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

  為了緊跟行業發展的需求，本文致力于研判動態回轉式窯爐設備，以及具有陶瓷復合的密封氣氛保護回轉式窯爐設備是如何對行業需求進行匹配，幫助材料廠商選擇更適合自己的煅燒設備。該類設備意圖服務于新能源材料的燒結和干燥。并從能耗、密封性、連續性、復合層噴涂等多個角度，在低成本的條件下，滿足產量，燒制低磁性物的優質材料。

關鍵詞：新能源材料、鋰電池材料、燒結、干燥、密封、磁性物    

第一部分．設備用途及工藝條件簡述

  在整個材料生產制備的工藝過程當中，反應煅燒是其中一項重要環節，其工作效率、運行指標、自動化程度、節能效果等均是影響材料制成的重要因素。目前市場上運用的主要煅燒方式有通道式靜態煅燒（隧道窯、輥道窯、推舟窯、鏈板窯）和回轉式動態煅燒（回轉窯、回旋窯），個別中小型化生產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，其反應煅燒對窯爐設備的功能要求為：1．各個反應階段的溫度控制：2．各個溫度段的時間控制；3．整個反應過程的氣氛場控制。為了配合這些功能，在規?；笊a中設備就應具備①盡可能地縮短物料的反應時間，以增加產能，同時縮小設備對廠房的占據空間；②設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物料運行流暢，排水、排氣、排焦順暢，以保障規?；a過程穩定可靠性；④電能耗指標要大幅度降低，這一指標的高低直接影響著用戶產品的制造成本及市場勢；⑤自動化程度要高，避免對人工、機械手等的依賴；⑥易損件的損耗要低或者沒有，以此降低生產消耗和増加設備使用的連接持續性。

第二部分．設備在使用過程中需要面對的問題

1．配合物料的化學反應

  對于不同種類的物料，其化學反應內容不同，例如磷酸鐵鋰的燒制，所對應的反應是將鋰離子化合物（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行化合，這個過程需要配合不同的溫度、環境氣氛以及對應該過程的反應時間才能完成，①在實現溫度配合時設備所需要完成的內容就是熱量傳導，理論上我們最、希望的目標是設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間溫度條件下完成化學反應，由于物料在前驅體制備時形成了粉狀、粒狀、塊狀、柱狀等不同物理形態，其反應過程中的靜止堆積勢必會對熱量傳導和均勻受熱帶來障礙，使物料反應的一致性受到影響，這樣就會造成產出物料品質的差異性，從而影響物料的整體性能；②對于物料反應過程中所處的環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成中有鐵元素的存在，其氧化性反應的趨勢動能很大，同時有的物料配方中已經加入了增加導電性能的碳包覆層，這兩個誘因均容易受到空氣中的氧元素的影響，這就要求設備自身在物料經過的反應空間進行絕氧保護，一般設備都是通過自身良好的密閉性并通入惰性氣氛實現動壓平衡來完成這一環境空間的氣氛控制；③鋰離子材料無論哪種制備過程，均伴隨著氣體的產生和排放，這里經常出現的有水蒸氣、二氧化碳及有機焦狀氣體，這些不同種類的氣體首先在物料不同溫度階段分別析出，在爐內形成混合氣體，隨著空間壓力場和溫度場形成氣流導向并且按照設定的路徑和引導位置集中統一地排出。

  在鋰離子電池材料的原材料中，同樣具有類似的反應和過程，例如碳酸鋰、氫氧化鋰、無水磷酸鐵等，其區別在于反應相對單一，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間進行蒸發和去除，無水磷酸鐵是將原料當中的2個水分子進行快速脫離，這些過程需要追求的幾個方向是：①生產效率，即如何升高溫度并縮短反映時間；②產品品質均一性，即不同位置的物料在產出時其含水率的指標均勻一致；③能耗指標，即換算到單位質量的物料在整個反映過程中所消耗的電能；④易損件的損耗和連續自動化程度；⑤同等場地占用面積的產量規模。

2．設備目前在運用過程中所存在的問題

  我們從目前材料生產工藝中常用的兩種燒結方式中分別加以敘述和分析：(1)動態旋轉式煅燒工藝

  動態煅燒工藝所使用的設備主要包括回轉式煅燒窯爐和回旋式煅燒窯爐，二者均由旋轉的耐熱合金爐管構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運行，兩段加以動靜密封，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的方式傳遞給物料。

  由于爐管內部采用了旋槽和導向板，物料在爐管中運行時經過了不斷的翻轉和位置轉換，其接受熱量的時間一致性可以得以保障，同時縮短了反應時間和反應氣體釋放速度。整個爐管是一個旋轉動態的溫度場，其內部溫度一致。

這種設備目前存在的問題為：①爐管旋轉動頭與設備兩段進出料連接靜頭的摩擦對密封效果產生影響，這一密封指標可以通過氧化鋯微氧含量分析儀進行測定；②設備的進出料系統普遍采用機械輸送方式，對于部分微觀形貌不規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常由于爐管、旋板、導板、焊材等的選材不當造成爐管金屬對物料的一定磁性污染；④排氣系統對堆積、粘結、堵塞等設計考慮不周而導致氣流不暢，對粉塵收集選擇方式不當。

(2）靜態通道式煅燒工藝

  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，經過不同溫度區域使物料完成升溫、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實現對物料溫度時間的控制，其整個通道環境的密封通過爐體金屬外殼體的連接壓緊和進出料口的過渡倉空氣置換來實現。

  這種設備目前存在的問題為：①物料反應時間長，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過程受熱不均勻，達到設定溫度的時間不一致，內部物料排氣困難，造成同一匣缽中物料品質的差異：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同等產量情況下設備體積龐大，相對能耗指標較高，氣耗量較大：①卸料、裝料、刷缽等動作繁瑣，占用回車線：⑤匣缽、墊板等易損件消耗多，人工強度高，設備維護工作量較大。

第三部分．藍光連動爐情況描述

設備特點

  (1）采用自主知識產權的盤根、氣環組合密封方式，降低保護氣消耗量的同時增加了氣氛密封性，確保了生產環境；

  (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硅酸鋁纖維毯，熱效率高，輕、薄、節能、施工簡捷使窯爐使用功率遠遠小于其它同類型產品，大大降低了生產成本；

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

  (4）物料以100度﹣1000度溫度在各個恒溫區段按螺旋線行進，避免了一般轉爐存在的物料前后串行，時間過長或過短的問題，冷卻區采用回轉式刮板結構，散熱快，冷卻充分。

  (5）量身定制的全人性化設計，設備外飾噴塑，配合造型設計設置安全保護罩殼，帶人性化指示標簽和警示說明，使設備的整個加工制造精度及外觀外飾達到或超過進口設備的水平。

  簡而言之，我們在磷酸鐵鋰方面已經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，一千多倍的差異：②回旋爐氮氣消耗量5~10m3/h，輥道、推板爐氮氣消耗量120~220 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生產線的連貫性方面，回旋爐可以在進料和出料端口與前段和后端工藝方便的連結輸送，并節省了人工因素，而推板爐則需回車線上的物料倒出、清理與裝料，甚至要依賴機械手，對連貫性生產非常不利。