超级节能型辊道窑炉的设计分析

超级节能型辊道窑炉的设计分析

赵洪亮

江苏当升材料科技有限公司 江苏　南通　226100

摘要：为使锂电池正极材料设备辊道炉中运行能耗高、余热浪费、成本较大等问题得到有效解决，完成超级节能型辊道窑炉的设计，窑炉运行效率，减少其运行期间对普通岗位人员的依赖性，文章从其整体的基本结构着手，全面分析其中的关键技术要点和生产线运行的经济性和节能性，围绕材料、框架、传动体系等对其设计方法进行研究，实现对产品最大限度的精细化生产，以供参考。

关键词：节能型辊道窑炉；基本结构；设计方法

引言：我国锂电池正极材料设备辊道窑炉在技术层面上的高速发展，与部分世界知名窑炉品牌相比，不管在其宽度还是长度上都占据了绝对优势，国产辊道窑炉不仅在国内市场中得到广泛应用，甚至还有部分超越国外窑炉产品的窑炉生产企业开拓了世界范围内的出口市场。通过对辊道窑炉的节能化设计和改造，降低其运行成本。

1. 超级节能型辊道窑炉的基本结构

辊道炉是将物料从较高温度加热到较低温度的一种加热设备，又称为加热炉。其基本工作原理是在炉内将物料进行热压、加压或熔融，使之达到所需要的化学成分，然后经冷却、固相反应等工序而制得产品。它是一种在工业生产中被广泛使用的连续式热处理设备。辊道炉主要由炉体、辊道、电控柜等部分组成。从设计上看，辊道炉主要由炉体、加热管、支架、保温层四部分组成，根据不同的工艺要求，炉体采用不同的材料。辊道炉是通过加热元件和炉体两个部分组成，炉体部分由炉体、传动系统、温控系统和液压系统组成。升温时，由传动系统带动炉体的转动，物料被输送到加热元件上；在加热元件与炉体间还设有液压油循环系统，以确保窑炉内压力恒定。在控温系统中，有计算机控制和自动控制两种。辊道炉的制造包含了炉本体、炉架、炉盖、炉管、电气控制系统等部分，本文主要介绍辊道炉本体及炉架部分。辊道炉本体是辊道炉的核心部件，其结构和尺寸直接影响到设备的整体性能和使用寿命。辊道炉的制造工艺主要包括钢板预处理、钢板切割、开孔、组对及焊接等几个步骤。在辊道炉的加热过程中，采用了多种节能手段，如：高效节能的内热式蓄热室、高低温切换炉、辐射管、热电偶等。在生产过程中，针对不同产品的特性，采用了不同的加热方式。同时采用了可编程控制器、计算机控制系统和工业级触摸屏等先进技术，实现了工艺参数自动控制和生产过程监控，产品质量稳定可靠。该设备通过采用先进的控制系统和优化加热方式，实现了降低能耗的目标。首先，设备采用智能温度控制系统，可以根据生产工艺和材料属性实时调整温度曲线，减少能源浪费。其次，设备采用先进的加热技术，如电磁加热和红外加热等，提高加热效率，降低能源消耗。

2. 超级节能型辊道窑炉设计方法
   1. 材料与框架设计

考虑到辊道窑炉运行环境的特点，在超级节能型辊道窑炉设计，要先加强材料的选择和应用。在窑炉砌筑上可选用泡沫陶瓷作为主要材料，充分发挥其密度低、热传导率低、易切割、耐腐蚀等优势，强化部分结构的保温效果。基于纳米微孔原理的纳米保温板以纳米级硅酸钛等无机粉末为主要成分，在经过特殊加工工艺和专用粘结剂处理后，具有良好的绝热性能，将其用于辊道窑的窑墙上，可以展现其热工性能好、蓄热量低、高温性能好、导热系数低等优势，具有良好的保温性能。通过对超级节能型辊道窑炉材料的合理选择与应用，减少窑墙保温热量损失。

锂电池正极材料设备辊道炉的结构主要包含炉体、辊棒传动系统、进排气挂炉系统、智能自动控温系统和安全报警系统等，在其生产过程中按照进料口、升温区、恒温区、降温区和出料口的顺序完成运动[1]。在节能设计中，基于其复杂的内部结构和传热过程中相互耦合作用，可应用钼合金制成的热源，适应交流三相五线制标准电压，实现上下热源温度的分别控制，并通过马弗板使其与炉膛完成气氛隔离，避免热源快速腐蚀断裂，并根据不同断面和不同区段的温度要求，采用轻质莫来石材质作为保温材料，

2.2传动体系与节能优化设计

由于超级节能型辊道窑炉和窑前干燥等直线传动距离比较长，为确保其传动能实现从窑头到窑尾的安全运行，在其设计环节还要提高传动制造的精密性。对于传动用模块、传动用大角钢、辊棒用夹套以原有数控车床加工为基础，通过磨床加工对其外圆进行磨削加工，将其加工精度提升到1-2丝，同时适当增加辊棒夹套轴与传动主轴的直径，使其运行强度与平稳性得到有效保证。对于传动用钢棒和陶瓷辊棒采用再校准加工技术，使其辊棒大小头和辊棒套筒同心度误差不超过0.5mm，辊棒直线度在五点达标0.7‰处、600mm处、中心处三个位置的误差分别不高于0.5mm、1.5mm、2.3mm，并保证传动制造的纵向传动水平误差控制在1mm以内[2]。

物料输送系统是超级节能型辊道窑炉的重要组成部分，直接关系到生产效率和能耗。该设备采用高效、稳定的输送系统，确保物料在输送过程中不堵塞、不漏料。此外，设备采用变频调速装置，根据生产工艺需求自动调节物料输送速度，提高生产效率，降低能源消耗。超级节能型辊道窑炉的温度场分布经过精心设计和优化，以确保生产过程中的温度均匀性和波动小。首先，炉窑的长度和宽度需根据生产工艺和产量进行合理规划，以充分利用炉窑的加热面积。其次，采用先进的温度传感器和控制系统，可以实时监测和控制炉窑内部的温度变化，保证各部位的温度偏差在±2℃以内。气氛控制对于锂电池正极材料的制备至关重要。超级节能型辊道窑炉通过以下措施实现最佳的气氛控制：首先，炉窑内部采用惰性气体保护，以防止材料氧化。其次，设备配备气氛流量控制系统，可以根据生产工艺需求调节炉内气氛的组成和流速。此外，炉窑内部分区控制，实现对不同工艺阶段的精确气氛控制。

结论：综上所述，在超级节能型辊道窑炉的设计过程中，树立科学的环保理念，围绕辊道窑炉本身的结构特点，在设计环节对材料和整体框架进行优化设计，应用自动化技术合理控制物料输送速度、温度变化等，提高窑炉节能环保指标，在数控机床切割技术、机器人焊接技术、再校准加工技术等多种技术的支持下，强化其设计的节能效果。

参考文献：

[1]邹朝鑫,李荣,谢志平,等. 辊道炉中锂离子电池正极材料烧结温度场仿真及影响因素分析[J]. 制造业自动化,2021,43(12):19-23.

[2]邹朝鑫. 锂离子电池正极材料的辊道炉烧结温度场仿真及控制研究[D]. 贵州:贵州师范大学,2021.