下装料高温石墨化炉的制作方法

1.本发明涉及高温石墨化炉技术领域，具体而言，涉及一种下装料高温石墨化炉。


背景技术：

2.高性能炭/炭复合材料的研发、批量生产需要经过高温热处理和石墨化处理，才能保证材料的拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、剪切强度等力学性能达标。经过化学气相沉积和炭化之后的炭/炭复合材料需要在惰性气体的保护下进行高温石墨化处理，以改善和提高材料的性能。
3.国内专业应用于炭/炭复合材料的大型高温热处理设备寥寥无几，国内仅有少数几家企业能生产的高温热处理设备承载能力偏少，性能不高，很难满足大批量飞机炭/炭复合材料刹车盘的高温热处理需求。
4.目前，国内的高温石墨化炉仍存在许多问题，比如：
5.1、传统的高温石墨化炉采用上装料形式装炉，操作人员需要在高处作业，装料和维修效率低；
6.2、传统的高温石墨化炉内部温控系统落后，只能采用小炉多次装料进行炭/炭刹车盘的高温石墨化处理，装炉量小。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的在于提供一种下装料高温石墨化炉，以至少解决现有技术中的高温石墨化炉采用传统的上装料形式装炉，操作人员需要在高处作业，装料和维修效率低的问题。
8.为了实现上述目的，本发明提供了一种下装料高温石墨化炉，包括：石墨化炉本体、发热体、感应线圈、保温材料和液压升降机构；石墨化炉本体包括炉盖、上炉体、下炉体、炉底盘和装料盘；炉盖与上炉体上端可拆卸地连接，上炉体的下端与下炉体的上端固定连接，下炉体的下端与炉底盘的上端可拆卸地连接，炉底盘的下端与装料盘的上端可拆卸地连接；发热体的下端固定于炉底盘上，发热体的上端向石墨化炉本体内部延伸，待进行高温石墨化处理的工件放置于发热体的内部；感应线圈沿发热体的轴线环绕设置，感应线圈的底部与下炉体可拆卸连接；保温材料设置于发热体与感应线圈之间，保温材料用于对发热体进行保温；液压升降机构设置于石墨化炉本体的下方，液压升降机构的上端与装料盘的下端抵接；液压升降机构将装有工件的装料盘沿竖直方向顶起，当装料盘的上端与炉底盘的下端抵接时，工件进入发热体内，感应线圈产生交变磁场而产生感应电流使发热体发热，并将热量辐射到置于其内部的工件上；维修发热体、保温材料或感应线圈时，液压升降机构将装有拆卸后的发热体、保温材料或感应线圈的炉底盘沿竖直方向下降以进行维修。
9.进一步地，液压升降机构包括：液压升降平台、剪叉臂和液压缸；剪叉臂与液压升降平台的底部连接，剪叉臂用于使液压升降平台上升或下降；液压缸与剪叉臂连接，液压缸用于驱动剪叉臂运行。
10.进一步地，高温石墨化炉还包括真空系统，真空系统与下炉体连接，真空系统包括：两台滑阀泵、蝶阀和多个过滤器；两台滑阀泵通过真空管道与下炉体连接，真空管道上设置有气动挡板阀，挡板阀用于控制真空管道的开启或关闭；蝶阀用于切换两台滑阀泵之间的工作；每个滑阀泵上均设置有一个过滤器，过滤器用于防止炉内的杂质进入滑阀泵内腔。
11.进一步地，高温石墨化炉还包括水冷系统，水冷系统与感应线圈和石墨化炉本体连接，水冷系统包括：分配器、多个水流指示器、流量开关和温度传感器；分配器通过多条进水管路向感应线圈和石墨化炉本体提供冷却水，每条进水管路上均设置有进水阀门以控制冷却水的流量；多个水流指示器分别一一对应设置于多条回水管路上，所述水流指示器用于监测所述回水管路的水流状况，换热后的冷却水通过多条回水管路闭式回水以进行循环；流量开关设置于感应线圈的进水管路上以监测进入感应线圈的冷却水的流量；温度传感器设置于感应线圈的回水管路上以监测流出感应线圈的冷却水的温度。
12.进一步地，高温石墨化炉还包括温度控制系统，温度控制系统与石墨化炉本体连接，温度控制系统包括：热电偶和远红外测温仪；热电偶设置于发热体的上方，在低温时，热电偶从发热体的顶部插入到加热区内以监测加热区的温度；在高温时，热电偶会被气缸自动提升到发热体的顶部以外以免热电偶在高温时损坏；远红外测温仪的远红外探头设置于炉盖上，当热电偶被提升到加热区以外时，立即自动切换启用远红外测温仪以监测加热区的温度。
13.进一步地，高温石墨化炉还包括充气系统，充气系统与下炉体连接，充气系统包括配气柜；配气柜通过管道与下炉体连接，配气柜用于向石墨化炉本体内输送氮气或氩气；石墨化炉本体内的气体通过管道外排处理；石墨化炉本体的温度在常温至1450℃时，配气柜向石墨化炉本体内通入氮气以作为保护气体；在温度大于1450℃以后，通过程序控制自动改为通入氩气；在降温过程中，当温度降至1450℃时，保护气体从氩气自动切换至氮气。
14.进一步地，高温石墨化炉还包括中频电源，中频电源与感应线圈连接，中频电源包括：整流触发电路模块、逆变电路模块、调节器电路模块和操作保护电路模块；整流触发电路模块为数字触发电路以实现与电网自动同步，而且具备相序自动适应能力；逆变电路模块的逆变采用扫频式零压软启动方式，并设有自动重复启动电路，以防止中频电源启动失败；逆变电路模块的逆变触发脉冲变压器采用强触发脉冲；调节器电路模块采用中频电压和直流电流双闭环pi调节器；操作保护电路模块用于保护中频电源。
15.进一步地，高温石墨化炉还包括电气控制系统，电气控制系统与液压升降机构、真空系统、水冷系统、温度控制系统、充气系统和中频电源均连接以控制液压升降机构、真空系统、水冷系统、温度控制系统、充气系统和中频电源，电气控制系统包括：电气柜、plc控制器和触摸屏；plc控制器安装于电气柜内，plc控制器用于控制液压升降机构、真空系统、水冷系统、温度控制系统、充气系统和中频电源，其中包括炉底盘的升降、滑阀泵的起停、气体的流量，冷却水的压力、温度的控制和热电偶的转换；触摸屏与plc控制器连接，触摸屏用于显示液压升降机构、真空系统、水冷系统、温度控制系统、充气系统和中频电源的参数，其中包括系统主画面、水路画面、气路画面、温度设置画面、温度曲线和报警画面六个界面，操作人员通过触摸屏可得到高温石墨化炉的运行状态。
16.进一步地，液压升降机构还包括导向装置，导向装置设置于液压升降平台的两侧，
导向装置用于防止液压升降平台在升降过程中发生水平位移和晃动。
17.进一步地，当加热区的温度超过1000℃时，热电偶会被气缸自动提升到发热体的顶部以外以免热电偶在高温时损坏；炉盖上设置有一根石墨管，石墨管的下端封闭并插入加热区的内部，石墨管的上端与炉盖上的法兰管相连接，法兰管的上部用石英玻璃密封，远红外探头通过石英玻璃对加热区内的温度进行探测，在法兰管上接有进气管，进气管用于对石墨管进行清扫以消除粉尘、废气对远红外探头的影响。
18.本发明技术方案的下装料高温石墨化炉，包括：石墨化炉本体、发热体、感应线圈、保温材料和液压升降机构；石墨化炉本体包括炉盖、上炉体、下炉体、炉底盘和装料盘；炉盖与上炉体上端可拆卸地连接，上炉体的下端与下炉体的上端固定连接，下炉体的下端与炉底盘的上端可拆卸地连接，炉底盘的下端与装料盘的上端可拆卸地连接；发热体的下端设置于炉底盘上，发热体的上端向石墨化炉本体内部延伸，待高温石墨化的工件设置于发热体内部；感应线圈沿发热体的轴线环绕设置，感应线圈的底部与下炉体可拆卸连接；保温材料设置于发热体与感应线圈之间，保温材料用于对发热体进行保温；液压升降机构设置于石墨化炉本体的下方，液压升降机构的上端与装料盘的下端抵接；液压升降机构将装有工件的装料盘沿竖直方向顶升，当装料盘的上端与炉底盘的下端抵接时，工件进入发热体内，感应线圈产生交变磁场而产生感应电流使发热体发热，并将热量辐射到置于其内部的工件上；维修发热体、保温材料或感应线圈时，通过液压升降机构的升降可将装有发热体、保温材料和感应线圈的炉底盘下降以进行维修。
19.本发明的有益效果：
20.1、本设备解决了国内大型炭/炭复合材料工件高温热处理的难题，为飞机国产炭/炭刹车盘的大批量生产铺平了道路；
21.2、本发明解决了传统高温石墨化炉采用上装料形式装炉，操作人员需要在高处作业，装料和维修效率低的问题；
22.3、本发明解决了传统高温石墨化炉内部温控系统落后，只能采用小炉多次装料进行碳盘的石墨化，装炉量小的问题。
附图说明
23.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
24.图1是根据本发明实施例可选的一种下装料高温石墨化炉的结构示意图；
25.图2是根据本发明实施例可选的一种下装料高温石墨化炉的详细结构示意图；
26.图3是根据本发明实施例可选的一种下装料高温石墨化炉的中层俯视结构示意图；
27.图4是根据本发明实施例可选的一种下装料高温石墨化炉的顶层俯视结构示意图；
28.图5是根据本发明实施例可选的一种下装料高温石墨化炉的底层俯视结构示意图；
29.图6是根据本发明实施例可选的一种下装料高温石墨化炉的控制框图。
30.其中，上述附图包括以下附图标记：
31.10、石墨化炉本体；11、炉盖；12、上炉体；13、下炉体；14、炉底盘；15、装料盘；20、发热体；30、感应线圈；40、保温材料；50、液压升降机构；51、液压升降平台；52、剪叉臂；53、导向装置；60、真空系统；61、滑阀泵；62、过滤器；70、水冷系统；80、温度控制系统；81、热电偶；82、远红外测温仪；83、石墨管；84、法兰管；85、进气管；90、充气系统；100、中频电源；101、整流触发电路模块；102、逆变电路模块；103、调节器电路模块；104、操作保护电路模块；110、电气控制系统；111、电气柜。
具体实施方式
32.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
33.如图1到6所示，下装料高温石墨化炉包括：石墨化炉本体10、发热体20、感应线圈30、保温材料40和液压升降机构50；石墨化炉本体10包括炉盖11、上炉体12、下炉体13、炉底盘14和装料盘15；炉盖11与上炉体12上端可拆卸地连接，上炉体12的下端与下炉体13的上端固定连接，下炉体13的下端与炉底盘14的上端可拆卸地连接，炉底盘14的下端与装料盘15的上端可拆卸地连接；发热体20的下端设置于炉底盘14上，发热体20的上端向石墨化炉本体10内部延伸，待进行高温石墨化处理的工件放置于发热体20的内部；感应线圈30沿发热体20的轴线环绕设置，感应线圈30的底部与下炉体13可拆卸连接；保温材料40设置于发热体20与感应线圈30之间，保温材料40用于对发热体20进行保温；液压升降机构50设置于石墨化炉本体10的下方，液压升降机构50的上端与装料盘15的下端抵接；液压升降机构50将装有工件的装料盘15沿竖直方向顶起，当装料盘15的上端与炉底盘14的下端抵接时，工件进入发热体20内，感应线圈30产生交变磁场而产生感应电流使发热体20发热，并将热量辐射到置于其内部的工件上；维修发热体20、保温材料40或感应线圈30时，液压升降机构50将装有拆卸后的发热体20、保温材料40或感应线圈30的炉底盘14沿竖直方向下降以进行维修。本发明在使用时，采用下装料的形式，工件进出发热体20的加热室的装卸采用液压升降机构50。由于厂房起吊高度不够，发热体20、保温材料40、感应线圈30的维修也需利用液压升降机构50将其从炉体内降到地面，然后沿导轨滚动出液压升降机构50下方。因此，炉底做成三重可拆卸式活动结构，平时装卸工件时，松开装料盘15和炉底盘14，装工件前，装料盘15和降到地面，装完工件后，液压升降机构50可将装料盘15和工件一起顶起向上运动，待装料盘15上升到和炉底盘14的下法兰接触时，液压升降机构50停止运动，这时将装料盘15和炉底盘14的下法兰固定，然后液压升降机构50下降到地面。当处理完的工件要从发热体20的加热室取出时，让液压升降机构50上升，确认接上装料盘15时，松开装料盘15和炉底盘14，液压升降机构50承载着工件缓缓下落到地面，卸下工件。维修发热体20、保温材料40和感应线圈30时，液压升降机构50上升，待液压升降机构50接触到炉底盘14时拆掉连接螺栓，然后让液压升降机构50载着发热体20、保温材料40和感应线圈30一起缓缓下降，当液压升降机构50降落到零平面时，炉底盘14、发热体20、保温材料40和感应线圈30会一同落在置于地面上的两排导轨上，液压升降机构50继续下落到零平面以下位置，此时可将炉底盘14、发热体20、保温材料40和感应线圈30一起沿导轨推出到平台以外。
34.本设备解决了国内大型炭/炭复合材料工件高温热处理的难题，为飞机国产炭/炭刹车盘的大批量生产铺平了道路；本发明解决了传统高温石墨化炉采用上装料形式装炉，
操作人员需要在高处作业，装料和维修效率低的问题；本发明解决了传统高温石墨化炉内部温控系统落后，只能采用小炉多次装料进行碳盘的石墨化，装炉量小的问题。
35.作为本发明的一种优化方案，炉盖11由双层水冷碟形封头与法兰焊接而成，内层封头的材质为sus304不锈钢，外层用优质碳素结构钢。炉盖11上设有两个观察孔，分别用于远红外控制炉温(1000℃～2600℃)及观察炉内状况。炉盖11上装有热电偶81，用于测量1000℃以下时的炉温。
36.作为本发明的一种优化方案，上炉体12和下炉体13均为双层内水冷立式圆桶形结构，内层的材质为sus304不锈钢，外层用优质碳素结构钢。在下炉体13设置有中频电源馈入口、防爆装置、充气接口、热电偶座、真空系统接口。
37.作为本发明的一种优化方案，为了在安装、检修线圈时方便地将炉盖11提起并移开，在炉体的正上方安装有炉盖提升装置，炉盖提升装置为手动葫芦，当需打开炉盖时，先将连接炉盖11的螺栓松开，然后用手动葫芦将炉盖提起并沿着导轨滑向一边。
38.作为本发明的一种优化方案，炉底盘14由活动法兰、水冷套、密封圈、连接螺栓等组成。上端面法兰和下炉体13的下法兰用螺栓连接，下端面法兰和装料盘15法兰用c形夹连接，中间法兰和上端面法兰用螺栓连接。维修发热体20、保温材料40时可拆掉中间法兰和上端面法兰之间的螺栓，让中法兰、下法兰、发热体20、保温材料40一起随液压升降平台51下降。
39.作为本发明的一种优化方案，装料盘15由法兰盘、锥形环、对正环、炉底耐火保温材料等组成。工件放置在由耐火材料砌筑成的炉底座上，随液压升降平台51上下运动，从而完成装卸料动作。装料盘15和炉底盘14之间用圆橡胶密封，用c形夹固定。
40.作为本发明的一种优化方案，感应线圈30由异型紫铜管绕制成螺旋状，在其内部通有冷却水，具有较高的电效率和良好的冷却效果。其表面采用h级高绝缘性材料按专业工艺进行绝缘处理，指标符合gb5231-85、gb1527-87及gb1528-87等国家标准。感应线圈30绕制成形后经1.5倍最大工作压力的水压试验，历时30分钟无渗漏现象，并提供材质保证书及水压测试报告。感应线圈30通过绝缘材料固定在炉体底部法兰上，并通过厚壁铜管经电源馈入口与外部中频电源100相连，感应线圈30采用三组并联的形式供电。
41.作为本发明的一种优化方案，发热体20采用石墨筒，置于感应线圈30的中央，通过感应线圈30产生的交变磁场而产生的感应电流使其发热，并将热量辐射到置于其内部的工件上。
42.作为本发明的一种优化方案，保温材料40为石墨毡、炭毡，保温材料40在真空或惰性气体气氛中的隔热保温性能非常优越，使用温度可达1200～2700℃，这样既可减少热损失，又能提高炉子的热效率及炉温的均匀性。
43.作为本发明的一种优化方案，如图1到5所示，液压升降机构50包括：液压升降平台51、剪叉臂52和液压缸；剪叉臂52与液压升降平台51的底部连接，剪叉臂52用于使液压升降平台51上升或下降；液压缸与剪叉臂52连接，液压缸用于驱动剪叉臂52运行。
44.优选的，液压升降机构50还包括导向装置53，导向装置53设置于液压升降平台51的两侧，导向装置53用于防止液压升降平台51在升降过程中发生晃动。为了防止液压升降平台51在升降过程中发生水平位移和晃动，在其两侧装有导向装置53，从而能使装料盘15在进出发热体20时不至于和其发生碰撞。
45.优选的，液压升降机构50由液压缸、液压油管、密封件、电气控制系统、液压升降平台51、底盘总成、剪叉臂52等组成。液压升降机构50主要技术参数包括：最大载荷7000kg、升降行程4000mm、落下后最低高度1300mm、台面尺寸2300mm
×
2000mm、液压油缸直径mm，共4只、油泵电机功率11kw、电源380v/50hz/3p。
46.作为本发明的一种优化方案，如图1到图5所示，下装料高温石墨化炉还包括真空系统60，真空系统60与下炉体13连接，真空系统60包括：两台滑阀泵61、碟阀和多个过滤器62；两台滑阀泵61通过真空管道与下炉体13连接，真空管道上设置有气动挡板阀，挡板阀用于控制真空管道的开启与闭合；蝶阀用于切换两台滑阀泵61之间的工作；每个滑阀泵61上均设置有一个过滤器62，过滤器62用于防止炉内的杂质进入滑阀泵61。
47.优选的，真空系统60由滑阀泵61、高真空挡板阀、高真空蝶阀，电磁真空带充气压差阀、过滤器、管道等组成。真空系统60配有2台h-160dvs滑阀泵，带有独立的过滤装置，在工作中两台使用另一台备用，可随时切换。挡板阀用于真空管道与真空泵站的连接，蝶阀用于两台滑阀泵的切换，过滤器的作用是防止炉内的杂质进入真空泵。
48.作为本发明的一种优化方案，如图1到图5所示，下装料高温石墨化炉还包括水冷系统70，水冷系统70与感应线圈30和石墨化炉本体10连接，水冷系统70包括：分配器、多个水流指示器、流量开关和温度传感器；分配器通过多条进水管路向感应线圈30和石墨化炉本体10提供冷却水，每条进水管路上均设置有进水阀门以控制冷却水的流量；多个水流指示器分别一一对应设置于多条回水管路上，换热后的冷却水通过多条回水管路闭式回水以进行循环；流量开关设置于感应线圈30的进水管路上以监测进入感应线圈30的冷却水的流量；温度传感器设置于感应线圈30的回水管路上以监测流出感应线圈30的冷却水的温度。
49.优选的，水冷系统70由阀门、管道、压力传感器、温度传感器、水流指示器、流量开关等组成。各进水阀门集中于分配器上便于操作，可分别调节各水路的供水量，回水管集中各路的回水，采用闭式回水，为了观测各路回水的水流状况，在每一路回水管路上装有水流指示器。在感应线圈30进水管路上装有流量开关，回水管路上装有温度传感器，当流量过小或温度过高时均能发出警报。为了防止突然停电、停水，用户应备有储水池和备用电源、水泵。
50.作为本发明的一种优化方案，下装料高温石墨化炉还包括汇流母线部分，母线用于把电容器和感应线圈30连接起来，给感应加热器送电。
51.作为本发明的一种优化方案，下装料高温石墨化炉还包括操作平台，操作平台是由矩形钢及花纹钢板焊接而成，炉体和电容器柜置于二层平台上。操作人员可在此平台上进行相应的操作和观察。工作平台共有上下两层，设有楼梯及护栏。
52.作为本发明的一种优化方案，下装料高温石墨化炉还包括液压站，液压站用于液压升降平台51的上升与下降。由油箱、油泵、电机、溢流阀、换向阀、管路等组成。液压站是集中供油部分，由此输出一个稳定的高压油给液压升降平台51上的液压缸，从而使液压升降平台51上下运动。换向阀控制液压缸的升降。为了保证在装卸料过程中液压升降平台51处于正确的位置，液压升降平台51的位置受限位开关的控制。当液压升降平台51升到位时，在限位开关的作用下会自动停止。此时用c形夹将装料盘15和炉底盘14的下法兰固定后，液压升降平台51便可下降到零平面。按工艺程序处理完工件需卸料时，先将液压升降平台51升到装料盘15的下方，确保液压升降平台51上的对正锥形环已和装料盘15下面的锥形环结合
后卸掉c型夹，再让液压升降平台51下降，此时被处理的工件会随装料盘15缓慢平稳的落下。
53.作为本发明的一种优化方案，如图1到图5所示，下装料高温石墨化炉还包括温度控制系统80，温度控制系统80与石墨化炉本体10连接，温度控制系统80包括：热电偶81和远红外测温仪82；热电偶81设置于发热体20的上方，在低温时，热电偶81从发热体20的顶部插入到加热区内以监测加热区的温度；在高温时，热电偶81会被气缸自动提升到发热体20的顶部以外以免热电偶81在高温时损坏；远红外测温仪82的远红外探头设置于炉盖11上，当热电偶81被提升到加热区以外时，立即自动切换启用远红外测温仪82以监测加热区的温度。
54.优选的，温度控制系统80由pid温度控制器，远红外测温仪82，热电偶81、温控表等组成，可实现手动或自动闭环控制。
55.优选的，温控表选用0.3级测量精度的fp93温度控制器，它可以存贮40条工艺温度曲线，并可根据经验进行手动设定或根据炉子的温度品质进行专家级pid自整定(at)，从而达到良好的温度控制品质。
56.优选的，中低温采用热电偶81测量，高温采用远红外测温仪82，远红外测温仪82的主要参数如下：(1)型号e1rh(2)测温范围1000℃～3200℃(3)响应时间5ms(4)重复性3
‰
(5)精度
±
1％k(6)环境温度0～70℃。
57.优选的，在低温时热电偶81从石墨筒的顶部插入到加热区内，可准确地测出加热区的温度，当加热区的温度超过1000℃时，热电偶81会被气缸自动提升到石墨筒顶部以外，以免热偶在高温时损坏。当热电偶81被提升到加热区以外时，控温系统会立即自动切换到远红外测温系统。
58.优选的，为了防止高温时炉内产生的气氛及烟雾对测温系统产生影响，在炉盖11上安装有一根石墨管83，其下端封闭并插入加热区内部，上端与位于炉盖11上的法兰管84相连接，法兰管84上部用石英玻璃密封，远红外探头通过石英玻璃可对炉内温度进行探测，因此炉内恶劣的气氛不会对远红外探头产生影响。为了防止石英玻璃过热，同时能定期吹扫炉内产生的废气，在法兰管上接有进气管85，可定期对石墨管进行清扫，以消除粉尘、废气对远红外测温系统的影响。
59.优选的，温度控制过程的参数、冷却水的温度等均可通过上位机记录。以曲线、棒图、数字等多种方式显示测量数据。数据可自动存储。具有支持modbus协议的rs-422-a/485通讯接口，允许用pc进行数据传输和实时数据监测。丰富的运算功能和附加功能，能够满足现场的各种监测应用。
60.优选的，温度控制系统80利用远红外测温仪测得的实际温度通过数字控温仪与设定温度进行比较，采用自动调节输出功率的方式，按照设定的升温曲线进行温度的自动控制。温度手动控制和自动控制可通过开关转换。
61.作为本发明的一种优化方案，如图1到图5所示，下装料高温石墨化炉还包括充气系统90，充气系统90与下炉体13连接，充气系统90包括：配气柜，配气柜通过管道与下炉体13连接，配气柜用于向石墨化炉本体10内输送氮气或氩气；石墨化炉本体10内的气体通过管道外排进入外部环保设备进行处理；石墨化炉本体10的温度在常温至1450℃时，配气柜向石墨化炉本体10内通入氮气以作为保护气体；在温度大于1450℃以后，通过程序控制自
动改通入氩气；当温度降至1450℃时，炉内保护气体自动从氩气切换至氮气。
62.优选的，充气系统由配气柜、混气罐、管道、阀门、压力控制器、质量流量控制器等组成，向炉内通入保护气体的目的是防止工件及石墨筒在高温下被氧化，同时也使炉温更加均匀，气体从炉体的侧下部通入，从上部排出。
63.作为本发明的一种优化方案，如图1到图6所示，下装料高温石墨化炉还包括中频电源100，中频电源100与感应线圈30连接，中频电源100包括：整流触发电路模块101、逆变电路模块102、调节器电路模块103和操作保护电路模块104；整流触发电路模块101为数字触发电路以实现与电网自动同步，而且具备相序自动适应能力；逆变电路模块102的逆变采用扫频式零压软启动方式，并设有自动重复启动电路，以防止中频电源100启动失败；逆变电路模块102的逆变触发脉冲变压器采用强触发脉冲以提高快速晶闸管的电流扩散能力；调节器电路模块103采用中频电压和直流电流双闭环pi调节器；操作保护电路模块104用于保护中频电源100。
64.优选的，中频电源100的控制电路为全集成化单板结构，中频电源100的主要参数包括：(1)三相输入电源380v/3相50hz(2)三相输入电流1306a(3)额定功率750kw(4)工作频率1000hz(5)中频工作电压0～500v(6)控制方式采用温度闭环控制，升温过程手动控制和自动控制可转换(7)中频电源柜外形尺寸(l
×w×
h)1600mm
×
1000mm
×
2000mm。
65.优选的，整流触发电路模块101采用脉冲一致性好、抗干扰能力强的数字触发电路，自动实现与电网同步，而且具备相序自动适应能力，整流触发脉冲变压器安装在主控制电路板上，可简化电源柜的结构。
66.优选的，逆变电路模块102的逆变采用扫频式零压软启动方式，并设有自动重复启动电路，可防止中频电源偶尔的启动失败，提高了启动的可靠性，使启动成功率达到百分之百。逆变触发脉冲变压器采用强触发脉冲，对提高快速晶闸管的电流扩散能力、延长快速晶闸管的使用寿命十分有效。
67.优选的，调节器电路模块103采用中频电压，直流电流双闭环pi调节器。系统工作稳定，在系统调试过程中和逆变失败时，也不会发生电流失控的现象。
68.优选的，在控制电路中设有操作保护电路模块104，主电路与控制电路的上电、断电先后次序，以及使用人员的误操作等，均不会对系统产生任何不良影响。具体的保护功能有：(1)缺相保护——指示三相交流输入是否缺相及快熔故障显示；(2)过电流保护——系统过电流截止保护，过电流保护值不必调整，控制电路自动整定在额定输出电流的1.5倍数值上；(3)过电压保护——中频输出过电压保护，过电压保护值不必调整，控制电路自动整定在额定输出中频电压的1.2倍数值上。过电压保护动作一方面截止整流桥，另一方面直通逆变桥，能有效防止因输出电缆开路导致逆变晶闸管的损坏；(4)水压欠压保护——冷却水压力保护，保护动作具有8秒的延时，可防止水压的瞬时波动引起系统的误动作；(5)控制电源欠压保护——控制电路供电电压偏低保护，可防止控制电路掉电时，对主电路的乱触发。
69.优选的，操作保护电路模块104所有的保护均具有声光报警功能。在主回路中加入高能量吸收支路，可在故障时吸收系统内部(电抗器等)储存的能量，防止产生高压击穿可控硅。
70.作为本发明的一种优化方案，如图1到图6所示，下装料高温石墨化炉还包括电气控制系统110，电气控制系统110与液压升降机构50、真空系统60、水冷系统70、温度控制系
统80、充气系统90和中频电源100均连接以控制液压升降机构50、真空系统60、水冷系统70、温度控制系统80、充气系统90和中频电源100，电气控制系统110包括：电气柜111、plc控制器和触摸屏；plc控制器设置于电气柜111内，plc控制器用于控制液压升降机构50、真空系统60、水冷系统70、温度控制系统80、充气系统90和中频电源100，其中包括炉底盘14的升降、滑阀泵61的起停、气体的流量，冷却水的压力、温度的控制和热电偶81的转换；触摸屏与plc控制器连接，触摸屏用于显示液压升降机构50、真空系统60、水冷系统70、温度控制系统80、充气系统90和中频电源100的参数，其中包括系统主画面、水路画面、气路画面、温度设置画面、温度曲线和报警画面六个界面，操作人员通过触摸屏可得到下装料高温石墨化炉的运行状态。
71.优选的，为了防止粉尘等落入电气柜111，破坏电气元件的绝缘等性能，电气柜111柜体采用全密封结构并在顶部安装有风扇，可将工作过程中产生的热量排出。
72.优选的，下装料高温石墨化炉的电气控制系统110具有过流、过压、缺相、水压不足、超温、欠压等多项报警及联锁功能。
73.优选的，在触摸屏上有系统主画面、水路画面、气路画面、温度设置画面、温度曲线、报警画面。系统主画面类似一个模拟屏，将工作现场状态实时的演示出来，及时显示设备各部位的实时运行状态。同时还可实现各种自动操作，显示炉子的运行状态及主要故障点的情况。发生故障时可及时声光报警,实现最优化的控制。
74.优选的，水路画面可以显示冷却水总进水管的压力、温度，回水管的温度，每一区电极冷却水的压力、温度，并将这些参数以棒状图的形式进行显示。
75.优选的，气路画面可以显示氮气的压力、流量，丙烯的压力、流量，压缩空气的压力，天然气的压力、流量，罐内、罐外的压力，各个气动角座阀的开启状态，还可以在此画面上对电动调节阀进行手动和自动操作。
76.优选的，温度设置画面上可以用表格的形式对工艺曲线进行设定、修改；自动控制加热开始，数字显示各区的给定、实测温度值及加热运行的时间，自动调用并实时显示各区的pid等加热参数，同时显示设定曲线及实测值的跟踪曲线及各区超温报警状态。
77.优选的，温度曲线画面可以显示加热区的设定温度及实时温度的曲线，也可查询先前某一时间段各区温度的任意历史工艺曲线，并可将储存的工艺曲线存档，以备查询。
78.优选的，报警画面主要是用来记录事故或故障的类型、产生的时间、次数、恢复的情况等，并通过画面来提醒操作人员引起注意，如果故障比较严重，则首先停止系统的运行，同时发出声光报警信号。当故障排除后,系统能以恢复前的参数及状态继续执行工艺。
79.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种下装料高温石墨化炉，其特征在于，包括：石墨化炉本体(10)，所述石墨化炉本体(10)包括炉盖(11)、上炉体(12)、下炉体(13)、炉底盘(14)和装料盘(15)；所述炉盖(11)与所述上炉体(12)上端可拆卸地连接，所述上炉体(12)的下端与所述下炉体(13)的上端固定连接，所述下炉体(13)的下端与所述炉底盘(14)的上端可拆卸地连接，所述炉底盘(14)的下端与所述装料盘(15)的上端可拆卸地连接；发热体(20)，所述发热体(20)的下端固定于所述炉底盘(14)上，所述发热体(20)的上端向所述石墨化炉本体(10)内部延伸，待进行高温石墨化处理的工件放置于所述发热体(20)的内部；感应线圈(30)，所述感应线圈(30)沿所述发热体(20)的轴线环绕设置，所述感应线圈(30)的底部与所述下炉体(13)可拆卸连接；保温材料(40)，所述保温材料(40)设置于所述发热体(20)与所述感应线圈(30)之间，所述保温材料(40)用于对所述发热体(20)进行保温；液压升降机构(50)，所述液压升降机构(50)设置于所述石墨化炉本体(10)的下方，所述液压升降机构(50)的上端与所述装料盘(15)的下端抵接；其中，所述液压升降机构(50)将装有所述工件的所述装料盘(15)沿竖直方向顶起，当所述装料盘(15)的上端与所述炉底盘(14)的下端抵接时，所述工件进入所述发热体(20)内，所述感应线圈(30)产生交变磁场而产生感应电流使所述发热体(20)发热，并将热量辐射到置于其内部的所述工件上；其中，维修所述发热体(20)、所述保温材料(40)或所述感应线圈(30)时，所述液压升降机构(50)将装有拆卸后的所述发热体(20)、所述保温材料(40)或所述感应线圈(30)的所述炉底盘(14)沿竖直方向下降以进行维修。2.根据权利要求1所述的下装料高温石墨化炉，其特征在于，所述液压升降机构(50)包括：液压升降平台(51)；剪叉臂(52)，所述剪叉臂(52)与所述液压升降平台(51)的底部连接，所述剪叉臂(52)用于使所述液压升降平台(51)上升或下降；液压缸，所述液压缸与所述剪叉臂(52)连接，所述液压缸用于驱动所述剪叉臂(52)运行。3.根据权利要求2所述的下装料高温石墨化炉，其特征在于，所述高温石墨化炉还包括真空系统(60)，所述真空系统(60)与所述下炉体(13)连接，所述真空系统(60)包括：两台滑阀泵(61)，两台所述滑阀泵(61)通过真空管道与所述下炉体(13)连接，所述真空管道上设置有挡板阀，挡板阀用于控制所述真空管道的开启或关闭；蝶阀，所述蝶阀用于切换两台所述滑阀泵(61)之间的工作；多个过滤器(62)，每个所述滑阀泵(61)上均设置有一个所述过滤器(62)，所述过滤器(62)用于防止炉内的杂质进入所述滑阀泵内腔(61)。4.根据权利要求3所述的下装料高温石墨化炉，其特征在于，所述高温石墨化炉还包括水冷系统(70)，所述水冷系统(70)与所述感应线圈(30)和所述石墨化炉本体(10)连接，所述水冷系统(70)包括：
分配器，所述分配器通过多条进水管路向所述感应线圈(30)和所述石墨化炉本体(10)提供冷却水，每条所述进水管路上均设置有进水阀门以控制冷却水的流量；多个水流指示器，多个所述水流指示器分别一一对应设置于多条回水管路上，换热后的冷却水通过多条所述回水管路闭式回水以进行循环；流量开关，所述流量开关设置于所述感应线圈(30)的所述进水管路上以监测进入所述感应线圈(30)的冷却水的流量；温度传感器，所述温度传感器设置于所述感应线圈(30)的所述回水管路上以监测流出所述感应线圈(30)的冷却水的温度。5.根据权利要求4所述的下装料高温石墨化炉，其特征在于，所述高温石墨化炉还包括温度控制系统(80)，所述温度控制系统(80)与所述石墨化炉本体(10)连接，所述温度控制系统(80)包括：热电偶(81)，所述热电偶(81)设置于所述发热体(20)的上方，在低温时，所述热电偶(81)从所述发热体(20)的顶部插入到加热区内以监测所述加热区的温度；在高温时，所述热电偶(81)会被气缸自动提升到所述发热体(20)的顶部以外以免所述热电偶(81)在高温时损坏；远红外测温仪(82)，所述远红外测温仪(82)的远红外探头设置于所述炉盖(11)上，当所述热电偶(81)被提升到所述加热区以外时，立即自动切换启用所述远红外测温仪(82)以监测所述加热区的温度。6.根据权利要求5所述的下装料高温石墨化炉，其特征在于，所述高温石墨化炉还包括充气系统(90)，所述充气系统(90)与所述下炉体(13)连接，所述充气系统(90)包括：配气柜，所述配气柜通过管道与所述下炉体(13)连接，所述配气柜用于向所述石墨化炉本体(10)内输送氮气或氩气；所述石墨化炉本体(10)内的气体通过管道外排处理；其中，所述石墨化炉本体(10)的温度在常温至1450℃时，配气柜向所述石墨化炉本体(10)内通入氮气以作为保护气体；在温度大于1450℃以后，配气柜向所述石墨化炉本体(10)内通入氩气；当温度降至1450℃时，保护气体从氩气切换至氮气。7.根据权利要求6所述的下装料高温石墨化炉，其特征在于，所述高温石墨化炉还包括中频电源(100)，所述中频电源(100)与所述感应线圈(30)连接，所述中频电源(100)包括：整流触发电路模块(101)，所述整流触发电路模块(101)为数字触发电路以实现与电网自动同步，而且具备相序自动适应能力；逆变电路模块(102)，所述逆变电路模块(102)的逆变采用扫频式零压软启动方式，并设有自动重复启动电路，以防止所述中频电源(100)启动失败；所述逆变电路模块(102)的逆变触发脉冲变压器采用强触发脉冲；调节器电路模块(103)，所述调节器电路模块(103)采用中频电压和直流电流双闭环pi调节器；操作保护电路模块(104)，所述操作保护电路模块(104)用于保护所述中频电源(100)。8.根据权利要求7所述的下装料高温石墨化炉，其特征在于，所述高温石墨化炉还包括电气控制系统(110)，所述电气控制系统(110)与所述液压升降机构(50)、所述真空系统(60)、所述水冷系统(70)、所述温度控制系统(80)、所述充气系统(90)和所述中频电源(100)均连接以控制所述液压升降机构(50)、所述真空系统(60)、所述水冷系统(70)、所述
温度控制系统(80)、所述充气系统(90)和所述中频电源(100)，所述电气控制系统(110)包括：电气柜(111)；plc控制器，所述plc控制器安装于所述电气柜(111)内，所述plc控制器用于控制所述液压升降机构(50)、所述真空系统(60)、所述水冷系统(70)、所述温度控制系统(80)、所述充气系统(90)和所述中频电源(100)，其中包括炉底盘(14)的升降、滑阀泵(61)的起停、气体的流量，冷却水的压力、温度的控制和热电偶(81)的转换；触摸屏，所述触摸屏与所述plc控制器连接，所述触摸屏用于显示所述液压升降机构(50)、所述真空系统(60)、所述水冷系统(70)、所述温度控制系统(80)、所述充气系统(90)和所述中频电源(100)的参数，其中包括系统主画面、水路画面、气路画面、温度设置画面、温度曲线和报警画面六个界面，操作人员通过所述触摸屏可得到所述高温石墨化炉的运行状态。9.根据权利要求2所述的下装料高温石墨化炉，其特征在于，所述液压升降机构(50)还包括导向装置(53)，所述导向装置(53)设置于所述液压升降平台(51)的两侧，所述导向装置(53)用于防止所述液压升降平台(51)在升降过程中发生晃动。10.根据权利要求5所述的下装料高温石墨化炉，其特征在于，当所述加热区的温度超过1000℃时，所述热电偶(81)会被气缸自动提升到所述发热体(20)的顶部以外以免所述热电偶(81)在高温时损坏；所述炉盖(11)上设置有一根石墨管(83)，所述石墨管(83)的下端封闭并插入所述加热区的内部，所述石墨管(83)的上端与所述炉盖(11)上的法兰管(84)相连接，所述法兰管(84)的上部用石英玻璃密封，所述远红外探头通过石英玻璃对所述加热区内的温度进行探测，在所述法兰管(84)上接有进气管(85)，所述进气管(85)用于对所述石墨管(83)进行清扫以消除粉尘、废气对所述远红外探头的影响。

技术总结
本发明提供了一种下装料高温石墨化炉，包括：石墨化炉本体、发热体、感应线圈、保温材料和液压升降机构；石墨化炉本体包括炉盖、上炉体、下炉体、炉底盘和装料盘；液压升降机构设置于石墨化炉本体的下方，液压升降机构的上端与装料盘的下端抵接；液压升降机构将装有工件的装料盘沿竖直方向升起，当装料盘的上端与炉底盘的下端抵接时，工件进入发热体内，感应线圈产生交变磁场而产生感应电流使发热体发热，并将热量辐射到置于其内部的工件上；通过液压升降机构的升降可将装有发热体、保温材料和感应线圈的炉底盘下降以进行维修。本发明解决了现有技术中的高温石墨化炉采用传统的上料式装炉，操作人员需要在高处作业，装料和维修效率低等问题。低等问题。低等问题。


技术研发人员：余强 刘文成 余威 田吉祥 徐树恒
受保护的技术使用者：陕西蓝太航空设备有限责任公司
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/11