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  隨著目前新能源材料行業(yè)的快速發(fā)展，材料制備過程中對生產(chǎn)裝備技術(shù)的要求和依賴性越來越高，這就要求裝備制造技術(shù)要及時(shí)跟得上材料工藝技術(shù)的發(fā)展速度，滿足工藝所需的基本要求。

  為了緊跟行業(yè)發(fā)展的需求，本文致力于研判動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)式窯爐設(shè)備，以及具有陶瓷復(fù)合的密封氣氛保護(hù)回轉(zhuǎn)式窯爐設(shè)備是如何對行業(yè)需求進(jìn)行匹配，幫助材料廠商選擇更適合自己的煅燒設(shè)備。該類設(shè)備意圖服務(wù)于新能源材料的燒結(jié)和干燥。并從能耗、密封性、連續(xù)性、復(fù)合層噴涂等多個(gè)角度，在低成本的條件下，滿足產(chǎn)量，燒制低磁性物的優(yōu)質(zhì)材料。

關(guān)鍵詞：新能源材料、鋰電池材料、燒結(jié)、干燥、密封、磁性物    

第一部分．設(shè)備用途及工藝條件簡述

  在整個(gè)材料生產(chǎn)制備的工藝過程當(dāng)中，反應(yīng)煅燒是其中一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，其工作效率、運(yùn)行指標(biāo)、自動(dòng)化程度、節(jié)能效果等均是影響材料制成的重要因素。目前市場上運(yùn)用的主要煅燒方式有通道式靜態(tài)煅燒（隧道窯、輥道窯、推舟窯、鏈板窯）和回轉(zhuǎn)式動(dòng)態(tài)煅燒（回轉(zhuǎn)窯、回旋窯），個(gè)別中小型化生產(chǎn)也有選用梭式窯和箱式窯等情況。

  對于磷酸鐵鋰等鋰離子儲能材料，其反應(yīng)煅燒對窯爐設(shè)備的功能要求為：1．各個(gè)反應(yīng)階段的溫度控制：2．各個(gè)溫度段的時(shí)間控制；3．整個(gè)反應(yīng)過程的氣氛場控制。為了配合這些功能，在規(guī)?；笊a(chǎn)中設(shè)備就應(yīng)具備①盡可能地縮短物料的反應(yīng)時(shí)間，以增加產(chǎn)能，同時(shí)縮小設(shè)備對廠房的占據(jù)空間；②設(shè)備傳熱與物料受熱迅速均勻，以增加材料的均勻性和一致性；③物料運(yùn)行流暢，排水、排氣、排焦順暢，以保障規(guī)?；a(chǎn)過程穩(wěn)定可靠性；④電能耗指標(biāo)要大幅度降低，這一指標(biāo)的高低直接影響著用戶產(chǎn)品的制造成本及市場勢；⑤自動(dòng)化程度要高，避免對人工、機(jī)械手等的依賴；⑥易損件的損耗要低或者沒有，以此降低生產(chǎn)消耗和増加設(shè)備使用的連接持續(xù)性。

第二部分．設(shè)備在使用過程中需要面對的問題

1．配合物料的化學(xué)反應(yīng)

  對于不同種類的物料，其化學(xué)反應(yīng)內(nèi)容不同，例如磷酸鐵鋰的燒制，所對應(yīng)的反應(yīng)是將鋰離子化合物（如碳酸鋰、氫氧化鋰）中的鋰源與磷酸鹽中的磷酸根離子及鐵或亞鐵離子進(jìn)行化合，這個(gè)過程需要配合不同的溫度、環(huán)境氣氛以及對應(yīng)該過程的反應(yīng)時(shí)間才能完成，①在實(shí)現(xiàn)溫度配合時(shí)設(shè)備所需要完成的內(nèi)容就是熱量傳導(dǎo)，理論上我們最、希望的目標(biāo)是設(shè)備能夠快速一致地將熱量傳遞給物料，這樣才能使物料在同等的時(shí)間溫度條件下完成化學(xué)反應(yīng)，由于物料在前驅(qū)體制備時(shí)形成了粉狀、粒狀、塊狀、柱狀等不同物理形態(tài)，其反應(yīng)過程中的靜止堆積勢必會對熱量傳導(dǎo)和均勻受熱帶來障礙，使物料反應(yīng)的一致性受到影響，這樣就會造成產(chǎn)出物料品質(zhì)的差異性，從而影響物料的整體性能；②對于物料反應(yīng)過程中所處的環(huán)境氣氛亦是磷酸鐵鋰材料燒制過程中不可或缺的條件之一，我們知道磷酸鐵鋰的構(gòu)成中有鐵元素的存在，其氧化性反應(yīng)的趨勢動(dòng)能很大，同時(shí)有的物料配方中已經(jīng)加入了增加導(dǎo)電性能的碳包覆層，這兩個(gè)誘因均容易受到空氣中的氧元素的影響，這就要求設(shè)備自身在物料經(jīng)過的反應(yīng)空間進(jìn)行絕氧保護(hù)，一般設(shè)備都是通過自身良好的密閉性并通入惰性氣氛實(shí)現(xiàn)動(dòng)壓平衡來完成這一環(huán)境空間的氣氛控制；③鋰離子材料無論哪種制備過程，均伴隨著氣體的產(chǎn)生和排放，這里經(jīng)常出現(xiàn)的有水蒸氣、二氧化碳及有機(jī)焦?fàn)顨怏w，這些不同種類的氣體首先在物料不同溫度階段分別析出，在爐內(nèi)形成混合氣體，隨著空間壓力場和溫度場形成氣流導(dǎo)向并且按照設(shè)定的路徑和引導(dǎo)位置集中統(tǒng)一地排出。

  在鋰離子電池材料的原材料中，同樣具有類似的反應(yīng)和過程，例如碳酸鋰、氫氧化鋰、無水磷酸鐵等，其區(qū)別在于反應(yīng)相對單一，碳酸鋰和氫氧化鋰是需要將物料中的游離水份通過一定的溫度和時(shí)間進(jìn)行蒸發(fā)和去除，無水磷酸鐵是將原料當(dāng)中的2個(gè)水分子進(jìn)行快速脫離，這些過程需要追求的幾個(gè)方向是：①生產(chǎn)效率，即如何升高溫度并縮短反映時(shí)間；②產(chǎn)品品質(zhì)均一性，即不同位置的物料在產(chǎn)出時(shí)其含水率的指標(biāo)均勻一致；③能耗指標(biāo)，即換算到單位質(zhì)量的物料在整個(gè)反映過程中所消耗的電能；④易損件的損耗和連續(xù)自動(dòng)化程度；⑤同等場地占用面積的產(chǎn)量規(guī)模。

2．設(shè)備目前在運(yùn)用過程中所存在的問題

  我們從目前材料生產(chǎn)工藝中常用的兩種燒結(jié)方式中分別加以敘述和分析：(1)動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)式煅燒工藝

  動(dòng)態(tài)煅燒工藝所使用的設(shè)備主要包括回轉(zhuǎn)式煅燒窯爐和回旋式煅燒窯爐，二者均由旋轉(zhuǎn)的耐熱合金爐管構(gòu)成物料的承載體和輸送體，爐管、截面可以制成多邊形或圓形，可以在一定速度控制情況下旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，兩段加以動(dòng)靜密封，加熱元件自圓周圍將熱量輻射至爐管，爐管受熱并將熱量以輻射和傳導(dǎo)的方式傳遞給物料。

  由于爐管內(nèi)部采用了旋槽和導(dǎo)向板，物料在爐管中運(yùn)行時(shí)經(jīng)過了不斷的翻轉(zhuǎn)和位置轉(zhuǎn)換，其接受熱量的時(shí)間一致性可以得以保障，同時(shí)縮短了反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)氣體釋放速度。整個(gè)爐管是一個(gè)旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)的溫度場，其內(nèi)部溫度一致。

這種設(shè)備目前存在的問題為：①爐管旋轉(zhuǎn)動(dòng)頭與設(shè)備兩段進(jìn)出料連接靜頭的摩擦對密封效果產(chǎn)生影響，這一密封指標(biāo)可以通過氧化鋯微氧含量分析儀進(jìn)行測定；②設(shè)備的進(jìn)出料系統(tǒng)普遍采用機(jī)械輸送方式，對于部分微觀形貌不規(guī)則的物料以及含水率偏高、蓬松等物料輸送不暢：③物料在接受比較高溫度條件下經(jīng)常由于爐管、旋板、導(dǎo)板、焊材等的選材不當(dāng)造成爐管金屬對物料的一定磁性污染；④排氣系統(tǒng)對堆積、粘結(jié)、堵塞等設(shè)計(jì)考慮不周而導(dǎo)致氣流不暢，對粉塵收集選擇方式不當(dāng)。

(2）靜態(tài)通道式煅燒工藝

  這種煅燒工藝的典型爐型為輥道爐和推板爐。物料承載于匣缽之中，匣缽放置墊板之上，通過輥棒傳送和墊板推擠將承載于匣缽之中的物料自爐頭輸送至爐尾，經(jīng)過不同溫度區(qū)域使物料完成升溫、恒溫、降溫等過程。

該煅燒方式由于物料靜止堆積在匣缽之中，隨著匣缽位置的控制移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對物料溫度時(shí)間的控制，其整個(gè)通道環(huán)境的密封通過爐體金屬外殼體的連接壓緊和進(jìn)出料口的過渡倉空氣置換來實(shí)現(xiàn)。

  這種設(shè)備目前存在的問題為：①物料反應(yīng)時(shí)間長，匣缽中的物料表面、底部、四周與中心部位的物料由于熱傳導(dǎo)過程受熱不均勻，達(dá)到設(shè)定溫度的時(shí)間不一致，內(nèi)部物料排氣困難，造成同一匣缽中物料品質(zhì)的差異：②矩形截面的平面加熱造成爐膛截面左右兩段和上下的溫度差異：③同等產(chǎn)量情況下設(shè)備體積龐大，相對能耗指標(biāo)較高，氣耗量較大：①卸料、裝料、刷缽等動(dòng)作繁瑣，占用回車線：⑤匣缽、墊板等易損件消耗多，人工強(qiáng)度高，設(shè)備維護(hù)工作量較大。

第三部分．藍(lán)光連動(dòng)爐情況描述

設(shè)備特點(diǎn)

  (1）采用自主知識產(chǎn)權(quán)的盤根、氣環(huán)組合密封方式，降低保護(hù)氣消耗量的同時(shí)增加了氣氛密封性，確保了生產(chǎn)環(huán)境；

  (2)，所有耐火及隔熱材料全部選用硅酸鋁澆鑄纖維真空澆注模塊和輕質(zhì)硅酸鋁纖維毯，熱效率高，輕、薄、節(jié)能、施工簡捷使窯爐使用功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其它同類型產(chǎn)品，大大降低了生產(chǎn)成本；

  (3）采用自主知識產(chǎn)權(quán)的爐管構(gòu)成方式，選用北歐原裝進(jìn)口310S/316L（芬蘭奧拓昆普原裝進(jìn)ロ）不銹鋼材料作為窯體回轉(zhuǎn)爐管并接觸物料，對物料磁性污染程度大大降低：

  (4）物料以100度﹣1000度溫度在各個(gè)恒溫區(qū)段按螺旋線行進(jìn)，避免了一般轉(zhuǎn)爐存在的物料前后串行，時(shí)間過長或過短的問題，冷卻區(qū)采用回轉(zhuǎn)式刮板結(jié)構(gòu)，散熱快，冷卻充分。

  (5）量身定制的全人性化設(shè)計(jì)，設(shè)備外飾噴塑，配合造型設(shè)計(jì)設(shè)置安全保護(hù)罩殼，帶人性化指示標(biāo)簽和警示說明，使設(shè)備的整個(gè)加工制造精度及外觀外飾達(dá)到或超過進(jìn)口設(shè)備的水平。

  簡而言之，我們在磷酸鐵鋰方面已經(jīng)成功推廣并在成熟使用的這種回旋式窯爐與以往高能耗的輥道、推板爐相比，具有①回旋爐氧含量＜0.01ppm，推板爐氧含量15~8Sppm之間波動(dòng)，一千多倍的差異：②回旋爐氮?dú)庀牧?~10m3/h，輥道、推板爐氮?dú)庀牧?20~220 m / h ，二十幾倍的差異：③電功率消耗回旋爐75-9Skw土10%，推板爐270-370 kw ±10%,3倍的差別：④占地面積方面，同產(chǎn)量情況下，回旋爐十五”米左右總長，推板爐要四十多米并在寬度方向需要回車線位置；⑤易損件方面，回旋爐沒有易損件，而推板爐需要匣缽、推板等的大量易損消耗；⑥生產(chǎn)線的連貫性方面，回旋爐可以在進(jìn)料和出料端口與前段和后端工藝方便的連結(jié)輸送，并節(jié)省了人工因素，而推板爐則需回車線上的物料倒出、清理與裝料，甚至要依賴機(jī)械手，對連貫性生產(chǎn)非常不利。