CN103626381A - 一种用于烧结玻璃松散体的石墨炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于烧结玻璃松散体的石墨炉，包括一端开设有安装孔的石墨炉体和与石墨炉体的另一端相连的石英管，且该石英管的出气口端伸出安装孔，该石墨炉还包括设置在石墨炉体的安装孔处并对其进行密封的密封装置，该密封装置上开设有进气装置；石墨炉体与石英管连接处设置有排气装置。本发明实施例中，将石墨炉体通过密封装置设置为密封结构，并在石墨炉体上开设进气装置和排气装置。在生产过程中，当石英管内通入工艺气体的同时，该石墨炉还通过进气装置向密封的石墨炉内通入保护气体，以提高石英管外部的压力，从而保证石英管内外压力的平衡，以防止石英管产生变形，因此，有效提高了该石墨炉的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及光纤制备技术领域，特别涉及一种用于烧结玻璃松散体的石墨炉。
背景技术
玻璃松散体的脱水烧结是生产光纤预制棒的主要步骤之一。VAD（vertical axial deposition，垂直轴向沉积法）制造的芯棒玻璃松散体需要经过脱水和烧结才能得到低水峰的光纤预制棒芯棒，通过OVD（Outside Vapour Deposition，外汽相沉积法）生产得到的光纤预制棒松散体也需要经过脱水和玻璃化才能得到透明的光纤预制棒。
目前，在光纤预制棒制造行业采用的加热炉主要有真空石墨炉、石墨炉和硅钼棒电阻炉等。随着VAD芯棒松散体的尺寸不断增大，OVD生产的预制棒松散体尺寸已达到φ300mm以上，因此，采用石墨烧结炉作为松散体脱水玻璃化用较为适合。石墨烧结炉是一个一端开口另一端与石墨炉中间放置的石英套管相连的结构，使用时将玻璃松散体放入到该石英套管内，该石墨炉以高纯石墨为加热体，对石英套管进行加热，以使其内部的玻璃松散体脱水玻璃化。石墨炉加热方式由于以高纯石墨为加热体，发热效率高，温区宽，有利于玻璃松散体快速脱水玻璃化而得到广泛使用。
由于在玻璃松散体脱水玻璃化的过程中，需要在石英套管内加惰性气体、脱水气体和氧气，以完成玻璃松散体的脱水玻璃化，这使得石英管内外的压力不平衡，导致石英管易变形甚至破损，严重降低了石墨炉的使用寿命。
因此，如何提供一种用于烧结玻璃松散体的石墨炉，以提高使用寿命，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于烧结玻璃松散体的石墨炉，以提高使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种用于烧结玻璃松散体的石墨炉，包括一端开设有安装孔的石墨炉体和与所述石墨炉体的另一端相连的石英管，所述石英管的出气口端伸出所述安装孔，还包括：
设置在所述石墨炉体的安装孔处并对其进行密封的密封装置，所述石墨炉体设置有进气装置；
所述石墨炉体与石英管连接处设置有排气装置。
优选的，上述的石墨炉中，还包括设置在所述石英管与所述石墨炉的石墨加热体之间的石墨套管，且所述石墨套管与所述石英管之间有预设间隙。
优选的，上述的石墨炉中，还包括伸入所述石英管和所述石墨套管之间，用于监测所述石英管外侧压力的压力表。
优选的，上述的石墨炉中，所述密封件包括：
套设在所述石英管上，且与所述石墨炉体相连的水冷套；
铺设在所述水冷套的上表面的石墨软毡；
套设在所述石英管上，且位于所述石墨软毡的上表面的水冷压块。
优选的，上述的石墨炉中，还包括设置在所述石英管与所述水冷套之间的石墨套和设置在所述石英管与所述水冷压块之间的石墨环。
优选的，上述的石墨炉中，所述排气装置包括：
两个相对布置且形成能够密封卡设在所述石英管上的半环，所述半环通过调节螺钉固定在所述石墨炉体上；
用于填充两个所述半环打开时形成的接口处的石墨密封块；
其一端与所述密封块相连，另一端固定在所述石墨炉体上的弹簧，且所述弹簧压缩时，所述石墨密封块向远离所述半环的接口处运动。
优选的，上述的石墨炉中，弹簧通过固定在所述石墨炉体上的弹簧座相连，所述弹簧座位于所述半环靠近外侧的一侧。
优选的，上述的石墨炉中，还包括与所述半环一一对应相连的把手。
优选的，上述的石墨炉中，还包括设置在所述半环与所述石英管之间，且套设在所述石英管上的耐高温硅胶套。
优选的，上述的石墨炉中，还包括设置在所述石墨炉体的上端的冷却水进口和设置在下端的冷却水出口；
以及设置在所述石墨炉体外部的红外测温仪。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种用于烧结玻璃松散体的石墨炉，包括一端开设有安装孔的石墨炉体和与石墨炉体的另一端相连的石英管，且该石英管的出气口端伸出安装孔，该石墨炉还包括用于对石墨炉体的安装孔处进行密封的密封装置，该密封装置上开设有进气装置；石墨炉体与石英管连接处设置有排气装置。本发明实施例中，将石墨炉体通过密封装置设置为密封结构，并在石墨炉体上开设进气装置和排气装置。在生产过程中，当石英管内通入工艺气体的同时，该石墨炉还通过进气装置向密封的石墨炉内通入保护气体，以提高石英管外部的压力，从而保证石英管内外压力的平衡，以防止石英管产生变形，因此，有效提高了该石墨炉的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例提供的石墨炉的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的密封装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的排气装置的结构示意图。
其中，
1为石墨炉体、11为红外测温仪、2为石墨加热体、3为石墨套管、4为石英管、41为石英管排废系统、42为石英管进气管、51为玻璃松散体、6为密封装置、61为水冷压块、62为石墨环、63为石墨软毡、64为水冷套、65为石墨套、7为保护气体入口、81为冷却水进口、82为冷却水出口、90为排气装置、901为半环、902为耐高温硅胶、903为把手、904为弹簧座、905为弹簧、906为石墨密封块、101为炉体中部压力表、102为炉体下部压力表、103为炉体上部压力表、200为石英管用压力表。
具体实施方式
本发明核心是提供一种用于烧结玻璃松散体的石墨炉，以提高使用寿命。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，本发明公开了一种用于烧结玻璃松散体的石墨炉，包括一端开设有安装孔的石墨炉体1和与石墨炉体1的另一端相连的石英管4，其中，石英管4的出口端伸出安装孔，该石墨炉包括用于对石墨炉体1的安装孔处进行密封的密封装置6，且石墨炉体1开设有进气装置；石墨炉体1与石英管4连接处设置有排气装置90。
本发明实施例中，将石墨炉体1通过密封装置6设置为密封结构，并在石墨炉体1上开设进气装置和排气装置90。在生产过程中，当石英管4内通入工艺气体的同时，该石墨炉还通过进气装置向密封的石墨炉内通入保护气体，以提高石英管4外部的压力，从而保证石英管4内外压力的平衡，以防止石英管4产生变形，因此，有效提高了该石墨炉的使用寿命。
优选的，将保护气体选择为氮气，通入氮气可防止石墨炉体内的石墨加热体2被氧化，有效保证了加热的效果。
具体的实施例中，该石墨炉还包括设置在石英管4与石墨炉的石墨加热体2之间的石墨套管3，且该石墨套管3与石英管4之间存在预设间隙。通过上述设置可使石墨加热体2能够对石英管4均匀加热，从而保证石英管4内部的玻璃松散体51能够均匀脱水玻璃化。
为了时刻监测石墨炉内部的压力，本实施例中还包括用于监测石英管4外侧压力的压力表，其中，压力表通过不锈钢管连接到石英管4和石墨套管3之间。由于石英管4上端设置有用于监测石英管4内部压力的石英管用压力表200，因此，操作者可根据压力表显示的压力值和石英管用压力表200显示的压力值的相对关系，对从进气装置通入的气体量进行控制。在实际使用中，压力表显示的压力值应满足：15Pa≤P1≤80Pa；石英管用压力表200显示的压力值应满足：0≤P2-P1≤30Pa；上述关系式中：P1为压力表显示的压力值，P2为石英管用压力表200显示的压力值。
本领域技术人员可以理解的是，该压力表可以为多个，且沿石英管4的轴线方向均匀布置。优选的，采用3个压力表，一个设置在进气装置处为炉体上部压力表103，一个设置在石英管4中间部分为炉体中部压力表101，一个设置在排气装置处为炉体下部压力表102，即三个压力表分别测量石墨炉体内的石英管4外侧三个部位的压力，进一步提高了调节的准确性。
由于石墨炉内的温度较高，为了防止石墨炉体1密封处的温度过高，影响密封效果，该密封装置6包括水冷套64，且套设在石英管4上；为了实现对石英管4与石墨炉体1之间的密封，在水冷套64的上表面铺设了石墨软毡63；为了使密封效果稳固，在石墨软毡63的上表面放置了水冷压块61。本领域技术人员可以理解的是，本实施例不对水冷套64、石墨软毡63和水冷压块的61具体形式做限定，只要能实现密封即可。
为了保证石英管4受热的均匀，本实施例还包括设置在石英管4与水冷套管3之间的石墨套65和设置在石英管4与水冷压块61之间的石墨环62，即密封装置6与石英管4之间通过石墨装置相连，有效保证了石英管4整体受热的均匀性，防止出现局部受热不均匀的现象。
请参考图2所示，本实施例中提供的排气装置90包括：两个相对布置且形成能够密封卡设在石英管4上的半环901，该半环901通过调节螺钉固定在石墨炉体1上；用于填充两个半环901打开时形成的接口处的石墨密封块906；用于驱动石墨密封块906沿石英管4的轴线方向移动的弹簧905，该弹簧905的一端与石墨密封块906相连，另一端固定在石墨炉体1上，且该弹簧905压缩时，上述石墨密封块906远离半环901的接口处。
工作时，当旋松调节螺钉时，可以调节半环901，对其向内压，从而将两个半环901与石英管4完全贴合，然后拧紧调节螺钉，即实现了密封，此时弹簧905处于压缩状态，石墨密封块906位于远离半环901的一侧，该过程用于抽真空用；当旋松调节螺钉，对其向外拉，然后根据压力表显示的压力值，调节半环901的位置使其与石英管4之间形成开口，且该开口的大小能满足压力表的压力值应满足的要求，而且两个半环901之间形成接口，弹簧905靠恢复力伸长，并推动石墨密封块906填充在接口处。上述设置方式，结构简单，能够实现人工操作的微调，且开口沿石英管4的周向设置，有助于使石墨炉内的压力均匀变化；此外，设置的石墨密封块906有助于防止两个半环901开口过大，其调节范围为0-10mm。
本领域技术人员可以理解的是，该密封装置6的另一种结构包括：固定在石墨炉体1上，且套设在石英管4上的密封端盖，以及开设在该密封端盖上沿周向均匀布置的多个通孔。在实际使用时，可根据压力表和石英管用压力表200显示的压力值，选择不同个数的通孔打开或关闭，以完成控制。上述结构生产成本低，但是操作复杂，不利于控制。
请参考图3所示，优选的实施例中，上述弹簧905通过固定在石墨炉体1上的弹簧座904相连，该弹簧座904位于半环901靠近外侧的一侧。该石墨炉正常使用时，弹簧座904固定在半环901的下面。当两半环901向外拉伸时，由于其接头处形成接口，因此被压缩的弹簧905靠恢复力伸长，使得石墨密封块906填充在接口处；当两半环901向内压时，同时给石墨密封块906向下的压力，使得弹簧905被压缩，石墨密封块906脱离接口处，两半环901闭合。
为了便于对半环901进行操作，本实施例中在每个半环901上设置了一个把手903。操作时，使用者可通过把手903实现对半环901向外拉和向内压的操作。
为了防止半环901对石英管4压紧的过程中对石英管4造成损伤，该石墨炉还包括设置在半环901与石英管4之间，且套设在石英管4上的耐高温硅胶套902。通过耐高温硅胶套902的作用减缓半环901与石英管4之间的硬性接触，进一步提高了石英管4的使用寿命。
在上述技术方案的基础上，该装置还包括设置在石墨炉体1的上端的冷却水进口81和设置在下端的冷却水出口82；以及设置在石墨炉体1外部的红外测温仪11。
下文将结合实施过程中实施例涉及的尺寸与参数做进一步说明。
将VAD或OVD设备制造的玻璃松散体51作为脱水玻璃化对象，放入石英管4内，若玻璃松散体51的直径为D，则石英管4的内径选择φ(D+30)mm，厚度选择6mm，石墨套管3内径为φ(D+90)mm，厚度为7.5mm，高度为2600mm，石墨加热体2内径为φ(D+150)mm,电阻加工到0.023Ω。炉体内壁大小为φ(D+460)mm，冷却水进口81通入60L/min冷却水，温度设定为25℃。将排气装置90完全闭合，将三个压力表的气管分出1路接到真空泵上，以对炉体进行抽真空处理，然后关闭真空泵，在保护气体入口7通入高纯N2，设定流量为10L/min。从石英管进气管42向石英管4内充入氯气、氧气、氮气和氦气，经过玻璃松散体51使其玻璃化，然后残留的废气从石英管排废系统41排气，在上述过程中调节排气装置90的开度，使得炉体中部压力表101、炉体下部压力表102和炉体上部压力表103三者的绝对压力均显示为30Pa左右。调试红外测温仪11，使得红外测温仪11的显示值和石英管4中间最高温度一致。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种用于烧结玻璃松散体的石墨炉，包括一端开设有安装孔的石墨炉体和与所述石墨炉体的另一端相连的石英管，所述石英管的出气口端伸出所述安装孔，其特征在于，还包括：
设置在所述石墨炉体的安装孔处并对其进行密封的密封装置，所述石墨炉体设置有进气装置；
所述石墨炉体与石英管连接处设置有排气装置。
2.根据权利要求1所述的石墨炉，其特征在于，还包括设置在所述石英管与所述石墨炉的石墨加热体之间的石墨套管，且所述石墨套管与所述石英管之间有预设间隙。
3.根据权利要求2所述的石墨炉，其特征在于，还包括伸入所述石英管和所述石墨套管之间，用于监测所述石英管外侧压力的压力表。
4.根据权利要求1所述的石墨炉，其特征在于，所述密封件包括：
套设在所述石英管上，且与所述石墨炉体相连的水冷套；
铺设在所述水冷套的上表面的石墨软毡；
套设在所述石英管上，且位于所述石墨软毡的上表面的水冷压块。
5.根据权利要求4所述的石墨炉，其特征在于，还包括设置在所述石英管与所述水冷套之间的石墨套和设置在所述石英管与所述水冷压块之间的石墨环。
6.根据权利要求1所述的石墨炉，其特征在于，所述排气装置包括：
两个相对布置且形成能够密封卡设在所述石英管上的半环，所述半环通过调节螺钉固定在所述石墨炉体上；
用于填充两个所述半环打开时形成的接口处的石墨密封块；
其一端与所述密封块相连，另一端固定在所述石墨炉体上的弹簧，且所述弹簧压缩时，所述石墨密封块向远离所述半环的接口处运动。
7.根据权利要求6所述的石墨炉，其特征在于，弹簧通过固定在所述石墨炉体上的弹簧座相连，所述弹簧座位于所述半环靠近外侧的一侧。
8.根据权利要求6所述的石墨炉，其特征在于，还包括与所述半环一一对应相连的把手。
9.根据权利要求6所述的石墨炉，其特征在于，还包括设置在所述半环与所述石英管之间，且套设在所述石英管上的耐高温硅胶套。
10.根据权利要求1-9任一项所述的石墨炉，其特征在于，还包括设置在所述石墨炉体的上端的冷却水进口和设置在下端的冷却水出口；
以及设置在所述石墨炉体外部的红外测温仪。
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