CN102875018B - 一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备及其加热保温方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤预制棒制造领域，是一种玻璃棒预加热处理设备和预处理的方法。尤其是通过对高纯环境控制下，自动控制的电加热系统，可实现恒温的方法。包括电源变压器、运棒车、反应炉、导流单元、压力传感器、压力表、热电偶、移出式载物台、载物台导轨、炉内支撑架、载物台前后控制电机M2、载物台左右控制电机M1、温度控制器和功率控制器。其加热保温方法为：1）玻璃棒的装炉；2）充入保护气体氮气；3）设定温度控制过程；4）卸棒；5）降温。本发明恒温控制过程温度精确，炉体温度分布均匀；氮气氛围纯度高、保证该过程中预制棒表面没杂质吸附，保证纯度；高温环境500℃实现不停炉高温取棒，自动化程度高，过程降低人为风险因素。

Description

一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备及其加热保温方法
技术领域
    本发明一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备及其加热保温方法涉及光纤预制棒制造领域，是一种玻璃棒预加热处理设备和预处理的方法。尤其是通过对高纯环境控制下，自动控制的电加热系统，可实现恒温的方法。
背景技术
目前国内加热处理的设备一般采用燃料加热、电加热两种方式。
在当前国际社会提出的“节能减排”政策，以限制CO2等温室气体排放。受此影响燃料加热方式的设备，正逐步淡出工业应用中，电加热的方式在工业应用中得到广泛的普及。
一般热量的传递方式分为：热传导、热辐射、热对流。一般在低温控制加热系统中常采用的是对流的传递方式。
由于目前国内加热设备普遍存在热量分布不均，保温能力差，温度控制精度差等，导致加热过程需持续加热功耗非常大的缺点。另在预制棒制造领域，对环境洁净度的要求非常高，一般加热设备内易造成杂质高温挥发造成产品污染等弊端，受此影响易造成预制棒衰减超标、析晶等现象。高温环境，预制棒取出过程难度大、难以做到过程无污染源、自动化程度低。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处，提供一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备及其加热保温方法，在充满氮气、洁净氛围环境下，通过电阻加热，引入高温导流系统实现热力分布均匀的控制，环境温度恒定以解决不能实现高纯环境预热处理玻璃棒以及因运棒过程而容易引入二次污染的问题。此套设备可将玻璃棒加热至400-500℃，并保证玻璃棒在使用前表面温度不被降低。实现高纯玻璃棒的装卸过程没有二次污染。
一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备及其加热保温方法是采取以下技术方案实现的：
一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备包括电源变压器、运棒车、反应炉、导流单元、压力传感器、压力表、热电偶、移出式载物台、载物台导轨、炉内支撑架、载物台前后控制电机M2、载物台左右控制电机M1、温度控制器和功率控制器。
运棒车独立设置在反应炉外部；在反应炉上方装设有导流单元，导流单元具有氮气储气罐、电磁阀和气体出口，在导流单元的气体出口处安装有电磁阀，用以控制气体出口的通断；在反应炉炉体外壁一侧安装有压力表和压力传感器，用于检测炉体压力；在反应炉炉体侧壁的上、中、下三个位置分别装设有热电偶，用以检测炉体温度分布状况；热电偶通过补偿导线与温度控制器相连接；反应炉炉体内壁上设有耐火材料层，在耐火材料层外侧设有保温层，可以保证炉子隔热，防止热量损失；在炉体内壁左、右两侧分别设有加热电阻排，加热电阻排与炉子电源变压器的二次侧通过电缆连接，电源变压器的一次侧与功率控制器通过电缆连接，功率控制器控制加热电阻排的功率，加热电阻排是炉子升温、保温操作过程中的加热元件；在反应炉炉腔内安装有载物台导轨，在载物台导轨上安装有炉内支撑架，移出式载物台活动设置在炉内支撑架上；在移出式载物台侧面安装有载物台前后控制电机M2和载物台左右控制电机M1，控制移出式载物台沿载物台导轨做左、右或前、后移动。
在反应炉的上方还设有抽风口，在抽风口装有抽风阀。
在移出式载物台上安装有运动控制手柄，在移动载物台运动过程中起到推、拉作用。
所述运动控制手柄配有专用钥匙，用以接通、关断载物台移动电机电源，保证只有授权人员才具备操作权限。
所述的耐火材料成分为轻质粘土砖，耐火度为1670-1710℃。
所述保温层采用玻璃纤维，最高使用温度为750℃。
所述与加热电阻排连接的电缆采用2X185mm2RVVZ电缆。
在反应炉炉体下方引出接线柱，接线柱与炉体内部加热电阻排相连接，接线柱通过185mm2RVVZ电缆连接到功率控制器。
所述加热电阻排材质为镍镉合金体（主要成分为Cr2ONi8O）。
所述炉子电源变压器采用日本FUKUDA干式变压器，容量为100KVA,一次侧电压为380V，二次侧电压为200V，给加热电阻排供电。
在运棒车上部设有石英罩，在所述石英罩底部设有高强度密封圈，石英罩与运棒车之间通过铰链连接。
所述高强度密封圈采用TEMAC品牌TC-33系列(主要成分：特殊芳纶纤维和优质丁啨橡胶)，最高耐受温度450℃。
所述压力传感器采用日本长野压力传感器（0-5V DC输出，量程0-5Mpa）、压力表采用日本长野（0-1Mpa）、热电偶采用honeywell K型热电偶（0-1000℃）、温度控制器日本千野仪表（DP1000）和功率控制器采用东方四通（KTF1-105KVA/3X380）。
一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备的加热保温方法包括如下步骤：
1）玻璃棒的装炉
将玻璃棒放置在运棒车台面的支撑件上，固定移出式载物台和运棒车的搭扣，开启运棒车电源，使用运动控制手柄控制移出式载物台，平缓的将玻璃棒推至反应炉内；开启载物台前后控制电机M2，直到移出式载物台触碰到炉内限位停止；松开搭扣，开启载物台前后控制电机M2后退按钮，此时移出式载物台落在炉内支撑架上，拉动料车手柄将运棒车拉出，同时关闭炉门。
所述载物台前后控制电机M2的转速为40rpm/min～50rpm/min
2）充入保护气体氮气
检查炉体压力表指示，打开电磁阀向炉体内充入氮气，观察压力表指示，使其保持在0.1Mpa～0.2Mpa之间，达到设定值时电磁阀自动关闭，压力表示数不再变化。
所述设定值优选0.15Mpa。
3）设定温度控制过程
打开温度控制器的功能键，通过调节按钮选择升温或保温程序，并通过调节旋钮对参数进行编辑，即设定时间轴时间和温度轴数值，当设定完成后按下确认键保存设定内容。在此过程中，通过温度控制器根据实际需要设定升温曲线、保温曲线(STEP1曲线)，以适应不同需求。
例如：需要升温时，设定STEP1升温曲线为0-100℃，对应升温时间为0.5h；100-200℃，对应升温时间1h；200-500℃升温时间为1.5h；500℃恒温、保温时间为999.99h(无穷)。
需要降温时，设定STEP2降温曲线从1h内，从500℃保温阶段降低到室温。
降温过程与升温过程相反，加热器停止功率输出；当上一炉保温的玻璃棒全部运输到生产现场时（进入下一道生产工序过程）。此时需要准备继续保温下一炉玻璃棒，可以手动切换到降温程序STEP2。首先对炉子降温，然后可继续装棒生产，炉子温度将按照STEP2降温曲线在1h内从500℃降低到室温（其中h表示小时）。
在升温或保温过程中，热电偶不断反馈检测实时温度，将实时温度同时反馈到温度控制器，温度控制器将控制信号发送到功率控制器，功率控制器判定是否达到设定值，从而控制可控硅达到控制功率的目的；当实时温度达到设定条件时，温度控制器进入保温程序，保温过程中，热电偶不断反馈检测实时温度，将实时温度反馈到温度控制器，如在保温过程中温度降低，温度控制器将给功率控制器发出信号，功率控制器自动调节功率出力，维持恒定炉温。
4）卸棒
需使用玻璃棒时，打开炉门，通过运动控制手柄推动运棒车到炉门处，开启载物台前后控制电机M2运出移出式载物台；拖出运棒车，同时关闭炉门；当运棒车到达指定位置后，开启载物台左右控制电机M1电源，将实现移出式载物台的侧滑，将移出式载物台滑动到洁净运棒车内，放下石英罩，将玻璃棒运输到使用现场。
所述载物台前后控制电机M2的转速为40rpm/min～50rpm/min。
所述载物台左右控制电机M1的转速为20rpm/min～28rpm/min。
5）降温
步骤4）结束后，需要使反应炉降温至室温为下次生产做准备。打开温度控制器的功能键，手动切换到STEP2降温程序，功率控制器停止输出；手动打开抽风阀，外围抽风开启同时将打开导流单元的电磁阀，向炉体内充入强冷氮气，所述氮气流量为500-800L/min,此时炉体压力数值维持在0.05-0.1Mpa之间；维持1h左右，此时导流单元电磁阀关闭，冷却过程结束，温度控制仪显示温度在25-30℃之间，降温过程结束。
所述外围抽风速度为5m/s。
本发明利用该方法首先将玻璃棒完成装炉后，对炉体内部充入氮气，炉体压力表显示参考数值，同时压力传感器检测达到设定值时输出信号，电磁阀自动关闭。经过一段过程点检，确认各项参数正常后，炉温控制器设定炉子工作过程，开始加热。所有加热、保温过程由炉温控制器设定，具体保温时间可以参照生产流程需要设定。
本发明与背景技术相比有如下优点：
1.  恒温控制过程温度精确，炉体温度分布均匀（炉体采用5点法测温，温度偏差不超过±5℃）；
2.  氮气氛围纯度高、保证该过程中预制棒表面没杂质吸附，保证纯度；
3.  高温环境500℃实现不停炉高温取棒，自动化程度高，过程降低人为风险因素。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明的一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备结构示意图。
图2是本发明的运棒车结构示意图。
图3是本发明一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备的加热保温控制方法的原理图。
图4是本发明温度控制曲线图。
图中： 1、运棒车，2、导流单元，3、压力传感器，4、压力表，5、热电偶，6、移出式载物台，7、载物台导轨，8、温度控制器，9，功率控制器，10、反应炉，11、导流单元内三相变频电机，12、电磁阀，13、气体出口，14、补偿导线，15、耐火材料层，16、保温层，17、加热电阻排，18、运动控制手柄，19、石英罩，20、高强度密封圈，21、铰链，22、搭扣，23、炉内支撑架，24、抽风阀。
具体实施方式
参照附图1～4，本发明一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备包括电源变压器、运棒车1、反应炉10、导流单元2、压力传感器3、压力表4、热电偶5、移出式载物台6、载物台导轨7、载物台前后控制电机M2、载物台左右控制电机M1、温度控制器8和功率控制器9。
运棒车1独立设置在反应炉10外部；在反应炉10上方装设有导流单元2，保证生产过程中温度场维持均衡，导流单元2具有氮气储气罐11、电磁阀12和气体出口13，在导流单元2的气体出口13处安装有电磁阀12，用以控制气体出口13的通断；在反应炉10炉体外壁一侧安装有压力表4和压力传感器3，用于检测炉体压力；在反应炉10炉体侧壁的上、中、下三个位置分别装设有热电偶5，用以检测炉体温度分布状况；热电偶5通过补偿导线14与温度控制器8相连接；反应炉10炉体内壁上设有耐火材料层15，在耐火材料层15外侧设有保温层16，可以保证炉子隔热，防止热量损失；在炉体内壁左、右两侧分别设有加热电阻排17，加热电阻排17与炉子电源变压器的二次侧通过电缆连接，电源变压器的一次侧与功率控制器9通过电缆连接，功率控制器9控制加热电阻排17的功率，加热电阻排17是炉子升温、保温操作过程中的加热元件；在反应炉10炉腔内安装有载物台导轨7，在载物台导轨7上安装有炉内支撑架23，移出式载物台6活动设置在炉内支撑架23上；在移出式载物台6侧面安装有载物台前后控制电机M2和载物台左右控制电机M1，控制移出式载物台6沿载物台导轨7做左、右或前、后移动。
在反应炉的上方还设有抽风口，在抽风口装有抽风阀24。
在移出式载物台6上安装有运动控制手柄18，在移岀式载物台6运动过程中起到推、拉作用。
所述运动控制手柄18配有专用钥匙，用以接通、关断载物台前后控制电机M2和载物台左右控制电机M1的电源，保证只有授权人员才具备操作权限。
所述的耐火材料层15采用轻质粘土砖，耐火度为1670-1710℃。
所述保温层16采用玻璃纤维，最高使用温度为750℃。
所述电缆采用2X185mm2RVVZ电缆。
在反应炉10炉体下方引出接线柱，接线柱与炉体内部加热电阻排17相连接，接线柱通过电缆连接到功率控制器9。
所述加热电阻排17材质为镍镉合金体（主要成分为Cr2ONi8O），此加热电阻排对称分布于炉子内壁两侧。
所述炉子电源变压器采用日本FUKUDA干式变压器，容量为100KVA,一次侧电压为380V，二次侧电压为200V，给加热电阻排17供电。
在运棒车1上部设有石英罩19，在所述石英罩19底部设有高强度密封圈20，石英罩19与运棒车1之间通过铰链21连接。
所述高强度密封圈采用TEMAC品牌TC-33系列(主要成分：特殊芳纶纤维和优质丁啨橡胶)，耐受温度450℃。
所述压力传感器采用日本长野压力传感器（0-5V DC输出，量程0-5Mpa）、压力表采用日本长野（0-1Mpa）、热电偶采用honeywell K型热电偶（0-1000℃）、温度控制器日本千野仪表（DP1000）和功率控制器采用东方四通（KTF1-105KVA/3X380）。
一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备的加热保温方法包括如下步骤：
1）玻璃棒的装炉
将玻璃棒放置在运棒车1台面的支撑件上，固定移出式载物台6和运棒车1的搭扣22，开启运棒车1电源，使用运动控制手柄18控制移出式载物台6，平缓的将玻璃棒推至反应炉10内；开启载物台前后控制电机M2，直到移出式载物台6触碰到炉内限位停止；松开搭扣22，开启载物台前后控制电机M2后退按钮，此时移出式载物台6落在炉内支撑架上，拉动料车手柄将运棒车1拉出，同时关闭炉门。
所述载物台前后控制电机M2的转速为40rpm/min～50rpm/min。
2）充入保护气体氮气
检查炉体压力表4指示，打开电磁阀12向炉体内充入氮气，观察压力表4指示，使其保持在0.1Mpa～0.2Mpa之间，达到设定值时电磁阀12自动关闭，压力表4示数不再变化。
所述设定值优选0.15Mpa。
3）设定温度控制
打开温度控制器8的功能键，通过调节按钮选择升温或保温程序，并通过调节旋钮对参数进行编辑，即设定时间轴时间和温度轴数值，当设定完成后按下确认键保存设定内容。在此过程中，通过温度控制器根据实际需要设定升温曲线、保温曲线(STEP1曲线)，以适应不同需求。
例如：需要升温时，设定STEP1升温曲线（室温—500℃过程），具体阶段为 室温-100℃，对应升温时间为0.5h；100-200℃，对应升温时间1h；200-500℃升温时间为1.5h；500℃恒温、保温时间为999.99h(无穷，此时对应曲线为一条平行时间轴直线)。
需要降温时，设定STEP2降温曲线从1h内，从500℃保温阶段降低到室温。
降温过程与升温过程相反，加热器停止功率输出；当上一炉保温的玻璃棒全部运输到生产现场时（进入下一道生产工序过程）。此时需要准备继续保温下一炉玻璃棒，可以手动切换到降温程序STEP2，首先对炉子降温，然后可继续装棒生产，炉子温度将按照STEP2降温曲线在1h内从500℃降低到室温（其中h表示小时）。
在升温或保温过程中，热电偶不断反馈检测实时温度，将实时温度同时反馈到温度控制器，温度控制器将控制信号发送到功率控制器，功率控制器判定是否达到设定值，从而控制可控硅达到控制功率的目的；当实时温度达到设定条件时，温度控制器进入保温程序，保温过程中，热电偶不断反馈检测实时温度，将实时温度反馈到温度控制器，如在保温过程中温度降低，温度控制器将给功率控制器发出信号，功率控制器自动调节功率出力，维持恒定炉温。
4）卸棒
需使用玻璃棒时，打开炉门，通过运动控制手柄18推动运棒车1到炉门处，开启载物台前后控制电机M2运出移出式载物台6；拖出运棒车1，同时关闭炉门；当运棒车1到达指定位置后，开启载物台左右控制电机M1电源，将实现移出式载物台6的侧滑，将移出式载物台6滑动到洁净运棒车1内，放下石英罩19，将玻璃棒运输到使用现场。
所述载物台前后控制电机M2的转速为40rpm/min～50rpm/min。
所述载物台左右控制电机M1的转速为20rpm/min～28rpm/min。
5）降温
步骤4）结束后，需要使反应炉降温至室温为下次生产做准备。打开温度控制器8的功能键，手动切换到STEP2降温程序，功率控制器9停止输出；手动打开抽风阀24，外围抽风开启同时将打开导流单元2的电磁阀12，向炉体内充入强冷氮气，所述氮气流量为500-800L/min,此时炉体压力数值维持在0.05-0.1Mpa之间；维持1h左右，此时导流单元电磁阀12关闭，冷却过程结束，温度控制器8显示温度在25-30℃之间，降温过程结束。
所述外围抽风速度为5m/s。

Claims (10)

1.一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备，其特征在于：包括电源变压器、运棒车、反应炉、导流单元、压力传感器、压力表、热电偶、移出式载物台、载物台导轨、炉内支撑架、载物台前后控制电机M2、载物台左右控制电机M1、温度控制器和功率控制器；
运棒车独立设置在反应炉外部；在反应炉上方装设有导流单元，导流单元具有氮气储气罐、电磁阀和气体出口，在导流单元的气体出口处安装有电磁阀；在反应炉炉体外壁一侧安装有压力表和压力传感器；在反应炉炉体侧壁的上、中、下三个位置分别装设有热电偶，用以检测炉体温度分布状况；热电偶通过补偿导线与温度控制器相连接；反应炉炉体内壁上设有耐火材料层，在耐火材料层外侧设有保温层；在炉体内壁左、右两侧分别设有加热电阻排，加热电阻排与炉子电源变压器的二次侧通过电缆连接，电源变压器的一次侧与功率控制器通过电缆连接，功率控制器控制加热电阻排的功率，加热电阻排是炉子升温、保温操作过程中的加热元件；在反应炉炉腔内安装有载物台导轨，在载物台导轨上安装有炉内支撑架，移出式载物台活动设置在炉内支撑架上；在移出式载物台侧面安装有载物台前后控制电机M2和载物台左右控制电机M1，控制移出式载物台沿载物台导轨做左、右或前、后移动；
在反应炉的上方还设有抽风口，在抽风口装有抽风阀。
2.根据权利要求1所述的一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备，其特征在于：在所述移出式载物台上安装有运动控制手柄。
3.根据权利要求2所述的一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备，其特征在于：所述运动控制手柄配有专用钥匙，用以接通、关断载物台移动电机电源，保证只有授权人员才具备操作权限。
4.根据权利要求1所述的一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备，其特征在于：所述的耐火材料成分为轻质粘土砖，耐火度为1670-1710℃。
5.根据权利要求1所述的一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备，其特征在于：所述保温层采用玻璃纤维，最高使用温度为750℃。
6.根据权利要求1所述的一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备，其特征在于：所述与加热电阻排连接的电缆采用2×185mm2RVVZ电缆。
7.根据权利要求1所述的一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备，其特征在于：所述加热电阻排材质为镍镉合金体。
8.根据权利要求1所述的一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备，其特征在于：所述电源变压器采用干式变压器，容量为100KVA,一次侧电压为380V，二次侧电压为200V，给加热电阻排供电。
9.根据权利要求1所述的一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备，其特征在于：在运棒车上部设有石英罩，在所述石英罩底部设有高强度密封圈，石英罩与运棒车之间通过铰链连接。
10.权利要求1所述的一种用于高纯玻璃棒加热保温的设备的加热保温方法，包括如下步骤：
1）玻璃棒的装炉
将玻璃棒放置在运棒车台面的支撑件上，固定移出式载物台和运棒车的搭扣，开启运棒车电源，使用运动控制手柄控制移出式载物台，平缓的将玻璃棒推至反应炉内；开启载物台前后控制电机M2，直到移出式载物台触碰到炉内限位停止；松开搭扣，开启载物台前后控制电机M2后退按钮，此时移出式载物台落在炉内支撑架上；拉动料车手柄将运棒车拉出，同时关闭炉门；
2）充入保护气体氮气
检查炉体压力表指示，打开电磁阀向炉体内充入氮气，观察压力表指示，使其保持在0.1Mpa～0.2Mpa之间，达到设定值时电磁阀自动关闭，压力表示数不再变化；
3）设定温度控制过程
打开温度控制器的功能键，通过调节按钮选择升温或保温程序，并通过调节旋钮对参数进行编辑，即设定时间轴时间和温度轴数值，当设定完成后按下确认键保存设定内容，在此过程中，通过温度控制器根据实际需要设定升温曲线、保温曲线，以适应不同需求；
降温过程与升温过程相反，加热器停止功率输出；当上一炉保温的玻璃棒全部运输到生产现场时，需要准备继续保温下一炉玻璃棒，手动切换到降温程序STEP2：首先对炉子降温，然后继续装棒生产，炉子温度将按照STEP2降温曲线在1h内从500℃降低到室温；
4）卸棒
需使用玻璃棒时，打开炉门，通过运动控制手柄推动运棒车到炉门处，开启载物台前后控制电机M2运出移出式载物台；拖出运棒车，同时关闭炉门；当运棒车到达指定位置后，开启载物台左右控制电机M1电源，将实现移出式载物台的侧滑，将移出式载物台滑动到洁净运棒车内，放下石英罩，将玻璃棒运输到使用现场；
5）降温
步骤4）结束后，需要使反应炉降温至室温为下次生产做准备；打开温度控制器的功能键，手动切换到STEP2降温程序，功率控制器停止输出；手动打开抽风阀，外围抽风开启同时将打开导流单元的电磁阀，向炉体内充入强冷氮气，所述氮气流量为500-800L/min,此时炉体压力数值维持在0.05-0.1Mpa之间；维持1h，此时导流单元电磁阀关闭，冷却过程结束，温度控制仪显示温度在25-30℃之间，降温过程结束。
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