CN107840562B - 一种石英制品的制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石英制品制备装置，包括喷灯、炉膛、以及沉积台；所述喷灯设置于炉膛顶部，所述沉积台设置于喷灯下方；炉膛出口出设有气流引导装置，用于引导高温气体形成侧向气流。本发明在特定位置加入的气体引流装置，能去除炉膛中SiO₂粉尘和水蒸气对石英材料表面的影响，减少吸附，使石英材料表面具有平整的外观。

Description

一种石英制品的制备装置

技术领域

本发明属于石英材料制备领域，更具体地，涉及一种石英制品的制备装置。

背景技术

光纤预制棒使用的石英材料对其外观均匀性、气泡含量、以及杂质含量等都有较为苛刻的要求，目前以高纯石英砂为原材料制备出来的石英材料，其外观均匀性需要通过后续多道工序加工才能满足要求。

气炼法是目前以天然石英砂为原材料制备石英胚体材料的主要手段，这种方法是在炉膛内将石英砂在氢氧焰下熔融形成直径较大的石英锭，得到的石英锭在不同高度上的横截面尺寸偏差较大。石英制品表面因为氢氧焰燃烧产生的水汽和二氧化硅粉尘颗粒，导致不均匀，有气泡，杂质含量高，这样的制品需要经过二次加工，如打磨。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种石英制品的制备装置，其目的在于通过抽风和凝水系统，减少气体尤其是水蒸气紊流，由此解决石英制品表面不均匀、有气泡、杂质含量高的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种石英制品制备装置，其特征在于，包括喷灯、炉膛、以及沉积台；所述喷灯设置于炉膛顶部，所述沉积台设置于喷灯下方；炉膛出口出设有气流引导装置，用于引导高温气体形成侧向气流。

优选地，所述石英制品制备装置，其气流引导装置设置于150℃至400℃区域。

优选地，所述石英制品制备装置，其气流引导装置为导风板、导风管道或抽风机。

优选地，所述石英制品制备装置，其在所述气体引流装置下方设有倾斜的凝水板。

优选地，所述石英制品制备装置，其凝水板倾斜角度为在20°至60°之间，所述凝水板倾斜角度为凝水板与水平面的夹角。

优选地，所述石英制品制备装置，其凝水板设置于50℃至300℃区域。

优选地，所述石英制品制备装置，其炉膛出口外，沉积台侧面设有燃烧器，用于对沉积的石英制品表面进行火焰抛光。

优选地，所述石英制品制备装置，其喷灯为氢氧焰喷灯。

优选地，所述石英制品制备装置，其还包括下料装置，其下料开口设置于喷灯口下方。

优选地，所述石英制品制备装置，其下料装置为旋转轴供料装置、吸气供料装置、或旋转盘供料装置。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明在特定位置加入的气体引流装置，能去除炉膛中SiO₂粉尘和水蒸气对石英材料表面的影响，减少吸附，使石英材料表面具有平整的外观。优选方案增加凝水板，进一步减水汽、粉尘影响，制备的石英制品尺寸精准，表面平滑光亮，从而减少加工工序提高了得料率。

优选方案，设置燃烧器对石英制品表面进行加工，制备过程中整体炉温低于1700℃，可减少燃烧气体的消耗量，能更好的控制石英材料的尺寸浮动。

附图说明

图1是本发明实施例提供的石英制品制备装置结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

101为供料装置，102为氢气管道，103为氧气管道，104为喷灯火焰， 105为喷灯，106为石英柱体材料，107为炉膛，108为观察口，109为测温口，110为气体引流装置，111为凝水板，112为燃烧器，113为基板，114 为沉积台，115为支撑轴，116为尺寸测量装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的石英制品制备装置，包括喷灯、下料装置、炉膛、以及沉积台；所述喷灯设置于炉膛顶部，所述沉积台设置于喷灯下方；

所述炉膛出口出设有气流引导装置，用于引导高温气体形成侧向气流。所述气流引导装置设150℃至400℃区域，可为导风板、导风管道或抽风机。

所述气体引流装置下方设有倾斜的凝水板，凝水板倾斜角度为在20°至60°之间，所述凝水板倾斜角度为凝水板与水平面的夹角，所述凝水板设置于50℃至300℃区域。

所述气流引导装置，设置在炉膛出口处150℃至400℃，配合设置在该温度区域，气体回流尚不明显，气体引流装置，尤其是主动引流装置例如抽风机，可以在不明显损失热量的前提下，减少气体回流带来的紊流；同时配合设置在50℃至300℃区域的凝水板，能显著降低回流的水汽，减少水汽影响形成光滑平整的石英制品表面。所述凝水板，设置于所述温度区域并且按照所述的倾斜角度设计，从而控制水汽凝结回流的速度，避免飞溅或者凝水过慢导致水汽重新回到炉膛气氛中，影响石英制品表面平整性。

所述炉膛出口外，沉积台侧面设有燃烧器，用于对沉积的石英制品表面进行火焰抛光。

所述喷灯优选氢氧焰喷灯。所述下料装置，其下料开口设置于喷灯口下方。所述下料装置为旋转轴供料装置、吸气供料装置、或旋转盘供料装置。

本发明提供的石英制品制备装置，由于采用气流引导装置引导高温气体形成侧向气流，气体形成较为稳定而有序的气流，即从炉膛顶部的喷灯经过炉膛，从侧向流出；从而减少热气向上逆流形成的紊流，最终保持石英制品表面更均匀，尺寸波动更小，气泡量更小。同时能带走气体中的二氧化硅粉尘，使得石英制品表面更加光滑均匀。

优选配合气体引流装置，设置凝水板，从而减少水汽对炉膛内温度和湿度的影响，减少气泡产生，使得石英制品表面更加均匀。

优选方案，采用燃烧其，对沉积的石英制品下段进行火焰抛光，使得附着在石英制品表面的二氧化硅颗粒熔融，形成光滑表面。

以下为实施例：

如图1所示，喷灯同时接入H₂管道和O₂管道，氢气和氧气点燃形成氢氧焰，在本实施例中，为保证氢气充分燃烧，氢气流量控制为80～180slm，氧气流量控制为45～130slm，氢气与氧气比例控制在1.4:1～1.8:1，将喷灯放置于炉腔内，喷灯位于炉腔中轴上，喷灯的中轴线与旋转平台即沉积台的中轴线偏差不超过3mm；用火焰对炉膛进行预热，同时旋转平台以5～ 10mm/min的速度上升，从炉膛下端达到观察口位置，旋转平台的直径(φ1) 小于炉膛口直径，旋转平台与炉膛口的间隙小于10mm，喷灯的落料范围φ2， 20mm≤φ2-φ1≤45mm。炉膛预热至1470～1700℃并稳定，更优的炉膛温度稳定在1550～1680℃。

在炉膛口的下端，安装有抽风装置即气体引流装置和凝水板，在没有抽风装置的情况下，产品经过一段时间沉积之后，炉膛中的粉尘会粘附在已经沉积完成的产品下段，使原本光亮的表面变得毛糙不平；水汽引流装置能导出氢气和氧气产生的水汽，减少水汽对炉膛内温度的影响

炉膛出口下旋转平台侧面配备燃烧器，对产品的下段进行加热燃烧即火焰抛光，使没有被抽风设备吸走，而粘附在产品上的少量石英粉尘颗粒熔融，让表面平整光亮。制备完成的石英材料，可在炉中随炉冷却，也可取出放在退火炉中进行退火加工。

本发明提供的装置，按照如下方法操作：将平均直径140um的石英砂装入供料装置中，准备后续下料。先后向喷灯通入氢气和氧气点燃，形成稳定的氢氧焰，氢气总流量为158slm，氧气总流量为91slm，旋转平台从炉膛口以5.3mm/min的速度上升474mm到达观察口的位置，炉膛温度稳定控制在1570℃±20℃，打开供料装置，进行石英砂供料，下料速率为26.27g/min，旋转平台转速为14rpm，下降速率初始设定为1.10mm/min。下降速率会随着沉积的进行发生变化，下降速率会逐渐减小经过571min后，下降速率降低到0.87mm/min，之后停止下料，制备成尺寸φ136.4mm±2.3mm，高度505mm的外观尺寸均匀，且光亮的石英柱体材料。直接将石英柱体材料经过拉伸装置拉伸制备成直径42×1000mm的石英棒，得料率为92.4％。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种石英制品制备装置，其特征在于，包括喷灯、炉膛、以及沉积台；所述喷灯设置于炉膛顶部，所述沉积台设置于喷灯下方；炉膛出口处设有气流引导装置，用于引导高温气体形成侧向气流；所述气流引导装置设置于150℃至400℃区域。

2.如权利要求1所述的石英制品制备装置，其特征在于，所述气流引导装置为导风板、导风管道或抽风机。

3.如权利要求1所述的石英制品制备装置，其特征在于，在所述气体引导装置下方设有倾斜的凝水板。

4.如权利要求3所述的石英制品制备装置，其特征在于，所述凝水板倾斜角度为在20°至60°之间，所述凝水板倾斜角度为凝水板与水平面的夹角。

5.如权利要求3所述的石英制品制备装置，其特征在于，所述凝水板设置于50℃至300℃区域。

6.如权利要求1所述的石英制品制备装置，其特征在于，所述炉膛出口外，沉积台侧面设有燃烧器，用于对沉积的石英制品表面进行火焰抛光。

7.如权利要求1所述的石英制品制备装置，其特征在于，所述喷灯为氢氧焰喷灯。

8.如权利要求1所述的石英制品制备装置，其特征在于，还包括下料装置，其下料开口设置于喷灯口下方。

9.如权利要求8所述的石英制品制备装置，其特征在于，所述下料装置为旋转轴供料装置、吸气供料装置、或旋转盘供料装置。

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