全自动氮气保护AB复合式推板窑的研制

魏武帅，邓 骊

(中国电子科技集团第四十三研究所，合肥230088)

在全球气候变暖，人类生态环境恶化，常规能源资源短缺并造成环境污染的形势下，新能源行业以其无与伦比的优势在各行各业中迅猛发展，我国对于新能源行业的投入也在逐年增大。而磷酸铁锂电池作为新型的储能机构正在成为世界研发的热点，锂电池的应用更是在汽车行业掀起了一场新的风暴。国家电网的75座电池充电站已布局完成，各个城市也在积极规划城市电动汽车充电站的建设。我国锂电池需求量巨大，作为锂电池正极材料的磷酸铁锂需求量也随之增长，经过几年的发展国内磷酸铁锂厂家也初具规模，但随着竞争压力的越来越大，生产成本以及产品的档次都成为领军于行业的关键因素。全自动氮气保护AB复合式推板窑可以大大降低人工成本，在减少人工参与的同时又提高了产量。同时本设备采用了预烧，烧结分离技术避免了产品在预烧阶段污染烧结气氛，从而给予了产品更高的质量保证。

1 窑炉机械结构组成与特点

整个窑炉机械结构主要分为四大部分，即窑体、气氛控制系统、推进循环系统及冷却系统。

（1）窑体采用的是密闭循环式设计，主要包括进出口气室、内外密封门、A炉预烧结构、过度保温结构、B炉烧结结构、冷却结构、外部循环结构等。内外密封气室的设计保证了整个烧结过程的连续，减少了产品预烧阶段进板等待时间，同时也节省了氮气的使用。进一步提高生产力节省生产成本。

（2）气氛控制采用多路进气方式设计，特殊气嘴设计以及管道的特殊布置方式等保证了炉膛内的氮气气氛形成一个稳定的气流场，有效地保护产品在烧结过程中的氧化问题。

（3）推进机构采用液压控制方式，在保证足够推力的过程中可以平稳地实现产品的烧结。外部循环与气体置换，烧结过程相互独立，工艺人员可以自由加料，取料。

（4）冷却系统采用气氛冷却加水冷方式，在气氛与冷却水的不断交换过程中使得降温过程不断减少，大大提高了冷却效果，节省了工艺时间。

2 窑炉电气控制系统

电气控制系统主要包括温控控制部分，逻辑动作控制部分和系统自动监控部分。

整个电气系统组成框架如图1所示。

图1 电气系统组成

2.1 温度控制部分

采用进口温控仪表，三路控制，其中上下单独控温，中间检测。检测元件检测温度后将信号传送给温控仪，温控仪输出4～20mA电流控制周波控制器，最后由周末控制器导通固态继电器从而实现温度自由控制。温控仪通过对温度信号的计算形成闭环控制，通过PID的自身运算计算出合理的PID值，然后输出可控信号，实现了对温度的精准控制。

PID控制规律为：

因此它的传递函数为：

其中：kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数

以往采用的移相触发控制模式，在实际应用中由于产生大量高次谐波对电网污染严重且器件成本较高。本次设计采用了现今比较流行的周波过零控制方式，周波过零控制功率因素高，响应速度快，无噪音，寿命长且据有上电缓冲功能可以有效地避免大功率系统启动时对电网的冲击，在实际控制中由于多温区分时过零也可以良好地减轻对电网的冲击。

2.2 逻辑动作控制部分

在考虑到厂家对于产量的需求及整个工艺时间的把握，此系统采用烧制过程与外部循环置换过程相互独立，充分节省了整个循环时间。整个逻辑控制可以手动，自动自由切换。手动状态下方便客户检查与维修。自动状态下无需人员操作，仅工艺人员加料或者取料即可。在无人员参与的状态下可以保证工艺的一致性，避免了由于操作人员失误所造成的工艺烧结时间的不一致。设计编程中考虑到元器件的损坏和非人为因素所造成的机器故障，由程序进行自检发现故障时自动发出报警信号，外部人员可根据信号指示进行维修检查。

2.2 系统监控部分

系统监控软件采用Vb进行编写。Vb是由美国微软公司于1991年开发的一种可视化、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发Windows环境下的各类应用程序。它简单易学、效率高，且功能强大可以与Windows专业开发工具SDK相媲美。在Visual Basic环境下，利用事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计工具，使用Windows内部的广泛应用程序接口（API）函数，动态链接库（DLL）、对象的链接与嵌入（OLE）、开放式数据连接（ODBC）等技术，可以高效、快速地开发Windows环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。我公司开发的监控软件如图2所示。

图2 监控软件示意图

监控系统实时显示各个动作状态，并做相应记录，同时指示各个报警状态。所有记录可以查询，极大地满足了客户对于产品烧结分析的要求。不同管理权限的设置可以有效防止操作人员的误操作。

3 结束语

新型AB复合式推板窑是专门设计用于磷酸铁锂正极材料在保护气氛下的一次烧结工艺，紧凑型设计比普通直道式窑炉节约场地15%，全陶瓷纤维材料保温，节能显著。独特的预烧烧结分离有效防止预烧气氛污染烧结段，已在磷酸铁锂行业投入使用，客户反映良好。

[1]诸静.模糊控制原理与应用[M].北京：机械工业出版社，1995.

[2]吕春兰.基于模糊自整定PID参数控制器的设计[J].吉林化工学院学报，2002（6）：33-35.

[3]何宗键译.Windows CE6.0开发者参考（原书第4版）[M].北京：机械工业出版社.2009.