入电源与负极和正极电性连接。

在可选的实施方式中，直流电源输出装置还具有壳体，壳体接地。

本实用新型的有益效果包括：

本申请通过将金属回转窑筒体用于与外界负极连接，辅助阳极用于与外界正极连接，使被保护的金属回转窑筒体成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。上述被夹在金属回转窑筒体和辅助阳极之间的固体电解质层可提供阴极保护电流的离子迁移通道，从而可在辅助阳极与被保护的金属回转窑筒体之间建立强度均匀的电场以使保护电流均匀地分布到被保护金属回转窑筒体的所有表面上，实现对金属回转窑筒体有效的防腐保护，延长回转窑的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型提供的回转窑防腐装置的结构示意图。

图标：1-金属回转窑筒体；2-固体电解质层；3-辅助阳极；4-参比电极；5-直流电源输出装置；51-负极；52-正极；53-参比电极接口；54-输入电源；55-接地口；6-电缆。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，若出现术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

请参照图1，本实施例提供了一种回转窑防腐装置，其包括金属回转窑筒体1、固体电解质层2以及辅助阳极3。

作为参考地，上述金属回转窑筒体1的材质可以为INCONEL系列合金(如INCONEL622合金)。

上述金属回转窑筒体1的长度可以为6-8m，如6m、6.2m、6.5m、6.8m、7m、7.2m、7.5m、7.8m或8m等，也可以为6-8m范围内的其它任意值。

金属回转窑筒体1的内径可以为90-105cm，如90cm、92cm、95cm、98cm、100cm、102cm或105等，也可以为90-105cm范围内的其它任意值。

金属回转窑筒体1的厚度可以为8-12cm，如8cm、8.5cm、9cm、9.5cm、10cm、10.5cm、11cm、11.5cm或12cm等，也可以为8-12cm范围内的其它任意值。

也即，金属回转窑筒体1的外径为金属回转窑筒体1的内径加上金属回转窑筒体1的厚度。

本申请中，固体电解质层2设置于用作阴极的金属回转窑筒体1的表面。

更具体的，可理解成固体电解质层2包覆于金属回转窑筒体1的周向表面。

作为参考地，固体电解质层2的厚度可以为1-10cm，如1cm、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm或10cm等，也可以为1-10cm范围内的其它任意值。

需说明的是，固体电解质层2为阴极保护电流的离子迁移通道，若其厚度过薄，容易导致在使用过程中受损，使得阴极和阳极直接相连，造成整个电路短路；若其厚度过厚，一方面会增加成本，另一方面会增大离子传输距离，不利于离子传输。

在一些具体的实施方式中，上述固体电解质层2可以由蒙脱石固体电解质与水性聚氨酯树脂以质量比为1:1共混组成。其中，蒙脱石固体电解质所含的蒙脱石的量可以为7-10wt％，如7wt％、7.5wt％、8wt％、8.5wt％、9wt％、9.5wt％或10wt％等，也可以为7-10wt％范围内的其它任意值。

辅助阳极3绕设于固体电解质层2的表面。

本申请中，辅助阳极3呈线状，也可理解为细绳状。

作为参考地，上述辅助阳极3的直径可以为0.5-2cm，如0.5cm、0.8cm、1cm、1.2cm、1.5cm、1.8cm或2cm等，也可以为0.5-2cm范围内的其它任意值。

作为参考地，辅助阳极3可在固体电解质层2的表面密实缠绕，也可以呈间隔缠绕(如弹簧的绕设形式)。若以间隔方式缠绕时，相邻两圈的最大间隔优选控制在15cm范围内。

在一些具体的实施方式中，辅助阳极3具有柔性，以方便安装及拆卸。该柔性的辅助阳极3可以为MMO/Ti阳极。

作为说明的，MMO阳极，又叫MMO涂层阳极，MMO为Mixed Metal Oxide的缩写，该类阳极属于不溶性阳极，是在钛基材或其他耐腐蚀性材料上经过特殊工艺涂覆有钌系或铱系贵金属氧化物，使其具有良好的导电性。

上述结构中，金属回转窑筒体1用于与外界负极51连接，辅助阳极3用于与外界正极52连接。

承上，本申请提供的回转窑防腐装置的作用原理包括：向被保护的金属回转窑筒体1表面施加一个外加直流电，使被保护的金属回转窑筒体1成为阴极，进而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。

在本方案中，电解池由三层结构组成，此三层结构依次为被保护的金属回转窑筒体1、固体电解质层2和辅助阳极3，夹在中间的固体电解质层2提供阴极保护电流的离子迁移通道，进而在辅助阳极3与被保护的金属回转窑筒体1之间能够建立强度均匀的电场，使保护电流均匀地分布到被保护的金属回转窑筒体1的所有表面，实现对筒体的有效防腐保护，延长回转窑的使用寿命。

进一步地，本申请提供的回转窑防腐装置还包括直流电源输出装置5以及电缆6。

直流电源输出装置5包括负极51和正极52，负极51通过电缆6与金属回转窑筒体1连接，正极52通过电缆6与辅助阳极3连接。

上述负极51也可称为“输出阴极”，上述正极52也可称为“输出阳极”。

上述直流电源输出装置5具体可以为恒电位仪，其主要用于提供直流电。

作为参考地，该直流电源输出装置5的电压可以为5-24V，如5V、8V、10V、12V、15V、18V、20V或24V等，也可以为5-24V范围内的其它任意值。

该直流电源输出装置5的电流可以为5-60mA·cm^-2(具体可根据装置的大小及总电阻选择)，如5mA·cm^-2、10mA·cm^-2、15mA·cm^-2、20mA·cm^-2、25mA·cm^-2、30mA·cm^-2、35mA·cm^-2、40mA·cm^-2、45mA·cm^-2、50mA·cm^-2、55mA·cm^-2或60mA·cm^-2等，也可以为5-60mA·cm^-2范围内的其它任意值。

上述直流电源输出装置5具有输出电流、电压持续可调，保护范围大，不受环境电阻率限制，保护装置寿命长等特点。

进一步地，回转窑防腐装置还设有参比电极4，参比电极4设置于固体电解质层2内，直流电源输出装置5还包括参比电极接口53，参比电极4通过电缆6与参比电极接口53连接。

作为参考地，参比电极4可以为Ag/AgCl电极。

进一步地，上述直流电源输出装置5还具有输入电源54，输入电源54与负极51和正极52电性连接。

此外，直流电源输出装置5还具有壳体，壳体通过接地口55接地，以确保使用安全。

需说明的是，上述各电路连接处均设有接头以与电缆6相匹配。

承上，本方案中通过恒电位仪提供直流电，使回转窑筒体电子处于过剩状态，减缓罐体的腐蚀过程，延长使用寿命。在通直流电的过程中参比电极4反馈作为恒定标准，参比电极4测得信号传到恒电位仪，从而实现控制并调节电流输出，使筒体电流位于最佳保护值区间。

试验例

原料在回转窑中烧结前不含有铬元素，而回转窑筒体含有铬元素，因此可用铬元素作为标志性检测物验证设计的效果。不同防腐方案烧结后产物的铬含量如表1所示。

其中，本申请方案中金属回转窑筒体1的材质为INCONEL622合金，炉长为6.8m，内径为97cm，外径为107cm。固体电解质层2的厚度为5cm。固体电解质层2由蒙脱石固体电解质与水性聚氨酯树脂以质量比为1:1共混组成。其中，蒙脱石固体电解质所含的蒙脱石的量为8wt％。辅助阳极3为MMO/Ti阳极，其直径为1cm，密实缠绕。直流电源输出装置5的电压为10V，电流为30mA·cm^-2。

对比例1与本申请方案的区别在于：电流来源采用牺牲阳极的方式；

对比例2与本申请方案的区别在于：电流来源采用外加电流的方式。

为了检测本回转窑防腐方案是否能够达到预想效果，将有防腐设计的回转窑用于高镍三元正极材料的制备，并且也将没有防腐设计的回转窑用于高镍三元正极材料的制备。通过对两种烧结产品进行元素的分析从而确定防腐设计的效果。因为高镍三元正极材料中本身是不含Cr元素的，只有当回转窑被腐蚀Cr元素才会出现在三元正极材料中。因此有防腐设计的回转窑烧结产品中Cr元素含量应该远低于没有防腐设计的回转窑烧结的产品。具体Cr元素测试方案：取烧结完的高镍三元正极材料1g，用浓硝酸进行消解(就是将其溶解在浓硝酸里面)，在经过电感耦合等离子体发射光谱仪Inductively coupled plasmaspectrometer(ICP)进行Cr元素测定，从而根据Cr元素含量，说明本方案能够起到回转窑防腐效果。

外加电流和牺牲阳极最大的区别是电流来源不同。外加电流方法须使用外部直流电源，将电源负极与被保护的结构相连，电源正极与辅助阳极相连。牺牲阳极法是采用电位较负的金属材料与被保护的结构连接一起，依靠牺牲阳极消耗溶解产生的电流使被保护结构表面电子过剩，从而达到缓解腐蚀的效果。但牺牲阳极法的缺点在于提供的保护电流较小、受电解质电阻率影响较大，且牺牲阳极易于消耗殆尽致其使用寿命短，无法继续提供保护。

表1Cr含量

由表1可以看出：本申请方案较对比例1和对比例2中筒体的铬元素的溶出明显减少，产物中的铬元素含量明显降低。

综上所述，本申请提供的方案不仅能够延长回转窑设备的使用寿命，而且还能大大降低进入到三元正极材料中的金属杂质含量，提高三元正极材料的品质。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种回转窑防腐装置，其特征在于，所述回转窑防腐装置包括金属回转窑筒体、固体电解质层以及辅助阳极；

所述固体电解质层设置于用作阴极的所述金属回转窑筒体的表面；

所述辅助阳极绕设于所述固体电解质层的表面；

其中，所述金属回转窑筒体用于与外界负极连接，所述辅助阳极用于与外界正极连接。

2.根据权利要求1所述的回转窑防腐装置，其特征在于，所述金属回转窑筒体的长度为6-8m。

3.根据权利要求1所述的回转窑防腐装置，其特征在于，所述金属回转窑筒体的内径为90-105cm，厚度为8-12cm。

4.根据权利要求1所述的回转窑防腐装置，其特征在于，所述固体电解质层的厚度为1-10cm。

5.根据权利要求1所述的回转窑防腐装置，其特征在于，所述辅助阳极呈线状。

6.根据权利要求5所述的回转窑防腐装置，其特征在于，所述辅助阳极的直径为0.5-2cm。

7.根据权利要求1-6任一项所述的回转窑防腐装置，其特征在于，所述回转窑防腐装置还包括直流电源输出装置以及电缆；

所述直流电源输出装置包括负极和正极，所述负极通过电缆与所述金属回转窑筒体连接，所述正极通过电缆与所述辅助阳极连接。

8.根据权利要求7所述的回转窑防腐装置，其特征在于，所述回转窑防腐装置还设有参比电极，所述参比电极设置于所述固体电解质层内，所述直流电源输出装置还包括参比电极接口，所述参比电极通过电缆与所述参比电极接口连接。

9.根据权利要求7所述的回转窑防腐装置，其特征在于，所述直流电源输出装置还具有输入电源，所述输入电源与所述负极和所述正极电性连接。

10.根据权利要求7所述的回转窑防腐装置，其特征在于，所述直流电源输出装置还具有壳体，所述壳体接地。

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