適用工藝:鋰電池負(fù)極材料、石墨負(fù)極材料在氮氣條件下的連續(xù)燒成 設(shè)計單位:江蘇前錦爐業(yè)設(shè)備有限公司 作者:劉俊 前言:目前已經(jīng)實際用于鋰離子電池的負(fù)極材料基本上都是碳素材料,如人工石墨、天然石墨、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳等。今天筆者就鋰電池負(fù)極材料的專用燒結(jié)窯爐做詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞:鈷酸鋰 錳酸鋰 富鋰基錳酸鋰 高壓鈷酸鋰 高鎳三元材料 四氧化三鈷 氧化鈷 鈦酸鋰 匣缽 坩堝 承燒板 推板 石墨匣缽 石墨坩堝 鋰電池負(fù)極材料 一、用途 用于鋰電池負(fù)極材料的燒成。
二、工藝要求: 2.1在99.999%的氮氣氛保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié)。 2.2產(chǎn)品中含有瀝青等揮發(fā)物。 2.3燒成周期:約22小時。 2.4各溫區(qū)劃分:參照25m溫度模擬工藝曲線圖。
三、窯具的材質(zhì)及要求 3.1推板尺寸:340×340×35(L×W×H)mm。(見附圖1) 3.2碼放高度:≤210mm,每板承重≥18公斤(不含推板)。 3.3坩堝尺寸:直徑160,高度180 3.4碳棒直徑:25mm,電阻:1.8歐以下,套瓷管安裝。
四、主要技術(shù)指標(biāo)要求 4.1爐膛尺寸:25000×720×290(含推板厚度) (L×W×H)mm(雙推板)。 4.2窯口有效尺寸:680mm×210mm(W×H) 4.3設(shè)備尺寸:31000mm×5500mm×2500mm(L×W×H)(參考值)。 4.4最高溫度:1300℃。 4.5常用溫度:1200℃。 4.6額定功率:320KW 4.7供電能力:≥350 KW 4.6控溫組數(shù):見溫度曲線 4.7爐溫穩(wěn)定度:±3℃/24h。 4.8恒溫區(qū)有效截面溫差:±5℃。 4.9爐體表面溫升:≤45℃。 4.10推進(jìn)速度:500-2500mm/h。 4.11窯內(nèi)含氧量:最高工作溫度空窯時,在升溫區(qū)、恒溫區(qū)、降溫區(qū),三個測氧點平均≤80ppm+氣源氧含量。 4.12出口溫度:≤100℃。
五、爐體部分要求 5.1爐體分為置換倉、升溫區(qū)、恒溫區(qū)、降溫區(qū)四部分。 5.2爐膛要求:同一溫區(qū)加熱組件上下均勻分布,爐膛材料選用剛玉莫來石材質(zhì),(在正常使用條件下不得出現(xiàn)變形和燒壞現(xiàn)象)。爐床采用五點式耐磨剛玉莫來石導(dǎo)軌條結(jié)構(gòu)。 5.3爐膛為單通道雙推板,爐膛結(jié)構(gòu)穩(wěn)固,爐溫及氣氛均勻,節(jié)能耐用。 5.4爐襯耐火材料選用優(yōu)質(zhì)輕質(zhì)保溫復(fù)合材料砌筑。 5.5為了防止廢氣腐蝕加熱棒,加熱棒要求用瓷管(內(nèi)徑φ50)保護(hù),瓷管兩端需沒入保溫棉內(nèi)以便碳棒安裝好后好密封,瓷管兩頭內(nèi)套支撐環(huán)支撐碳棒。在窯爐的燒結(jié)區(qū)的碳棒下加隔焰板,用以阻止石墨中揮發(fā)的物質(zhì)對陶瓷管的浸蝕,避免斷裂掉入爐內(nèi)提高碳棒的使用壽命。另外升溫區(qū)(5-11控溫點)爐膛兩側(cè)還必須設(shè)有能夠清理斷棒的窗口。 5.6碳棒接線腔采用硅橡膠密封,接線柱采用陶瓷絕緣柱。 5.7降溫區(qū)采用自然冷卻結(jié)合水冷的方式。 5.8在爐膛底部設(shè)進(jìn)氣口,進(jìn)氣量大小可通過流量計調(diào)節(jié)。 5.9窯爐排煙方式:從第一組碳棒中心位置開一導(dǎo)煙口,在第9、10碳棒組中心位置各一個煙囪,然后用一根導(dǎo)煙管將導(dǎo)煙口的煙引導(dǎo)至第9組碳棒煙囪出口點燃。第10組碳棒煙囪為備用煙囪。導(dǎo)煙管前低(導(dǎo)煙口低)后高(出煙口高)要有一定斜度 5.9.1煙囪位置:在第9、10碳棒組中心位置各一個(不能在碳棒正上方)。如圖2 5.9.2煙囪尺寸:外徑60,內(nèi)徑46,高出爐頂300 5.9.3煙囪材質(zhì):95瓷 5.9.4導(dǎo)煙管:不銹鋼材質(zhì),內(nèi)徑120,帶保溫加熱裝置(平時不用加熱,只有在清理時才加熱,加熱溫度在150攝氏度左右)。 5.9.5導(dǎo)煙口直徑100,位置在第一碳棒組中心位置(不能在碳棒正上方)。 5.10爐體入口出口要求密封,前后進(jìn)出爐口各設(shè)密封爐門。在爐體前后部設(shè)置有置換室,產(chǎn)品經(jīng)置換室進(jìn)出爐膛,保證爐口的密封性,置換室閘門處需設(shè)有一組氣幕。 5.11爐體采用干法砌筑,爐體外殼為全密封焊接結(jié)構(gòu),硅碳棒接頭采用卡子壓緊,夾套密封,并需不停機換裝硅碳棒。 5.12全爐共設(shè)16組溫區(qū),20個控溫點。其中第1至第8組,8點控溫,(每組12根碳棒,上6根下6根,使用K分度熱電偶);第9組至第11組3點控溫,(每組12根碳棒,上6根下6根,使用S分度熱電偶);第12組至第15組8點控溫每個控溫點6根碳棒,(使用S分度熱電偶);第16組1點控溫,(12根碳棒,使用S分度熱電偶)。 5.13全爐熱電偶接線均在密封扳外防止煙氣及高溫的影響,且不得影響密封板的裝卸(即裝卸密封板時不需要裝卸熱電偶),密封性好即不得漏氣。 5.14電爐保護(hù)氣體為N2,整個設(shè)備進(jìn)氣路數(shù)應(yīng)保證爐內(nèi)氣壓為微正壓。每一路進(jìn)氣管道上都配有玻璃轉(zhuǎn)子流量計(旋鈕調(diào)節(jié)方式),用來控制進(jìn)氣量。
六、電氣部分要求: 6.1電氣部分可分為:電控部分、溫控部分、微機監(jiān)控系統(tǒng)及自動循環(huán)控制部分。整個配電通過空氣開關(guān)配送,空氣開關(guān)容量按各部分功率選擇;每個溫區(qū)采用獨立的空氣開關(guān)控制。 6.2控溫儀表選用數(shù)顯智能型儀表,控溫儀表設(shè)有手動及自動PID調(diào)節(jié),可自動跟蹤設(shè)定最佳PID值,同時具有溫度補償、超溫、斷偶等聲光報警功能。 6.3加熱組件:加熱組件采用等直徑硅碳棒。 6.4控制柜面板上裝有總電源開關(guān)、電壓表、電流表,智能數(shù)顯控溫儀表、開關(guān)、按鈕、指示燈等,并有相應(yīng)的中文指示標(biāo)牌。 6.5自動送料系統(tǒng)的控制采用可編程控制器(PLC)控制;PLC系統(tǒng)有計時和計數(shù)功能。在電爐兩端設(shè)有手動操作按鈕臺,自動手動調(diào)節(jié)方便。 6.6供氣要有低壓報警裝置。 6.8計算機監(jiān)控系統(tǒng) 6.8.1采用工控計算機對電爐的溫度、速度、報警事件,冷卻等進(jìn)行全面監(jiān)控并有遠(yuǎn)程監(jiān)控之功能。 6.8.2對電爐的溫度控制點進(jìn)行溫度設(shè)定、記錄100條工藝曲線。對推板推進(jìn)的數(shù)量記錄。工藝時間的設(shè)定。報表、外接打印。
七、機械部分 7.1推進(jìn)系統(tǒng)采用液壓推進(jìn),其中主推采用兩個推進(jìn)缸,可快進(jìn)、慢進(jìn)和快退;主推速度500-2500mm/h,無級調(diào)速; 7.2坩堝入口增加限高位、限超寬報警裝置(報警燈為交流220伏10瓦旋轉(zhuǎn)式報警燈)。 7.3爐門及回轉(zhuǎn)部分自動開門、自動進(jìn)料、自動出料、自動補給。 7.4傳動系統(tǒng)設(shè)有超行程、電機過載、動作超時等聲光報警保護(hù)裝置。 7.5爐體進(jìn)出口設(shè)有密封艙和置換室,在制做時保證其密封性能。 7.6設(shè)置回轉(zhuǎn)軌道。 7.7液壓系統(tǒng)增加塑鋼、有機玻璃防塵裝置(要求美觀、密封、有進(jìn)氣口,與 窯體協(xié)調(diào))。 7.8爐體護(hù)磚金屬殼體在使用時不得嚴(yán)重變形防止碳棒接線夾子與殼體短路。
八、設(shè)備外觀要求 8.1爐體外表面噴塑,外掛板噴塑。 8.2電氣控制柜外表面噴塑。
九、驗收標(biāo)準(zhǔn) 9.1初驗:設(shè)備初驗在需方現(xiàn)場進(jìn)行,冷態(tài)空負(fù)載驗收。 9.2終驗:設(shè)備終驗在需方現(xiàn)場進(jìn)行,滿負(fù)載試車驗收,做出的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn)與需方現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一致。
十、質(zhì)量要求 10.1設(shè)備自通電之日起,窯爐保修期為壹年(加熱棒、瓷管、推板等易損件除外)。 10.2設(shè)備在任何時間內(nèi),由于設(shè)計制造而出現(xiàn)的故障由供方免費修理,保修期外需方負(fù)責(zé)食宿及車旅費用。 10.3供方常年備有各種電爐零配件,以便及時為需方服務(wù)。 10.4窯內(nèi)瀝青漬、揮發(fā)份等殘留物質(zhì)每月空燒≤1次。
十一、備品備件:推板20塊,溫控表1只,電力調(diào)整器1套,加熱組件10支,碳棒夾20只,快速熔斷器5只,交流220伏10瓦旋轉(zhuǎn)式報警燈1只,0-1.6MPa電接點氣壓表1只。 十二、關(guān)鍵材料列表 所有材料,均采用公司合格器材供應(yīng)商名錄中的產(chǎn)品,并經(jīng)過嚴(yán)格的入廠檢驗。關(guān)鍵材料清單如下(若品牌與型號規(guī)格發(fā)生矛盾,以品牌為準(zhǔn)):
序號 |
名 稱 |
型號規(guī)格 |
材質(zhì) |
備 注 |
1 |
壁磚 |
非標(biāo)設(shè)計 |
剛玉莫來石 |
宜興和橋高溫耐火材料廠 |
2 |
推板 |
340×340×35 |
剛玉莫來石 |
宜興前錦特陶 |
3 |
導(dǎo)軌條 |
非標(biāo) |
剛玉莫來石 |
宜興和橋高溫耐火材料廠 |
4 |
外層保溫磚 |
TZ-3 |
硅藻土磚 |
浙江嵊州 |
5 |
保溫板/保溫棉 |
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 |
硅酸鋁纖維 |
山東魯陽 |
6 |
內(nèi)層保溫磚 |
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 |
莫來石聚輕 |
日本伊索 |
7 |
油泵、油缸、電磁閥 |
|
|
江蘇力威 |
8 |
精密調(diào)速閥 |
|
|
德國力士樂 |
9 |
溫控儀表 |
SRS10帶通訊 |
|
日本島電 |
10 |
可控硅模塊 |
SKKT-106 |
|
德國西門康 |
11 |
斷路器 |
AZB-400 |
|
浙江華通 |
12 |
硅碳棒 |
φ25等直徑碳棒 |
|
中國五砂 |
13 |
熱電偶 |
K/S分度,0.5級 |
|
安徽天長儀表集團(tuán) |
14 |
行程開關(guān) |
D4V-8108Z |
|
OMRON 公司 |
15 |
其他低壓電氣 |
|
|
浙江華通 |
16 |
計時器 |
JSS48 |
|
溫州大華 |
17 |
直流電源 |
S-24 |
|
臺灣明緯 |
18 |
氮氣流量計 |
LZB-25,LZB-15 |
|
常州 |
20 |
廢氣排放蝶閥 |
|
|
|
21 |
PLC模塊 |
DVP-60ES |
|
臺達(dá) |
22 |
上位工控機 |
IP610 |
|
臺灣研華 |
23 |
監(jiān)視屏 |
19寸 |
TFT |
三星 |
24 |
組態(tài)軟件 |
MCGS5.5 |
|
北京昆侖通態(tài) |
25 |
廢棄排放管道 |
非標(biāo)加工 |
不銹鋼 |
|
26 |
冷卻水套 |
非標(biāo)加工 |
不銹鋼 |
|
十三、安裝調(diào)試 13.1、需方負(fù)責(zé)設(shè)備安裝基礎(chǔ)施工,以及一次動力線(控制柜之前)。 13.2、供方負(fù)責(zé)設(shè)備的安裝調(diào)試工作,二次動力線由供方承擔(dān)(控制柜到窯體之間的距離≤4m,且不能迂回布置,超出部分導(dǎo)線由需方承擔(dān)) 13.3、供方負(fù)責(zé)設(shè)備的安裝調(diào)試工作,需方對供方的安裝調(diào)試提供必要的協(xié)助。 13.4、在供方調(diào)試過程中,需方派操作人員協(xié)同,供方對需方操作人員提供免費培訓(xùn)。 13.5、設(shè)備安裝調(diào)試結(jié)束后,需方應(yīng)及時組織驗收工作,并出具驗收報告。驗收標(biāo)準(zhǔn)為“技術(shù)協(xié)議書”。
十四、保修條款: 14.1、設(shè)備質(zhì)保期壹年(易損件和人為因素除外,易損件包括推板、硅碳棒和快熔等)。 14.2、質(zhì)保期內(nèi)凡屬供方設(shè)計、制造原因引發(fā)的質(zhì)量問題由供方負(fù)責(zé)免費維修。若因需方使用不當(dāng)而引發(fā)設(shè)備故障,供方負(fù)責(zé)維修,費用由需方承擔(dān)。 14.3、質(zhì)保期滿后設(shè)備出現(xiàn)故障,供方負(fù)責(zé)維修,費用由需方承擔(dān)。
此文特別感謝:深圳貝特瑞、大連麗昌、黑龍江奧宇石墨、新鄉(xiāng)金和石墨、上海杉杉、遼寧弘光、天津錦美碳材、方大炭素新材料、洛陽月星新能源、山東商祺鋰電、長沙星城微晶石墨、新鄉(xiāng)市賽日新能源、青島興華石墨、長沙星城石墨、中國鋰電池網(wǎng)、電池論壇、天津18所、中南大學(xué)等單位技術(shù)方在設(shè)計中給予本公司的寶貴意見。
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