迴轉窯爐的製作方法

2023-05-15 18:51:56 1

專利名稱：迴轉窯爐的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種迴轉窯爐。
背景技術：
隨著高能綠色電池產業的蓬勃發展，對電池的製造原料無論是在數量還是質量上 的要求越來越高。四氧化三鈷作為鋰離子電池正極材料鈷酸鋰的主要原料，也隨著鋰離子 二次電池的需求量增加而增加。鋰離子電池所用的四氧化三鈷有嚴格的指標要求，如其結 晶結構、顆粒形貌、粒度組成與分布、松裝密度、化學成分，其中對化學成分一般要求四氧化 三鈷中鐵、錳、鎳等金屬的含量要求少於0. 005% ；比表面積要求大於4m2/g。現有的四氧化三鈷生產大部分廠家用的煅燒設備都是推板窯，存在以下問題1、生產時間長，能耗高，需在800-950°C下煅燒12_15小時，每噸四氧化三鈷耗電 3000 4000° ；2、因為窯爐內溫度不均勻，反應後物料也不均勻，所得四氧化三鈷微觀一致性差 (粒徑分布不均勻，產品性能不統一)；其中比表面積較小的四氧化三鈷，活性較小，因為比 表面積越大與其他成分接觸的可能性增大，增強顆粒活性，在後續與碳酸鋰反應生成鈷酸 鋰的生產中反應速度慢，尤其存在不徹底現象，鈷酸鋰產品中會存在殘餘的未反應的碳酸 鋰，產品呈鹼性，一股物料的PH值為11-11. 5，這樣電性能也降低。3、裝料匣缽掉渣帶入物料帶來雜質矽、鋁、鈣等及其它汙染，使四氧化三鈷產品的 化學成分無法達到指標要求；4、勞動強度大，手工操作，不能實現自動化；5、窯爐內物流不暢，導致焙燒效率不高。6、當原料是硫酸鈷時，硫酸鈷會滲透到推板窯的匣缽裡，使得匣缽壽命短，收率 低，排放的二氧化硫用塔吸收不完全，通過50m高煙囪排放也不能達到排放標準，對環境有 汙染。

實用新型內容本實用新型提供一種迴轉窯爐，用於四氧化三鈷煅燒，可大大降低能耗。所述迴轉窯爐，包括爐管，爐管外側設置有電加熱元件，爐管內沿軸向設置多個揚 料板組，每個揚料板組含有沿爐管周向均勻分布的4-8塊揚料板，每塊揚料板垂直於爐管 內壁設置，相鄰兩組揚料板錯位安裝。作為本實用新型的優選方案，相鄰兩組揚料板的錯位角度為15° -45°。作為本實用新型的優選方案，相鄰揚料板組沿軸向無間隙設置，相鄰揚料板組沿 軸向投影重疊的長度不超過單塊揚料板長度的50%。更優選的是，相鄰揚料板組沿軸向投 影重疊的長度不超過單塊揚料板長度的10%。重疊長度太大不僅不利於物料的拋落，而且 對材料也是一種浪費。迴轉窯爐是指旋轉煅燒窯(俗稱旋窯)。迴轉窯爐按處理物料不同可分為水泥窯、冶金化工窯和石灰窯，是一個有一定斜度的圓筒狀物，斜度為3 3. 5%，物料由給料機送 入爐管，藉助窯的轉動來促進物料在爐管內攪拌，使物料互相混合、接觸進行反應。物料依 靠窯筒體的斜度及窯的轉動在窯內向前運動，最後由出料口出料。窯頭一般噴煤燃燒產生 大量的熱，熱量以火焰的輻射、熱氣的對流、窯磚(窯皮)傳導等方式傳給物料；也可採用電 加熱方式，這時需要在爐管外側設置電加熱元件。申請人:發現，現有技術由於採用推板窯，爐膛溫度不均勻，有些物料超過反應溫 度，形成過燒，造成產品的比表面積小，活性降低；如果降低溫度，有些物料達不到反應溫 度，反應則不完全。採用本實用新型所述迴轉窯爐，採用電加熱方式，窯爐內溫度均勻，可有 效將物料溫度控制在目標範圍內。所述電加熱迴轉窯爐主要部分可以採用公知的結構，主 要由帶有進出料口的爐體、驅動爐體內爐管旋轉的驅動機構、底座、支撐傳動裝置、冷卻裝 置組成，所述爐體由外殼、保溫層及位於其內腔並沿其軸線設置的爐管組成，所述爐管穿過 爐體內的爐腔並由支撐傳動裝置支撐，保溫層位於爐管中部外側和外殼之間，爐管中部的 外側設置有電加熱元件，該電加熱元件設置於保溫層和爐管間，冷卻裝置設置在爐管靠近 出料口一端外側。為了精確控制爐管內的溫度，在保溫層和爐管間設置電加熱元件的空間 內，均勻布置有多個溫控元件，可選的溫控元件有熱電偶。本實用新型所述迴轉窯爐內設 置有揚料板，由於設備是不斷旋轉的，揚料板在隨機體轉動的同時，攜帶焙燒物後的熾熱物 料上升到一定高度後將其拋灑並成幕簾狀下落，所以其能使窯內物料充分混合併完成熱交 換，物料與空氣充分接觸，反應快而均勻，使窯內物料在特定的溫度下達到分解的目的。在 對物料拋離的過程中，揚料板的存在對物料起裹挾作用，緩解了一部分物料進入跑斜狀態， 從而擴大了在筒體斷面的布料面積。揚料板的不斷轉動可以加快物料的流速，加大物質間 的接觸面積。在產品形成後，揚料板通過拋灑物料能達到冷卻出爐高溫物料的效果。揚料 板還有導料、均流、揚料、阻料，有序地控制物料在筒體內的運動和煅燒過程的作用。反應後 物料一致性和均勻性都很好，同時大幅度提高了窯內粉、細物料的分解率，提高迴轉窯爐的 利用率，達到降低能耗的目的。爐管中部設有電加熱裝置，為高溫反應區，對溫度控制的要 求高，因此為兼顧性能與成本，優選爐管中部每組揚料板的數量較爐管兩端多。作為進一步優選方案，迴轉窯爐接觸物料部分即爐管、揚料板、送料機和進出口， 選用金屬鋯、鈦或其氧化物或陶瓷材料，優選金屬鈦，其它部分選用普通碳鋼。這樣不僅可 避免有害雜質鐵、鎳、錳等金屬單質汙染產品，還降低了設備成本，僅為進口迴轉窯爐的十 分之一。申請人:發現，在上述迴轉窯爐內通過煅燒得到四氧化三鈷，可以有效將反應溫度 控制在較窄範圍內，煅燒較短時間，就可以反應充分，得到比表面積大(大於8m2/g)、活 性高的四氧化三鈷產品，與碳酸鋰反應後的鈷酸鋰產品殘餘的碳酸鋰少，產品的PH值= 10. 5-11，電性能方面容量高2-10%。煅燒得到四氧化三鈷的生產方法具體為，由碳酸鈷或 氫氧化鈷在空氣氣氛中，400 800°C下煅燒0. 5 5h，得到四氧化三鈷。進一步的優選方 案，由碳酸鈷在空氣氣氛中，500 800°C下煅燒0. 5 3h得到四氧化三鈷；或者由氫氧化 鈷在空氣氣氛中，400 700°C下煅燒0. 5 5h得到四氧化三鈷。本實用新型具有以下優點1、溫度比推板窯低100-200°C，能耗低，每噸四氧化三鈷耗電1000° -1500°。2、產品比表面積大、活性較高。
4[0021]3、進出物料可實現自動化。4、將爐內接觸物料部分選用金屬鋯、鈦或其氧化物或陶瓷材料，降低了產品中鐵、 錳、鎳的含量。5、適用於氫氧化鈷和碳酸鈷大規模工業生產四氧化三鈷，大大提高了生產的效率。

圖1是本實用新型所述迴轉窯爐的結構示意圖；圖2是圖1的A-A剖視放大圖；圖3是圖1的B-B剖視放大圖；圖4是圖1的C-C剖視放大圖。
具體實施方式
本實用新型所述迴轉窯爐如圖1-4所示。為清楚顯示爐管內結構，圖1在爐管部 分以剖視圖表示。迴轉窯爐主要由爐體1、驅動爐體內爐管2旋轉的驅動機構3、底座4、支 撐傳動裝置5、冷卻裝置6、進料機11、出料箱12組成，所述爐體1由外殼7、保溫層8及位於 其內腔並沿其軸線設置的爐管2組成，所述爐管2穿過爐體1內的爐腔並由支撐傳動裝置 5支撐，保溫層8位於爐管2中部外側和外殼1之間，爐管2中部的外側設置有電加熱元件 9，該電加熱元件9設置於保溫層8和爐管2之間，冷卻裝置6為冷卻水箱，設置在爐管2靠 近出料口一端外側。在保溫層8和爐管2間設置電加熱元件9的空間內，均勻布置有多個 溫控元件11，所述溫控元件11為熱電偶，電熱元件9通過導線12與電源連接。進料機11、 出料箱12分別與爐管2兩埠連通。沿爐管2軸向無間隙、連續均勻設置30個揚料板組， 每個揚料板組含有沿爐管2周向均勻分布的多塊揚料板10，每塊揚料板10垂直於爐管2內 壁設置，尺寸為500 X 30mm,相鄰兩組揚料板錯位安裝，相鄰揚料板組沿軸向投影無重疊。爐 管2中部設有電加熱裝置9，為高溫反應區，對溫度控制的要求高，因此為兼顧性能與成本， 爐管2中部每組揚料板的數量為8塊，相鄰兩組揚料板錯位22. 5°安裝，爐管2兩端每組 揚料板的數量為4塊，相鄰兩組揚料板錯位45°安裝。生產時，原料經進料機11進入爐管 2，反應結束後經冷卻裝置6冷卻，由出料箱12出料。以下實施例在上述迴轉窯爐中進行。實施例1先將迴轉窯爐溫度升到650°C，按每小時300公斤的加料速度連續加入碳酸鈷，同 時開啟連接排氣口的引風機，引風量為5000m3/小時，將反應分解的二氧化碳排出，新鮮的 空氣由爐尾加入，通過電加熱自動控溫裝置保持窯內溫度為650°C，控制物料在窯內平均停 留時間為0. 5小時，出料口得到四氧化三鈷產品。比表面積為10. 3m2/g，粒徑範圍10-30微 米，顆粒均勻。實施例2先將迴轉窯爐溫度升到700°C，按每小時200公斤的加料速度連續加入碳酸鈷，同 時開啟連接排氣口的引風機，引風量為3000m3/小時，將反應分解的二氧化碳排出，新鮮的 空氣由爐尾加入，通過電加熱自動控溫裝置保持窯內溫度為700°C，控制物料在窯內平均停留時間為1. 05小時，出料口得到四氧化三鈷產品。比表面積為10. 5m2/g，粒徑範圍10-20 微米，顆粒均勻。實施例3先將迴轉窯爐溫度升到500 550°C，按每小時300公斤的加料速度連續加入碳酸 鈷，同時開啟連接排氣口的引風機，引風量為5000m3/小時，將反應分解的二氧化碳排出，新 鮮的空氣由爐尾加入，通過電加熱自動控溫裝置保持窯內溫度為500 550°C，控制物料在 窯內平均停留時間為3.0小時，出料口得到四氧化三鈷產品。比表面積為10.0m2/g，粒徑範 圍5-20微米。實施例4先將迴轉窯爐溫度升到750 800°C，按每小時300公斤的加料速度連續加入碳酸 鈷，同時開啟連接排氣口的引風機，引風量為5000m3/小時，將反應分解的二氧化碳排出，新 鮮的空氣由爐尾加入，通過電加熱自動控溫裝置保持窯內溫度為700 800°C，控制物料在 窯內平均停留時間為2. 0小時，出料口得到四氧化三鈷產品。比表面積為8. lm2/g，粒徑範 圍15-30微米。實施例5先將迴轉窯爐溫度升到400 450°C，按每小時300公斤的加料速度連續加入氫氧 化鈷，同時開啟連接排氣口的引風機，引風量為4000m3/小時，將反應分解的二氧化碳排出， 新鮮的空氣由爐尾加入，通過電加熱自動控溫裝置保持窯內溫度為400 450°C，控制物料 在窯內平均停留時間為0. 5小時，出料口得到四氧化三鈷產品。比表面積為9. 8m2/g，粒徑 為10-25微米。實施例6先將迴轉窯爐溫度升到680 700°C，按每小時200公斤的加料速度連續加入氫氧 化鈷，同時開啟連接排氣口的引風機，引風量為3500m3/小時，將反應分解的二氧化碳排出， 新鮮的空氣由爐尾加入，通過電加熱自動控溫裝置保持窯內溫度為680 700°C，控制物料 在窯內平均停留時間為1.0小時，出料口得到四氧化三鈷產品。比表面積為9.2m2/g，粒徑 為10-25微米。實施例7先將迴轉窯爐溫度升到680 700°C，按每小時300公斤的加料速度連續加入氫氧 化鈷，同時開啟連接排氣口的引風機，引風量為5000m3/小時，將反應分解的二氧化碳排出， 新鮮的空氣由爐尾加入，通過電加熱自動控溫裝置保持窯內溫度為680 700°C，控制物料 在窯內平均停留時間為5小時，出料口得到四氧化三鈷產品。比表面積為8. 6m2/g，粒徑範 圍12-20微米。
權利要求一種迴轉窯爐，包括爐管，爐管外側設置有電加熱元件，其特徵在於爐管內沿軸向設置多個揚料板組，每個揚料板組含有沿爐管周向均勻分布的4 8塊揚料板，每塊揚料板垂直於爐管內壁設置，相鄰兩組揚料板錯位安裝。
2.如權利要求1所述的迴轉窯爐，其特徵在於相鄰兩組揚料板的錯位角度為 15° -45°。
3.如權利要求1或2所述的迴轉窯爐，其特徵在於相鄰揚料板組沿軸向無間隙設置，相 鄰揚料板組沿軸向投影重疊的長度不超過單塊揚料板長度的50%。
4.如權利要求3所述的迴轉窯爐，其特徵在於相鄰揚料板組沿軸向投影重疊的長度不 超過單塊揚料板長度的10%。
專利摘要本實用新型涉及一種迴轉窯爐，用於四氧化三鈷煅燒，可大大降低能耗。所述迴轉窯爐，包括爐管，爐管外側設置有電加熱元件，爐管內沿軸向設置多個楊料板組，每個楊料板組含有沿爐管周向均勻分布的4-8塊楊料板，每塊楊料板垂直於爐管內壁設置，相鄰兩組楊料板錯位安裝。作為本實用新型的優選方案，相鄰兩組楊料板的錯位角度為15°-45°。本實用新型具有以下優點1、能耗低，每噸四氧化三鈷耗電1000度～1500度；2、產品比表面積大、活性較高；3、進出物料可實現自動化；4、將爐內接觸物料部分選用金屬鋯、鈦或其氧化物或陶瓷材料，降低了產品中鐵、錳、鎳的含量；5、適用於氫氧化鈷和碳酸鈷大規模工業生產四氧化三鈷，大大提高了生產的效率。
文檔編號F27B7/10GK201697448SQ20102016863
公開日2011年1月5日 申請日期2010年4月23日 優先權日2010年4月23日
發明者徐齡榮, 李軍秀, 王武, 袁國和 申請人:江蘇凱力克鈷業股份有限公司