CN112521961A - 一种全自动石墨炭化提纯控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动石墨炭化提纯控制系统，包括MCU、进料控制装置、炉体温控装置和出料控制装置；进料控制装置、炉体温控装置和出料控制装置均受控于MCU；进料控制装置包括螺旋推料控制模块和搅拌放料控制模块；螺旋推料控制模块包括螺旋推料机构、同步传动机构(5)和步进电机(54)；该全自动石墨炭化提纯控制系统结构紧凑，采用下料、进料、出料以及温度的全程自动控制，能保持炉体内温度恒定，且自动化程度高，从而保障石墨炭化的质量。

Description

一种全自动石墨炭化提纯控制系统

技术领域

本发明涉及一种全自动石墨炭化提纯控制系统。

背景技术

石墨炭化炉的功能，是将碳粉推入到炉体内，通过炉体的内的高温将碳粉中的杂质进一步消除(或变为烟气，或直接炭化)，使得碳粉的纯度进一步提升，满足工业的要求,如提纯过的碳粉用来作为高性能的电极等。

现有的石墨炭化炉，采用纯碳管，具有容易碎裂的缺点，因此，安装和运输时需要非常小心，而且，正常使用时，寿命较短。

另外，现有的加热管，本身为发热部件，石墨置于加热管后，由于直接与碳管接触，而且碳管中的石墨粉无法搅拌，因此，中心部位的石墨粉受热少，而周边的石墨粉受热多，导致不同位置的石墨粉加热不均匀，导致石墨提纯的质量不均一，输出石墨粉的质量无法得到保障。

因此，有必要设计一种新的全自动石墨炭化提纯控制系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种全自动石墨炭化提纯控制系统，该全自动石墨炭化提纯控制系统结构紧凑，采用下料、进料、出料以及温度的全程自动控制，能保持炉体内温度恒定，且自动化程度高，从而保障石墨炭化的质量。

发明的技术解决方案如下：

一种全自动石墨炭化提纯控制系统，包括MCU、进料控制装置、炉体温控装置和出料控制装置；进料控制装置、炉体温控装置和出料控制装置均受控于MCU；

进料控制装置包括螺旋推料控制模块和搅拌放料控制模块；螺旋推料控制模块包括螺旋推料机构、同步传动机构和步进电机；进料管与石墨炭化系统的石墨炭化系统中的石墨炭化炉的炉膛相通；(炉膛是指炉体的炉膛)螺旋推料机构位于进料管中；同步传动机构用于驱动螺旋推料机构动作，同步传动机构包括主动同步轮、同步带和从动同步轮；主动同步轮安装在步进电机的输出轴上，从动同步轮安装在螺旋推料机构的推进轴的后端；同步带张设在主动同步轮和从动同步轮上；步进电机旋转时，通过主动同步轮、同步带以及从动同步轮带动推进轴旋转；实现原料推进。搅拌放料控制模块包括搅拌电机和桨叶；搅拌电机设置在料斗的上开口处，桨叶设置料斗的下开口处，搅拌电机工作时能带动桨叶旋转；料斗的开口与进料管连通；步进电机和搅拌电机均受控于MCU；上支架与上轴承组成上支撑机构；下支架与下轴承形成下支撑机构；上支撑机构和下支撑机构均固定在料斗内；且上支撑机构的位置高于下支撑机构的位置；搅拌电机固定在上支架上，搅拌轴的轴向为竖直方向；搅拌轴与搅拌电机的输出轴对接，搅拌轴从上轴承与下轴承穿过；搅拌轴的下端固定有桨叶，桨叶位于料斗的下开口处，搅拌电机工作时能带动桨叶旋转；桨叶旋转也快，则下料越快，桨叶还具有搅拌的作用。桨叶有具有封闭出口的作用，即桨叶不旋转时，石墨粉原料基本上不会掉落到进料管中，推进轴设置在轴承上，轴承由轴承座支撑，图中未示出。

炉体温控装置包括测温探管、红外测温仪以及变流模块；测温探管用于导出炉体内的热量，红外测温仪输出的温度值与MCU的ADC端相连；变流模块受控于MCU；所述的石墨碳化加工炉中沿石墨碳化加工炉的中轴线设有加热管，加热管为双层加热管；石墨碳化加工炉的炉壁上设有N个安装孔；N＞3，N为整数；N个安装孔沿石墨碳化加工炉的周向均匀分布；每一个安装孔内插装有一个测温探管；测温探管的内端伸入到加热管内部；测温探管的外端设有红外测温仪；炉壁上还设有M个温度传感器，M＞3，M为整数；红外测温仪和温度传感器均输出温度信号到MCU；水冷模块以及变流模块均与MCU相连；水冷模块水泵和循环水冷管网，变流模块包括整流器和逆变器。

炉体温控装置还包括水冷控制装置；水冷控制装置包括包括温度检测模块、放大电路、变频器和水泵；温度检测模块包括多个温度传感器，温度传感器通过放大电路与MCU的ADC接口相连；变频器受控于MCU，变频器用于驱动水泵；水泵为3台，且并联设置；每台水泵由独立的变频器驱动；炭化炉的外壁设有水冷腔；水冷腔的顶部和底部分别设有出水口和进水口；进水口通过水泵和水管与用于存储冷却水的水箱相连；出水口通过水管与原料预热槽相连，原料预热槽与水箱通过水管相连；温度传感器设置在水冷腔和原料预热槽的外壁。

出料控制装置包括对准控制模块、下料控制模块和传输带控制模块；对准控制模块包括与MCU的IO端口相连的发射管和接收管；触摸显示屏与MCU相连；下料控制模块包括步进电机和步进电机驱动电路；MCU通过步进电机驱动电路与步进电机相连；步进电机的竖直安装在下料管外壁，步进电机的旋转轴外端朝下且装有主动齿轮，下料管的下端开口处设有刮刀、漏盘和转盘；漏盘固定在下料管的下端开口内；漏盘内设有多个漏孔；刮刀和转盘分设在漏盘的上方和下方；漏盘中部具有轴孔，轴孔内插装有转轴，刮刀和转盘均固定在转轴上且能同步旋转；转盘上设有通孔；当通孔与漏孔部分和整体对齐时，下料管中的碳粉会从漏孔与通孔中漏出；转盘的外周具有齿，转盘作为从动齿轮与所述的主动齿轮传动连接；传输带控制模块包括传送带，传送带由驱动电机驱动；驱动电机受控于MCU；所述的发射管为多个，均设置在传送带上，接收管设置在下料管的平直段上。

漏盘上设有4个漏孔；4个漏孔关于漏盘的周向均匀设置；所述的转盘上的通孔为4个，4个通孔关于漏盘的周向均匀设置，所述的漏孔为上大下小的碗型，通孔直径与漏孔下口的直径相同。

MCU还连接有无线通信模块。

MCU为PLC、DSP或单片机。

有益效果：

本发明的全自动石墨炭化提纯控制系统，具有以下特点：

(一)炉体以及加热管的特点：

(1)采用内外管的双层加热管的结构；

外管(碳管)与内管非直接接触，具有中空层，因此，外管(碳管)的发热通过辐射反射传导到内管，而不是直接传导，因此可以保障内管中的温度均一，从而在内管中，形成较为均一稳定的温度场，从而能保障石墨炭化的质量稳定。

(2)外观和内管之间设置支撑环

支持环采用瓷质或其他不利于导热的材质，如石棉等，这样，既能防止导热，又能支持内管，防止内管与外管太过接近，加之支持环为多个，从而在内管与外管之间形成均一的间距。

(二)出料装置，具有以下特点：

(1)结构布局科学合理

在出料管下端设置流量控制装置，在在出料管下方设置自动接料装置，结构紧凑，布局合理。

(2)能灵活调节流量

通过基于步进电机、漏盘，刮刀和转盘的结构，能控制出口的开合，以及控制漏料的速度。

(3)能监控其他指标

能监控下料管内石墨粉的余量，为开启漏料机构提供技术准备。

(4)其他

通过背光调节电路调节显示屏的背光，通过通信模块与远程监控平台通信，实现远程监控。通过触摸显示屏设置参数，查看相关参数。发射管和接收管用于检测下料管与接料箱是否对准，当发射管和接收管对齐时，表示下料管与接料箱对准，可以接料。转轴顶部设有压力传感器，用于感应积累的量，压力传感器与MCU相连，具体电路为现有成熟技术。

(三)螺旋推料装置以及下料装置，具有以下优势：

(1)采用螺旋推料机构，实现连续推料。而且，速度可控。

(2)料斗中具有搅拌放料机构，能防止石墨原料堵塞，保障生产稳定进行。

综上所述，本发明的螺旋推料装置，能保障系统连续稳定的不间断进料，且易于控制，有利于保障石墨炭化质量。

综上所述，该全自动石墨炭化提纯控制系统结构紧凑，采用内外双管结构，能保持温度均一，从而保障石墨炭化的质量。

(四)用于石墨炭化系统的炉体冷却装置，具有以下特点：

(1)基于闭环控制炉外壁温度；

对炉体外壁尽快实施冷却散热，避免对外部的设备和人员造成伤害。

当稳定过高时，增加变频器的频率，或者投入更多的水泵工作，达到显著降温的目的。具体控制策略及其实现方法为现有技术，如采用数字PID控制器等实现。水冷腔的外壁设有4个温度传感器，且关于加工炉的周向均匀布置。

采用多个的温度传感器检测温度，可以起到冗余检测，检测可靠性更高。

(2)余热利用

利用余热给碳粉预热，使得碳粉中的水分尽快挥发，并保持一定的干燥度，特别有利于碳粉(石墨)弹簧的最终质量保证，这是本发明的独创和关键点之一。

(3)采用可变放大倍数的放大电路实现炉体外的问题测量，使用灵活方便，且精度高。

这种用于石墨炭化系统的炉体冷却装置，能稳定工作，可靠性高，有利于保障炉体的长期使用，且有利于保障生产质量，适合推广实施。

综上所述，本发明的石墨炭化处理方案功能丰富，结构紧凑，自动化程度高，生产稳定，可靠性高，易于实施。

附图说明：

图1为石墨炭化加工炉的总体结构示意图；

图2为加热管的横截面示意图；

图3为内管及支撑环结构示意图；

图4为支撑环结构示意图；

图5为全自动石墨炭化提纯控制系统的电控框图；

图6为料斗内部结构示意图；

图7为料斗上端口结构示意图；

图8为用于石墨炭化系统的出料装置的总体结构示意图；

图9为转盘结构示意图；

图10为漏盘结构示意图；

图11为刮刀俯视图；

图12为刮刀主视图；

图13为控制电路框图；

图14为背光电路原理图；

图15为冷却装置的总体结构示意图；

图16为原料预热槽的横截面示意图；

图17为冷却电路的电原理框图；

图18为放大电路原理图。

标号说明：1-炭化炉，2-进料装置，3-出料装置，4-料斗，5-同步带传动机构；

11-碳管，12-炉体入口，13-炉体出口，111-碳管本体，112-金属加强层；113-支撑环，114-内管，115-环体，116-凸起。

14-炉壁，15-主测温碳管，16-主红外测温仪，17-备用碳测温管，18-备用红外测温仪，19-温度传感器。

21-螺旋推进器，41-支撑座，42-上支架，43-上轴承，44-下支架，45-下轴承，46-搅拌轴，47-桨叶，48-搅拌电机。

51-推进轴，52-从动同步轮，53-同步带，54-步进电机，55-电机座，56-主动同步轮；

61-水冷腔，62-进水口，63-出水口，64-水管，65-原料预热槽，66-物料提升机构，67-水箱，68-水泵，69-碳粉原料。

70-转轴，71-下料管，711-炉体出料口，721-接料箱，722-传送带，73-接收管，74-出料电机，75-主动齿轮，76-转盘，761-通孔，77-刮刀，771-刮刀片，772-安装柱，78-漏盘，781-漏孔，79-发射管。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

如图1-7，一种全自动石墨炭化提纯控制系统，包括MCU、进料控制装置、炉体温控装置和出料控制装置；进料控制装置、炉体温控装置和出料控制装置均受控于MCU；

进料控制装置包括螺旋推料控制模块和搅拌放料控制模块；螺旋推料控制模块包括螺旋推料机构、同步传动机构5和步进电机54；进料管与石墨炭化系统的石墨炭化系统中的石墨炭化炉的炉膛相通；(炉膛是指炉体的炉膛)螺旋推料机构位于进料管中；同步传动机构用于驱动螺旋推料机构动作，同步传动机构包括主动同步轮56、同步带53和从动同步轮52；主动同步轮安装在步进电机的输出轴上，从动同步轮安装在螺旋推料机构的推进轴的后端；同步带张设在主动同步轮和从动同步轮上；步进电机旋转时，通过主动同步轮、同步带以及从动同步轮带动推进轴旋转；实现原料推进。搅拌放料控制模块包括搅拌电机和桨叶；搅拌电机设置在料斗的上开口处，桨叶设置料斗的下开口处，搅拌电机工作时能带动桨叶旋转；料斗的开口与进料管连通；步进电机和搅拌电机均受控于MCU；上支架与上轴承组成上支撑机构；下支架与下轴承形成下支撑机构；上支撑机构和下支撑机构均固定在料斗内；且上支撑机构的位置高于下支撑机构的位置；搅拌电机固定在上支架上，搅拌轴的轴向为竖直方向；搅拌轴与搅拌电机的输出轴对接，搅拌轴从上轴承与下轴承穿过；搅拌轴的下端固定有桨叶，桨叶位于料斗的下开口处，搅拌电机工作时能带动桨叶旋转；桨叶旋转也快，则下料越快，桨叶还具有搅拌的作用。桨叶有具有封闭出口的作用，即桨叶不旋转时，石墨粉原料基本上不会掉落到进料管中，推进轴设置在轴承上，轴承由轴承座支撑，图中未示出。

炉体温控装置包括测温探管、红外测温仪以及变流模块；测温探管用于导出炉体内的热量，红外测温仪输出的温度值与MCU的ADC端相连；变流模块受控于MCU；所述的石墨碳化加工炉中沿石墨碳化加工炉的中轴线设有加热管11，加热管为双层加热管；石墨碳化加工炉的炉壁上设有N个安装孔；N＞3，N为整数；N个安装孔沿石墨碳化加工炉的周向均匀分布；每一个安装孔内插装有一个测温探管15；测温探管的内端伸入到加热管内部；测温探管的外端设有红外测温仪16；炉壁上还设有M个温度传感器19，M＞3，M为整数；红外测温仪和温度传感器均输出温度信号到MCU；水冷模块以及变流模块均与MCU相连；水冷模块水泵和循环水冷管网，变流模块包括整流器和逆变器。

炉体温控装置还包括水冷控制装置；水冷控制装置包括包括温度检测模块、放大电路、变频器和水泵；温度检测模块包括多个温度传感器，温度传感器通过放大电路与MCU的ADC接口相连；变频器受控于MCU，变频器用于驱动水泵；水泵为3台，且并联设置；每台水泵由独立的变频器驱动；炭化炉的外壁设有水冷腔；水冷腔的顶部和底部分别设有出水口63和进水口62；进水口通过水泵68和水管64与用于存储冷却水的水箱相连；出水口通过水管与原料预热槽相连，原料预热槽与水箱通过水管相连；温度传感器设置在水冷腔和原料预热槽的外壁。

出料控制装置包括对准控制模块、下料控制模块和传输带控制模块；对准控制模块包括与MCU的IO端口相连的发射管和接收管；触摸显示屏与MCU相连；下料控制模块包括步进电机和步进电机驱动电路；MCU通过步进电机驱动电路与步进电机相连；步进电机的竖直安装在下料管外壁，步进电机的旋转轴外端朝下且装有主动齿轮75，下料管的下端开口处设有刮刀77、漏盘78和转盘76；漏盘固定在下料管的下端开口内；漏盘内设有多个漏孔781；刮刀和转盘分设在漏盘的上方和下方；漏盘中部具有轴孔，轴孔内插装有转轴70，刮刀和转盘均固定在转轴上且能同步旋转；转盘上设有通孔761；当通孔与漏孔部分和整体对齐时，下料管中的碳粉会从漏孔与通孔中漏出；转盘的外周具有齿，转盘作为从动齿轮与所述的主动齿轮传动连接；传输带控制模块包括传送带，传送带由驱动电机驱动；驱动电机受控于MCU；所述的发射管为多个，均设置在传送带上，接收管设置在下料管的平直段上。

漏盘上设有4个漏孔；4个漏孔关于漏盘的周向均匀设置；所述的转盘上的通孔为4个，4个通孔关于漏盘的周向均匀设置，所述的漏孔为上大下小的碗型，通孔直径与漏孔下口的直径相同。

MCU还连接有无线通信模块。

MCU为PLC、DSP或单片机。

控制装置对应的石墨炭化加工炉，包括炉体、进料装置和出料装置；炉体采用卧式炉体，进料装置设置在炉体的后端，出料装置设置在炉体的前端；其特征在于，

进料装置中具有螺旋推料装置；

加热管位于石墨炭化加工炉的炉体中，加热管包括碳管11、内管114和支撑环113；内管插装在碳管内；支撑环为至少2个；支撑环设置在内管与碳管之间，支撑环套装在内管上；

支撑管包括环体115和位于环体外壁的多个凸起116，环体为圆环型部件。

所述的支撑环为3-5个，沿内管的长度方向等间距布置。

每一个支撑环上具有4个凸起；4个凸起轴向等分布置。

凸起的外端为圆弧面。

外观的内壁具有一个金属加强层112。金属加强层为钨层

金属加强层的厚度为2.5mm；

所述的石墨炭化加工炉包括炉体、进料机构和出料装置；炉体采用卧式炉体，进料机构和出料装置分设在炉体的后端和前端，进料机构为螺旋进料机构，由电机及同步传动机构驱动。

螺旋进料机构即螺旋推料装置，包括料斗4、螺旋推料机构、同步传动机构5和步进电机54；

料斗与进料管连接，料斗位于进料管的上方，料斗的下端开口与进料管外壁的开口对接；进料管与石墨炭化系统的石墨炭化系统中的石墨炭化炉的炉膛相通；(炉膛是指炉体的炉膛)

螺旋推料机构位于进料管中；

同步传动机构用于驱动螺旋推料机构动作，同步传动机构包括主动同步轮56、同步带53和从动同步轮52；主动同步轮安装在步进电机的输出轴上，从动同步轮安装在螺旋推料机构的推进轴的后端；同步带张设在主动同步轮和从动同步轮上；步进电机旋转时，通过主动同步轮、同步带以及从动同步轮带动推进轴旋转；实现原料推进。

推进轴设置在轴承上，轴承由轴承座支撑，图中未示出。

料斗中设有搅拌放料机构。

搅拌放料机构包括上支架42、上轴承43、下支架44、下轴承45、搅拌电机48、搅拌轴46和桨叶47；

上支架与上轴承组成上支撑机构；

下支架与下轴承形成下支撑机构；

上支撑机构和下支撑机构均固定在料斗内；且上支撑机构的位置高于下支撑机构的位置；

搅拌电机固定在上支架上，搅拌轴的轴向为竖直方向；搅拌轴与搅拌电机的输出轴对接，搅拌轴从上轴承与下轴承穿过；搅拌轴的下端固定有桨叶，桨叶位于料斗的下开口处，搅拌电机工作时能带动桨叶旋转。桨叶旋转也快，则下料越快，桨叶还具有搅拌的作用。桨叶有具有封闭出口的作用，即桨叶不旋转时，石墨粉原料基本上不会掉落到进料管中。

进料管由支撑座41支撑，步进电机的底部设有电机座。

步进电机受控于MCU。MCU属于控制的线路板。如采用单片机等。MCU控制步进电机的转速，MCU还控制搅拌电机的转速。

所述的石墨炭化加工炉包括炉体、进料机构和出料装置；进料机构为所述的螺旋推料装置；

炉体采用卧式炉体，进料机构和出料装置分设在炉体的后端和前端；炉体中设有加热管，加热管包括碳管11、内管114和支撑环113；内管插装在碳管内；支撑环为至少2个；支撑环设置在内管与碳管之间，支撑环套装在内管上；支撑管包括环体115和位于环体外壁的多个凸起116，环体为圆环型部件。

如图5，MCU为主控模块，首先，温度检测模块用于检测炉体中的温度，温度数据送入MCU；背光亮度调节电路是指触摸屏的背光亮度调节电路，为现有成熟技术。触摸显示屏与MCU连接，用于显示状态数据或进行参数设置。交流电经整流器后转换成直流电，再经过逆变器进行调压给碳管加热；MCU输出脉冲控制逆变器工作，具体技术为现有成熟技术。MCU通过无线通信模块(如3G，4G，5G模块)输出状态信号到监控中心，实现远程监控。报警模块用于提供高温报警等。步进电机用于控制进料机构的进料速度，搅拌电机用于控制下料速度。

如图8-14，一种用于石墨炭化系统的出料装置，包括下料管71、下料机构和接料机构；

下料管包括相连通的垂直段和平行段；平行段与用于石墨炭化系统的炭化炉的炉体出料口711对接；下料管的下端开口处设有刮刀77、漏盘78和转盘76；漏盘固定在下料管的下端开口内；漏盘内设有多个漏孔781；刮刀和转盘分设在漏盘的上方和下方；漏盘中部具有轴孔，轴孔内插装有转轴70，刮刀和转盘均固定在转轴上且能同步旋转；转盘上设有通孔761；当通孔与漏孔部分和整体对齐时，下料管中的碳粉会从漏孔与通孔中漏出；

下料机构还包括固定在下料管外壁的出料电机74，出料电机的竖直安装，出料电机的旋转轴外端朝下且装有主动齿轮75，转盘的外周具有齿，转盘作为从动齿轮与所述的主动齿轮传动连接；

接料机构包括传送带722和设置在传送带上的多个接料箱721；传送带由传送带驱动电机驱动，传送带上设有多个发射管79，在下料管的平直段上设有接收管73。发射管和接收管配合能保障接料箱和下料机构的出料口对齐，便于准确接料。

漏盘上设有4个漏孔；4个漏孔关于漏盘的周向均匀设置；所述的转盘上的通孔为4个，4个通孔关于漏盘的周向均匀设置，通孔的直径大于或等于漏孔下口的直径。

所述的漏孔为上大下小的碗型，通孔直径与漏孔下口的直径相同，这样便于碳粉的快速漏下。

刮刀具有4片刮刀片771；4片刮刀片均匀布置，相邻刮刀片垂直。

刮刀片与水平面的夹角为45度，刮料效果更佳，防止堵料。

一种用于石墨炭化系统的出料控制电路，包括MCU、对准控制模块、触摸显示屏、下料控制模块和传输带控制模块；

对准控制模块包括与MCU的IO端口相连的发射管和接收管；触摸显示屏与MCU相连；

下料控制模块包括步进电机和步进电机驱动电路；MCU通过出料电机驱动电路与出料电机相连；出料电机的竖直安装在下料管外壁，出料电机的旋转轴外端朝下且装有主动齿轮75，下料管的下端开口处设有刮刀77、漏盘78和转盘76；漏盘固定在下料管的下端开口内；漏盘内设有多个漏孔781；刮刀和转盘分设在漏盘的上方和下方；漏盘中部具有轴孔，轴孔内插装有转轴70，刮刀和转盘均固定在转轴上且能同步旋转；转盘上设有通孔761；当通孔与漏孔部分和整体对齐时，下料管中的碳粉会从漏孔与通孔中漏出；转盘的外周具有齿，转盘作为从动齿轮与所述的主动齿轮传动连接；

传输带控制模块包括传送带，传送带由驱动电机驱动；驱动电机受控于MCU；所花是的发射管为多个，均设置在传送带上，接收管设置在下料管的平直段上。

漏盘上设有4个漏孔；4个漏孔关于漏盘的周向均匀设置；所述的转盘上的通孔为4个，4个通孔关于漏盘的周向均匀设置，所述的漏孔为上大下小的碗型，通孔直径与漏孔下口的直径相同。

MCU还连接有背光调节电路；

参见图14,所述的背光调节电路包括LED灯串、三极管、电位器Rx和A/D转换器；三极管为NPN型三极管；在控制箱上设有旋钮开关与电位器Rx同轴相连；控制箱的前侧是触摸显示屏，内部具有电路板，电路板上设有MCU；

电位器Rx和第一电阻R1串接形成分压支路，分压支路一端接电源正极Vcc，分压支路的另一端接地；电位器Rx和第一电阻R1的连接点接A/D转换器的输入端；A/D转换器的输出端接MCU的数据输入端口；

LED灯串包括多个串接的LED灯；LED灯串的正极接电源正极Vcc；LED灯串的负极接三极管的C极，三极管的E极经第二电阻R2接地；三极管的B极的接MCU的输出端。电源正极Vcc为5V，A/D转换器为8位串行输出型转换器。

MCU还连接有无线通信模块。

MCU为PLC、DSP或单片机。

如图15～18，一种用于石墨炭化系统的炉体冷却装置，石墨炭化系统包括炭化炉，炉体冷却装置包括水箱、水泵、水冷腔和原料预热槽；

原料预热槽用于盛放碳粉原料；原料预热槽的底部和侧壁具有空腔；热水流经所述空腔，能对碳粉原料起到干燥的作用；

水冷腔位于炭化炉的外壁；水冷腔的顶部和底部分别设有出水口和进水口；进水口通过水泵和水管与水箱相连；出水口通过水管与原料预热槽相连，原料预热槽与水箱通过水管相连；

水泵为3台，且并联设置；每台水泵由独立的变频器驱动。

水冷腔和原料预热槽的外壁均设有温度传感器；温度传感器经放大电路与MCU的ADC接口相连，变频器受控于MCU。

水冷腔的外壁均设有多个温度传感器。

石墨炭化系统具有料斗，原料预热槽与料斗之间具有斜坡式的物料提升机构。

物料提升机构为同步带式传输机构。

温控电路：

用于石墨炭化系统的炉体冷却控制电路，包括MCU、温度检测模块、放大电路、触摸显示屏、变频器和水泵；

温度检测模块包括多个温度传感器，温度传感器通过放大电路与MCU的ADC接口相连；

变频器受控于MCU，变频器用于驱动水泵；水泵为3台，且并联设置；每台水泵由独立的变频器驱动；

触摸显示屏与MCU相连；

石墨炭化系统包括炭化炉，水冷腔位于炭化炉的外壁；水冷腔的顶部和底部分别设有出水口和进水口；进水口通过水泵和水管与用于存储冷却水的水箱相连；出水口通过水管与原料预热槽相连，原料预热槽与水箱通过水管相连；温度传感器设置在水冷腔和原料预热槽的外壁。

放大电路为可调放大倍数的放大电路，温度传感器为热电偶。

MCU为单片机、DSP或PLC处理器。

MCU还连接有触摸显示屏和无线通信模块；无线通信模块为3G，4G或5G通信模块。

如图18，可调放大倍数的放大器包括运算放大器U1和多路开关U2；多路开关U2为四选一选择器；

温度传感器的输出端Vin经电阻R0接运算放大器U1的反相输入端；运算放大器U1的同相输入端经电阻R06接地，运算放大器U1的同向输入端还分别经4个电阻R01-R04接四选一选择器的4个输入通道，四选一选择器的输出通道接运算放大器U1的输出端Vout，Vout接MCU的ADC端；

MCU的2个输出端口分别接四选一选择器的通道选端A和B；

运算放大器U1采用LM393器件。

Vout与Vin的计算公式：

Vout＝Vin*(Rx+R0)/R0；其中，Rx＝R01，R02，R03或R04；基于选通端AB来确定选择哪一个电阻；且R01，R02，R03和R04各不相同；优选的R04＝5*R03＝25*R02＝100*R01；R01＝5*R0。可以方便地实现量程和精度切换。

对加工炉的介绍如下：

所述的石墨炭化加工炉包括炉体、进料机构和出料装置；进料机构为所述的螺旋推料装置；

炉体采用卧式炉体，进料机构和出料装置分设在炉体的后端和前端。

提纯方法：

步骤1：下料及推料；

采用下料机构以及螺旋推料机构，将碳粉原料沿着水平进料管推入卧式石墨炭化炉的双层加热管中；

步骤2：高温炭化；

碳粉在卧式石墨炭化炉的双层加热管中被加热；

步骤3：出料；

加热后的碳粉从卧式石墨炭化炉的出料管并经下料机构送至容器中。

具体的加热温度以及推料进度等设置为现有成熟技术。

Claims (6)

1.一种全自动石墨炭化提纯控制系统，其特征在于，包括MCU、进料控制装置、炉体温控装置和出料控制装置；进料控制装置、炉体温控装置和出料控制装置均受控于MCU；

进料控制装置包括螺旋推料控制模块和搅拌放料控制模块；螺旋推料控制模块包括螺旋推料机构、同步传动机构(5)和步进电机(54)；进料管与石墨炭化系统的石墨炭化系统中的石墨炭化炉的炉膛相通；(炉膛是指炉体的炉膛)螺旋推料机构位于进料管中；同步传动机构用于驱动螺旋推料机构动作，同步传动机构包括主动同步轮(56)、同步带(53)和从动同步轮(52)；主动同步轮安装在步进电机的输出轴上，从动同步轮安装在螺旋推料机构的推进轴的后端；同步带张设在主动同步轮和从动同步轮上；步进电机旋转时，通过主动同步轮、同步带以及从动同步轮带动推进轴旋转；搅拌放料控制模块包括搅拌电机和桨叶；搅拌电机设置在料斗的上开口处，桨叶设置料斗的下开口处，搅拌电机工作时能带动桨叶旋转；料斗的开口与进料管连通；步进电机和搅拌电机均受控于MCU；

炉体温控装置包括测温探管、红外测温仪以及变流模块；测温探管用于导出炉体内的热量，红外测温仪输出的温度值与MCU的ADC端相连；变流模块受控于MCU。

2.根据权利要求1所述的全自动石墨炭化提纯控制系统，其特征在于，炉体温控装置还包括水冷控制装置；水冷控制装置包括包括温度检测模块、放大电路、变频器和水泵；温度检测模块包括多个温度传感器，温度传感器通过放大电路与MCU的ADC接口相连；变频器受控于MCU，变频器用于驱动水泵；水泵为3台，且并联设置；每台水泵由独立的变频器驱动；炭化炉的外壁设有水冷腔；水冷腔的顶部和底部分别设有出水口(63)和进水口(62)；进水口通过水泵(68)和水管(64)与用于存储冷却水的水箱相连；出水口通过水管与原料预热槽相连，原料预热槽与水箱通过水管相连；温度传感器设置在水冷腔和原料预热槽的外壁。

3.根据权利要求1或2所述的全自动石墨炭化提纯控制系统，其特征在于，出料控制装置包括对准控制模块、下料控制模块和传输带控制模块；对准控制模块包括与MCU的IO端口相连的发射管和接收管；触摸显示屏与MCU相连；下料控制模块包括步进电机和步进电机驱动电路；MCU通过步进电机驱动电路与步进电机相连；步进电机的竖直安装在下料管外壁，步进电机的旋转轴外端朝下且装有主动齿轮(75)，下料管的下端开口处设有刮刀(77)、漏盘(78)和转盘(76)；漏盘固定在下料管的下端开口内；漏盘内设有多个漏孔(781)；刮刀和转盘分设在漏盘的上方和下方；漏盘中部具有轴孔，轴孔内插装有转轴(70)，刮刀和转盘均固定在转轴上且能同步旋转；转盘上设有通孔(761)；当通孔与漏孔部分和整体对齐时，下料管中的碳粉会从漏孔与通孔中漏出；转盘的外周具有齿，转盘作为从动齿轮与所述的主动齿轮传动连接；传输带控制模块包括传送带，传送带由驱动电机驱动；驱动电机受控于MCU；所述的发射管为多个，均设置在传送带上，接收管设置在下料管的平直段上。

4.根据权利要求3所述的全自动石墨炭化提纯控制系统，其特征在于，漏盘上设有4个漏孔；4个漏孔关于漏盘的周向均匀设置；所述的转盘上的通孔为4个，4个通孔关于漏盘的周向均匀设置，所述的漏孔为上大下小的碗型，通孔直径与漏孔下口的直径相同。

5.根据权利要求1所述的全自动石墨炭化提纯控制系统，其特征在于，MCU还连接有无线通信模块。

6.根据权利要求5所述的用于石墨炭化系统的出料控制电路，其特征在于，MCU为PLC、DSP或单片机。

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