一種新型密封冷卻結構的設計及應用

杜潤生 江海生 伍紅平

通過對冷卻系統的結構設計、抽排管道設計、保溫設計、選型及熱量換算，研發設計出一套新型冷卻結構，保證換熱量的同時提升整套設備的競爭性，滿足更短設備降低產品溫度的要求。

冷卻腔體;抽排管道;保溫;換熱量

1引言

密封輥道窯設備專門用于鋰電材料燒結，該類設備具有產能大、密封性好、性能穩定、機械化與自動化程度高等一系列優點，此類設備一般分為三帶：預熱帶、燒成帶、冷卻帶及排煙、燃燒、冷卻、傳動四大系統。本文重點討論一種新型冷卻系統的設計與應用。

一套完整設備由多種系統組成，從加熱區到冷卻區溫度變化大，且冷卻空間有限，單靠自然風冷不能有效降低燒結物料溫度，此時就需要采用強迫風冷及抽排相結合的措施。強迫風冷是利用風機進行鼓風或抽風，提高設備內的氣體流動速度，達到散熱目的。

2冷卻腔體設計

冷卻腔體是整個冷卻系統的支撐及框架，其主要包括爐體底框、頂框、主被動端支撐、觀察窗及連接法蘭等。其作用主要為冷卻系統散熱及隔絕外界氣體進入爐膛內部。

冷卻腔體需保證與前部加熱腔體保持同一基準高度和密封性，同時又是整個傳動系統的支撐，需要有足夠的強度，目前設計多為不銹鋼結構，該新型冷卻結構優化了內部構造，在腔體內部增加陶瓷纖維制品，有效防止腐蝕性氣體對腔體內部的腐蝕，故新結構采用了優質碳素結構鋼，保證強度的同時，可以有效提升冷卻結構的成本優勢。

3、抽排管道設計

三元材料物料粉塵粒徑多處于2-10um范圍內，具有極強的穿透性、腐蝕性和吸水性。故抽排管道需要使用SUS 304材質，保證管道安全性，同時對設備密封性又有高要求。

抽排管道需保證腔體內物料降溫特性，達到設計需要，同時需與爐體及冷卻段有效連接。

4保溫設計

由于抽排氣體具有高腐蝕性和高溫的特點，需對腔體及管道進行有效保溫處理，故在內腔及管道外圍均有有效保溫處理，減少管道散熱對抽氣的影響。

5、風機選型設計

風機是抽排系統的動力保障，因此冷卻設計時，需要選用合適的風機系統，保證熱量有效置換且無浪費。

風機選型需根據冷卻段長度及換熱量計算，最終型為：流量：6000m3/h，靜壓1800Pa，電機功率4P-5.5KW ，轉速1700RPM，該款風機在保證風量的同時，可以有效降低冷卻腔體的溫度。

6、換熱量計算及設計

熱量計算主要考慮五個部分：匣缽及料散熱、煙氣散熱、冷卻自然散熱、風冷棒散熱、風箱散熱。【4.5】

4.外圍空氣溫度T3=30℃，料及匣缽最終需要降溫至130℃，風冷棒外徑D1=62mm，內徑D2=50mm，取冷卻段平均溫度200℃，風棒內風速μ未知，風棒長度1.644m，平均出溫風溫未知

按整體考慮，風帶走的熱量為料及匣缽降溫的部分熱量，及Q碳化硅棒散=hA?T+Q輻射 ，其中換熱系數h為未知值，需經過理論計算及實際經驗所得，關于h值得計算為下：

7、總結

本文主要基于密封結構的冷卻結構設計及應用，重點解決密封輥道窯爐的冷卻換熱問題，實現性能及質量雙重保證，突破傳統風冷加水冷的方式，在縮短設備總長的同時，保證了冷卻效果，對提升設備整體競爭性有重大的意義。

參考文獻

[1]黃夢彬.一種強迫風冷機柜的熱設計.2006年第22卷第2期

[2]邱成悌，等.電子設備結構設計原理[M].江蘇：東南大學出版社，2001.12

[3]王世萍，等.電子設備結構設計原理[M].北京：清華大學出版社，2000.4

[4]王秉銓，等.工業爐設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1996.8

[5]汪凱，等.機械工程標準手冊[M].北京：中國標準出版社，2002.

作者簡介：杜潤生（1988-），男人，安徽合肥，畢業于合肥學院，學士，機械設計制造及其自動化專業。