CN218937060U

CN218937060U - 一种石墨碳化加工炉的温控装置

Info

Publication number: CN218937060U
Application number: CN202022890527.XU
Authority: CN
Inventors: 刘加平
Original assignee: Hunan Aosi Graphite Co ltd
Current assignee: Hunan Aosi Graphite Co ltd
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2030-12-03

Abstract

本实用新型公开了一种石墨碳化加工炉的温控装置，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，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(17)，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；水冷模块包括水泵和循环水冷管网，变流模块包括整流器和逆变器。该石墨碳化加工炉的温控装置能实现炉体内外的温度控制，易于实施。

Description

一种石墨碳化加工炉的温控装置

技术领域

本实用新型涉及一种石墨碳化加工炉的温控装置。

背景技术

炭化炉对温度的控制要求非常高，因为温度的高低直接影响了炭化的效率和品质；温度控制包括炉内温度控制和炉体外部的冷却。

现有的石墨碳化加工炉的温控装置，一般只有直接的前向控制，即无温度反馈，而直接通过温度与电流的对应关系控制温度，因此，温度控制精度较低，无法满足高品质炭化的要求。因此，有必要设计一种新的石墨碳化加工炉的温控装置。

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碳化加工炉的温控装置，该石墨碳化加工炉的温控装置易于实施，可靠性高。

实用新型的技术解决方案如下：

一种石墨碳化加工炉的温控装置，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；

水冷模块包括水泵和循环水冷管网，变流模块包括整流器和逆变器。

水冷模块是指控制石墨碳化炉的水循环的模块，包括水泵和循环水冷管网，具体为现有技术；变变流模块包括整流器和逆变器，整流器的交流侧接交流电源，整流器的直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。

M和N均为4；M个温度传感器沿石墨碳化加工炉的周向均匀分布。

所述的加热管包括碳管、内管和支撑环；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；支撑管包括环体和位于环体外壁的多个凸起，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；外管的内壁具有一个金属加强层(112)；金属加强层的厚度为2.5mm。

所述的MCU为单片机、PLC或DSP；所述的温度传感器为热电偶；

温度传感器通过可变放大倍数的放大器与MCU的ACD端相连。

MCU与无线通讯模块相连，无线通信模块为3G、4G或5G通信模块；MCU通过无线通信模块与远程控制终端相连。

炉体外设有水冷装置(即水冷模块)，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。

所述的温度检测模块和无线通信模块均与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(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。

MCU为现有成熟的集成控制器，因此，本方案属于纯硬件方案，不涉及任何程序和方法，属于实用新型保护的客体。

有益效果：

本实用新型的石墨碳化加工炉的温控装置，采用2套温控设备，即用于控制炉内温度的温控装置以及用于控制炉外壁温度的温控装置；既能保障炉内温度的恒定，保障炭化过程平稳，保障生产效率以及成品品质，又能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。因此，可靠性高，易于实施。

另外，本实用新型还有以下特点：

(1)采用碳测温管和红外测温仪实施炉内温度测量，碳测温管具有耐高温的特性，因此特别适合测量炉内的温度。

(2)采用4个的测温碳管测量内部的温度，可以起到冗余检测，检测可靠性更高。

(3)测温模块与逆变器相结合，通过逆变器能灵活调节工作温度，灵活性好，形成炉内炉外温度的闭环控制，控制精度高，具体控制为现有成熟技术。

(4)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。

另外，碳管炉采用了特殊设计，由于从碳管内壁设有耐高温的钨层，碳管的整体强度得到了显著提升，有利于石墨碳化加工炉的温控装置在2500℃以上的高温环境下稳定长期工作。

总而言之，这种石墨碳化加工炉的温控装置，能稳定工作，可靠性高，适合推广实施。

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为石墨炭化加工炉的电控框图；

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为放大电路原理图；

图9为温度传感器安装示意图。

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-测温碳管，16-红外测温仪，17-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。

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1～9，一种石墨碳化加工炉的温控装置，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，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(17)，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；

所述的加热管包括碳管(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；外管的内壁具有一个金属加强层(112)；金属加强层的厚度为2.5mm。

加热管具有以下特点：

(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)外管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。

该加热管结构紧凑，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。

所述的MCU为单片机、PLC或DSP；所述的温度传感器为热电偶；

温度传感器通过可变放大倍数的放大器与MCU的ACD端相连。

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。)。

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。

MCU还连接有触摸显示屏。

如图8，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；

一种用于石墨炭化系统的螺旋推料装置，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。

Claims

1.一种石墨碳化加工炉的温控装置，其特征在于，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(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(17)，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；

2.根据权利要求1所述的石墨碳化加工炉的温控装置，其特征在于，M和N均为4；M个温度传感器沿石墨碳化加工炉的周向均匀分布。

3.根据权利要求1所述的石墨碳化加工炉的温控装置，其特征在于，所述的加热管包括碳管(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；外管的内壁具有一个金属加强层(112)；金属加强层的厚度为2.5mm。

4.根据权利要求1所述的石墨碳化加工炉的温控装置，其特征在于，所述的MCU为单片机、PLC或DSP；所述的温度传感器为热电偶；

温度传感器通过可变放大倍数的放大器与MCU的ACD端相连。

5.根据权利要求1所述的石墨碳化加工炉的温控装置，其特征在于，MCU与无线通讯模块相连，无线通信模块为3G、4G或5G通信模块；MCU通过无线通信模块与远程控制终端相连。