JP2012035237A - Powder production apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粉体製造装置に関する。 The present invention relates to a powder manufacturing apparatus.
従来、リチウムイオン2次電池の極の材料となる粉体等は、例えば、原料水溶液を噴霧乾燥して粉体化し、それらの粉体を容器に入れて炉内で焼成して熱変性させることによって製造されている。このような方法では、セラミック容器へのダメージを考慮して、焼成に30分から数時間が必要であり効率がよくない。また、このような方法では、粉体を堆積して静置した状態で焼成するため、焼成する際に粒子同士が溶着するという問題もある。 Conventionally, powders or the like that are the material of the electrodes of lithium ion secondary batteries are, for example, spray-dried raw material aqueous solutions to form powders, and these powders are placed in a container and baked in a furnace to be thermally denatured. Is manufactured by. In such a method, considering the damage to the ceramic container, it takes 30 minutes to several hours for firing, and is not efficient. In addition, in such a method, since the powder is deposited and fired in a standing state, there is a problem that particles are welded during firing.
特許文献1には、プラズマ放電を行う電極を有する粉体生成炉内に原料水溶液を噴霧し、プラズマ放電によって形成する超高温のプラズマ空間において、原料水溶液を乾燥するとともに、さらには熱分解して融合させる粉体製造装置が開示されている。 In Patent Document 1, a raw material aqueous solution is sprayed into a powder production furnace having an electrode for performing plasma discharge, and the raw aqueous solution is dried and further thermally decomposed in an ultra-high temperature plasma space formed by plasma discharge. A powder production apparatus for fusing is disclosed.
このような粉体製造装置で製造した粉体粒子は、形状がいびつで、不均一である。これは、原料水溶液の液滴が超高温のプラズマ空間で瞬間的に加熱され、粒子内の水分が一瞬のうちに気化膨張することで、粒子が水蒸気爆発して破壊されるためである。 The powder particles produced by such a powder production apparatus are irregular in shape and non-uniform. This is because the droplets of the raw material aqueous solution are instantaneously heated in the ultra-high temperature plasma space, and the water in the particles evaporates and expands instantaneously, so that the particles are destroyed by steam explosion and destroyed.
また、このような粉体製造装置では、プラズマ空間の容積が小さく、プラズマ空間内の温度にもムラがあるために、粒子毎に熱履歴が大きく異なるので、変性温度や加熱時間などが品質に大きく影響する粉体を製造するのには適さない。 Moreover, in such a powder manufacturing apparatus, the volume of the plasma space is small and the temperature in the plasma space is also uneven, so the heat history varies greatly from particle to particle, so the denaturation temperature, heating time, etc. are of quality. Not suitable for producing highly influential powders.
また、特許文献2には、火炎によって粉体原料を溶融し、球状粒子を製造する装置が記載されている。火炎によって加熱する粉体製造装置でも、火炎内部の温度ムラが大きいため、処理温度や処理時間を均一にすることができない。
前記問題点に鑑みて、本発明は、浮遊状態で熱処理される粉体の熱履歴を均一にすることができる粉体製造装置を提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a powder manufacturing apparatus that can make the thermal history of powder heat-treated in a floating state uniform.
前記課題を解決するために、本発明による粉体製造装置は、内部に処理空間を形成する粉体生成炉と、バーナを備える燃焼室と、前記燃焼室で発生した燃焼排ガスを前記粉体生成炉に導入する燃焼排ガスノズルと、前記燃焼排ガスノズルの中に配置され、前記粉体生成炉に原料を吹き込む原料ノズルとを有するものとする。 In order to solve the above problems, a powder production apparatus according to the present invention includes a powder production furnace that forms a processing space therein, a combustion chamber that includes a burner, and combustion powder generated in the combustion chamber. A combustion exhaust gas nozzle to be introduced into the furnace and a raw material nozzle that is disposed in the combustion exhaust gas nozzle and blows the raw material into the powder production furnace are provided.
この構成によれば、粉体生成炉内に導入された燃焼排ガスは、処理空間の広い範囲をムラなく高温に維持する。この高温の燃焼排ガス中に原料を浮遊させることで、原料を均等に加熱して熱変性させられる。 According to this configuration, the combustion exhaust gas introduced into the powder production furnace maintains a wide range of the processing space at a high temperature without unevenness. By suspending the raw material in this high-temperature combustion exhaust gas, the raw material can be uniformly heated and thermally denatured.
また、本発明の粉体製造装置において、前記燃焼排ガスノズルは、前記燃焼室よりも流路断面積が小さくてもよい。 In the powder production apparatus of the present invention, the combustion exhaust gas nozzle may have a flow path cross-sectional area smaller than that of the combustion chamber.
この構成によれば、燃焼室内では流速を低くして、狭い燃焼室内で完全な燃焼を行い、燃焼排ガスノズルにおける燃焼排ガスの流速を十分に大きくすることで、燃焼排ガスの偏った流れを防止し、温度ムラを低減して粉体生成炉内に導入できる。 According to this configuration, the flow rate is reduced in the combustion chamber, complete combustion is performed in the narrow combustion chamber, and the flow rate of the flue gas in the flue gas nozzle is sufficiently increased to prevent uneven flow of the flue gas. The temperature unevenness can be reduced and introduced into the powder production furnace.
また、本発明の粉体製造装置において、前記燃焼室は水平方向に長く、前記バーナは前記燃焼室の水平方向一端から水平方向に火炎を形成し、前記燃焼排ガスノズルは、前記燃焼室の他端近傍から垂直に前記燃焼排ガスを引き出し、直線的に前記粉体生成炉に導入してもよい。 In the powder production apparatus of the present invention, the combustion chamber is long in the horizontal direction, the burner forms a flame in the horizontal direction from one end in the horizontal direction of the combustion chamber, and the combustion exhaust gas nozzle is disposed in addition to the combustion chamber. The combustion exhaust gas may be drawn vertically from the vicinity of the end and linearly introduced into the powder production furnace.
この構成によれば、燃焼室の小型化と、燃焼排ガスノズルの流路の短縮とが可能であり、熱損失を最小化できる。また、燃焼排ガスの流れ方向を直角に変更するので、燃焼排ガスの撹拌を促進し、温度ムラをなくすことができる。 According to this configuration, the combustion chamber can be downsized and the flow path of the combustion exhaust gas nozzle can be shortened, and heat loss can be minimized. Further, since the flow direction of the combustion exhaust gas is changed to a right angle, the stirring of the combustion exhaust gas can be promoted and temperature unevenness can be eliminated.
また、本発明の粉体製造装置は、前記原料ノズルは、前記原料を噴霧する原料噴霧ノズルと、前記原料噴霧ノズルを取り囲むように配置され、噴霧された前記原料の周囲に冷却空気を吹き込む冷却ノズルとを備えてもよい。 Further, in the powder production apparatus of the present invention, the raw material nozzle is disposed so as to surround the raw material spray nozzle for spraying the raw material, and cooling for blowing cooling air around the sprayed raw material. And a nozzle.
この構成によれば、冷却空気によって原料が極めて短時間に加熱されることを防止し、粉体粒子の水蒸気爆発による破裂を防止して、均質な粒子を形成できる。 According to this configuration, it is possible to prevent the raw material from being heated by the cooling air in a very short time, to prevent the powder particles from bursting due to the steam explosion, and to form homogeneous particles.
また、本発明の粉体製造装置において、前記冷却ノズルは、多重管からなり、前記冷却空気を多重に吹き込んでもよい。 In the powder production apparatus of the present invention, the cooling nozzle may be composed of a multiple tube, and the cooling air may be blown in multiple times.
この構成によれば、複数の冷却空気の層が段階的な温度分布を形成し、原料を段階的に昇温できるので、粉体粒子の水蒸気爆発を防止する効果がさらに高い。 According to this configuration, the plurality of layers of cooling air form a stepwise temperature distribution, and the temperature of the raw material can be increased stepwise. Therefore, the effect of preventing the steam explosion of the powder particles is further enhanced.
また、本発明の粉体製造装置において、前記冷却ノズルは、冷却水によって冷却されるジャケットを備えてもよく、さらに、隙間を空けて前記ジャケットを覆う外層板を備えてもよい。 In the powder production apparatus of the present invention, the cooling nozzle may include a jacket that is cooled by cooling water, and may further include an outer layer plate that covers the jacket with a gap.
この構成によれば、水冷ジャケットによって燃焼排ガスノズル内で冷却空気および原料が高温になることを防止できる。これにより、少ない冷却空気で粉体粒子の水蒸気爆発を確実に防止でき、燃焼排ガスの希釈が抑制される。また、水冷ジャケットの周囲に断熱効果を発揮する空気の層を介して外層板を配設することで、冷却水と燃焼排ガスとの間の熱交換が抑制されるので、燃焼排ガスノズル内における燃焼排ガスの熱損失も小さい。したがって、この構成により、高い熱効率を維持しながら、粉体粒子の水蒸気爆発を防止できる。 According to this configuration, the cooling air and the raw material can be prevented from becoming high temperature in the combustion exhaust gas nozzle by the water cooling jacket. Thereby, the steam explosion of the powder particles can be reliably prevented with a small amount of cooling air, and the dilution of the combustion exhaust gas is suppressed. In addition, the heat exchange between the cooling water and the flue gas is suppressed by arranging the outer layer plate around the water cooling jacket through an air layer that exhibits a heat insulation effect. The heat loss of exhaust gas is also small. Therefore, with this configuration, the steam explosion of the powder particles can be prevented while maintaining high thermal efficiency.
図1に、本発明の第1実施形態の粉体製造装置1を示す。粉体製造装置1は、鏡板状の上端と、円錐状に縮径した下部とを有し、内部に隔離された処理空間を形成する直立筒状の粉体生成炉2と、粉体生成炉2の上方に配置され、水平方向に延伸する円筒状の燃焼室3と、燃焼室3と粉体生成炉2とを接続し、燃焼室3内に生成された燃焼排ガスを粉体生成炉2の上端から下向きに吹き込む燃焼排ガスノズル4と、燃焼室3を貫通し、燃焼排ガスノズル4の内部に延伸するように配置され、粉体生成炉2の上端から下向きに粉体原料を含有したスラリーを噴霧するための原料ノズル5とを有する。
In FIG. 1, the powder manufacturing apparatus 1 of 1st Embodiment of this invention is shown. The powder production apparatus 1 has an end plate-like upper end and a conical lower diameter lower part, and an upright cylindrical
燃焼室3は、一端にバーナ6が設けられ、一端から他端に向けて水平方向の火炎が形成される。バーナ6は、例えば天然ガスのような燃料と燃焼用空気とを任意の比率で供給できるものであり、公知の点火装置やパイロットバーナを備えてもよい。当然ながら、燃料は、ガス燃料、液体燃料、固体燃料のいずれであってもよい。 The combustion chamber 3 is provided with a burner 6 at one end, and a horizontal flame is formed from one end to the other end. The burner 6 can supply a fuel such as natural gas and combustion air at an arbitrary ratio, and may include a known ignition device or a pilot burner. Of course, the fuel may be any of gas fuel, liquid fuel, and solid fuel.
燃焼室3は、バーナ6が形成する火炎を収容でき、燃料を完全燃焼させるのに必要最低限度の容積を有するものとすることで、小さくすることが好ましい。燃焼室3の炉壁からの熱損失を最低限度に留めることができるからである。例えば、本実施形態の燃焼室3は、バーナ6の燃焼容量116Kwに対して、好ましくは、内径130〜250mm、長さ500〜1000mm、より好ましくは、内径150〜200mm、長さ600〜800mmの細長い形状を有する。 It is preferable to make the combustion chamber 3 small by accommodating the flame formed by the burner 6 and having a minimum volume necessary for complete combustion of the fuel. This is because heat loss from the furnace wall of the combustion chamber 3 can be kept to a minimum. For example, the combustion chamber 3 of the present embodiment preferably has an inner diameter of 130 to 250 mm and a length of 500 to 1000 mm, more preferably an inner diameter of 150 to 200 mm and a length of 600 to 800 mm with respect to the combustion capacity 116 Kw of the burner 6. It has an elongated shape.
燃焼排ガスノズル4は、燃焼室3のバーナ6と反対側の端部近傍に開口し、垂直に燃焼排ガスを引き出し、噴霧装置5の外側から、直線的に粉体生成炉2に吹き込むように配設されている。また、燃焼排ガスノズル4は、燃焼室3よりも流路断面積が小さく、好ましくは、内径70〜120mm、より好ましくは、内径90〜110mmである。これにより、熱風ノズル4における燃焼排ガスの流速を、燃焼室3の下流側における流速の1.5倍から2.5倍にすることが好ましい。
The combustion
比較的流れの遅い燃焼室3から流路面積の小さい燃焼燃焼排ガスノズル4に燃焼排ガスを引き抜くことで、燃焼排ガスノズル4に流れ込む際に燃焼排ガスの流速が急激に高まる。この流速変化によって、燃焼室3内において燃焼排ガスの温度に偏りがあったとしても、燃焼排ガスの流れ方向を直角に変更するので、燃焼排ガスを撹拌し、温度を均一にすることができる。また、燃焼排ガスノズル4内において、燃焼排ガスは、略流速の均一な直線的な流れに整流されて、粉体生成炉2に吹き込まれる。
By extracting the combustion exhaust gas from the combustion chamber 3 having a relatively slow flow to the combustion combustion
さらに、図2に、原料ノズル5の詳細を示す。原料ノズル5は、原料スラリーが供給され、先端にスプレーチップ7が設けられた原料噴霧ノズル8と、原料噴霧ノズル8を覆うように配設され、原料噴霧ノズル8との隙間を通して、原料噴霧ノズル8から噴霧された原料の周囲に冷却空気を供給するための冷却ノズル9と、冷却ノズル9の外周に設けられた水冷ジャケット10と、水冷ジャケット10の外側に隙間を空けて配設された外層板11とを有する。
Furthermore, the detail of the raw material nozzle 5 is shown in FIG. The raw material nozzle 5 is provided so as to cover the raw material spray nozzle 8 to which the raw material slurry is supplied and the spray tip 7 is provided at the tip and the raw material spray nozzle 8. A cooling nozzle 9 for supplying cooling air around the raw material sprayed from 8, a
水冷ジャケット10には冷却水が循環され、水冷ジャケット10内における冷却水温度は約50℃に保持される。水冷ジャケット10と外層板11との間の空気は断熱層として機能するため、約1200℃の燃焼排ガスに晒される外層板11の裏面の温度は、約960℃になるが、水冷ジャケット10と燃焼排ガスとの間の熱交換量は僅かである。したがって、外層板11がなく水冷ジャケット10の外面に直接燃焼排ガスが接触する場合と比較して、燃焼排ガスが原料ノズル8に奪われる熱量が非常に小さい。このため、冷却ノズル9には、常温の空気が供給されるが、殆ど温度上昇しないまま、粉体生成炉2に吹き込まれる。これにより、噴霧直後の原料液滴の水蒸気爆発を防止する効果が高くなる。
Cooling water is circulated through the
冷却空気は、原料噴霧ノズル8から噴霧された原料を覆い、直接高温(例えば1200℃)の燃焼排ガスに原料液滴が晒されて、瞬時に昇温して爆発的に水分が蒸発することにより粒子が破壊されることを防止する。 The cooling air covers the raw material sprayed from the raw material spray nozzle 8, and the raw material droplets are directly exposed to combustion exhaust gas at a high temperature (eg, 1200 ° C.). Prevent the particles from being destroyed.
原料液滴の温度上昇を僅かに遅らせれば粒子の破壊を防止できるので、冷却空気は、燃焼排ガスの希釈を避けるために、少量でよく、燃焼排ガス190m3N/hに対しては、5〜20m3N/hが好ましく、10〜15m3N/hがより好ましい。また、冷却空気は、噴霧直後の原料液滴のみを覆えばよいので、その流速は燃焼排ガスよりも遅くてよく、本実施形態では、燃焼排ガスの流速の40%程度である。 Since the destruction of the particles can be prevented by slightly delaying the temperature rise of the raw material droplets, the cooling air may be a small amount in order to avoid dilution of the combustion exhaust gas, and 5% for the combustion exhaust gas 190 m 3 N / h. to 20 m 3 N / h are preferred, 10~15m 3 N / h is more preferable. Further, since the cooling air only needs to cover the raw material droplets immediately after spraying, the flow rate thereof may be slower than that of the combustion exhaust gas, and in this embodiment is about 40% of the flow rate of the combustion exhaust gas.
燃焼排ガスの熱量に比して原料スラリーの蒸発潜熱は数パーセントに過ぎないので、燃焼排ガスは、原料液滴の水分を全て蒸発させた後も、十分に高い温度を保持している。このため、原料液滴を乾燥した粒子を高温の燃焼排ガス中に浮遊させた状態で、さらに、燃焼排ガスによって所望の温度(本実施形態では、700〜1200℃)に加熱して、溶融、焼成、発泡化、熱変性等の要求される熱処理を行うことができる。 Since the latent heat of vaporization of the raw material slurry is only a few percent as compared with the calorific value of the combustion exhaust gas, the combustion exhaust gas maintains a sufficiently high temperature even after all the water in the raw material droplets is evaporated. For this reason, in a state where the particles obtained by drying the raw material droplets are suspended in the high-temperature combustion exhaust gas, the particles are further heated to a desired temperature (700 to 1200 ° C. in this embodiment) by the combustion exhaust gas, and then melted and fired. , Required heat treatment such as foaming and heat denaturation can be performed.
本実施形態において、燃焼排ガスは、粉体製造塔2内の広い範囲において略均一な高温環境を形成するので、粉体粒子の熱履歴にばらつきが少なく、均質な熱処理ができる。また、燃焼排ガス中に分散浮遊した状態で粉体を高温に加熱するので、粒子同士が干渉せず、粒子形状が均一になる。
In the present embodiment, the combustion exhaust gas forms a substantially uniform high-temperature environment in a wide range in the
また、本実施形態において、原料ノズル5は、粉体を空気とともに粉体生成炉2内に原料粉体を吹き込むものであってもよい。この場合、水蒸気爆発による粉体粒子の破壊の心配がないため、冷却空気ノズル9、水冷ジャケット10および外層板11は省略できる。
In the present embodiment, the raw material nozzle 5 may blow the raw material powder into the
続いて、第1実施形態の原料ノズル5に替えて使用可能な、本発明の第2実施形態に係る原料ノズル21を図3に示す。本実施形態の原料ノズル21は、原料スラリーが供給され、先端にスプレーチップ22が設けられた原料噴霧ノズル23と、原料噴霧ノズル23を覆うように配設され、原料噴霧ノズル23との隙間を通して、原料噴霧ノズル23から噴霧された原料の周囲に冷却空気を供給するための第1冷却ノズル24と、第1冷却ノズル24をさらに覆うように配設され、第1冷却ノズル24との隙間を通して、第1冷却ノズル24から供給される冷却空気の外側にさらなる冷却空気を供給する第2冷却ノズル25とを有する。
Next, a
このように、冷却ノズルを多重にすることで、段階的に温度が変化する複数の冷却空気の層を形成できる。これにより、少ない冷却空気によって、燃焼室3および燃焼排ガスノズル4内における原料噴霧ノズル23の温度上昇、および、噴霧直後の原料液滴の瞬間的な昇温による水蒸気爆発を防止できる。
In this way, by providing multiple cooling nozzles, a plurality of layers of cooling air whose temperature changes stepwise can be formed. Thus, with a small amount of cooling air, it is possible to prevent a temperature explosion of the raw
1…粉体製造装置
2…粉体生成炉
3…燃焼室
4…燃焼排ガスノズル
5…原料ノズル
6…バーナ
7…スプレーチップ
8…原料噴霧ノズル
9…冷却ノズル
10…水冷ジャケット
11…外層板
21…原料ノズル
22…スプレーチップ
23…原料噴霧ノズル
24…第1冷却ノズル
25…第2冷却ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (7)
バーナを備える燃焼室と、
前記燃焼室で発生した燃焼排ガスを前記粉体生成炉に導入する燃焼排ガスノズルと、
前記燃焼排ガスノズルの中に配置され、前記粉体生成炉に原料を吹き込む原料ノズルとを有することを特徴とする粉体製造装置。 A powder production furnace that forms a processing space inside;
A combustion chamber with a burner;
A combustion exhaust gas nozzle for introducing the combustion exhaust gas generated in the combustion chamber into the powder production furnace;
A powder production apparatus comprising: a raw material nozzle disposed in the combustion exhaust gas nozzle and for blowing a raw material into the powder production furnace.
前記燃焼排ガスノズルは、前記燃焼室の他端近傍から垂直に前記燃焼排ガスを引き出し、直線的に前記粉体生成炉に導入することを特徴とする請求項1または2に記載の粉体製造装置。 The combustion chamber is long in the horizontal direction, and the burner forms a flame in the horizontal direction from one horizontal end of the combustion chamber,
The powder production apparatus according to claim 1 or 2, wherein the combustion exhaust gas nozzle draws the combustion exhaust gas vertically from the vicinity of the other end of the combustion chamber and linearly introduces the combustion exhaust gas into the powder production furnace. .
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