全自動(dòng)氮?dú)獗Ｗo(hù)AB復(fù)合式推板窯的研制

魏武帥，鄧 驪

(中國(guó)電子科技集團(tuán)第四十三研究所，合肥230088)

在全球氣候變暖，人類生態(tài)環(huán)境惡化，常規(guī)能源資源短缺并造成環(huán)境污染的形勢(shì)下，新能源行業(yè)以其無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)在各行各業(yè)中迅猛發(fā)展，我國(guó)對(duì)于新能源行業(yè)的投入也在逐年增大。而磷酸鐵鋰電池作為新型的儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)正在成為世界研發(fā)的熱點(diǎn)，鋰電池的應(yīng)用更是在汽車行業(yè)掀起了一場(chǎng)新的風(fēng)暴。國(guó)家電網(wǎng)的75座電池充電站已布局完成，各個(gè)城市也在積極規(guī)劃城市電動(dòng)汽車充電站的建設(shè)。我國(guó)鋰電池需求量巨大，作為鋰電池正極材料的磷酸鐵鋰需求量也隨之增長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展國(guó)內(nèi)磷酸鐵鋰廠家也初具規(guī)模，但隨著競(jìng)爭(zhēng)壓力的越來(lái)越大，生產(chǎn)成本以及產(chǎn)品的檔次都成為領(lǐng)軍于行業(yè)的關(guān)鍵因素。全自動(dòng)氮?dú)獗Ｗo(hù)AB復(fù)合式推板窯可以大大降低人工成本，在減少人工參與的同時(shí)又提高了產(chǎn)量。同時(shí)本設(shè)備采用了預(yù)燒，燒結(jié)分離技術(shù)避免了產(chǎn)品在預(yù)燒階段污染燒結(jié)氣氛，從而給予了產(chǎn)品更高的質(zhì)量保證。

1 窯爐機(jī)械結(jié)構(gòu)組成與特點(diǎn)

整個(gè)窯爐機(jī)械結(jié)構(gòu)主要分為四大部分，即窯體、氣氛控制系統(tǒng)、推進(jìn)循環(huán)系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)。

（1）窯體采用的是密閉循環(huán)式設(shè)計(jì)，主要包括進(jìn)出口氣室、內(nèi)外密封門、A爐預(yù)燒結(jié)構(gòu)、過(guò)度保溫結(jié)構(gòu)、B爐燒結(jié)結(jié)構(gòu)、冷卻結(jié)構(gòu)、外部循環(huán)結(jié)構(gòu)等。內(nèi)外密封氣室的設(shè)計(jì)保證了整個(gè)燒結(jié)過(guò)程的連續(xù)，減少了產(chǎn)品預(yù)燒階段進(jìn)板等待時(shí)間，同時(shí)也節(jié)省了氮?dú)獾氖褂谩＿M(jìn)一步提高生產(chǎn)力節(jié)省生產(chǎn)成本。

（2）氣氛控制采用多路進(jìn)氣方式設(shè)計(jì)，特殊氣嘴設(shè)計(jì)以及管道的特殊布置方式等保證了爐膛內(nèi)的氮?dú)鈿夥招纬梢粋€(gè)穩(wěn)定的氣流場(chǎng)，有效地保護(hù)產(chǎn)品在燒結(jié)過(guò)程中的氧化問(wèn)題。

（3）推進(jìn)機(jī)構(gòu)采用液壓控制方式，在保證足夠推力的過(guò)程中可以平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的燒結(jié)。外部循環(huán)與氣體置換，燒結(jié)過(guò)程相互獨(dú)立，工藝人員可以自由加料，取料。

（4）冷卻系統(tǒng)采用氣氛冷卻加水冷方式，在氣氛與冷卻水的不斷交換過(guò)程中使得降溫過(guò)程不斷減少，大大提高了冷卻效果，節(jié)省了工藝時(shí)間。

2 窯爐電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)主要包括溫控控制部分，邏輯動(dòng)作控制部分和系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控部分。

整個(gè)電氣系統(tǒng)組成框架如圖1所示。

圖1 電氣系統(tǒng)組成

2.1 溫度控制部分

采用進(jìn)口溫控儀表，三路控制，其中上下單獨(dú)控溫，中間檢測(cè)。檢測(cè)元件檢測(cè)溫度后將信號(hào)傳送給溫控儀，溫控儀輸出4～20mA電流控制周波控制器，最后由周末控制器導(dǎo)通固態(tài)繼電器從而實(shí)現(xiàn)溫度自由控制。溫控儀通過(guò)對(duì)溫度信號(hào)的計(jì)算形成閉環(huán)控制，通過(guò)PID的自身運(yùn)算計(jì)算出合理的PID值，然后輸出可控信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的精準(zhǔn)控制。

PID控制規(guī)律為：

因此它的傳遞函數(shù)為：

其中：kp為比例系數(shù)；TI為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)

以往采用的移相觸發(fā)控制模式，在實(shí)際應(yīng)用中由于產(chǎn)生大量高次諧波對(duì)電網(wǎng)污染嚴(yán)重且器件成本較高。本次設(shè)計(jì)采用了現(xiàn)今比較流行的周波過(guò)零控制方式，周波過(guò)零控制功率因素高，響應(yīng)速度快，無(wú)噪音，壽命長(zhǎng)且據(jù)有上電緩沖功能可以有效地避免大功率系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，在實(shí)際控制中由于多溫區(qū)分時(shí)過(guò)零也可以良好地減輕對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

2.2 邏輯動(dòng)作控制部分

在考慮到廠家對(duì)于產(chǎn)量的需求及整個(gè)工藝時(shí)間的把握，此系統(tǒng)采用燒制過(guò)程與外部循環(huán)置換過(guò)程相互獨(dú)立，充分節(jié)省了整個(gè)循環(huán)時(shí)間。整個(gè)邏輯控制可以手動(dòng)，自動(dòng)自由切換。手動(dòng)狀態(tài)下方便客戶檢查與維修。自動(dòng)狀態(tài)下無(wú)需人員操作，僅工藝人員加料或者取料即可。在無(wú)人員參與的狀態(tài)下可以保證工藝的一致性，避免了由于操作人員失誤所造成的工藝燒結(jié)時(shí)間的不一致。設(shè)計(jì)編程中考慮到元器件的損壞和非人為因素所造成的機(jī)器故障，由程序進(jìn)行自檢發(fā)現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，外部人員可根據(jù)信號(hào)指示進(jìn)行維修檢查。

2.2 系統(tǒng)監(jiān)控部分

系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用Vb進(jìn)行編寫。Vb是由美國(guó)微軟公司于1991年開發(fā)的一種可視化、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，可用于開發(fā)Windows環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。它簡(jiǎn)單易學(xué)、效率高，且功能強(qiáng)大可以與Windows專業(yè)開發(fā)工具SDK相媲美。在Visual Basic環(huán)境下，利用事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制、新穎易用的可視化設(shè)計(jì)工具，使用Windows內(nèi)部的廣泛應(yīng)用程序接口（API）函數(shù)，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）、對(duì)象的鏈接與嵌入（OLE）、開放式數(shù)據(jù)連接（ODBC）等技術(shù)，可以高效、快速地開發(fā)Windows環(huán)境下功能強(qiáng)大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。我公司開發(fā)的監(jiān)控軟件如圖2所示。

圖2 監(jiān)控軟件示意圖

監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示各個(gè)動(dòng)作狀態(tài)，并做相應(yīng)記錄，同時(shí)指示各個(gè)報(bào)警狀態(tài)。所有記錄可以查詢，極大地滿足了客戶對(duì)于產(chǎn)品燒結(jié)分析的要求。不同管理權(quán)限的設(shè)置可以有效防止操作人員的誤操作。

3 結(jié)束語(yǔ)

新型AB復(fù)合式推板窯是專門設(shè)計(jì)用于磷酸鐵鋰正極材料在保護(hù)氣氛下的一次燒結(jié)工藝，緊湊型設(shè)計(jì)比普通直道式窯爐節(jié)約場(chǎng)地15%，全陶瓷纖維材料保溫，節(jié)能顯著。獨(dú)特的預(yù)燒燒結(jié)分離有效防止預(yù)燒氣氛污染燒結(jié)段，已在磷酸鐵鋰行業(yè)投入使用，客戶反映良好。

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