正較材料磷酸鐵鋰氣氛輥道爐—高溫?zé)Y(jié)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)
關(guān)鍵詞:鋰電正較材料、高溫?zé)Y(jié)、磷酸鐵鋰、磷酸鐵、窯爐、電爐、推板爐、輥道爐、氣氛爐、輥道窯爐、氮?dú)獗Wo(hù)
用于鋰電池磷酸鐵鋰正較材料在氮?dú)鈿夥障碌?strong>燒結(jié)及熱處理工藝,具體說明如下:
一、用戶需求
1) 燒結(jié)材料:磷酸鐵鋰正較材料;2) 材料特性:粉體,燒失率20%;
3) 匣缽規(guī)格:320×320×160mm;4) 工藝時(shí)間:Rt-720℃(4h),720℃保溫(6-8h),720℃-60℃(7h);5) 工作溫度:較高950℃,長(zhǎng)期750℃;
6) 爐膛氣氛:氮?dú)猓?/span>7) 四列單層;
二、設(shè)計(jì)計(jì)算
1) 工藝參考時(shí)間:17h;2) 單缽產(chǎn)量:12×80%=9.6kg/b;3) 傳動(dòng)速度:30000/17=1764 mm/h;4) 每小時(shí)出缽:1764/320×4=22b/h;
5) 日產(chǎn)量:22×9.6×24=5t/d;6) 區(qū)域劃分:
工藝時(shí)間 |
升溫4h |
保溫6h |
降溫7-8h |
合計(jì)17h |
加熱長(zhǎng)度 |
1764*4=7056 |
1764*6=10584 |
1764*7=12348 |
29988 |
溫區(qū)劃分 |
進(jìn)口過渡2500+833*5=6665 |
833+2500*3+1666=10000 |
833(較后1個(gè)溫區(qū))+2500+10000=13333 |
30000 |
區(qū)域劃分 |
加熱區(qū)域:16665 |
13333 |
30000 |
表1 爐體結(jié)構(gòu)計(jì)算表
三、技術(shù)指標(biāo)與基本配置
產(chǎn)品型號(hào):RDGN520-9
額定溫度:950℃;工作溫度:750℃
主傳動(dòng):碳化硅輥道(輥棒規(guī)格Φ35mm,輥棒間距78mm);
進(jìn)出口傳動(dòng):金屬軸陶瓷輥道;
主傳輸速度:500~2500mm/h,變頻調(diào)速,數(shù)字顯示;
加熱元件:石英內(nèi)穿絲管;
爐口尺寸(輥道上表面到爐頂):1400×200mm;
有效承載高度:200mm;
匣缽尺寸:320×320×160mm(客戶自備);
燒結(jié)氣氛:氮?dú)?/strong>;
氣路組成:13路進(jìn)氣,1路排氣,進(jìn)口置換室排氣煙囪匯總到爐膛排氣;
位置 |
流量 |
置換 |
工作 |
作用 |
|
進(jìn)氣E1 |
進(jìn)口置換倉(cāng) |
24-240l/min |
開啟 |
開啟 |
置換進(jìn)口空氣 |
進(jìn)氣E2 |
升溫段1 |
48-480l/min |
開啟 |
開啟 |
升溫段爐膛置換 |
進(jìn)氣E3 |
升溫段2 |
48-480l/min |
開啟 |
開啟 |
升溫段爐膛置換 |
進(jìn)氣E4 |
恒溫段 |
24-240l/min |
開啟 |
關(guān)閉 |
恒溫段爐膛置換 |
進(jìn)氣E5 |
降溫段 |
24-240l/min |
開啟 |
關(guān)閉 |
降溫段爐膛置換 |
進(jìn)氣E6 |
水冷段 |
48-480l/min |
開啟 |
開啟 |
水冷段爐膛置換,匣缽氣冷降溫 |
進(jìn)氣E7 |
出口置換倉(cāng) |
24-240l/min |
開啟 |
開啟 |
置換出口空氣 |
進(jìn)氣E8-E13 |
爐體傳動(dòng)密封倉(cāng) |
6*(24-240l)/min |
開啟 |
開啟 |
傳動(dòng)端降溫、維持爐膛正常氣氛,調(diào)節(jié)溫度均勻性; |
排氣 |
4排煙囪 |
表2 氣氛位置狀態(tài)表
排膠處理:加熱保溫,防止冷凝回滴;
冷卻方式:鋼制水冷套;
爐體結(jié)構(gòu)劃分:進(jìn)口過渡區(qū):2500mm
加熱區(qū):15000mm(833*6+2500*3+1667+833)
降溫區(qū):2500mm
進(jìn)口平臺(tái):500mm(有動(dòng)力)
出口平臺(tái):1000mm(無動(dòng)力)
控溫穩(wěn)定度:±1℃
水冷區(qū):10000mm
爐體總長(zhǎng):30000mm
進(jìn)口氣室:1800mm
出口氣室:1800mm
爐膛溫度均勻度:±3℃(恒溫區(qū)700℃,檢測(cè)方法:每5m爐體預(yù)留單排4個(gè)熱偶檢測(cè)孔)
溫區(qū)個(gè)數(shù):11個(gè)
控溫點(diǎn)數(shù):11點(diǎn)(每溫區(qū)中點(diǎn)控溫,左右2點(diǎn)測(cè)溫,比例輸出)+1點(diǎn)(煙囪加熱)
啟動(dòng)緊急信號(hào)保護(hù):超溫、斷偶、速度、缽位、氧含量、氣壓等聲光啟動(dòng)緊急信號(hào)保護(hù)(指示燈指示);
斷棒指示:機(jī)械棒位指示,端頭玻璃窗人工觀測(cè)
表面溫升:<35℃
出料料溫(正常裝料量情況下):<60℃
非常大功率:372.6kw+16kw=388.6kw
典型保溫功率:≤200Kw(正常工藝)
工作壓力:0.2-0.4Mpa;
氣氛耗量:工作壓力下氮?dú)夥浅4蠛牧浚?30m3/h,常用150m3/h
爐膛壓力監(jiān)測(cè):爐體共1點(diǎn)在爐膛前部。
氧含量控制:(滿缽空載熱態(tài))
區(qū)域 |
氧含量值 |
進(jìn)口置換倉(cāng) |
≤60ppm |
低于500℃加熱區(qū)域 |
≤50ppm |
高于500℃加熱區(qū)域 |
≤30ppm |
水冷段 |
≤50ppm |
出口置換倉(cāng) |
≤50ppm |
表3 氧含量狀態(tài)表
氧含量檢測(cè)方式:6點(diǎn)(進(jìn)出口2點(diǎn)、爐膛3點(diǎn)、水冷1點(diǎn)),二位三通閥巡檢;
冷卻水量:15-18m3/h;
進(jìn)水溫度:≤30℃;
重量:約30000Kg(不含循環(huán)線)
安裝尺寸:35100mm×4500m×1920mm(不含控制柜)
進(jìn)水壓力:0.15-0.2Mpa;
回水壓力:無壓回水;
電源:3相5線,380/220VAC,50Hz;
四、總體技術(shù)說明
整個(gè)窯爐主要分為四大部分,即窯體、氣氛控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)。
4.1 窯體設(shè)計(jì)
設(shè)備總長(zhǎng)33.6m,爐體長(zhǎng)30m,分成過渡、加熱、降溫和冷卻區(qū)。爐膛內(nèi)輥道采用碳化硅制品,進(jìn)出口輥道采用金屬軸陶瓷輥道,延長(zhǎng)輥道壽命和均勻磨損。爐體外密封設(shè)計(jì),保證燒成氣氛要求。
采用上下加熱,左中右3點(diǎn)比例控制,分別檢測(cè)控制爐膛寬度的左中右三個(gè)區(qū)域,實(shí)現(xiàn)溫度高均勻性,采用鐵鉻鋁合金加熱絲,高表面負(fù)荷,高電阻率,高壽命。
過渡區(qū)長(zhǎng)2.5m,為自然過渡區(qū),不布置加熱元件。加熱區(qū)長(zhǎng)15m,布置11個(gè)溫區(qū)。功率分布如下表:
溫區(qū) |
1-6 |
7到9 |
10 |
11 |
合計(jì) |
單溫區(qū)長(zhǎng)度(mm) |
833 |
2500 |
1667 |
833 |
23.75 |
上溫區(qū)加熱功率(kw) |
10.8 |
16.2 |
16.2 |
9 |
|
下溫區(qū)加熱功率(kw) |
21.6 |
21.6 |
21.6 |
18 |
|
單溫區(qū)加熱功率(kw) |
32.4 |
37.8 |
37.8 |
27 |
372.6 |
單溫區(qū)加熱棒根數(shù)(根) |
12 |
21 |
21 |
9 |
165 |
表4 溫區(qū)功率分布表
進(jìn)出口置換采用直插式鋼板閘結(jié)構(gòu),通過多級(jí)置換建立工藝氣氛,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,無需更換密封件。置換腔內(nèi)安裝多道耐火布簾,能有效阻止熱能從進(jìn)出爐口的散失。
約有20%的熱能是通過碳化硅輥棒的端頭散失的。
為此,該氣氛輥道爐專門設(shè)計(jì)了單獨(dú)傳動(dòng)密封腔,正對(duì)每根輥棒端頭安裝有氮?dú)鈬娮,直接氣吹冷卻輥棒兩端,同時(shí)密封腔內(nèi)的氮?dú)鈴妮伆舭惭b孔的間隙壓入爐膛內(nèi),一方面對(duì)氮?dú)膺M(jìn)行預(yù)熱,另一方面由于正壓作用,有效防止棒孔散熱!
爐膛側(cè)壁噴涂柔性陶瓷涂料,避免水汽對(duì)爐膛保溫材料的侵蝕。
加熱元件采用陶瓷內(nèi)穿絲防止水汽侵蝕,爐膛全部采用日本伊索產(chǎn)輕質(zhì)莫來石耐火磚,采用日本原版拱形結(jié)構(gòu)砌筑而成,窯爐保溫內(nèi)層為1260機(jī)制板,外層為普通纖維制品.
由于完全采用了超輕質(zhì)材料保溫,熱容小,升降溫快,因此溫度控制靈敏,并且有明顯的節(jié)能效果。
在升溫段設(shè)置4排煙囪,手閥控制廢氣排放,保證爐膛內(nèi)部氣氛為正壓。配合高頂大腔結(jié)構(gòu),保證膠質(zhì)有效及時(shí)的排出。陶瓷煙囪管外套保溫加熱器(總功率16kw),防止膠質(zhì)遇冷回滴。
降溫區(qū)長(zhǎng)2.5m,不布置溫區(qū),在該段爐膛頂/底部開有許多小孔,大量氮?dú)馔ㄟ^小孔吹入爐膛,對(duì)匣缽和工件進(jìn)行降溫。
水冷段長(zhǎng)10m,為多節(jié)蛇形水道鋼制水套。利用水冷換熱進(jìn)行降溫。水套底部設(shè)有進(jìn)氣氣盒,可以輔助降溫冷卻。
4.2 氣氛控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
通入氣氛共分成12路。
4.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
RGDN-520-9型氣氛輥道爐采用德國(guó)倍福嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),安裝在單獨(dú)的電氣控制柜內(nèi),通過電纜和熱偶補(bǔ)償導(dǎo)線與爐體連接,對(duì)窯爐進(jìn)行控制。該系統(tǒng)基于PC控制技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線、總線端子模塊以及Twincat自動(dòng)化軟件。
倍福模塊化控制器將工業(yè)PC和PLC無缺結(jié)合在一起,可以完全取代溫控儀表,直接通過計(jì)算機(jī)屏幕對(duì)各個(gè)溫區(qū)實(shí)施PID控制;同時(shí)作為PLC,它還可以操控輥道的邏輯循環(huán)動(dòng)作。倍?刂葡到y(tǒng)具有如下特點(diǎn):
1. 獨(dú)特的溫控算法,具有較高的溫度穩(wěn)定性;
2. 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)增加了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)備份(當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)一個(gè)支路故障時(shí),不影響整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)傳輸);
3. 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性;
4. 未來系統(tǒng)的可拓展性。系統(tǒng)預(yù)留了足夠的硬件,便于以后增加遠(yuǎn)程故障診斷、維修等功能;
本設(shè)備加熱區(qū)由11個(gè)溫區(qū)組成,分別由多組交流接觸器分組供電,這樣可以減小設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的瞬時(shí)電流沖擊,結(jié)合恒力專門研發(fā)的不等功率分布單管加熱器,分別檢測(cè)控制爐膛寬度的左中右三個(gè)區(qū)域,通過調(diào)節(jié)每個(gè)區(qū)域的設(shè)定溫度及上下加熱輸出比,保證爐膛有效空間的均勻度小于±3℃。
并且當(dāng)某個(gè)溫區(qū)溫度發(fā)生超溫現(xiàn)象時(shí),相應(yīng)區(qū)域的溫度超溫啟動(dòng)緊急信號(hào)系統(tǒng)立即發(fā)出聲光啟動(dòng)緊急信號(hào)信號(hào),面板上的對(duì)應(yīng)溫區(qū)啟動(dòng)緊急信號(hào)信號(hào)燈點(diǎn)亮,蜂鳴器發(fā)出斷續(xù)的啟動(dòng)緊急信號(hào)聲。
控制方式為K分度熱偶檢測(cè)區(qū)域溫度,固態(tài)繼電器過零觸發(fā)方式,并實(shí)現(xiàn)平衡加熱,以減少對(duì)電網(wǎng)和周遍設(shè)備的干擾,并延長(zhǎng)控制器件的壽命。
4.3.1 軟件功能
(一)分級(jí)登錄功能
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采取分級(jí)管理和登錄機(jī)制,一般操作人員只能觀察和記錄顯示數(shù)據(jù),無法修改;只有指定系統(tǒng)人員才可以操作軟件的所有功能,包括可以新建用戶、分配用戶等級(jí)、修改用戶密碼等功能;管理和調(diào)用真實(shí)數(shù)據(jù)。
(二)實(shí)時(shí)顯示信息功能
主控界面可以實(shí)時(shí)顯示各溫區(qū)實(shí)測(cè)溫度(PV)、設(shè)置溫度(SV)、輥道和匣缽速度、并且有指示各種啟動(dòng)緊急信號(hào)狀態(tài)、匣缽運(yùn)行狀態(tài)到位等。
(三)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置功能
本軟件具有參數(shù)設(shè)置界面,操作員級(jí)用戶登錄后進(jìn)入此窗口操作。通過填表格的方式輸入各溫區(qū)設(shè)定溫度、PID參數(shù)、啟動(dòng)緊急信號(hào)限、自整定和循環(huán)周期等控制參數(shù),可以作為工藝設(shè)置文件存儲(chǔ)以供下次方便調(diào)用。
(四)數(shù)據(jù)記錄查看功能
本軟件具有歷史數(shù)據(jù)和啟動(dòng)緊急信號(hào)記錄查看窗口,在此窗口可查看較近一天的溫度、動(dòng)作和事件情況,這些歷史數(shù)據(jù)均保存在硬盤上,可以單獨(dú)打印任何時(shí)間記錄的數(shù)據(jù)。
4.3.2 軟件窗口組成
本軟件具有5個(gè)功能界面:
1、主界面:信息顯示和溫度設(shè)置。
2、用戶管理窗口:用戶分級(jí)管理和登錄。
3 、工藝設(shè)置窗口:工藝參數(shù)顯示、保存和文件存儲(chǔ)。
4、系統(tǒng)設(shè)置窗口:通訊和設(shè)備參數(shù)設(shè)置。
5、數(shù)據(jù)查看窗口:查看和打印歷史記錄數(shù)據(jù)。
4.4 傳動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
主傳輸系統(tǒng)采用分段式人字齒輪,驅(qū)動(dòng)碳化硅輥道直接帶動(dòng)匣缽運(yùn)動(dòng),速度變頻器無級(jí)可調(diào)。
為防止匣缽在整個(gè)循環(huán)運(yùn)動(dòng)的過程中跑偏造成卡爐,在輥道入口端設(shè)計(jì)有匣缽自動(dòng)找正對(duì)齊機(jī)構(gòu);在輥棒被動(dòng)端安裝有指示,當(dāng)輥棒正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),所有指示角度一致,當(dāng)某個(gè)指示與其他不一致時(shí),可以通過爐膛傳動(dòng)密封腔側(cè)面玻璃觀察窗觀察到,說明此處輥棒運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)問題。
五、設(shè)備組成
設(shè)備由主機(jī)、推進(jìn)循環(huán)道、控制柜等組成,交貨一覽表如下:
名稱 |
主要內(nèi)容 |
數(shù)量 |
||
1 |
基本組成 |
窯爐主機(jī) |
不含加熱棒、推進(jìn)及控制系統(tǒng) |
1臺(tái) |
2 |
控制柜 |
溫度、速度、順序控制等 |
3臺(tái) |
|
3 |
匣缽 |
320×320×160mm(用戶自備) |
500只 |
|
4 |
加熱元件 |
陶瓷內(nèi)穿絲管 |
165套 |
|
5 |
輥道 |
SiC輥棒 |
384套 |
|
6 |
氣氛系統(tǒng) |
12路進(jìn)氣/1路排氣 |
1套 |
|
7 |
附件 |
檢驗(yàn)合格證 |
各主要外購(gòu)組件合格證 |
1套 |
8 |
技術(shù)文件 |
使用說明書、各主要外購(gòu)件隨機(jī)技術(shù)文件等 |
1套 |
|
9 |
備件 |
加熱元件 |
陶瓷穿絲管 |
10根 |
10 |
輥道 |
SiC輥棒 |
10套 |
|
11 |
軟件 |
嵌入式系統(tǒng) |
19″液晶 |
1套 |
六、設(shè)備條件
6.1 設(shè)備的運(yùn)輸與現(xiàn)場(chǎng)安裝
設(shè)備運(yùn)抵買方現(xiàn)場(chǎng)后,由買方負(fù)責(zé)設(shè)備的卸裝和向安裝現(xiàn)場(chǎng)的搬運(yùn)。卸裝和搬運(yùn)主要使用叉車、液壓拖車、滾杠等搬運(yùn)工具。
如果買方安裝在非底層,需要采用提升搬運(yùn),一般采用吊車。如買方希望通過貨運(yùn)電梯(非客梯)搬運(yùn),必須在設(shè)備設(shè)計(jì)前通知賣方,買方需充分考慮貨梯、拐彎和入門等細(xì)節(jié)。
現(xiàn)場(chǎng)安裝前,買方需提前做好動(dòng)力、抽風(fēng)等條件準(zhǔn)備。具體動(dòng)力、抽風(fēng)以及場(chǎng)地安裝布置要求,在設(shè)計(jì)后,經(jīng)買方確認(rèn)執(zhí)行。
在買方現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備安裝,包括現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)接、窯爐砌筑、布線(距離爐體10m內(nèi)的電纜由賣方提供,10m外需另外購(gòu)買)等工作。但配電柜以前的配電、抽排風(fēng)系統(tǒng)(含風(fēng)罩的等),由買方負(fù)責(zé)。
賣方負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安裝、砌筑和功能調(diào)試,并協(xié)助買方進(jìn)行工藝調(diào)試。
6.2 正常運(yùn)行條件
安裝場(chǎng)地 |
37.5×5.5×4m(L×W×H,不含控制柜),安裝面積207m2 |
通風(fēng)系統(tǒng) |
3排煙囪,非接觸接入用戶排氣系統(tǒng),抽排能力大于500m3/h |
地面承載 |
地面承重大于500Kg/m2,地表無明顯振動(dòng),水平干燥 |
環(huán)境條件 |
設(shè)備環(huán)境溫度<40℃、環(huán)境濕度<80%RH;控制柜環(huán)境溫度10-25℃、環(huán)境濕度<50%RH;現(xiàn)場(chǎng)無腐蝕性氣氛,尤其是氯、硫等腐蝕性氣體;無強(qiáng)烈氣流擾動(dòng) |
動(dòng)力條件 |
380/220V±10%,50Hz±5%,3相5線(A、B、C、地、0),單獨(dú)供電,總?cè)萘看笥?20KVA。 |
七、質(zhì)量保證
7.1 質(zhì)量管理措施
嚴(yán)格按照GB/T19001-2000要求,嚴(yán)格進(jìn)行一體質(zhì)量控制,實(shí)行項(xiàng)目管理。
窯爐砌筑嚴(yán)格按照《GBJ-211-8工業(yè)爐砌筑施工及驗(yàn)收規(guī)范》執(zhí)行。
質(zhì)量控制要點(diǎn)包括合同評(píng)審、方案論證、過程評(píng)審、圖紙審核、可靠供應(yīng)商保證、入檢、制造質(zhì)量控制、裝配質(zhì)量控制、調(diào)試質(zhì)量控制、信息溝通管理等管理。項(xiàng)目管理采取項(xiàng)目組形式,負(fù)責(zé)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的全過程的管理。
本文感謝北大先行、深圳貝特瑞、深圳比亞迪、安徽國(guó)軒、湖南升華、天津斯特蘭、貴州安達(dá)、湖北萬潤(rùn)、湖南杉杉、中信國(guó)安、北京當(dāng)升科技等公司給予的技術(shù)支持和幫助!
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