一种连续式微波辅助烧结炉和烧结方法技术

一种连续式微波辅助烧结炉，包括炉体，设置在炉体内的测温器，安装在炉体内的物料传输装置，设置在炉体外的水冷散热系统和控制系统，炉体依次由第一微波扼流段、微波辅助加热段和第二微波扼流段组成，第一微波扼流段和第二微波扼流段的炉体壁内安装有电阻式加热元件，微波辅助加热段的炉体壁内安装有电阻式加热元件，炉体壁外安装有微波发生器。一种连续式微波辅助烧结方法，用电加热将各段炉体烘干，将微波辅助加热段的温度升至被烧结物料烧结所需的温度以下50～100℃，在微波加热和电加热的共同作用下将微波辅助加热段的温度升至被烧结物料烧结所需的温度并保持温度恒定，然后对物料进行烧结。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于物料烧结领域，特别涉及用于电池正极材料、陶瓷材料等固体材料的连续式微波辅助加热烧结炉及烧结方法。
技术介绍
烧结过程是电池正极材料以及陶瓷材料等合成中所必须的一个重要环节。在烧结过程中材料形成独有的晶型结构、颗粒尺寸、形貌以及位错、缺陷等物理和化学特征，从而使材料具备特有的性能。目前国内外采用的烧结设备主要是电阻式加热烧结炉以及实验室用小规模间歇式微波烧结炉。传统的电阻式加热烧结为外加热方式，即电阻式加热元件首先将炉体加热到烧结温度，高温炉体通过热辐射和对流方式将热量传给被加热物料表面，再通过热传导的方式向物料内部传递热量，因而不仅烧结时间长(比如三元材料的烧结一般都需要在700 1000°C下烧结15 30小时)，热利用率低(一般不到20% )，而且由于物料内部的热传导方式产生较大的温度梯度，导致物料各部分受热不均勻、烧结反应速度不一致，从而使颗粒生长不均勻、产品粒度波动大，形貌也不易控制，最终导致产品充放电性能差。微波烧结为内加热方式，即物料吸收微波后通过自身分子的热运动产生热量，因而加热和反应时间短，一般只需要传统电阻式加热所需烧结时间的1/5 1/20(如三元正极材料烧结中，传统电阻式加热烧结时间为15 20h，而采用微波加热时为40 240分钟)，但用微波炉烧结时物料升温速度极快，烧结温度难以控制，导致物料烧结温度过高或局部烧结温度过高，对于烧结温度要求较为精确的电池正极材料而言，极易因为过烧而出现废料，给生产带来极大损失。现有微波炉难以实现在大规模工业应用时的精确控温。ZL 200810097341. X公开了一种微波烧结设备及方法，所述微波烧结设备包括加热箱体，设置在加热箱体外的多个微波发生器，设置在加热箱体内的电炉丝加热器。所述烧结方法包括以下步骤启动电炉丝加热器，将加热箱体内的温度加热到预定温度；关闭电炉丝加热器，启动微波发生器，继续加热到烧结工作温度；启动测温系统监测加热箱体内的温度，并控制和调节加热箱体内的温度；启动水冷散热系统，对微波发生器进行水冷散热。 此种烧结设备与方法存在以下不足(1)烧结设备的结构难以防止微波泄漏，满足国家安全标准；(2)物料烧结时虽然能根据加热功率的需要调控微波发生器，但由于烧结设备的结构使被烧结物料直接进入加热箱体烧结，且仅使用微波加热烧结物料，因而难以使物料各部分受热均勻。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供，此种烧结炉和烧结方法不仅能保证电池正极材料、陶瓷材料等固体材料烧结所需的工艺条件，使物料各部分受热不均勻，缩短烧结时间，而且能有效防止微波泄漏。本专利技术所述连续式微波辅助烧结炉，包括炉体，设置在炉体内壁上的保温隔热层，3设置在炉体内的测温器，安装在炉体内的物料传输装置，设置在炉体外的水冷散热系统和控制系统，所述炉体依次由第一微波扼流段、微波辅助加热段和第二微波扼流段组成，第一微波扼流段和第二微波扼流段的炉体壁内安装有电阻式加热元件，微波辅助加热段的炉体壁内安装有电阻式加热元件，炉体壁外安装有微波发生器，微波发生器通过波导与微波辅助加热段炉体连接。本专利技术所述连续式微波辅助烧结炉，其第一微波扼流段的长度L1 = 1/2L2 3L2， 其第二微波扼流段的长度L3 = 1/2L2 2L2，所述L2为微波辅助加热段的长度。本专利技术所述连续式微波辅助烧结炉，其微波发生器的数量和布置方式有以下两种确定方式1、微波发生器的数量和布置方式按微波辅助加热段炉膛内各处的微波功率密度相同来确定，所述炉膛内各处的微波功率密度为5kw/m3 40kW/m3，优选10kW/m3 20kW/3m ο2、微波发生器的数量和布置方式按微波辅助加热段炉膛内的微波功率密度梯度确定，微波辅助加热段炉膛内的微波功率密度梯度如下微波辅助加热段的中间部段炉膛内的微波功率密度为20kW/m3 40kW/m3，从微波辅助加热段的中间部段左、右两端分别至微波辅助加热段左端和右端，其炉膛内的微波功率密度从20kW/m3 40kW/m3勻速递减至 2kff/m3 5kW/m3。试验表明，微波辅助加热段的中间部段、微波辅助加热段的中间部段左端至微波辅助加热段左端和微波辅助加热段的中间部段右端至微波辅助加热段右端的长度优选以下尺寸微波辅助加热段的中间部段的长度L4 = 1/2L2 2/3L2，微波辅助加热段的中间部段左端至微波辅助加热段左端的长度L5 =微波辅助加热段的中间部段右端至微波辅助加热段右端的长度L6 = 1/6L2 1/4L2，所述L2为微波辅助加热段的长度。本专利技术所述连续式微波辅助烧结炉，其控制系统分别与测温器、微波发生器、电阻式加热元件连接，接收测温器传输的烧结炉炉体内各部段的实时温度，控制和调节电阻式加热元件的启动与关闭，控制和调节微波发生器的启动与关闭，以满足烧结物料所需的温度。本专利技术所述连续式微波辅助烧结炉，水冷散热系统包括进水管、出水管以及与进水管、出水管相连的分支管道，所述分支管道缠绕在微波发生器阳极的外表面。本专利技术所述连续式微波辅助烧结方法，使用本专利技术所述连续式微波辅助烧结炉， 步骤如下(1)炉体的烘干与加热接通电源，操作控制系统，启动第一微波扼流段、微波辅助加热段和第二微波扼流段的电阻式加热元件将各段炉体烘干，将第一微波扼流段的温度控制在被烧结物料干燥或预烧所需的温度，将第二微波扼流段的温度控制在物料烧成后降温冷却所需的温度，将微波辅助加热段的温度升至被烧结物料烧结所需的温度以下50°C 100°C;启动微波发生器， 在微波加热和电加热的共同作用下，将微波辅助加热段的温度升至被烧结物料烧结所需的温度并保持温度恒定，微波加热的功率不大于总加热功率的30% ；(2)物料的烧结被烧结物料从烧结炉的进料端连续输入炉体内，由物料传输装置运载依次进入第一微波扼流段干燥或预烧，进入微波辅助加热段烧结，进入第二微波扼流段降温冷却后从烧结炉出料端输出。本专利技术所述连续式微波辅助烧结方法，微波辅助加热段炉体从室温升温至被烧结物料烧结所需温度以下50°C 100°C的加热，也可用微波进行辅助性加热(即在电加热的同时启动微波加热)，但微波加热的功率不大于总加热功率的30%。本专利技术具有以下有益效果1、由于本专利技术所述烧结炉的炉体依次由第一微波扼流段、微波辅助加热段和第二微波扼流段组成，第一微波扼流段和第二微波扼流段的炉体采用电加热，因而第一微波扼流段和第二微波扼流段不仅能有效防止微波泄漏，使烧结炉满足国家安全标准，而且第一微波扼流段可对被烧结物料进行干燥或预烧，第二微波扼流段可调节烧成后物料的降温速度。2、本专利技术所述炉体的微波辅助加热段结构，便于调节所使用的热源和炉膛温度， 以满足热源的选择和物料烧结所需的温度。3、本专利技术所述烧结方法，由于在物料烧结步骤采用微波加热和电加热共同烧结物料，因而不仅能缩短烧结时间，而且能使物料各部分受热均勻，得到粒度分布均勻，性能稳定的产品。4、使用本专利技术所述微波辅助加热烧结炉和烧结方法烧结电池正极材料，与使用传统隧道窑和电加热烧结相比，烧结温度降低，烧结时间大大缩短，所获产品的粒度更小且无团聚，其电性能也有较大的提高。附图说明图1是本专利技术所述连续式微波辅助烧结炉的一种结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是本专利技术所述连续式微波辅助烧结本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种连续式微波辅助烧结炉，包括炉体（１），设置在炉体内壁上的保温隔热层（２），设置在炉体内的测温器（４），安装在炉体内的物料传输装置（１１），设置在炉体外的水冷散热系统（９）和控制系统，其特征是所述炉体依次由第一微波扼流段（６）、微波辅助加热段（７）和第二微波扼流段（８）组成，第一微波扼流段（６）和第二微波扼流段（８）的炉体壁内安装有电阻式加热元件（３），微波辅助加热段（７）的炉体壁内安装有电阻式加热元件（３），炉体壁外安装有微波发生器（５），微波发生器通过波导（１０）与微波辅助加热段炉体连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐频，陈东州，
申请(专利权)人：成都晶元新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：90