梁錦勝

（佛山高砂工業(yè)窯爐有限公司，廣東 佛山 528000）

0 引言

結合新時期發(fā)展特征，為了進一步提升磷酸鐵鋰生產(chǎn)質(zhì)量，優(yōu)化生產(chǎn)效果，需要進一步聯(lián)系磷酸鐵鋰生產(chǎn)工藝特征，合理研制全新網(wǎng)帶式燒結爐，借助獨特設計方法打造全密封爐膽，優(yōu)化爐襯選材，輔助磷酸鐵鋰實現(xiàn)高效批量生產(chǎn)，在進一步擴大整體產(chǎn)量基礎上，提升節(jié)能效果，提升溫度控制精度，保障窯爐安全、平穩(wěn)運行，降低生產(chǎn)制造成本。

1 研究背景分析

磷酸鐵鋰作為新型電池中的重要組成材料，其具有價格低廉、材料來源廣泛、材料熱穩(wěn)定性突出、無污染等特征，同時利用磷酸鐵鋰制作的電池擁有良好的安全性能，進一步擴大了其在動力能源領域的應用范圍，具有巨大發(fā)展?jié)摿?。相關動力電源關于材料體積方面的條件和儲存容量相比整體較低，但對于材料環(huán)保性能、價格以及安全性等方面提出更高要求。促進磷酸鐵鋰朝著高性能和高應用開發(fā)價值的方向發(fā)展，打造高質(zhì)量蓄電池材料。磷酸鐵鋰核心生產(chǎn)工藝為熱處理以及粉體加工，可以有效預防材料氧化現(xiàn)象，針對磷酸鐵鋰嚴格的生產(chǎn)技術要求，需要在全面總結分析現(xiàn)有生產(chǎn)窯爐應用狀況基礎上，聯(lián)系以往生產(chǎn)網(wǎng)帶燒結爐的設計經(jīng)驗，合理設計一種全新網(wǎng)帶式燒結爐[1]。

2 網(wǎng)帶式燒結爐設計基礎

結合具體要求分析，網(wǎng)帶式燒結爐應用溫度最高為850℃，其中常用燒結溫度為800℃，控制精度在1.5℃之間，爐膛截面溫度對應均勻度控制在3℃以下，加熱區(qū)域內(nèi)所用不銹鋼爐管尺寸為長×寬×高=1600cm×68cm×21cm。傳動系統(tǒng)對應網(wǎng)帶寬是66cm，具體運行速度維持在每小時500～1500mm 之間，能夠?qū)嵤┻B續(xù)任意調(diào)節(jié)。加熱元件可以借助遠紅外管實施上下水平加熱，爐體出口溫度控制在50℃以下，爐體表面溫度控制在40℃以下[2]。

3 網(wǎng)帶式燒結爐設備整體組成框架

3.1 爐體

此次所設計的網(wǎng)帶式燒結爐主要包括水路和氣路、網(wǎng)帶驅(qū)動系統(tǒng)、爐體、控制系統(tǒng)四種部分工程，整體結構如圖1 所示。

圖1 網(wǎng)帶式燒結爐組成結構

爐襯結構中，爐膛設計成整體密封的馬弗爐膽結構，加熱部分爐膽選擇長度為16m 的不銹鋼進行整體彎折，成型操作，針對橫斷面部分實施無焊縫處理，通過該種處理措施，可以改善傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝技術下，拼焊爐膽由于高溫問題影響所產(chǎn)生的裂縫現(xiàn)象，充分滿足制備磷酸鐵鋰的溫度要求。除了應用高鋁磚建造不銹鋼爐膽下方支撐以外，需要應用具有良好耐火性能的硅酸鋁硬板制作隔梁磚、頂磚和剩余壁磚。為幫助合理控制設備重量，可以針對頂層選擇設置硅酸鋁纖維棉。聯(lián)系實際應用效果分析，輕型硅酸鋁纖維材料因其蓄熱少，擁有良好抗沖擊和耐熱性能，導熱系數(shù)低以及重量輕等優(yōu)勢，可以將網(wǎng)帶式燒結爐內(nèi)燃燒熱效率提升30%左右，具有突出的節(jié)能效果。在選擇應用各種輕型材料過程中，進一步縮減爐體鋼架運行負荷，使所用鋼材節(jié)約1/3。應用者對應生產(chǎn)準備時間僅為1～2d，用戶從停爐維修至恢復正常運行整個過程得到有效控制和縮短。針對爐膛兩個加熱區(qū)間中間位置合理設置軟性金屬隔離墻。其中的軟性金屬隔離墻主要借助載物網(wǎng)帶類似寬度以及相同編制手段結構，于爐膛頂層設置數(shù)個金屬掛鉤實施固定處理，并在爐膛內(nèi)部進行懸掛。金屬隔離墻下層以及網(wǎng)帶上層加熱管水平中心線接近，下部分為自由狀態(tài)，爐頂兩個攪拌風機分別屬于兩種加熱區(qū)，能夠提升新鮮氣體循環(huán)效率，擴大氣氛利用率[3]。

冷卻水套方面，爐內(nèi)燒結產(chǎn)品經(jīng)過初步高溫處理后融入冷卻區(qū)內(nèi)，從500℃起經(jīng)過長達4m 的迅速冷卻區(qū)間，需要于抵達出口位置后溫度穩(wěn)定在45℃左右，整體耗時5h，為此需要選擇水冷作為主要冷卻方法。冷卻水套每節(jié)長度是2m，通過內(nèi)外兩層不銹鋼進行組合焊接構成，處于夾層內(nèi)設置加強筋柱以及導流槽。對應進水形式設計成從末端底部進入，順著前端頂層流出進水管道中通過合理設置止回閥能夠幫助預防因為停水所造成的冷卻套內(nèi)部水倒流問題，從而破壞爐膽內(nèi)部。假如冷卻水以循環(huán)利用方式為主實施冷卻，需要額外在出水口等部位設置排氣閥，避免出現(xiàn)因為水溫過高所形成的汽化問題，導致爐膽內(nèi)部變形。

爐體外殼部分，此次設計爐體外殼主要是以鋼結構位置，搭配應用其他角鋼、槽鋼以及鋼板等材料實施分段組裝焊接，提升整個外觀美觀性和系統(tǒng)可靠牢固性。爐體頂蓋板以及側掛板為可拆卸模式，維修操縱十分方便。為預防爐膽在實際應用中產(chǎn)生熱變形問題，馬弗式爐膽可以設置在留有導向缺口高鋁重質(zhì)支撐當中，能夠自由伸展爐膽。針對爐體出口以及入口等部位，可以在馬弗爐膽下層額外設置滾輪，在爐體加熱階段，處于高溫影響下，爐膽順著爐體長度方向不斷膨脹過程中，對應滾輪模塊設置在爐體鋼架導軌中順著縱向方向進行自由滾動，如此能夠有效改善馬弗爐膽內(nèi)部所形成熱膨脹問題，部分限位角鋼設置了調(diào)整螺栓后能夠確保整個爐膽順著預測方向有序移動[4]。

3.2 網(wǎng)帶驅(qū)動

網(wǎng)帶驅(qū)動系統(tǒng)具體如圖2 所示。

圖2 網(wǎng)帶驅(qū)動系統(tǒng)

網(wǎng)帶式燒結爐中的網(wǎng)帶傳送模塊主要是由滾輪、網(wǎng)帶、鏈條、鏈輪、減速裝置以及變頻電機等部分組成，具體運行原理是利用主輪周圍大包角所形成摩擦力驅(qū)動整個網(wǎng)帶運行。對應網(wǎng)帶的運行速度設計需要保證連續(xù)可調(diào)性，通過變頻調(diào)速裝置輔助顯示設置和帶速設置。針對爐體出入口兩側設置網(wǎng)帶糾偏裝置，確保網(wǎng)帶能夠順著爐膛中心穩(wěn)定運行。主動輪相關直徑為φ300mm。兩端額外添加兩種壓緊輪，壓緊輪能夠幫助對網(wǎng)帶和主動輪間摩擦力實施靈活調(diào)整，促進整個系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定運行。電機功率普遍設置在1.5kW，設置為變頻無極調(diào)速，選擇二級減速裝置以及一級鏈傳動，對應減速比設置為20×43×35。

網(wǎng)帶式燒結爐對應傳送爐內(nèi)傳動系統(tǒng)應該具備預防低速爬行功能，盡管爐體內(nèi)馬弗爐膽是由長度為16m 的整塊不銹鋼板材彎折形成，進而將整個爐膽底層更為平整，進一步優(yōu)化網(wǎng)帶運行平穩(wěn)度，但關于長度達到十幾米的網(wǎng)帶傳統(tǒng)系統(tǒng)而言，需要提高系統(tǒng)設計、安裝和運行調(diào)試等工作的重視程度。聯(lián)系網(wǎng)帶具體受力分析結果，能夠進一步了解到，網(wǎng)帶所承擔靜動摩擦差值、傳動剛度、主動輪運行速度以及承載產(chǎn)品重量等因素都會影響整個網(wǎng)帶爬行水平。在工藝條件限制下，想要順利處理網(wǎng)帶爬行問題，需要注重控制整個網(wǎng)帶系統(tǒng)運行中的動靜摩擦力差值，適當提升傳動系統(tǒng)整體剛度。主要處理措施包括針對網(wǎng)帶絲實施加密加粗處理，盡量選擇聚四氟乙烯充當托帶件，避免應用拖帶輥，保證其中所用傳動過渡滾輪的操作靈活性，減少卡滯問題出現(xiàn)，借助有效處理措施，提升網(wǎng)帶傳送效果。

3.3 水路和氣路

為進一步預防產(chǎn)品出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，確保爐膽內(nèi)部達到標準含氧量要求，優(yōu)化爐膽操作工藝，流入氮氣共含有八組近氣位置。爐體對應出入口盡量按照先設置氣簾，后設置氣幕等措施抑制空氣隨意流入爐膽。氣簾可以選擇0.4mm 厚不銹鋼實施共同組焊形成，至于各組氣簾全部需要額外設置四層隔離，如此可以對爐膛中的外部空氣流入實施合理控制，保證產(chǎn)品進場操作不會滲透大量外部空氣，減少爐溫波動變化，指導網(wǎng)帶和產(chǎn)品穩(wěn)定運行。兩種不銹鋼噴管和氣幕之間實施順暢銜接，氣簾內(nèi)部針對爐膽兩側和相關噴管實施全面焊接密封，爐膛等高噴管中設置0.4mm 寬氣流槽，促進氮氣流均勻分布在整個爐膛當中。對于進出口氣幕對應爐膽兩側，綜合設置六對進氣孔。并在兩段降溫水套兩側分別設置三對加熱區(qū)、一對降溫區(qū)。八對進氣孔全面通入氮氣，氮氣從氮氣源順著總截止閥、壓力繼電器、過濾減壓閥、流量計傳入不同進氣口，選擇同一流量計對各個進氣點實施綜合控制的措施確保爐膽內(nèi)部均勻填充氮氣，各個流量計對應進氣量可以維持在5～45min/L，在該范圍內(nèi)進行靈活調(diào)節(jié)，內(nèi)部壓力繼電器能夠發(fā)揮出氣源低壓預警功能。產(chǎn)品燒結環(huán)節(jié)所排放煙氣順著爐膽兩側集氣罩通過管道實施凈化處理后直接排放至戶外。

水路通常應用循環(huán)水把運行到降溫水套區(qū)域的產(chǎn)品實施強制降溫處理，從而滿足產(chǎn)品出口溫度條件。進水部位設置15mm 管以及止回閥，避免停水狀態(tài)下產(chǎn)生水套內(nèi)部水分倒流現(xiàn)象，總排水管選擇設置50mm直徑管。產(chǎn)品整體燒結過程中所形成的水順著爐膽進出口兩側排水箱順利排出，對應排水管直徑為φ48mm。爐體對應冷卻水管道內(nèi)部合理增加設置漏斗形式排水口，方便對不同部位冷卻水流量實施細致觀察，改善原本爐頂設置兩個循環(huán)風機所導致的冷卻水斷流無法及時發(fā)現(xiàn)的問題。

3.4 電氣控制系統(tǒng)

網(wǎng)帶式磷酸鐵鋰燒結爐內(nèi)部電氣控制系統(tǒng)可以分為運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)以及溫度控制系統(tǒng)兩部分組成。其中溫度控制系統(tǒng)包括十一組控溫系統(tǒng)，針對遠紅外石英管實施水平上下加熱，遠紅外石英管是某種新型加熱系統(tǒng)，能量轉(zhuǎn)化速度快、效率高，熱輻射面積廣，具有高溫不變形以及化學穩(wěn)定性強等特點。實踐操作中，化學穩(wěn)定性強、抗腐蝕能力好、熱響應速度快、化學性能穩(wěn)定，即便長時間運行，也不會出現(xiàn)設備功能退化以及出現(xiàn)輻射性問題。可以利用固態(tài)繼電器實施全面控制，加強過零管控，設置進口溫度控制系統(tǒng)。利用自帶智能溫度整定控制器的控制裝置針對爐膛內(nèi)部燃燒溫度實施合理控制。選擇K 分度熱點偶以及溫度記錄裝置針對恒溫區(qū)實施巡回檢測，如果發(fā)現(xiàn)爐溫存在異?，F(xiàn)象需要即可進行預警，并將加熱電源徹底切斷。合理設置安全報警措施，除了利用設備中所設置各種漏電保護開關部件提升設備運行安全狀態(tài)之外，設備實際運行中還存在網(wǎng)帶異常停運、加熱元件運行異常、斷偶、斷水、斷氣以及水溫超限、氮氣氣幕流量小于下限等預警功能，能夠朝應用者預警設備運行故障，促進整個設備實現(xiàn)正常運行生產(chǎn)。

針對網(wǎng)帶運行偏移合理進行報警設計，針對加料臺部位，網(wǎng)帶兩邊可以分別設計一組限位探頭，在網(wǎng)帶處于長期運行階段，假如對應偏移量超出允許范圍移動區(qū)域，則網(wǎng)帶便會碰觸限位探頭，偏移檢測系統(tǒng)能夠自動發(fā)揮出預警，帶動網(wǎng)帶主動輪電機直接停止運行，需要通過手動操作來啟動電機，同時借助網(wǎng)帶偏移相關調(diào)節(jié)設備改善網(wǎng)帶運行偏差。借助數(shù)字化設計以及傳感器裝置對網(wǎng)帶拖動電機運行速度進行有效控制和檢測，可以直接通過數(shù)字計數(shù)器對網(wǎng)帶運行速度進行科學設置，并對工藝時間進行靈活調(diào)整，進一步改善原本利用旋鈕調(diào)速開關方法導致網(wǎng)帶運行速度調(diào)控重復性差等缺陷，提升網(wǎng)帶運行速度整體調(diào)控精確性。

4 網(wǎng)帶式燒結爐應用優(yōu)勢分析

通過總結網(wǎng)帶式磷酸鐵鋰燒結爐實際應用狀況分析，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)帶式燒結爐具有突出應用優(yōu)勢，對應爐膛材料主要是以具有良好耐熱性的不銹鋼爐膛為主，進行一體式無縫銜接，對應爐膛壁厚為5mm。保溫材料為輕質(zhì)全纖維材料，保溫層設置厚度為200mm，保溫功率在38kW 左右，爐膛內(nèi)部具有較快的氣體置換速度，對應耗氣量在6.5～9m3/h，加熱元件為遠紅外石英管加熱處理，擁有良好的耐腐蝕性能，裝置占地面積相對較小，傳送系統(tǒng)具體傳輸控制操作十分簡單，爐體焊接主要以斷續(xù)焊接為主，方便操作，升溫時間低于一天，方便日常維護管理，成本造價較低。通過分析發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)帶式磷酸鐵鋰燒結爐在運行指標、材料成本以及爐體結構等方面具有突出優(yōu)勢，只需進行稍加改動能夠有效應用于其他電子元件生產(chǎn)領域。

5 結語

綜上所述，處于新時期綠色清潔發(fā)展主流趨勢下，需要積極創(chuàng)新磷酸鐵鋰生產(chǎn)工藝，優(yōu)化生產(chǎn)裝置設計，保障順利實現(xiàn)批量生產(chǎn)目標，在提升整體生產(chǎn)質(zhì)量基礎上，節(jié)約能耗，提升溫控精度，降低生產(chǎn)成本，保障整個生產(chǎn)過程的穩(wěn)定、安全運行。