全自動氮氣保護AB復合式推板窯的研制

魏武帥，鄧 驪

(中國電子科技集團第四十三研究所，合肥230088)

在全球氣候變暖，人類生態環境惡化，常規能源資源短缺并造成環境污染的形勢下，新能源行業以其無與倫比的優勢在各行各業中迅猛發展，我國對于新能源行業的投入也在逐年增大。而磷酸鐵鋰電池作為新型的儲能機構正在成為世界研發的熱點，鋰電池的應用更是在汽車行業掀起了一場新的風暴。國家電網的75座電池充電站已布局完成，各個城市也在積極規劃城市電動汽車充電站的建設。我國鋰電池需求量巨大，作為鋰電池正極材料的磷酸鐵鋰需求量也隨之增長，經過幾年的發展國內磷酸鐵鋰廠家也初具規模，但隨著競爭壓力的越來越大，生產成本以及產品的檔次都成為領軍于行業的關鍵因素。全自動氮氣保護AB復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又提高了產量。同時本設備采用了預燒，燒結分離技術避免了產品在預燒階段污染燒結氣氛，從而給予了產品更高的質量保證。

1 窯爐機械結構組成與特點

整個窯爐機械結構主要分為四大部分，即窯體、氣氛控制系統、推進循環系統及冷卻系統。

（1）窯體采用的是密閉循環式設計，主要包括進出口氣室、內外密封門、A爐預燒結構、過度保溫結構、B爐燒結結構、冷卻結構、外部循環結構等。內外密封氣室的設計保證了整個燒結過程的連續，減少了產品預燒階段進板等待時間，同時也節省了氮氣的使用。進一步提高生產力節省生產成本。

（2）氣氛控制采用多路進氣方式設計，特殊氣嘴設計以及管道的特殊布置方式等保證了爐膛內的氮氣氣氛形成一個穩定的氣流場，有效地保護產品在燒結過程中的氧化問題。

（3）推進機構采用液壓控制方式，在保證足夠推力的過程中可以平穩地實現產品的燒結。外部循環與氣體置換，燒結過程相互獨立，工藝人員可以自由加料，取料。

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

2 窯爐電氣控制系統

電氣控制系統主要包括溫控控制部分，邏輯動作控制部分和系統自動監控部分。

整個電氣系統組成框架如圖1所示。

圖1 電氣系統組成

2.1 溫度控制部分

采用進口溫控儀表，三路控制，其中上下單獨控溫，中間檢測。檢測元件檢測溫度后將信號傳送給溫控儀，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通固態繼電器從而實現溫度自由控制。溫控儀通過對溫度信號的計算形成閉環控制，通過PID的自身運算計算出合理的PID值，然后輸出可控信號，實現了對溫度的精準控制。

PID控制規律為：

因此它的傳遞函數為：

其中：kp為比例系數；TI為積分時間常數；TD為微分時間常數

以往采用的移相觸發控制模式，在實際應用中由于產生大量高次諧波對電網污染嚴重且器件成本較高。本次設計采用了現今比較流行的周波過零控制方式，周波過零控制功率因素高，響應速度快，無噪音，壽命長且據有上電緩沖功能可以有效地避免大功率系統啟動時對電網的沖擊，在實際控制中由于多溫區分時過零也可以良好地減輕對電網的沖擊。

2.2 邏輯動作控制部分

在考慮到廠家對于產量的需求及整個工藝時間的把握，此系統采用燒制過程與外部循環置換過程相互獨立，充分節省了整個循環時間。整個邏輯控制可以手動，自動自由切換。手動狀態下方便客戶檢查與維修。自動狀態下無需人員操作，僅工藝人員加料或者取料即可。在無人員參與的狀態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時間的不一致。設計編程中考慮到元器件的損壞和非人為因素所造成的機器故障，由程序進行自檢發現故障時自動發出報警信號，外部人員可根據信號指示進行維修檢查。

2.2 系統監控部分

系統監控軟件采用Vb進行編寫。Vb是由美國微軟公司于1991年開發的一種可視化、面向對象和采用事件驅動方式的結構化高級程序設計語言，可用于開發Windows環境下的各類應用程序。它簡單易學、效率高，且功能強大可以與Windows專業開發工具SDK相媲美。在Visual Basic環境下，利用事件驅動的編程機制、新穎易用的可視化設計工具，使用Windows內部的廣泛應用程序接口（API）函數，動態鏈接庫（DLL）、對象的鏈接與嵌入（OLE）、開放式數據連接（ODBC）等技術，可以高效、快速地開發Windows環境下功能強大、圖形界面豐富的應用軟件系統。我公司開發的監控軟件如圖2所示。

圖2 監控軟件示意圖

監控系統實時顯示各個動作狀態，并做相應記錄，同時指示各個報警狀態。所有記錄可以查詢，極大地滿足了客戶對于產品燒結分析的要求。不同管理權限的設置可以有效防止操作人員的誤操作。

3 結束語

新型AB復合式推板窯是專門設計用于磷酸鐵鋰正極材料在保護氣氛下的一次燒結工藝，緊湊型設計比普通直道式窯爐節約場地15%，全陶瓷纖維材料保溫，節能顯著。獨特的預燒燒結分離有效防止預燒氣氛污染燒結段，已在磷酸鐵鋰行業投入使用，客戶反映良好。

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