一种滚动匣钵及粉料烧结方法与流程

1.本发明属于高温烧结窑炉技术领域，具体地涉及一种滚动匣钵及粉料烧结方法。


背景技术：

2.高温烧结炉是工业常用的一种重要的加热设备，广泛应用于活性金属、难熔金属及其合金、陶瓷材料、异种材料的粉末烧结或坯体烧结。传统的高温烧结炉按其结构主要可划分为推板窑炉和回转炉。推板窑炉的主体是一段隧道式高温窑体，盛装待烧结物料的匣钵依次排队从窑头推进窑体，在窑内进过若干时间的高温烧结，这个过程中，匣钵不断地被水平顺序推移，但其每个匣钵体位都静止不变，所以匣钵内盛装的物料其相互位置也没有变化，物料完成烧结过程后又顺序被推出窑体。推板窑炉能够通过隧道式窑体保证温度控制的精度，但其不能使物料在加热时翻滚混匀，无法满足物料排焦排气的需求。回转炉主要包括一可沿其轴自转的圆柱炉体，炉体内设有螺旋推进机构，物料自炉体一端投入后，由炉体上下设置的加热器进行高温加热，炉体自转，物料在其中缓慢翻滚并向另一端运动、排出。但是受到形制所限，回转炉的温度控制难以达到推板窑炉一般精准。此外回转炉的炉体对于加工工艺要求非常高，由于炉体的体积较大，其壁厚的均一性难以掌握，加工精度难以达到，气密性难以控制，且微小的炉体碎片脱落即会对整个烧结过程造成不可逆的破坏。
3.为了解决上述窑炉中存在的问题，发明人已经提出了一种滚动匣钵推板隧道窑炉（中国专利公开号cn109959258a，在此以引用的方式包含于本发明中），包括隧道式窑体和至少2个匣钵推板单元，所述匣钵推板单元包括匣钵和推板支架，所述推板支架包括推板和支具，所述匣钵具有至少1个回转轴，所述匣钵可绕所述回转轴自转，所述支具支撑所述匣钵使其在三维空间上与所述推板支架保持相对静止，所述推板可带动所述匣钵进出所述隧道式窑体；所述滚动匣钵推板隧道窑炉进一步包括驱动所述匣钵自转的驱动机构。这种窑炉综合了推板窑炉和回转炉的优点，使物料在烧结时温控精确、混合均匀，并降低了炉体加工难度。
4.新型电池材料的烧结过程是一个极其重要而且又特别复杂的生成过程，不仅对温度（高低，均匀性）、气氛（氧含量）、大气压力、停留时间等物理条件有具体精确的要求，更因为物料在这个过程要不断的随温度情况而发生相变，产生一定的排焦和排气，焦气混合物需要及时从材料熔融体中排出，因此用作反应容器的匣钵既要采取某种排气措施保证废气及时排出，又要避免粉末状物料的遗撒。尽管客观上存在这种需求，常温下的隔离排气装置也比较多见，但如何在高温环境下在保证机械可靠性的同时完成上述工作，在现有技术中并无教示。发明人在前述专利文献中也没有提供相应的解决方案。
5.此外，为了在高温下满足化学稳定和机械强度，现有的匣钵内胆通常采用陶瓷材质，但大体积的陶瓷匣钵内胆烧结难度过大、成本极高，热胀冷缩也容易造成匣钵陶瓷材料的损坏。此外，尽管常温下将盖板连接在主体上的方式有多种选择（例如螺纹、螺栓、卡扣等），但上述结构在高温下极易产生形变、粘连等问题，导致在降温后难以将盖板和匣钵主体分离。这些问题进一步限制了滚动匣钵结构的实施。


技术实现要素：

6.为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种滚动匣钵，其能够用于前述专利文献中的滚动匣钵推板隧道窑炉，既能够保证物料翻转排气，又降低了对于匣钵加工工艺的要求，能够满足相关材料的烧结要求。
7.为实现上述发明目的，本发明提供一种滚动匣钵，包括匣钵主体，所述匣钵主体为围绕成内腔的空心圆柱体，具有至少一条回转轴线，所述匣钵主体的两端可拆卸地连接有固定盖板，所述固定盖板上设有贯穿的排气孔，所述排气孔与匣钵主体的内腔连通；所述固定盖板远离匣钵主体的一侧（以下称为“外侧”）固设有固定轴，所述固定盖板的外侧设有活动盖板，所述活动盖板与所述固定盖板的外侧紧密配合并阻止部分排气孔与外界的物质交流（以下称为“阻断状态”），所述活动盖板设有豁口，所述豁口与至少一个排气孔对应并允许其与外界的物质交流（以下称为“连通状态”），所述活动盖板可绕固定轴旋转，并因而可以切换排气孔的“阻断状态”和“连通状态”；所述活动盖板的重量与其在所述固定轴处所受到的摩擦力之间的关系满足如下条件：当滚动匣钵绕其回转轴线任意旋转时，活动盖板的重心始终位于固定轴之下。
8.作为优选，匣钵主体两端外侧周向固设有若干固定柱，所述固定盖板为圆形板件，外周固设有若干固定钩，所述固定钩的数量及位置与所述固定柱一一对应，所述固定钩和固定柱之间设有可拆卸的连接件。尽管还可以采用其他方式进行连接固定，例如通过卡扣、螺纹、螺栓等形式，但优选在固定柱和固定钩之间缠绕耐高温的金属丝进行固定，因为这种较为原始的固定方式具有成本低廉、可靠性高的特点，即使金属丝在高温下发生粘连，也容易通过液压钳等工具将其剪断，不会发生无法打开盖板的情况。
9.作为优选，所述固定轴基本上位于所述固定盖板的几何中心。事实上固定轴的位置也可以不同于固定盖板的几何中心，只要能够满足活动盖板与排气孔之间能够在阻断状态和连通状态之间的切换即可；然而从加工的难易程度、匣钵翻滚的稳定性考虑，优选为固定轴位于固定盖板的几何中心。当所述固定盖板为圆形板件时，所述固定轴位于其圆心位置。
10.作为优选，所述匣钵主体的内部结构，包括第一内胆、第二内胆、第三内胆以及匣钵外壁；所述第一内胆、所述第二内胆和所述第三内胆依次连接，且均被所述匣钵外壁包裹在内。所述匣钵外壁采用耐高温、高导热、高韧性的材料制成，例如耐高温合金。
11.作为进一步优选，所述第一内胆、所述第二内胆和所述第三内胆为陶瓷材料制成。陶瓷可在高温下保持化学稳定性，这对锂电池材料的粉末烧结是重要的。
12.作为进一步优选，所述第一内胆、所述第二内胆和所述第三内胆的内部截面为正多边形，优选为正四边形、正五边形、正六边形、正八变形，更优选为带有圆角的正六边形。
13.作为进一步优选所述第一内胆、所述第二内胆、所述第三内胆之间的边缘部位设有相互配合的凸缘，所述凸缘在内胆的径向上紧密配合，而在轴向上留有缝隙。所述凸缘在径向的紧密配合可以尽量避免粉料从内胆的接缝处漏出，而凸缘之间轴向上的缝隙则使得在温度升高时内胆的膨胀应力得到缓解，其原理与铁轨之间留有的缝隙类似。
14.另一方面，本发明提供一种应用上述滚动匣钵的粉料烧结方法，包括如下步骤：将粉状物料投入所述匣钵主体中，将所述固定盖板开拆卸地连接至所述匣钵主体的两端，将承装有粉状物料的滚动匣钵投入推板隧道窑炉中进行高温烧结，所述滚动匣钵在所述推板
隧道窑炉中翻滚前进，所述活动盖板受重力作用在翻滚中保持重心低于所述固定轴的状态并使得所述固定盖板上部的至少一个所述排气孔处于连通状态、其余的所述排气孔则处于阻断状态，反应中产生的废气由处于连通状态的所述排气孔排出，而位于所述滚动匣钵下部的粉状物料则由于对应位置的所述排气孔处于阻断状态而被保留；高温烧结结束后，所述滚动匣钵从所述推板隧道窑炉中移出，将所述固定盖板与所述匣钵主体分离开。
15.本发明提出的滚动匣钵特别针对在先提出的推板隧道窑炉而设计，至少能够取得如下有益效果：1.摆锤式设计的活动盖板在保证粉状物料不易遗撒的情况下，保证了烧结产生的废气及时排出，确保匣钵内气压的稳定性和整体的安全性；2.与整体烧结的内胆相比，三段式的内胆结构降低了加工的难度，并且削减了高温环境下的膨胀应力。
16.3.固定结构简单可靠，避免了高温烧结后盖板无法打开的问题。
附图说明
17.图1是本发明的滚动匣钵立体结构示意图；图2是本发明的滚动匣钵右视图；图3是图2沿a-a的剖面图；图4是图2沿b-b的剖面图。
18.关于附图标记的说明：1.匣钵主体，11.第一内胆，12.第二内胆，13.第三内胆，14.匣钵外壁，2.固定柱，3.固定钩，4.固定盖板，5.排气孔，6.固定轴，7.活动盖板。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
20.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述，这些描述仅用于帮助理解本发明的技术方案，不具有任何限定作用。
21.实施例1图1和图2所示为本发明的一种滚动匣钵的具体结构，包括匣钵主体1，匣钵主体1为围绕内腔的空心圆柱体，具有一条水平的回转轴线，匣钵主体1两端外侧周向固设有若干固定柱2，匣钵主体1的两端可拆卸地连接有固定盖板4，固定盖板4为圆形板件，其外周固设有若干固定钩3，固定钩3的数量及位置与固定柱2一一对应。固定盖板4上设有贯穿的排气孔5，排气孔5与匣钵主体1的内腔连通。固定盖板4远离匣钵主体1的一侧（以下称为“外侧”）固设有固定轴6，固定轴6位于固定盖板4的几何中心。固定盖板4的外侧设有活动盖板7，活动盖板7与固定盖板4的外侧紧密配合并阻止部分排气孔5与外界的物质交流（以下称为“阻断状态”），活动盖板7设有豁口，豁口与至少一个排气孔5对应并允许其与外界的物质交流（以下称为“连通状态”）。活动盖板7可绕固定轴6旋转，并因而可以切换排气孔5的“阻断状态”和“连通状态”。活动盖板7的重量与其在固定轴6处所受到的摩擦力之间的关系满足如
下条件：当滚动匣钵绕其回转轴线旋转时，活动盖板7的重心始终位于固定轴6之下。
22.图3所示为匣钵主体1的内部结构，包括第一内胆11、第二内胆12、第三内胆13以及匣钵外壁14。其中，第一内胆11、第二内胆12、第三内胆13为陶瓷材料制成的内胆，其内部截面为如图4所示的正多边形结构，第一内胆11、第二内胆12、第三内胆13之间的边缘部位设有相互配合的凸缘，凸缘在内胆的径向上紧密配合，而在轴向上留有缝隙。凸缘在径向的紧密配合可以尽量避免粉料从内胆的接缝处漏出，而凸缘之间轴向上的缝隙则使得在温度升高时内胆的膨胀应力得到缓解，其原理与铁轨之间留有的缝隙类似。第一内胆11、第二内胆12、第三内胆13被匣钵外壁14包裹在内并提供支撑。
23.图4所示为第二内胆12的横截面，该横截面为包含圆角特征的正六边形，在滚动匣钵翻滚时通过截面为圆角正六边形的匣钵内胆对物料进行搅拌。与本领域现有技术通常采用的匣钵内置翻板相比，本发明公开的结构稳定性更佳、加工难度更低，因而出现陶瓷碎片干扰物料净度的概率更低。本领域技术人员应能理解，此截面形状还可设置为正八变形、正四边形等其他形状，均可以起到对物料进行翻动的目的，但出于加工难易考虑，优选为上述带有圆角的正六边形。第一内胆11、第三内胆13也具有与第二内胆12相同的横截面，不再赘述。
24.实施例2一种应用上述滚动匣钵的粉料烧结方法，包括如下步骤：将粉状物料投入匣钵主体1中，将固定盖板4盖在匣钵主体1的开口端，并使得固定钩3与固定柱2的位置一一对应，用可拆卸的连接件将每组对应的固定钩3和固定柱2分别连接固定在一起，在此实施例中，连接件为金属丝，将承装有粉状物料的滚动匣钵投入推板隧道窑炉中进行高温烧结，滚动匣钵在推板隧道窑炉中翻滚前进，活动盖板7受重力作用在翻滚中保持重心低于固定轴6的状态并使得固定盖板4上部的至少一个排气孔5处于连通状态、其余的排气孔5则处于阻断状态。反应中产生的废气由处于连通状态的排气孔5排出，而位于匣钵下部的粉状物料则由于对应位置的排气孔5处于阻断状态而被保留。高温烧结结束后，滚动匣钵从推板隧道窑炉中移出，将作为连接件的金属丝拆开，若因高温导致金属丝粘连，则可通过钳子将金属丝剪断，将固定盖板4与匣钵主体1分离开，获得烧结完成的物料用于下游工艺。
25.综上，本发明涉及一种滚动匣钵及物料烧结方法，其能够用于滚动匣钵推板隧道窑炉，既能够保证物料翻转排气，又降低了对于匣钵加工工艺的要求，能够满足相关材料的烧结要求。
26.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和结构的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、组合、替换和变型，本发明的保护由所附权利要求及其等同范围限定。