CN101481209A - 一种提高光纤预制棒拉伸炉中石墨件使用寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高光纤预制棒拉伸炉中石墨件使用寿命的方法，其属于光纤制造技术，现有光纤预制棒拉伸过程中构成石墨电炉的石墨件容易氧化、寿命低，制造成本高，本发明是在拉伸光纤预制棒时，在石墨拉伸炉的上端增加一个内径小于石墨拉伸炉炉口的玻璃管来包围光纤预制棒以减小玻璃预制棒与石墨拉伸炉之间的间隙，在石墨拉伸炉下端再增加一个水冷装置。该上、下炉口上的玻璃管、水冷装置不但可以有效降低炉体石墨件的氧化程度、提高炉体石墨件的使用寿命，降低制造成本，还可以起到保温作用，提高热量的利用率。
Description
技术领域
本发明属于光纤制造技术，具体的说是一种提高光纤预制棒拉伸炉中石墨件使用寿命的方法。
背景技术
随着玻璃预制棒尺寸的不断大型化，原广泛使用的横向火焰延伸技术已无法满足预制棒延伸的要求，更新型的纵向电炉延伸技术受到了广泛的研究，并取得了快速的进展。其中使用的电炉主要有感应电炉和石墨电炉，相对而言，石墨电炉相对比较稳定，容易控制，目前大多成熟的延伸设备采用石墨电炉。而石墨电炉的主要缺点是拉伸过程中，空气容易进入，导致石墨件(以石墨为材料制成的构成石墨电炉的构件)迅速氧化，从而使石墨件的寿命缩短。目前较多的专利文献涉及到光纤预制棒拉细成纤的石墨加热炉，如6941774号美国专利，而用于拉伸成多种尺寸规格的预制棒的石墨电炉的相关专利则较少。目前石墨加热炉基本采用气体保护来减少空气进入炉体，虽然在一定程度上减少了石墨件的损耗，但因石墨件的损耗造成的制造成本仍然占整个拉伸成本的一半左右。
尤其是一个石墨炉要应对多种拉伸规格时，例如将φ80-φ120的预制棒拉伸到φ40-80φ，石墨炉的上炉口、下炉口的间隙就存在很大的变数，氧气很容易被预制棒带入到炉体中对石墨炉的石墨件进行氧化。预制棒细化延伸与预制棒拉纤明显的不同之处在于，预制棒拉纤过程中，预制棒轴向是不旋转的。而预制棒细化延伸过程中，整个棒体沿轴向是旋转的，从而上炉口、下炉口与预制棒之间都要有一定的旋转间隙，因此，在延伸过程中，有时为了减小炉口间隙，通常人为地增加一些石墨挡快。这样，容易造成炉体温度场波动，也增加了不安全因素。
此外，较大的间隙也会造成保护气体的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有光纤预制棒拉伸过程中构成石墨电炉的石墨件容易氧化而造成的寿命降低、制造成本高的缺陷，提供一种提高光纤预制棒拉伸炉中石墨件使用寿命的方法。为此，本发明采用以下技术方案：
一种提高光纤预制棒拉伸炉中石墨件使用寿命的方法，其特征是拉伸光纤预制棒时，在石墨拉伸炉炉口的上端增加一个玻璃管来包围光纤预制棒以减小玻璃预制棒与石墨拉伸炉之间的间隙，在石墨拉伸炉下端再增加一个水冷装置。
经研究实践，发现预制棒的辅助接尾棒(其为预制棒两端的把持部分，用于与拉伸夹具连接，不作拉伸使用)的尺寸是可以人为控制的，可以加工到一定的直径，同时能保证同轴度和圆度；而拉伸出来的预制棒一般情况下为φ40、φ50、φ60、φ70、φ80等整数数值，误差基本可以控制在±3mm以内。根据这两点，可以在拉伸炉上下炉口增加装置，保证整个延伸过程中，使炉体产生一定的正压，减少空气进入炉体，从而提高石墨件的使用寿命。这就是本发明的根本构思。
本发明的特点：拉伸光纤预制棒时，在石墨拉伸炉的上端增加一个玻璃管来包围光纤预制棒以延长空气进入炉体的路径，还可以将玻璃管的内径限制在小于石墨拉伸炉炉口内径的范围来减小空气进入炉体的间隙，可以很好地阻止空气进入炉体，在石墨拉伸炉下端再增加一个水冷装置，能够有效地减小预制棒与炉体的间隙，可以减少使炉体内部达到一定压力的惰性气体的流量，从而降低成本。该上、下炉口上的玻璃管、水冷装置不但可以有效降低炉体石墨件的氧化程度、提高炉体石墨件的使用寿命，降低制造成本，还可以起到保温作用，提高热量的利用率。
本发明可以从下面详细的说明及所附的图中获得更全面的理解，这里的附图与说明只是用作解释目的，不应视之为对本发明的限制。
附图说明
图1为光纤预制棒石墨拉伸炉的基本结构，它揭示了拉伸光纤预制棒时提高石墨拉伸炉炉体的石墨件使用寿命的基本原理。
该炉体的主要结构为：上盖板4、炉壳41和下盖板42组成炉体的外部保护体及冷却装置，石墨毡6、61和62组成炉体的保温结构，以及石墨加热体7、石墨中套管8、水冷及气体保护装置5与51。可以看出，在不增加本发明的玻璃管、水冷装置时，该炉体的上、下炉口与预制棒3的间隙非常大，很容易使空气进入炉体，而炉体形成后，即在其中心形成两端开口的管状拉伸腔，该拉伸腔的端口即形成拉伸炉的炉口。玻璃管2安装在水冷及气体保护装置5上端，圆形盖板1盖在玻璃管2上。水冷装置9固定在水冷及气体保护装置51下端。
图2为水冷装置9的截面半剖图。箭头方向为进水和出水的方向，尺寸d为该结构的可变尺寸，有φ46、φ56、φ66、φ76、φ86等多种规格。
该水冷装置9与炉体采用螺钉连接，易于拆装。该水冷装置实质为一个不锈钢焊接的水循环系统。
具体实施方式
以下对本发明做更具体的说明。
本发明提高光纤预制棒拉伸炉中石墨件使用寿命的方法，如图1、2所示，是在石墨拉伸炉炉口的上端增加一个玻璃管来包围光纤预制棒以减小玻璃预制棒与石墨拉伸炉之间的间隙，在石墨拉伸炉下端再增加一个水冷装置。
进一步的，
玻璃管的内径小于石墨拉伸炉炉口的内径。
玻璃管的长度以在整个拉伸过程中玻璃预制棒未拉伸部分全部位于玻璃管及炉体内。
玻璃管上端有一个与玻璃管端口配合平整的盖子，该盖子具有直径为40.5±0.3mm的孔。
水冷装置用螺钉与炉子连接。
石墨拉伸炉的上炉口通入惰性气体并从石墨拉伸炉的下炉口排出，且惰性气体的流量能够保证玻璃管的上端口不会进入空气。玻璃管的上端焊有一个用于通入惰性气体(如氮气)的玻璃小管11，以阻止上端空气进入。
具体拉伸时，根据预制棒的规格，选择水冷装置9的规格，安装到水冷及气体保护装置51下端，连接好水路系统。将圆形盖子1套在预制棒3上端的尾棒上。将尾棒夹持到上夹具上，启动上夹具运动电机，使预制棒3进入玻璃管直至落到起始拉伸位置。通入保护气体，开启水循环系统，然后按照常规程序对预制棒进行拉伸。
如石墨中套管8直径为φ130mm的拉伸炉，被拉伸预制棒延伸前直径为φ(80-120)mm，有效长度为700mm，目标延伸直径为φ(40-80)mm。预制棒的辅助接尾棒为φ40mm的石英棒，其圆周误差为±0.2mm。
针对这一规格的石墨炉，制作玻璃管2的长度为550mm，内径为φ130mm，外径为φ140mm，两端均焊接法兰，保证端面与管子的垂直度0.05mm。玻璃管上端管壁上焊接一内径为3/8′的玻璃小管，用于通入惰性气体如氮气作为保护气体。圆形盖子1采用石英玻璃制作，厚度为8mm，外径为150mm，其孔内径为40.5mm。水冷装置9的外径240mm，内径规格为φ46mm、φ56mm、φ66mm、φ76mm、φ86mm，分别对应目标外经为φ40mm、φ50mm、φ60mm、φ70mm、φ80mm的预制棒。
实例1：预制棒3的直径为φ120mm，长度为700mm，尾棒直径为φ40mm，拉伸目标直径为φ60mm，选用内径为φ66mm的水冷装置9，炉体总共气路有5路，口径均为3/8′，计算得到通入气体的总气口理论面积为356mm2。理论炉体出口面积为625mm2。若不安装下端水冷装置和上端玻璃管，则出口理论面积为4306mm2。因此，理论气流量只需原先的14.5％。
实例2：预制棒3的直径为φ100mm，长度为700mm，尾棒直径为φ40mm，拉伸目标直径为φ50mm，选用内径为φ56mm的水冷装置9，炉体总共气路有5路，口径均为3/8′，计算得到通入气体的总气口理论面积为356mm2。理论炉体出口面积为531mm2。若不安装下端水冷装置和上端玻璃管，则出口理论面积为8477mm2。因此，理论气流量只需原先的6.3％。
由于实际生产中预制棒规格较多，居实际使用统计，原先10mm厚中套管的使用寿命为56次，石墨加热器的寿命为185次。在安装本发明的装置后，石墨中套管的寿命将达到约160次，延长了2.86倍；石墨加热体的寿命将达到约450次，延长了2.43倍。
需要特别指出的是，上述实施例的方式仅限于描述实施例，但本发明不只局限于上述方式，且本领域的技术人员据此可在不脱离本发明的范围内方便的进行修饰，因此本发明的范围应包括本发明所揭示的原理和新特征的最大范围。
Claims (7)
1、一种提高光纤预制棒拉伸炉中石墨件使用寿命的方法，其特征是拉伸光纤预制棒时，在石墨拉伸炉炉口的上端增加一个玻璃管来包围光纤预制棒以减小玻璃预制棒与石墨拉伸炉之间的间隙，在石墨拉伸炉下端再增加一个水冷装置。
2、根据权利要求1所述的一种提高光纤预制棒拉伸炉中石墨件使用寿命的方法，其特征是所述玻璃管的内径小于石墨拉伸炉炉口的内径。
3、根据权利要求1所述的一种提高光纤预制棒拉伸炉中石墨件使用寿命的方法，其特征是所述玻璃管的长度以在整个拉伸过程中玻璃预制棒未拉伸部分全部位于所述的玻璃管及炉体内。
4、根据权利要求1所述的一种提高光纤预制棒拉伸炉中石墨件使用寿命的方法，其特征是所述玻璃管上端有一个与玻璃管端口配合平整的盖子，该盖子具有直径为40.5±0.3mm的孔。
5、根据权利要求1所述的一种提高光纤预制棒拉伸炉中石墨件使用寿命的方法，其特征是所述的水冷装置用螺钉与炉子连接。
6、根据权利要求1所述的一种提高光纤预制棒拉伸炉中石墨件使用寿命的方法，其特征是所述石墨拉伸炉的上炉口通入惰性气体并从所述石墨拉伸炉的下炉口排出，且所述惰性气体的流量能够保证所述玻璃管的上端口不会进入空气。
7、根据权利要求6所述的一种提高光纤预制棒拉伸炉中石墨件使用寿命的方法，其特征是在所述玻璃管的上端焊有一个用于通入惰性气体的玻璃小管。
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