張繼豐

（天津國安盟固利新材料科技股份有限公司，天津 300301）

鋰電池正極材料鈷酸鋰生產(chǎn)工序由混合、一次合成、一次粉碎（氣流粉碎）、二次混合（除鐵）、二次合成、二次粉碎（機械粉碎）、批混、過篩除鐵、包裝組成。在生產(chǎn)過程中，合成工序設(shè)備窯爐作為關(guān)鍵工序的關(guān)鍵設(shè)備，其利用率及窯爐溫場的均勻性、周期的誤差、進(jìn)排氣，直接影響著產(chǎn)品的產(chǎn)出及產(chǎn)品的性能指標(biāo)。綜上所述，鋰電池正極材料生產(chǎn)過程中，合成工序窯爐設(shè)備運行的穩(wěn)定性要求很高。在日常生產(chǎn)過程中，需要識別出導(dǎo)致窯爐長時間故障停機的原因，包括設(shè)備自身原因以及其他因素（工藝、匣缽質(zhì)量等）。識別出導(dǎo)致長時間停機故障原因后進(jìn)行分析、解決，提高窯爐設(shè)備的利用率，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

1 鋰電池正極材料生產(chǎn)合成工序窯爐設(shè)備介紹

我司選用的是38．88米四列雙層輥道窯爐，窯爐由升溫區(qū)、恒溫區(qū)、降溫區(qū)組成，每個溫區(qū)有上下硅碳棒加熱系統(tǒng)組成。燒結(jié)周期為15～30小時可調(diào)，主傳動采用斜齒輪傳動。窯爐每溫區(qū)進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)流量在一定范圍內(nèi)可調(diào)。原料（前驅(qū)體、氫氧化鋰）在配料混合工序按一定比例混合均勻后，進(jìn)入窯爐喂料系統(tǒng)。窯爐喂料系統(tǒng)將混合均勻的原料裝入匣缽中，匣缽中的物料通過搖勻、切塊后，通過置換室輥軸被輸送窯爐入口，匣缽在輥棒拖動下，進(jìn)入爐膛，通過升溫區(qū)、恒溫區(qū)進(jìn)行化學(xué)合成，降溫區(qū)進(jìn)行冷卻，經(jīng)過合成后的物料輸送到下一道工序。

2 窯爐設(shè)備一次長時間停機故障的影響

窯爐降溫、維修、升溫共計影響生產(chǎn)15天左右，共計影響58噸物料產(chǎn)出，造成4．9噸物料品質(zhì)異常，窯爐維修備件、材料費用約10萬元。

3 窯爐設(shè)備拱窯故障描述

我司合成工序窯爐于2019年4月14日、9月29日發(fā)生兩次拱窯故障。故障發(fā)生前，窯爐主傳動異響，窯爐出口出現(xiàn)破碎的匣缽，19、20溫區(qū)積缽，破碎的匣缽已經(jīng)頂?shù)礁魠^(qū)梁，另外，此兩溫區(qū)的輥棒大面積斷裂。如圖1所示。

圖1

4 故障窯爐拱窯故障原因分析

（1）匣缽破損，匣缽破損碎塊或其他異物將輥棒卡住，輥棒斷裂導(dǎo)致積缽拱窯（處理此次拱窯事故清理出斷裂匣缽如圖2所示）。（2）加熱棒保護(hù)套斷裂掉落雙層匣缽上，破碎的套管隨匣缽輸送到溫區(qū)的隔區(qū)梁卡住，導(dǎo)致積缽、拱窯。（3）輥棒從動端翹起將匣缽頂起，與隔區(qū)梁相撞導(dǎo)致積缽拱窯，輥棒斷裂（4）輥棒異常斷裂導(dǎo)致積缽拱窯。輥棒斜齒輪傳動不穩(wěn)定，整條窯爐輥棒轉(zhuǎn)動速度不均勻，匣缽在爐膛內(nèi)堆積導(dǎo)致拱窯。（5）輥棒從動測陶瓷輪襯套卡頓，輥棒翹起，爐膛內(nèi)部匣缽運行順序錯亂，導(dǎo)致匣缽刮壁。（6）斷棒檢測功能異常，沒有檢測出輥棒斷裂，導(dǎo)致窯爐拱窯。

圖2

5 針對以上六點窯爐拱窯故障原因分析對應(yīng)的對策

（1）故障原因5．1對應(yīng)的對策：匣缽在使用過程中，增加對匣缽?fù)獗碣|(zhì)量的檢查頻次，發(fā)現(xiàn)有裂紋等殘缺，匣缽需立即更換；重新評估匣缽的使用批次，制定合理的匣缽更換批次標(biāo)準(zhǔn)。

（2）故障原因5．2對應(yīng)的對策：①修改窯爐升溫、降溫曲線，降低窯爐升、降溫速率，延長窯爐保溫時間（目前，窯爐升、降溫保溫時間為8小時，窯爐技術(shù)附件要求窯爐各階段保溫16小時），減少由于窯爐升降溫速度過快導(dǎo)致的加熱棒保護(hù)管破損、掉落到匣缽上卡住隔區(qū)梁導(dǎo)致拱窯。②擬定窯爐加熱棒保護(hù)套管更換頻次。窯爐升降溫2次，更換恒溫區(qū)加熱棒保護(hù)套管，防止破碎的套管隨匣缽輸送到溫區(qū)的隔區(qū)梁卡住，導(dǎo)致積缽、拱窯。

（3）故障原因5．3、5．4、5．5、5．6、5．7對應(yīng)的對策：窯爐主傳動結(jié)構(gòu)改造?，F(xiàn)有窯爐主傳動結(jié)構(gòu)斜齒輪咬合間隙過小、傳動可調(diào)性不一、輥棒長時間運行存在不穩(wěn)定等問題，導(dǎo)致輥棒斷裂、窯爐積拱窯故障。具體改造方案及技術(shù)要求如下：一是主傳動改造前后結(jié)構(gòu)如圖3所示，此改造項目涉及主傳動整體支撐的改造，要求支架強度滿足要求，確保主傳動在長期運行狀態(tài)下斜齒輪咬合良好，無跳齒問題，主傳動軸無彎曲問題，主傳動橫軸需要考慮多增加軸承座支撐，另外，在現(xiàn)有每條窯爐4臺主傳動電機基礎(chǔ)上增加至6臺傳動電機，提高主傳動運行的穩(wěn)定性，選用現(xiàn)有品牌電機和變頻器。二是主傳動改造輥棒萬向節(jié)聯(lián)軸器需與設(shè)備再裝輥棒連接相匹配。三是斜齒輪模數(shù)、齒數(shù)、壓力角等參數(shù)與在裝設(shè)備斜齒輪相關(guān)參數(shù)一致或者確保窯爐原設(shè)計周期15～30h周期連續(xù)可調(diào)，窯爐周期誤差不大于5分鐘。斜齒輪、主傳動橫軸聯(lián)軸器耐磨、防腐處理。四是涉及主傳動的軸承座，均需加注潤滑脂油嘴，設(shè)備安裝后所有的潤滑點均需要加注高溫潤滑脂（包括斜齒輪、傳動軸承等）。五是萬向節(jié)聯(lián)軸器與其安裝板之間配合的軸套需要耐磨，配套的軸封需要選用耐高溫材質(zhì)，密封性良好。六是輥棒支撐瓷輪、無油襯套在長期高溫狀態(tài)下無卡阻且與設(shè)備本體無干涉；杜絕選用非金屬、石墨等材質(zhì)不耐磨襯套；每條窯爐需要額外準(zhǔn)備1/3窯爐使用的輥棒支撐瓷輪和無油襯套，便于在改造過程中發(fā)現(xiàn)損壞的齒輪、無油襯套的更換。七是輥棒能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)功能并且運行穩(wěn)定；主傳動需要增加安全銷報警機構(gòu)，報警信息寫入原有設(shè)備程序中。確保驅(qū)動機構(gòu)檢測及時有效，報警信息解除需要增設(shè)權(quán)限（只有設(shè)備維修人員確認(rèn)后才能消除蜂鳴報警。八是每根輥棒需要安裝斷棒檢測功能和輥棒錯位功能（輥棒運行過程中從動側(cè)輥棒轉(zhuǎn)到瓷輪上方檢測功能），所選的檢測元件需要耐高溫、耐腐蝕，且檢測元件使用周期至少2年以上，檢測報警信息寫入原有設(shè)備程序中。確保斷棒檢測功能及時有效，報警信息解除需要增設(shè)權(quán)限（只有設(shè)備維修人員確認(rèn)后才能消除蜂鳴報警）。九是設(shè)備改造過程中涉及與現(xiàn)場原設(shè)備干涉的部位或為了便于安裝需要拆卸的部位，在主傳動安裝后需要恢復(fù)，確?，F(xiàn)場設(shè)備的完整性。十是設(shè)備改造、調(diào)試過程中損壞的的備件需要由施工方負(fù)責(zé)購買、更換，備件的規(guī)格、型號、材質(zhì)、品牌需要與現(xiàn)場原有設(shè)備相應(yīng)的備件一致。十一是設(shè)備安裝后、調(diào)試前需要對輥棒水平度、平行度進(jìn)行調(diào)整，整窯輥棒水平度在5mm以內(nèi)，輥棒平行度3mm以內(nèi)；確保匣缽冷熱狀態(tài)下出窯蛇形量左右小于等于30mm，前后小于等于50mm，并且無塌缽現(xiàn)象。

圖3

6 結(jié)語

通過對窯爐拱窯這一故障原因全面分析，找到了引起窯爐拱窯故障長時間停機的原因。同時，采取了有針對性的措施：主傳動結(jié)構(gòu)改造；擬定合理的窯爐升溫、降溫、保溫時間；制定合理窯爐保護(hù)套管更換頻次；重新制定匣缽更換頻次。通過以上四方面改善措施，有效地改善了窯爐設(shè)備運行的穩(wěn)定性，提高了鋰電池正極材料生產(chǎn)過程中關(guān)鍵工序關(guān)鍵設(shè)備的利用率，保障了生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行。