CN102745883B - 主动加压中频炉熔拉石英玻璃棒材的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动加压中频炉熔拉石英玻璃棒材的装置及方法，包括中频炉炉盖、中频感应圈，中频感应圈内设有石墨坩埚，石墨坩埚的下部设有石墨下料口或成型器，石墨坩埚内设有石墨压板，石墨压板的上部连接有石墨连接压杆，石墨连接压杆向上穿透所述中频炉炉盖，石墨连接压杆的上部设有定位石墨盘，定位石墨盘上能放置配重砝码，熔拉过程中，当石英玻璃坨开始形成挂壁料时，在定位石墨盘上放置配重砝码，进行加压熔拉，大大减少了熔拉过程中抽芯棒的比例，有效提高了熔拉得料率。
Description
技术领域
本发明涉及一种石英玻璃棒材的熔拉技术，尤其涉及一种主动加压中频炉熔拉石英玻璃棒材的装置及方法。
背景技术
随着光纤及光通讯是信息产业的发展，作为通讯传输中重要载体的石英系光纤光缆，在光纤通讯中起着不可替代的作用。
目前，典型的光纤预制棒制造方法有两类：一是管内法，包括改进的化学气相沉积法（MCVD）和等离子体化学气相沉积法（PCVD）；另一类是管外法，主要包括外部气相沉积法（OVD）和轴向气相沉积法（VAD）。在上述四大工艺方法生产光纤预制棒及光纤拉丝的整个过程链中均需要使用大量的高纯石英玻璃棒材。光纤制造用配套石英玻璃棒的质量要求高纯度、高强度、低缺陷、高温下低变形。
现有技术中，生产棒材的方法有如下两种：
1）电连熔一步法：
采用高纯石英砂在钨钼电连熔炉中一次熔融拉制石英玻璃棒材。因工艺的局限性带来以下难以克服的缺点：棒芯缺陷：连熔炉结构中必须有芯杆，芯杆的污染造成棒芯与棒体成分及结构的差异；可拉制的范围小，目前一般在30mm以内；且内在气泡难以排出；玻璃中的组分（尤其是H、OH）不稳定，在高温下易扩散、膨胀造成棒材的严重变形；生产过程是连续的，熔拉过程不能灵活改变拉制的规格尺寸。鉴于该工艺难以克服的缺陷，限制了其在光纤制造领域的应用，各光纤制造商在关键工序都已明确禁止使用。
2）气炼—电熔两步法：
第一步：水晶原料在氢氧焰中利用制坨机生产石英玻璃坨；
第二步：在熔拉机组高温熔融拉制石英玻璃棒材，通常有两种熔融工艺，1）电阻炉熔融法，因该法升温慢、能源消耗（用电）大、电极及坩埚用石墨材料消耗多，目前先进的生产商已经淘汰。2）中频感应炉熔融法，该法克服了电阻炉熔融法的缺点，是先进生产企业常用的熔拉方法。
气炼—电熔两步法因采用的是高纯水晶为原料、在高纯的氢氧焰中熔炼，同时又经过了二次熔融拉制，因此石英玻璃的质量大幅度提高，可满足光纤制造用配套石英玻璃棒的高质量要求。另外因该法属于间歇式生产，在生产的规格、尺寸方面灵活易变，拉制的规格尺寸范围大（直径从几mm-150mm），可满足不同光纤生产商、生产工艺需要的各种规格。
如图1至图3所示，现有技术中的气炼—电熔两步法中的气炼—中频炉熔拉法中，中频炉常压熔拉：石英坨在中频炉中高温熔融后，经石墨成型口，利用拉棒机的牵引和石英玻璃料的自重双重作用，有接触式拉制成型石英玻璃棒材，整个拉制过程中成型口的出料量取决于炉内石英玻璃（软化的和熔融的）重量以及炉内温度，因在拉制阶段成型口的温度要求是相对稳定的，温度过高尽管可以增大熔化量但玻璃不易成型，拉制过程容易造成棒的弯曲；温度过低达不到石英玻璃的软化操作温度是无法拉制的，因此温度必须控制在一定的范围。因此实际熔拉过程的出料量仅取决于炉内石英玻璃的自重，因石英玻璃在高温下的粘度特性，粘滞的石英玻璃将在石墨坩埚形成大量的“挂壁料”，因此随着熔拉过程的进行，炉内自重降低，这些”挂壁料”流动性极差，在进一步拉制过程中将不再是实心的棒材而成为芯子越来越大的“抽芯棒材”!通常情况下拉制一炉50kg的石英玻璃，“抽芯棒”约为20kg，实际有效得料率仅为60％。
发明内容
本发明的目的是提供一种抽芯棒少、熔拉得料率高的主动加压中频炉熔拉石英玻璃棒材的装置及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的主动加压中频炉熔拉石英玻璃棒材的装置，包括中频炉炉盖、中频感应圈，所述中频感应圈内设有石墨坩埚，所述石墨坩埚的下部设有石墨下料口或成型器，所述石墨坩埚内设有石墨压板，所述石墨压板的上部连接有石墨连接压杆，所述石墨连接压杆向上穿透所述中频炉炉盖，所述石墨连接压杆的上部设有定位石墨盘，所述定位石墨盘上能放置配重砝码。
本发明的上述主动加压中频炉熔拉石英玻璃棒材的装置实现石英玻璃棒材熔拉的方法，包括步骤：
首先将石英玻璃坨放入石墨坩埚中，在石英玻璃坨上加放石墨压板，将带螺纹的石墨连接压杆旋至石墨压板上，盖上带冷却水的炉盖，在石墨连接压杆上加放定位石墨盘，开启中频感应炉电源，在达到熔拉温度后进行常压熔拉；
当所述石英玻璃坨开始形成挂壁料时，在所述定位石墨盘上放置配重砝码，进行加压熔拉。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的主动加压中频炉熔拉石英玻璃棒材的装置及方法，由于石墨坩埚内设有石墨压板，石墨压板的上部连接有石墨连接压杆，石墨连接压杆向上穿透所述中频炉炉盖，石墨连接压杆的上部设有定位石墨盘，定位石墨盘上能放置配重砝码，熔拉过程中，当石英玻璃坨开始形成挂壁料时，在定位石墨盘上放置配重砝码，进行加压熔拉，大大减少了熔拉过程中抽芯棒的比例，有效提高了熔拉得料率。
附图说明
图1、图2、图3为现有技术中中频炉常压熔拉过程的示意图；
图4、图5、图6为本发明中中频炉主动加压熔拉过程的示意图。
1、中频炉炉盖（带循环冷却水），2、中频感应圈，3、石墨坩埚，4、石英玻璃坨，5、石墨下料口（或成型器），6、熔拉的石英玻璃棒，7、抽芯棒，8、带标尺的石墨连接压杆，9、定位石墨盘，10、石墨压板，11、配重砝码。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明主动加压中频炉熔拉石英玻璃棒材的装置，其较佳的具体实施方式是：
包括中频炉炉盖、中频感应圈，所述中频感应圈内设有石墨坩埚，所述石墨坩埚的下部设有石墨下料口或成型器，所述石墨坩埚内设有石墨压板，所述石墨压板的上部连接有石墨连接压杆，所述石墨连接压杆向上穿透所述中频炉炉盖，所述石墨连接压杆的上部设有定位石墨盘，所述定位石墨盘上能放置配重砝码。
所述石墨连接压杆为带标尺的石墨连接压杆，所述石墨连接压杆与所述石墨压板螺纹连接。
所述中频炉炉盖带有冷却水。
本发明的上述的主动加压中频炉熔拉石英玻璃棒材的装置实现石英玻璃棒材熔拉的方法，其较佳的具体实施方式包括步骤：
首先将石英玻璃坨放入石墨坩埚中，在石英玻璃坨上加放石墨压板，将带螺纹的石墨连接压杆旋至石墨压板上，盖上带冷却水的炉盖，在石墨连接压杆上加放定位石墨盘，开启中频感应炉电源，在达到熔拉温度后进行常压熔拉；
在所述石英玻璃坨开始形成挂壁料时，在所述定位石墨盘上放置配重砝码，进行加压熔拉。
上述步骤中，可以根据所述石墨连接压杆上的标尺确定所述石英玻璃坨开始形成挂壁料的时间。
本发明采用气炼—电熔两步法中的气炼—中频炉熔拉法，并在传统常压熔拉技术的基础上实施了主动加压熔拉，大大减少了熔拉过程中抽芯棒的比例，有效提高了熔拉得料率。
具体实施例：
如图4、图5、图6所示，三个示意图分别代表熔拉过程的起始状态、中间状态及结束状态。
中频炉主动加压熔拉是在现有技术的基础上，在开始形成“挂壁料”时，通过实施主动加压，增加这些“挂壁料”的流动性，使原来拉制过程成为抽芯部分的“挂壁料”不再形成“空心”，同样情况下拉制一炉50kg的石英玻璃，“抽芯棒”约为5kg（此部分为成型器中的存料），实际有效得料率提高到90％。
采用本发明对同样拉制一炉50kg的石英玻璃，每炉节约石英玻璃15kg，按120元/kg计算，节约成本15＊120=1800元/炉，按每天每台炉拉制两炉、一年200天计算，节约材料成本：1800＊2＊200=720000元！
具体实施例的具体的设备和参数：
1）中频感应加热做熔拉热源；
2）石墨作为熔拉的坩埚、成型器以及炉内接触式压板；
3）出料口控制温度：1800±20℃；
4）内接触压板尺寸：直径=石墨坩埚内径—5～10mm；厚度=50～100mm；
5）主动加压的压力（以外加重量计算）计算：经过大量的试验，取单位面积（cm2）0.07～0.08kg为宜，如内径为280mm坩埚，加压重量为：3.14＊142＊(0.07～0.08)=43～50kg；
6)开始加压时间控制：在石墨坩埚内坨面下降到埚台上部200mm位置时开始实施加压。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种主动加压中频炉熔拉石英玻璃棒材的装置，包括中频炉炉盖、中频感应圈，所述中频感应圈内设有石墨坩埚，所述石墨坩埚的下部设有石墨下料口或成型器，其特征在于，所述石墨坩埚内设有石墨压板，所述石墨压板的上部连接有石墨连接压杆，所述石墨连接压杆向上穿透所述中频炉炉盖，所述石墨连接压杆的上部设有定位石墨盘，所述定位石墨盘上能放置配重砝码；
所述石墨连接压杆为带标尺的石墨连接压杆，所述石墨连接压杆与所述石墨压板螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的主动加压中频炉熔拉石英玻璃棒材的装置，其特征在于，所述中频炉炉盖带有冷却水。
3.一种权利要求1或2所述的主动加压中频炉熔拉石英玻璃棒材的装置实现石英玻璃棒材熔拉的方法，其特征在于，包括步骤：
首先将石英玻璃坨放入石墨坩埚中，在石英玻璃坨上加放石墨压板，将带螺纹的石墨连接压杆旋至石墨压板上，盖上带冷却水的炉盖，在石墨连接压杆上加放定位石墨盘，开启中频感应炉电源，在达到熔拉温度后进行常压熔拉；
当所述石英玻璃坨开始形成挂壁料时，在所述定位石墨盘上放置配重砝码，进行加压熔拉。
4.根据权利要求3所述的主动加压中频炉熔拉石英玻璃棒材的装置实现石英玻璃棒材熔拉的方法，其特征在于，根据所述石墨连接压杆上的标尺确定所述石英玻璃坨开始形成挂壁料的时间。
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