粉体烧结炉的制作方法

1.本实用新型涉及一种粉体烧结设备，更具体地说是一种粉体烧结炉。


背景技术：

2.窑炉是锂离子电池正极材料生产的核心关键设备，目前三元正极材料的烧结工艺基本上是通过辊道窑来完成，其工作原理；在长度40—200米的隧道窋腔内，同一水平面上密集布置有大量通过减速电机驱动链条或齿轮带动的同直径辊筒。所有辊筒以相同的转速同向旋转，辊筒上面放置匣钵。根据所设计的窑腔断面尺寸每组排放4列双层或、6列双层的匣钵。匣钵中存放待烧结的三元正极材料。在辊筒的驱动下带动上面装有三元材料的匣钵匀速进入隧道中，向出口方向运动。
3.根据锂离子电池正极材料烧结工艺要求，窑炉一般分为预热排水段、升温段、恒温段和降温段四个部分，锂离子电池正极材料的烧制温度一般在600～1200℃范围内，通常采用电阻丝或者硅碳棒作为加热元件。在窑炉的预热排水段、升温段、恒温段按工艺的温度要求布置有不同功率的发热元件。控制加载到发热元件上的电压、电流大小，从而来实现加热和加热控制的目的。
4.锂离子电池产品在加热烧制的过程中，将会发生一系列的物理化学反应，伴随有大量的水汽、胶气等废弃物的排放。为能够及时将这些废弃物从炉内排出，在炉主体上设置有送、排气管路。
5.在三元正极材料的烧制过程中，不同的材料需要充入空气，氧气或氮气以満足不同材料的反应烧结的工艺条件。
6.由于辊道窑的结构特点，对于三元电池正极材料的烧结存在如下缺陷：
7.1.占地大，厂房大，窑体大,总投资大；2.传动辊筒密集安装数量厐大，相应的驱动链及齿轮也数量厐大。故障率高；3.使用匣钵存料，目前通用的匣钵尺寸为320x320x75mm.装料高度50mm.每钵装料6kg左右,每吨原料需150—170个匣钵,目前行业匣钵使用平均次数8一10次.匣钵平均市场价在 50元一个.按最高使用10次计算,每吨原料所需匣钵费用15x50＝750元；4. 由于匣钵的易损性在进出料及运行过程中破损会造成原料污染及损失.对成本及质量均带来影响；5.存放原料的匣钵进入窋内各个温区.升温.匣钵中的物料只有上表面直接在温度场中,其余五个面均要在匣钵升温后通过热传导加热物料，严重影响了物料的升温速度.造成整个窑炉的小时产量降低.能耗增高；6.每个320x320x75mm的标准匣钵自重8kg左右.装料6kg左右. 匣钵从进入窖炉开始直到出炉全程伴随物料运行吸收热量.所吸收的热量甚至大于物料吸收的热量.也就是说有一半以上的热量被匣钵吸收；7.由于匣钵中物料只有上表面一层接触炉内气氛,匣钵内的物料氧化还原也不均匀.影响产品质量。
8.根据上面对辊道窑的分析,生产三元正极材料能耗高，生产率低，产品质量一致性差，工人劳动强度大。
9.因此有必要重新开发出一种新的粉体烧结设备，以提高效率和降低成本。


技术实现要素：

10.本实用新型的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种粉体烧结炉。
11.本实用新型的目的通过下列技术方案来实现：
12.粉体烧结炉，包括壳体，弹性支撑所述壳体的底座，及设于所述壳体内的烧结腔；所述烧结腔的底部为截面为半圆形回转体的腔体；还包括设于所述底座和所述壳体之间且呈环向分布的若干根立式弹性件，平行设于所述壳体底部的离心振动装置，设于所述烧结腔与所述壳体之间的若干根水平方向的传振弹簧，及设于所述壳体上方的顶盖；所述水平离心振动装置产生环向的离心力和力矩，传递至所述壳体，使其朝相应位置径向移动，力矩使相对应位置的立式弹性件压缩，先下降再上升，带动粉体在所述腔体的相应圆弧表面进行滑动，且这种滑动的位置跟随所述水平离心振动装置的离心力转动方向，一起移动；所述顶盖与所述壳体之间设有密封件，以形成密封连接；所述壳体与烧结腔之间设有保温材料；所述顶盖的内侧设有保温材料。
13.优选地，所述离心振动装置包括设于所述壳体底部中心的电机，及与所述电机的输出轴连接的偏心块。
14.优选地，所述电机的输出轴设有上输出端和下输出端，所述偏心块包括上偏心块和下偏心块，分别连接于所述上输出端、所述下输出端。
15.优选地，所述上偏心块和所述下偏心块，均与所述输出轴为可拆式连接，以调节所述上偏心块和下偏心块之间的夹角。
16.优选地，所述立式弹性件为9根以上的立式弹簧，所述传振弹簧为立式弹簧的三分之一。
17.优选地，所述烧结腔的中心设有锥形突起，形成下半圆弧环形腔，以使粉体沿所述下半圆弧环形腔，以螺旋式转动且沿环向移动。
18.优选地，还包括与所述烧结腔相通的上入料口和下出料口，及设于所述顶盖底部的发热体。
19.优选地，还包括设有所述壳体内的内衬，所述内衬形成所述的烧结腔；所述内衬与所述壳体之间设有所述的传振弹簧。
20.优选地，所述密封件为复合密封环，所述顶盖与所述壳体联接处的外侧还设有复合密封环调压装置。
21.优选地，所述烧结腔的下方设有与下出料口相通的下出料道，用于堵住所述下出料道的出料阀门，及用于驱动所述出料阀门的出料驱动装置。
22.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型因为采用封闭的烧结腔进行烧结，且通过环向移动的偏心块产生环形变化的螺旋力，使得粉体在烧结腔内绕圆环中心自转,其合成运动为环形螺旋运动。粉体基本上都处于悬浮状态。又由于烧结腔处于全密封状态,腔内温度场稳定。处于悬浮状态的粉体表面受热面积大大增加，加快了粉体的脱水、氧化、固相烧结的速度，通过设有的气体流量阀控制充入烧结腔内的不同工艺气体 (空气，氧气，氮气等)，设有的排气阀排除废气，以保证腔内工艺气氛的稳定,产品质量的一至性和均匀性得到保証。
附图说明
23.图1为本实用新型三次元粉体烧结设备具体实施例一的结构示意图；
24.图2为图1实施例中的粉体运动轨迹图；
25.图3为本实用新型三次元粉体烧结设备具体实施例二的结构图；
26.图4为图3的a-a剖视图。
27.附图标记
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顶盖
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气体流量阀
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发热体电源接线及悬挂装置 4
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进料装置口
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排气阀
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发热体
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热电偶
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顶盖轻质保温材料
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复合密封环调压装置
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复合密封环
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出料机构
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壳体
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立置弹簧
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底座
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上偏振块
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下偏振块
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驱动装置
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工作腔轻质保温材料
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传振弹簧
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内衬
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烧结腔
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下出料道
具体实施方式
[0039]
下面将通过以下实施例进行清楚、完整地描述本实用新型的技术方案中显然，以下将描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0040]
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0041]
还应当理解，在此本实用新型实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型实施例。如在本实用新型实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0042]
如图1至图4所示，本实用新型粉体烧结炉，包括底座14，设于底座14 上方的壳体12，及设于壳体12内的烧结腔21；烧结腔21的底部为截面为半圆形回转体的腔体；还包括设于底座14和壳体12之间且呈环向分布的若干根立式弹簧13，平行设于壳体12底部的离心振动装置，设于烧结腔21与壳体12之间的若干根水平方向的传振弹簧19，及设于壳体12上方的顶盖1；离心振动装置产生环向的离心力和力矩，传递至壳体12，使其朝相应位置径向移动，使相对应位置的立式弹簧13压缩，先下降再上升，带动粉体在腔体的相应圆弧表面进行滑动，且这种滑动的位置跟随离心振动装置的离心力转动方向，一起移动。壳体12与烧结腔21之间设有保温材料(即工作腔轻质保温材料18)；顶盖1的内侧设有保温材料(即顶盖轻质保温材料8)。顶盖1与壳体12之间设有密封件，以形成密封连接。具体地，密封件为复合密封
环10，顶盖1与壳体12联接处的外侧还设有复合密封环调压装置9。烧结时还需要充入气体和排放气体，所以还设有联接于顶盖1的气体流量阀2 和排气阀5。为了联接电源，还设有发热体电源接线及悬挂装置3。
[0043]
更具体地，离心振动装置包括设于壳体12底部中心的电机17，及连接于电机17输出轴的偏心块。
[0044]
更具体地，电机17的输出轴设有上输出端和下输出端，偏心块包括上偏心块15和下偏心块16，分别连接于上输出端、下输出端。
[0045]
如图1所示，画出了上偏心块15产生离心力p1，下偏心块16产生的离心力p2，合并作用于壳体12的下端，形成等效力矩m，在立式弹簧13和传振弹簧19的共同作用下，形成螺旋状且环向推进的物料轨迹(如图2所示，d为环形的公转圆，r为螺旋运动的自转圆)。
[0046]
更具体地，上偏心块15和下偏心块16，均与输出轴为可拆式连接，以调节上偏心块15和下偏心块16之间的夹角。用于调整螺旋线r的半径(参见图2)。
[0047]
更具体地，立式弹簧13为9根以上，传振弹簧19为立式弹簧13数量的三分之一。
[0048]
更具体地，烧结腔21的中心设有锥形突起，形成下半圆弧环形腔，以使粉体沿下半圆弧环形腔，以螺旋式转动且沿环向移动。
[0049]
更具体地，还包括与烧结腔21相通的上入料口(即进料装置口4)和下出料口(即出料机构11)，及设于顶盖1底部的发热体6。
[0050]
更具体地，还包括设有壳体12内的内衬20，内衬20形成的烧结腔21；内衬20与壳体12之间设有传振弹簧19。
[0051]
于其它实施例中，为了防止烧结时，粉体落入至烧结腔21与下出料口 (即出料机构11)相通的下出料道110，进一步地，采用了可以堵住下出料道110的出料阀门，及用于驱动出料阀门的出料驱动装置。更优选地，下出料道可以做成斜向下的结构，易于烧结之后的粉体自动流出来。更具体地，为了与烧结腔的内壁形成一个完整的烧结表面，出料阀门的内端与烧结腔的内壁平齐。进一步地，为了防止出料阀门在装配时和开关的过程中发生位置偏转，出料阀门优选椭圆形的截面形状。
[0052]
于其它实施例中，上偏心块和下偏心块可以设置成不同的偏心距和重量，以实现不同的离心力，以实现不同的等效力矩m，以调整粉体在烧结时的运动轨迹。
[0053]
本实用新型的使用过程：根据烧结腔的容量，从上入料口一次性倒入需要烧结的粉体之后，对烧结腔进行加热，并充入烧结所需的气体，启动电机进行烧结，到达设定的烧结时间后，打开下出料口，烧结后的粉体从下出料口排出；等粉体排完，再关闭电机。
[0054]
更具体地，电机通过变频电路控制其转速，烧结腔还设有温度传感器，以对其中发热体的加热进行温度控制；通过调节上偏心块和下偏心块之间的夹角，以改变粉体环向螺旋推进时的螺旋角度。
[0055]
更具体的过程为：
[0056]
发热体6通电升温，由加料口4(即上入料口)加入粉体材料，关闭加料口，物料进入烧结腔21。驱动装置17(即离心振动装置中的电机)通电转动,代动上偏心块15和下偏心块16同向旋转。产生激掁力(离心力)和激掁力矩。壳体产生周期性的掁动,通过园周布置在壳体上的多个传掁机构19 (即传振弹簧)，把壳体的掁动传递给耐材内衬20(即用于形成烧结腔的内衬)。壳体底部的立式弹簧安装成与驱动装置17同心的园环形状。使烧结腔21内的待
烧结的粉体材料既绕耐火内衬20中心(垂直轴)公转，又绕园环中心自转,其合成运动为环形螺旋运动。粉体基本上都处于悬浮状态。粉体材料的运动轨迹见图2。由于烧结腔21处于全密封状态,腔内温度场稳定。处于悬浮状态的粉体表面受热面积大大增加，加快了粉体的脱水、氧化、固相烧结的速度，通过气体流量阀2控制充入烧结腔21内的不同工艺气体 (空气，氧气，氮气等)，排气阀排除废气，保证了腔内工艺气氛的稳定, 产品质量的一至性和均匀性都得到保証。
[0057]
本设备设置中央控制器,由热电偶7(即温度传感器)采集温度信号，控制发热体的电流电压，进而控制温度。以满足不同时段物粒对温度的工艺要,并拫据各种不同物料升降温曲线自动控制。通过变频改变驱动装置17 (即电机)的转速而改变粉体在烧结腔21内的运动状况,以满足各个工艺时段的要求。
[0058]
烧结完成后打开下出料口,物料(即烧结成的粉体)排出到盛放产品的容器中。
[0059]
于其它实施例，为了形成不同的三元次掁动效果，可以使立式弹簧、传振弹簧的各点掁幅不一,使内衬20通过传振弹簧19获得的各点掁幅也不一致，以形成不规则的螺旋运动，达到混合烧结的目的。
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综上所述，本实用新型因为采用封闭的烧结腔进行烧结，且通过环向移动的偏心块产生环形变化的螺旋力，使得粉体在烧结腔内绕圆环中心自转,其合成运动为环形螺旋运动。粉体基本上都处于悬浮状态。又由于烧结腔处于全密封状态,腔内温度场稳定。处于悬浮状态的粉体表面受热面积大大增加，加快了粉体的脱水、氧化、固相烧结的速度，通过设有的气体流量阀控制充入烧结腔内的不同工艺气体(空气，氧气，氮气等)，设有的排气阀排除废气，以保证腔内工艺气氛的稳定,产品质量的一至性和均匀性得到保証。
[0061]
上述仅以实施例来进一步说明本实用新型的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。