CN208916821U - 一种石墨炭化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种石墨炭化系统，包括炭化炉、推料机构、出料装置和供气装置；推料机构位于炭化炉的后端，出料装置位于位于炭化炉的前端；炭化炉用于将推入炉体中的石墨粉在保护气氛下进行加热，从而对石墨粉进行炭化提纯；推料机构用于将原料间歇性地推入到炭化炉中；推料机构包括柱塞(5)和用于驱动柱塞在进料管中往复运动的驱动机构；柱塞位于进料管中；进料管与石墨炭化系统中的炭化炉的入口相通，所述的进料管上方设有与进料管连通的料斗；出料装置用于将炭化后的成品和废气排出；供气装置用于向炭化炉的内腔充入保护气体。该石墨炭化系统结构紧凑，生产效率高，节约能耗，易于实施。

Description

一种石墨炭化系统

技术领域

本实用新型涉及一种石墨炭化系统。

背景技术

现有的石墨炭化系统，采用人工送料进入炭化炉实现石墨粉的炭化，具体的，先将石墨粉装入碳舟中，再由操作人员使用推杆将装有石墨粉的碳舟送入炉体的碳管中加热，过一段时间后，再送入下一个装有石墨粉的碳舟。详见公开号为CN 201882914 U的专利，其名称为：锂离子电池用石墨负极材料高温石墨化碳管炉；这种炭化方式的缺点有：

(1)生产效率低，由于人工推进碳舟，效率低。

(2)进料机构占用空间大，导致整个石墨炭化系统占地面积大，对厂房等环境因素要求高。

(3)由于碳舟装载量有限，也导致生产效率低，产能低。

(4)由于加热时碳舟和石墨粉一并加热，因此，碳舟也耗费大量的热量，导致能耗居高不下，生产成本高。

而且由于碳舟的存在，碳舟内部和外部的温度环境存在差异，导致碳舟内不同位置的石墨粉加热的均一性较差，导致最终出品的石墨品质较差。而且碳舟占用较大的空间，导致每一次进料的量较少，因而产量受到限制。

另外，现有技术采用高温离子置换工艺，在炉内冲入氯气(或氟利昂)，在高温环境下使得氯气与石墨中的金属杂质形成金属化合物(如氯化物或氟化物)，然后将金属化合物气化排出会随高温气体排出，实现石墨的纯化。工作温度为2000℃左右。这种工艺又称为：高温离子置换除杂。

而且氯气或氟利昂对环境有害。

现有技术产能低，现有产量是120-130kg/天；投资大，能耗高。

因此，有必要设计一种新的石墨炭化系统。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种石墨炭化系统，该石墨炭化系统能基于柱塞连续进料，生产效率高。

实用新型的技术解决方案如下：

一种石墨炭化系统,包括炭化炉、推料机构、出料装置和供气装置；推料机构位于炭化炉的后端，出料装置位于位于炭化炉的前端；

炭化炉用于将推入炉体中的石墨粉在保护气氛下进行加热，从而对石墨粉进行炭化提纯；

推料机构用于将原料间歇性地推入到炭化炉中；推料机构包括柱塞(5)和用于驱动柱塞在进料管中往复运动的驱动机构；柱塞位于进料管中；进料管与石墨炭化系统中的炭化炉的入口相通，所述的进料管上方设有与进料管连通的料斗；

出料装置用于将炭化后的成品和废气排出；

供气装置用于向炭化炉的内腔充入保护气体。保护气体为惰性气体或氮气。

所述的推料机构、炭化炉和出料装置依次水平布置。

所述的驱动机构为液压驱动机构；液压驱动机构包括液压油缸(22)、液压站(23)以及用于控制液路通断的阀门；阀门受控于控制器；

液压站通过液压油管与液压油缸相连；液压油缸的活塞通过推杆与柱塞相连。

所述的驱动机构为基于电机及传动机构的驱动机构；驱动机构包括电机(25)和传动机构；电机通过传动机构驱动柱塞运动，所述的传动机构为丝杆传动机构或连杆往复式传动机构。

柱塞为中空结构。柱塞上设有位移传感器，位移传感器与MCU相连。

出料装置(3)包括主管(35)、出料管(31)和排杂管(32)；主管水平布置，主管的一端与炭化炉的出料口对接，主管的另一端设有端盖(34)；排杂管用于排出烟气。

所述的排杂管和出料管分别设置在主管的上方和下方；排杂管和出料管与主管连通，排杂管的孔径小于出料管的孔径。优选的，端盖与主管的端部铰接，便于打开端盖以清理疏通管道。

主管外套装有外管(36)，外管与内管之间形成密闭空腔；外管上设有进水管(37)和出水管(38)进水管与出水管均与所述的密闭空腔连通；密闭空腔只有进水管和出水管处存在开口，其余地方密封。法兰盘的一部分作为密闭空间的部分内壁，此处的基于进水管、出水管和密闭空腔的冷却装置用于为法兰降温。

进水管设在外管的下方，出水管设置在外管的上方；炭化炉工作时，从进水管输入冷却水以对出料装置进行水冷降温。优选地，出水管与进水管均沿外管的径向设置。

炭化炉为碳管炉，碳管炉中的发热部件为碳管，碳管的内壁设有一个加固层。加固层可以是钨层，或其他高硬度耐热材质，加固层的厚度为0.5-5mm，进一步，厚度为1.9-2.1mm，优选2mm。

石墨粉送到碳管中被加热。

推料机构受控于MCU；所述的MCU为PLC。

供气装置的进气管设置在进料管上，进气管与进料管相连通；从进气管向炭化炉的炉体内充入保护气体；保护气体为惰性气体或氮气。惰性气体优选氦气或氩气。

供气装置包括设置在炭进料管上的保护气进气管(24)，保护气进气管的一端与进料管连通，保护气进气管的另一端与气源相接；进料管与炭化炉后端的进料口对接。

石墨炭化系统还包括冷却模块，冷却模块包括水管、阀门和接水箱；水管设置在炭化炉上方，水管喷出的水流经炭化炉的外壁流入到接水箱中手机；水管上设有电控的阀门，阀门的开度受控于MCU。

MCU连接有触摸显示屏，或者MCU连接有显示屏和按键。MCU还连接有通信模块。可以是无线通信模块，用于远程监控。

所述的MCU为PLC或DSP。

炭化炉上设有温控模块，温控模块包括用于测量炭化炉炉内温度的红外测温单元；红外测温单元包括主测温碳管(15)和主红外测温仪(16)；主测温碳管穿过炭化炉的炉壁(14)沿炭化炉的径向插装在炭化炉上，炭化炉内设有轴向的碳管(11)；主测温碳管的前端与碳管抵接，主测温碳管的外端位于炉壁外，主红外测温仪设置在主测温碳管的外端处，主红外测温仪的数据输出端与MCU相连；

整流器的交流侧接交流电源，整流器的交流侧接逆变器的直流侧，逆变器的交流侧为碳管供电；MCU的脉冲输出端接逆变器中的功率开关的控制端。

推进器柱塞上设有位移传感器，位移传感器与MCU相连。

推进器柱塞为中空结构。

温控模块包括用于测量炭化炉炉内温度的红外测温单元；红外测温单元包括主测温碳管(15)和主红外测温仪(16)；主测温碳管穿过炭化炉的炉壁(14)沿炭化炉的径向插装在炭化炉上，炭化炉内设有轴向的碳管(11)；主测温碳管的前端与碳管抵接，主测温碳管的外端位于炉壁外，主红外测温仪设置在主测温碳管的外端处，主红外测温仪的数据输出端与MCU相连；

整流器的交流侧接交流电源，整流器的交流侧接逆变器的直流侧，逆变器的交流侧为碳管供电；MCU的脉冲输出端接逆变器中的功率开关的控制端。

所述的电机为步进电机。MCU连接有触摸显示屏，或者MCU连接有显示屏和按键。所述的MCU为PLC或DSP。

推进器柱塞包括筒柱(41)、前端件(42)和连接块(43)；筒柱为圆筒形部件；筒柱的内部为空腔(48)；

前端件固定在筒柱的前端，连接块固定在筒柱的后端，连接块用于与液压缸的活塞杆相连；

前端件为圆柱形，前端件的外侧壁上设有至少一条周向的气环槽(44)；

筒柱的后端的外侧壁上设有至少一条周向的气环槽(44)。气环槽内设置密封圈。

进料管中设有行程开关，柱塞上设有位移传感器，位移传感器与MCU相连。

连接块与筒柱通过螺纹连接，或连接块焊接在筒柱上。

连接块为具有台阶的圆柱形部件，连接块的前端插装在筒柱的空腔中。连接块的环形的台阶作为限位部件。

接块的后端设有带内螺纹的圆形的凹陷部(47)。活塞杆上设有外螺纹，与所述的内螺纹适配，活塞杆通过螺纹与凹陷部相连。

筒柱的前端设有圆形的前端板(49)；前端板的中心处设有轴向的通孔(46)；通孔为螺纹孔；前端件后端的中心部设有沿轴向的盲孔(45)；螺钉穿过所述通孔并旋装在盲孔中，实现前端件与筒柱的连接。

前端件上设有3条气环槽；筒柱的后端设有2条气环槽。连接块的后端设有位移传感器，用于检测柱塞推进的位移量，柱塞插装在进料管中，进料管内设有接近传感器，接近传感器为行程开关或光电开关，位移传感器通过放大电路与MCU相连，接近传感器与MCU相连。

推进器柱塞的总长度为550-600mm，筒柱的外直径为110-130mm，筒柱的长度为480-490mm，连接块的长度为40-45mm；前端件的长度为65-75mm。

推进器柱塞的总长度为570mm，筒柱的外直径为120mm，筒柱的内直径为101mm，筒柱的长度为485mm，连接块的长度为42mm；前端件的长度为70mm。

前端件的直径为120mm，盲孔的深度为35mm；

连接块的凹陷部的深度为18mm，连接块的前端的直径为103mm，台阶厚度为15mm

更进一步，前端件前端设有耐热层，耐热层为钨层，耐热层的厚度为1-5mm，该厚度包含在前端件的总厚度内。

气环槽的宽度为5mm，相邻气环槽的间隔厚度为5mm，检修槽的宽度为3mm。

盲孔和通孔的直径为16mm，均为M16螺纹孔。前端板的厚度为12mm。

筒柱的壁厚为9.5mm。

连接块的后端设有位移传感器，用于检测柱塞推进的位移量，柱塞插装在进料管中，进料管内设有接近传感器，接近传感器为行程开关或光电开关，接近传感器被触发后，控制电机或液压缸使得柱塞不再动作或回退，实现过程控制。接近传感器与MCU相连；位移传感器经过放大器与MCU的ADC端口相接。MCU还连接有显示屏，显示屏用于显示实时位移量等。MCU通过控制实用新型控制液压油缸的工作，或通过控制电机控制柱塞动作。

碳管的外层设置一圈加固层，具体为钨层，厚度为6-15mm，起到加固作用。可以取消内壁的加固层，只设置外壁的加固层；或者只用内壁加固层，外壁不设置加固层，或者内壁和外壁均设置加固层。

有益效果：

本实用新型的石墨炭化系统，设计了独特的自动进料模块，还具有温控模块、冷却模块和供气模块实现对石墨粉的炭化，能显著生产效率。

具体的，本实用新型具有以下特点：

(1)采用基于柱塞和液压的自动往复循环进料模块，能极大提高进料效率相比与现有的基于人工以及石墨舟的进料方式，无需人工推料，效率显著提高。实践表明，产量能达到350-400kg/天，产能提高到原来的2.5倍左右(原有产量为120-130kg/天)。

(2)节约能耗

由于本系统取消了碳舟，则加热效率更高，因为碳舟不但占用了加热空间，还吸收了极大的热量，导致能耗提高。采用本实用新型，取消碳舟后，成本节约60％以上。

(3)占用空间小

原有的进料模块占用空间大，因为操作人员使用较长的推杆才能将碳舟送入炉体中，需要较大的场地才能从事生产，本实用新型采用自动化的进料，占用空间小。

(4)对环境友好，无污染

现有技术采用氯气或氟利昂，废气中也会带有这些气体，对环境污染大，而本实用新型采用惰性气体(如氩气)或氮气作为保护气，不会对环境造成污染，也有利于现场工作人员的人身健康。

(5)采用全自动控制，能实现无人生产。

本实用新型的进料模块采用电机或液压推料，无需人工推料，操作人员只需设定参数后，推料，加热和出料全线自动化，操作人员只需在现场监视生产，故障时候或停机休息的时候才需要干预，能显著减轻现场人员的劳动强度，自动化程度高。

(6)本系统成本低，具有经济性。

采用常用的碳管炉和液压推进设备，能耗低，成本低，现对于现有的人工推进成本低，现有技术还有一种基于螺旋进料的进料方式，这种螺旋进料机构需要采用耐热的钨金属制造，成本极高，一套推进机构在百万人民币以上，不适合推广使用。

(7)纯度提高，产品品质提高

采用高温气化提纯，相比于置换提纯，产品的纯度能显著提高。石墨粉在高温环境下，分子结构发生变化，而且纯度提高。而且，采用自动进气，进气管处设有单向阀，保障气体流向，保障生产稳定有序进行。而且由于采用PLC控制，能实现自动控制，自动化生产，进度可控，进料均匀可控，进料时间可控，因而产品一致性好，稳定性好。

另外，本系统采用集中式控制，能实现无人生产，自动化程度高。

另外，本实用新型的用于石墨炭化系统的推进器，推进器柱塞由筒柱、前端件和连接块三部分组成，结构紧凑，且易于安装。

另外，气环槽的设置提高了柱塞整体的密封性能。

筒柱与前端件通过螺钉连接，连接可靠。

液压杆与柱塞的连接块通过螺纹连接，连接紧密而可靠。

柱塞采用中空结构，重量小，推进灵活，且能耗小。

各部件尺寸设计合理，与碳管炉能协调配合，从而实现石墨炭化的高产。

本实用新型还设计有与柱塞配套的位移传感器、接近传感器和显示屏，便于检测和控制。这种推进器柱塞结构紧凑，结合紧密，易于推广实施。

总而言之，本系统是对现有石墨炭化系统的重大改进，特别有利于提高产能，节约能耗，降低生产成本，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明：

图1为控制系统总体结构示意图；

图2为基于电机和驱动机构的石墨炭化系统的总体结构示意图；

图3为柱塞结构示意图；

图4为检测系统的框图；

图5为信号放大电路示意图；

图6为亮度调节电路示意图；

图7为基于液压驱动机构的石墨炭化系统的总体结构示意图；

图8为温度测量机构示意图；

图9为炉管结构示意图；

图10为温度模块示意图；

图11为供气模块示意图；

图12为出料装置结构示意图。

标号说明：1-炭化炉，2-推料装置，3-出料装置，4-料斗；5-推进器柱塞；

11-碳管，12-炉体入口，13-炉体出口，111-碳管本体，112-钨层；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。

21-推进器，22-液压油缸，23-液压站；24-保护气进气管，25-电机，26-底座，27-丝杆，28-进料管；31-出料管，32-排杂管。33-法兰盘，34-端盖，35-主管，36-外管，37-进水管，38-出水管。

41-筒柱，42-前端件，43-连接块，44-气环槽，45-盲孔，46-通孔，47-凹陷部，48-空腔，49-前端板，40-检修槽。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

实施例1：

如图1,2,7，一种石墨炭化系统,包括炭化炉、推料机构、出料装置和供气装置；推料机构位于炭化炉的后端，出料装置位于位于炭化炉的前端；

炭化炉用于将推入炉体中的石墨粉在保护气氛下进行加热，从而对石墨粉进行炭化提纯；

推料机构用于将原料间歇性地推入到炭化炉中；推料机构包括柱塞5和用于驱动柱塞在进料管中往复运动的驱动机构；柱塞位于进料管中；进料管与石墨炭化系统中的炭化炉的入口相通，所述的进料管上方设有与进料管连通的料斗；

出料装置用于将炭化后的成品和废气排出；

供气装置用于向炭化炉的内腔充入保护气体。保护气体为惰性气体或氮气。

所述的推料机构、炭化炉和出料装置依次水平布置。

柱塞为中空结构。柱塞上设有位移传感器，位移传感器与MCU相连。

炭化炉为碳管炉，碳管炉中的发热部件为碳管，碳管的内壁设有一个加固层。加固层可以是钨层，或其他材质，加固层的厚度为0.5-5mm，进一步，厚度为1.9-2.1mm，优选2mm。

石墨粉送到碳管中被加热。

推料机构受控于MCU；所述的MCU为PLC。

供气装置的进气管设置在进料管上，进气管与进料管相连通；从进气管向炭化炉的炉体内充入保护气体；保护气体为惰性气体或氮气。惰性气体优选氦气或氩气。

如图1，一种石墨炭化系统,包括控制器、进料模块、温控模块和供气模块；进料模块用于将原料间歇性地推入到炭化炉中；温控模块用于加热炭化炉中的碳管，并控制炭化炉内温度稳定在设定的范围内；供气模块用于充入保护气体到炭化炉内；进料模块、温控模块和供气模块均受控于控制器；所述的控制器为MCU。控制系统还包括冷却模块，冷却模块包括水管、阀门和接水箱；水管设置在炭化炉上方，水管喷出的水流经炭化炉的外壁流入到接水箱中手机；水管上设有电控的阀门，阀门的开度受控于MCU。

以下对各部分进行详细介绍：

一、对炭化炉的说明：

如图2,7,9炭化炉包括炉体和横向设置在炉体内的碳管11；炉体前端为炉体入口12，炉体后端为炉体出口13，所述的碳管、炉体入口和炉体出口共轴线；

所述的碳管的内壁设有钨层112。

所述的钨层的厚度优选2mm。

炉体为圆筒形，炉体的内直径为860mm。

碳管的外直径为175mm；碳管的内直径为125mm。

炉体外设有水冷装置，所述的水冷装置包括设置在炉体顶部的喷水管和设置在炉体底部的集水容器；喷水管用于将水喷到炉体外壁；集水容器用于收集沿炉体外壁流布到炉体底部的水。

整流器的交流侧接交流电源，整流器的交流侧接逆变器的直流侧，逆变器的交流侧为碳管供电；MCU的脉冲输出端接逆变器中的功率开关的控制端(如IGBT的G极)。逆变器输出不同大小的电流控制碳管的发热，从而控制炉内的温度，具体控制过程为现有成熟技术。

MCU还连接有触摸显示屏。

二；对进料模块的说明

(1)基于液压的进料模块

所述的驱动机构为液压驱动机构；液压驱动机构包括液压油缸22、液压站23以及用于控制液路通断的阀门；阀门受控于控制器；

液压站通过液压油管与液压油缸相连；液压油缸的活塞通过推杆与柱塞相连。

一种进料模块，采用推进器；推进器受控于控制器；推进器包括推进器柱塞5和驱动推进器柱塞在进料管中往复运动的驱动机构；进料管为水平布置；进料管与石墨炭化系统中的炭化炉的入口相通，所述的进料管上方设有料斗。所述的驱动机构为液压驱动机构。液压驱动机构包括液压油缸22、液压站23以及用于控制液路通断的阀门；阀门受控于控制器；液压站通过液压油管与液压油缸相连；液压油缸的活塞通过推杆与推进器柱塞相连。所述的控制装置为MCU。所述的MCU为PLC或DSP。

MCU连接有触摸显示屏。

(2)基于电机及驱动机构的进料模块

所述的驱动机构为基于电机及传动机构的驱动机构；驱动机构包括电机(25)和传动机构；电机通过传动机构驱动柱塞运动，所述的传动机构为丝杆传动机构或连杆往复式传动机构。

如图3和7，石墨炭化系统包括控制器和推进器；

推进器受控于控制器；推进器包括推进器柱塞5和驱动推进器柱塞在进料管中往复运动的驱动机构；进料管为水平布置；进料管与石墨炭化系统中的炭化炉的入口相通，所述的进料管上方设有料斗。所述的驱动机构为基于电机及传动机构的驱动机构。

所述的驱动机构包括电机25和传动机构；所述的传动机构为丝杆传动机构，电机通过齿轮或同步带驱动丝杆旋转，丝杆带动推进器柱塞往复动作。

或者，传动机构为连杆往复式传动机构。电机的输出轴通过连杆机构与推进器柱塞相连，电机旋转带动推进器柱塞往复动作。

所述的电机为步进电机。

所述的控制器为MCU；所述的MCU为PLC或DSP。

另外，所述推进器柱塞为中空结构。

推进器柱塞包括筒柱41、前端件42和连接块43；筒柱为圆筒形部件；筒柱的内部为空腔48；

前端件固定在筒柱的前端，连接块固定在筒柱的后端，连接块用于与液压缸的活塞杆相连；

前端件为圆柱形，前端件的外侧壁上设有至少一条周向的气环槽44；

筒柱的后端的外侧壁上设有至少一条周向的气环槽44。气环槽内设置密封圈。

进料管中设有行程开关，柱塞上设有位移传感器，位移传感器与MCU相连。

连接块与筒柱通过螺纹连接，或连接块焊接在筒柱上。

连接块为具有台阶的圆柱形部件，连接块的前端插装在筒柱的空腔中。连接块的环形的台阶作为限位部件。

接块的后端设有带内螺纹的圆形的凹陷部47。活塞杆上设有外螺纹，与所述的内螺纹适配，活塞杆通过螺纹与凹陷部相连。

筒柱的前端设有圆形的前端板49；前端板的中心处设有轴向的通孔46；通孔为螺纹孔；前端件后端的中心部设有沿轴向的盲孔45；螺钉穿过所述通孔并旋装在盲孔中，实现前端件与筒柱的连接。

前端件上设有3条气环槽；筒柱的后端设有2条气环槽。

推进器柱塞的总长度为550-600mm，筒柱的外直径为110-130mm，筒柱的长度为480-490mm，连接块的长度为40-45mm；前端件的长度为65-75mm。

推进器柱塞的总长度为570mm，筒柱的外直径为120mm，筒柱的内直径为101mm，筒柱的长度为485mm，连接块的长度为42mm；前端件的长度为70mm。

前端件的直径为120mm，盲孔的深度为35mm；

连接块的凹陷部的深度为18mm，连接块的前端的直径为103mm，台阶厚度为15mm

更进一步，前端件前端设有耐热层，耐热层为钨层，耐热层的厚度为1-5mm，该厚度包含在前端件的总厚度内。

气环槽的宽度为5mm，相邻气环槽的间隔厚度为5mm，检修槽的宽度为3mm。

盲孔和通孔的直径为16mm，均为M16螺纹孔。前端板的厚度为12mm。

筒柱的壁厚为9.5mm。

连接块的后端设有位移传感器，用于检测柱塞推进的位移量，柱塞插装在进料管中，进料管内设有接近传感器，接近传感器为行程开关或光电开关，接近传感器被触发后，控制液压缸或电机使得柱塞不再动作或回退，实现过程控制。接近传感器与MCU相连；位移传感器经过放大器与MCU的ADC端口相接。MCU还连接有显示屏，显示屏用于显示实时位移量等。电路框图如图3。

如图5，位移检测模块包括位移传感器和可调放大倍数的放大器；

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；

位移传感器的输出端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。

如图6，显示屏与MCU相连，显示屏的亮度调节电路包括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；显示屏的固定架上还设有旋钮开关与电位器Rx同轴相连；

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。

三、温控模块

如图8-10，温控模块包括温度检测模块、无线通信模块、整流器、逆变器；

温度检测模块包括用于测量炭化炉炉内温度的红外测温单元；红外测温单元包括主测温碳管15和主红外测温仪16；主测温碳管穿过炭化炉的炉壁14沿炭化炉的径向插装在炭化炉上，炭化炉内设有轴向的碳管11；主测温碳管的前端与碳管抵接，主测温碳管的外端位于炉壁外，主红外测温仪设置在主测温碳管的外端处，主红外测温仪的数据输出端与MCU相连；

整流器的交流侧接交流电源，整流器的交流侧接逆变器的直流侧，逆变器的交流侧为碳管供电；MCU的脉冲输出端接逆变器中的功率开关的控制端。碳管内设有钨层，增加碳管的强度。

红外测温单元包括备用测温碳管17和备用红外测温仪18；主测温碳管穿过炭化炉的炉壁14沿炭化炉的径向插装在炭化炉上，备用测温碳管的前端与碳管抵接，备用测温碳管的外端位于炉壁外，备用红外测温仪设置在备用测温碳管的外端处，备用红外测温仪的数据输出端与MCU相连。备用测温碳管17和备用红外测温仪18其备用和温度校正作用。

主测温碳管和备用测温碳管共直线布置。即相对于碳管对称。

温度检测模块还包括用于测量炭化炉外壁温度的温度传感器，温度传感器的输出端经放大器接MCU的A/D转换端口，炭化炉外壁设有水冷装置。基于外壁温度检测实现对水冷装置的控制，实现炉体外壁迅速降温，温度过高时，增加冷水的流量和流速，达到降温的目的。MCU连接有显示屏和用于设置温度的按键或触摸板。MCU连接有通信模块。通信模块为无线通信模块(如GPRS、3G，4G，5G模块等，或遥控模块，这样远程可以控制温度，无需操作人员在现场控制温度，安全性高。)。

四、供气模块

如图7和11，在进料管上设有保护气进气管24，保护气进气管的一端与进料管连通，保护气进气管的另一端与气源相接；进料管与碳管炉后端的进料口对接；在碳管炉的前端设有出料装置；出料装置上设有朝上的排杂管32和朝下的出料管31；排杂管用于排出烟气。优选地，排杂管中设有滤网，防止碳粉随烟气排出。保护气进气管上设有单向阀。所述的石墨炭化系统的供气模块还包括设置在进气管上的开度阀，开度阀受控于MCU。进气管上设有气压传感器；气压传感器与MCU相连。

五、出料装置

出料装置3包括主管35、出料管31和排杂管32；主管水平布置，主管的一端与炭化炉的出料口对接，主管的另一端设有端盖34；排杂管用于排出烟气。

所述的排杂管和出料管分别设置在主管的上方和下方；排杂管和出料管与主管连通，排杂管的孔径小于出料管的孔径。优选的，端盖与主管的端部铰接，便于打开端盖以清理疏通管道。

主管外套装有外管36，外管与内管之间形成密闭空腔；进水管37和出水管38；进水管与出水管均与所述的密闭空腔连通；密闭空腔只有进水管和出水管处存在开口，其余地方密封。法兰盘的一部分作为密闭空间的部分内壁，此处的基于进水管、出水管和密闭空腔的冷却装置用于为法兰降温。

进水管设在外管的下方，出水管设置在外管的上方；炭化炉工作时，从进水管输入冷却水以对出料装置进行水冷降温。优选地，出水管与进水管均沿外管的径向设置。

Claims (10)

1.一种石墨炭化系统,其特征在于，包括炭化炉、推料机构、出料装置和供气装置；推料机构位于炭化炉的后端，出料装置位于位于炭化炉的前端；

炭化炉用于将推入炉体中的石墨粉在保护气氛下进行加热，从而对石墨粉进行炭化提纯；

推料机构用于将原料间歇性地推入到炭化炉中；推料机构包括柱塞(5)和用于驱动柱塞在进料管中往复运动的驱动机构；柱塞位于进料管中；进料管与石墨炭化系统中的炭化炉的入口相通，所述的进料管上方设有与进料管连通的料斗；

出料装置用于将炭化后的成品和废气排出；

供气装置用于向炭化炉的内腔充入保护气体。

2.根据权利要求1所述的石墨炭化系统,其特征在于，所述的推料机构、炭化炉和出料装置依次水平布置。

3.根据权利要求2所述的石墨炭化系统,其特征在于，所述的驱动机构为液压驱动机构；液压驱动机构包括液压油缸(22)、液压站(23)以及用于控制液路通断的阀门；阀门受控于控制器；

液压站通过液压油管与液压油缸相连；液压油缸的活塞通过推杆与柱塞相连。

4.根据权利要求3所述的石墨炭化系统,其特征在于，所述的驱动机构为基于电机及传动机构的驱动机构；驱动机构包括电机(25)和传动机构；电机通过传动机构驱动柱塞运动，所述的传动机构为丝杆传动机构或连杆往复式传动机构。

5.根据权利要求1所述的石墨炭化系统,其特征在于，柱塞为中空结构。

6.根据权利要求1所述的石墨炭化系统,其特征在于，出料装置(3)包括主管(35)、出料管(31)和排杂管(32)；主管水平布置，主管的一端与炭化炉的出料口对接，主管的另一端设有端盖(34)；

所述的排杂管和出料管分别设置在主管的上方和下方；排杂管和出料管与主管连通。

7.根据权利要求6所述的石墨炭化系统,其特征在于，主管外套装有外管(36)，外管与内管之间形成密闭空腔；外管上设有进水管(37)和出水管(38)；进水管与出水管均与所述的密闭空腔连通；

进水管设在外管的下方，出水管设置在外管的上方；炭化炉工作时，从进水管输入冷却水以对出料装置进行水冷降温。

8.根据权利要求1所述的石墨炭化系统,其特征在于，炭化炉为碳管炉，碳管炉中的发热部件为碳管，碳管的内壁设有一个加固层。

9.根据权利要求3所述的石墨炭化系统,其特征在于，推料机构受控于MCU；所述的MCU为PLC。

10.根据权利要求1-9任一项所述的石墨炭化系统,其特征在于，供气装置的进气管设置在进料管上，进气管与进料管相连通；从进气管向炭化炉的炉体内充入保护气体；保护气体为惰性气体或氮气。