CN108585471B - 一种低水峰光纤预制棒脱水烧结装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低水峰光纤预制棒脱水烧结装置，包括有封闭的玻璃罐，玻璃罐顶部穿入有旋转升降吊杆，玻璃罐的外周配置有环状加热炉，玻璃罐的上方一侧设置有抽气口，玻璃罐的底部设置有进气口，其特征在于在所述进气口处安设有气密进气装置。所述的气密进气装置为双层气密进气装置。本发明能够有效防止外界水蒸气和气体进入玻璃罐内，使脱水烧结过程免受外界空气中水分子等其他杂质的渗透污染，提高粉棒烧结质量，使脱水烧结后的光纤预制棒母材最终的拉丝产品衰耗更低，降低产品报废率，从而提高产品烧结脱水质量的稳定性。本发明结构设置合理，使用和密封性能稳定可靠。

Description

一种低水峰光纤预制棒脱水烧结装置及方法

技术领域

本发明涉及一种低水峰光纤预制棒脱水烧结装置及方法，属于光纤预制棒制造设备技术领域。

背景技术

在管外法制作光纤预制棒的技术中，反应过程为原料四氯化硅和四氯化锗与燃烧的氢氧焰之间发生水解反应，反应过程如下：

VAD属于管外法中的轴向气相沉积法，在反应过程中，产物二氧化硅沿着轴向不断生长，随着吊杆持续往上提升，粉棒逐渐变粗变长形成预制棒粉棒，从上述反应过程中可以看出，伴随着反应过程中有水分产生，其会随着反应产物的轴向堆积吸附在沉积的粉棒中，除了水分子还有氢氧根离子残留其内部。

沉积完成后的预制棒粉棒需要在高温下完成脱水和烧结两个主要过程，最终形成透明的玻璃母材；上述过程是在一个玻璃罐内完成的，首先在粉棒开始脱水的工序之前要从玻璃罐的底部通入高纯度的气体，同时玻璃罐的上端设置有抽风管道，用于排空罐内的空气，然后从玻璃罐底部通入一定量的氯气使之与玻璃罐内未排尽的水分和粉棒本身自带的水分以及氢氧根离子反应，最后被玻璃罐上端的抽风管道抽走。

脱水和烧结过程复杂，因为粉棒的脱水过程中易受到外界的干扰，其需要将粉棒自身所带的氢氧根离子和水分子反应掉并排出去，而且需要粉棒在此过程中所处的环境不能够含有超标的水分子，否则脱水后的粉棒会被水分子和氢氧根离子二次吸附，造成脱水失败。故而在整个脱水烧结过程中，防止外界空气进入玻璃罐内十分关键，也是较难解决的问题。

美国专利文献US20080092598A1是在烧结罐的出口外接一个压力波动吸收装置，目的是解决粉棒在脱水烧结过程后出气管的蒸汽回流至烧结管内的蒸汽对粉棒的影响，但是烧结罐内的压力由于受进出口气体压力波动影响，压力波动至较低时，吸收装置中的水蒸气就会回流至烧结罐，从而影响粉棒的脱水烧结效果；而且该烧结罐在气体源头处无防止空气中进入罐内的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种低水峰光纤预制棒的脱水烧结装置及方法，它不仅能通入烧结所需的气体，而且能有效防止外界空气及水分的进入。

本发明为解决上述提出的问题所采用的脱水装置技术方案如下：包括有封闭的玻璃罐，玻璃罐顶部穿入有旋转升降吊杆，玻璃罐的外周配置有环状加热炉，玻璃罐的上方一侧设置有抽气口，玻璃罐的底部设置有进气口，其特征在于在所述进气口处安设有气密进气装置。

按上述方案，所述的气密进气装置为双层气密进气装置。

按上述方案，所述的双层气密进气装置包括设置在中部的中心进气管，在中心进气管外的外周安设有杯状的内密闭层并形成内气密腔，在内密闭层外周套装杯状的外密闭层并形成外气密腔，所述的中心进气管穿过内、外密闭层进入玻璃罐底部内腔，所述的内密闭层一侧连接气密进气管，气密进气管穿出外密闭层与气密气源相连通，所述的内密闭层的另一侧开设与外气密腔相通的出气口，所述的外密闭层一侧设置抽气口，另一侧开设与外界相同的进气口。

按上述方案，所述的内密闭层一侧的气密进气管进气孔相对较大，另一侧与外气密腔相通的出气口的出气孔相对较小。

按上述方案，所述的中心进气管与工作气源相连通，所述的工作气源为氯气和氦气；所述的玻璃罐上方的抽气口与抽气装置相联；所述的气密气源为氮气；所述的外密闭层抽气口与抽气泵相连接。

按上述方案，所述的内、外密闭层顶部齐平与玻璃罐底部紧密相联，且内、外密闭层顶部低于中心进气管顶端开口。

按上述方案，所述的双层气密进气装置均由玻璃材料制成，中心进气管的孔径为4~20 mm。

按上述方案，所述的环状加热炉为环状石墨电阻加热炉，安设在玻璃罐的外周中部。

按上述方案，所述的玻璃罐顶部安设有顶盖，旋转升降吊杆通过顶盖穿入玻璃罐内腔，旋转升降吊杆上端与旋转卡盘连接，旋转卡盘安设在悬臂架的外端，悬臂架的内端与安设在立柱上的升降滑座相连。

本发明的脱水烧结方法技术方案如下：

采用本发明的装置，将沉积后的待烧结粉棒悬挂于旋转升降吊杆下端，开启玻璃管上端的抽气装置；

吊杆下降将粉棒缓慢送入烧结玻璃罐内腔并合上顶盖，粉棒到位后开启玻璃管底部的气密进气装置，此时气密进气装置的中心进气管先通入氦气，排除玻璃罐内的空气，净化玻璃罐，同时所述的内密闭层一侧的气密进气管通入氮气，所述的外密闭层一侧的抽气口开始抽气，使得中心进气管与玻璃罐底部的连接处形成气密封；

开启玻璃管外侧的石墨电阻加热炉，待玻璃罐温度由待机状态下的920~980℃逐步升至1020~1080℃时，玻璃罐底部气密进气装置中的中心进气管除了通入氦气外，同时通入氯气；旋转升降吊杆带动粉棒开始以一定速度旋转，同时带动粉棒从玻璃罐上部往下部缓慢移动，到达程序预设位置后，旋转升降吊杆停止下移和旋转，中心进气管氯气通入量减少，氦气量不变；

旋转升降吊杆再缓慢上升提升粉棒至程序预设的初始位置处；

石墨电阻加热装置继续缓慢加热玻璃罐，直到玻璃罐温度缓慢升至1450~1500℃，旋转升降吊杆按程序设定边旋转边以一定速度缓慢下行，此时中心进气管路氯气通入量再次减少，氦气量不变，直到旋转升降吊杆下降至烧结预设位置后再关闭中心进气管路中的氯气阀门，此时氦气量不变；

旋转升降吊杆停止旋转，吊杆以一定速度上移至初始位置后，缓慢降低石墨电阻加热炉的功率使玻璃管温度缓慢降低，待玻璃管温度降至待机状态下的950℃时关闭中心进气管的所有气体，保留内气密腔和外气密腔的进气抽气状态，直到1小时后再停止工作状态，脱水烧结程序结束。

本发明的有益效果在于：1、玻璃罐底部进气口处安设气密进气装置，气密进气装置为双层气密进气装置，通入气密气体氮气，用于密封最内层中心进气管使其与外界水分充分隔离；外密闭层接负压抽气，为内密闭层管路外围提供负压环境，保证内密闭层管路不受外界水气等其他杂质侵蚀。因此能够有效防止外界水蒸气和气体进入玻璃罐内，使脱水烧结过程免受外界空气中水分子等其他杂质的渗透污染，提高粉棒烧结质量，使脱水烧结后的光纤预制棒母材最终的拉丝产品衰耗更低，降低产品报废率，从而提高产品烧结脱水质量的稳定性。2、本发明结构设置合理，使用和密封性能稳定可靠。

附图说明

图1是本发明一个实施例的正视结构图。

图2是图1中气密进气装置部分的结构放大图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明装置的的实施例如图1、图2所示，包括有封闭的玻璃罐5，玻璃罐顶部安设有顶盖7，旋转升降吊杆4通过顶盖穿入玻璃罐内腔，旋转升降吊杆上端与旋转卡盘连接，旋转卡盘安设在悬臂架的外端，悬臂架的内端与安设在立柱1上的升降滑座2相连。玻璃罐的外周配置有环状加热炉6，所述的环状加热炉为环状石墨电阻加热炉，安设在玻璃罐的外周中部。玻璃罐的上方一侧设置有抽气口，抽气口与抽气装置8相联；玻璃罐的底部设置有进气口9，所述进气口处安设有气密进气装置，所述的气密进气装置为双层气密进气装置，所述的双层气密进气装置包括设置在中部的中心进气管11，在中心进气管外的外周安设有杯状的内密闭层12并形成内气密腔，在内密闭层外周套装杯状的外密闭层10并形成外气密腔，所述的中心进气管穿过内、外密闭层从进气口9进入玻璃罐底部内腔，中心进气管的孔径为12mm，所述的内、外密闭层顶部齐平与玻璃罐底部紧密相联，且内、外密闭层顶部低于中心进气管顶端开口。所述的内密闭层12一侧连接气密进气管B1，气密进气管穿出外密闭层与气密气源相连通，所述的气密气源为氮气，用于保护最内层中心进气管使其与外界水分充分隔离；所述的内密闭层的另一侧开设与外气密腔相通的出气口B2，所述的内密闭层一侧的气密进气管进气孔相对较大，另一侧与外气密腔相通的出气口的出气孔相对较小。所述的外密闭层一侧设置抽气口C1，抽气口与抽气泵相连接，另一侧开设与外界相同的进气口C2。所述的中心进气管与工作气源相连通，所述的工作气源为氯气和氦气。所述的双层气密进气装置均由玻璃材料制成。

本实施例用于制作低水峰光纤预制棒的脱水烧结方法主要分以下几步：

第一步：将沉积后的待烧结粉棒悬挂于旋转升降吊杆下端，开启玻璃管上端的抽气装置；

第二步：吊杆下降将粉棒缓慢送入烧结玻璃罐内腔并合上顶盖，粉棒到位后开启玻璃管底部的气密进气装置，此时气密进气装置的中心进气管先通入氦气，排除玻璃罐内的空气，净化玻璃罐，同时所述的内密闭层一侧的气密进气管通入氮气，所述的外密闭层一侧的抽气口开始抽气，使得中心进气管与玻璃罐底部的连接处形成气密封；

第三步：开启玻璃管外侧的石墨电阻加热炉，待玻璃罐温度由待机状态下的950℃逐步升至1050℃时，玻璃罐底部气密进气装置中的中心进气管除了通入氦气外，同时通入300sccm的氯气；旋转升降吊杆带动粉棒开始以一定速度旋转，同时带动粉棒从玻璃罐上部往下部缓慢移动，到达程序预设位置后，旋转升降吊杆停止下移和旋转，中心进气管氯气通入量改为100sccm，氦气量不变；

第四步：旋转升降吊杆再缓慢上升提升粉棒至程序预设的初始位置处；

第五步：石墨电阻加热装置继续缓慢加热玻璃罐，直到玻璃罐温度缓慢升至1500℃，旋转升降吊杆按程序设定边旋转边以一定速度缓慢下行，此时中心进气管路氯气通入量改为60sccm，氦气量不变，直到旋转升降吊杆下降至烧结预设位置后再关闭中心进气管路中的氯气阀门，此时氦气量不变；

第六步：旋转升降吊杆停止旋转，吊杆以一定速度上移至初始位置后，缓慢降低石墨电阻加热炉的功率使玻璃管温度缓慢降低，待玻璃管温度降至待机状态下的950℃时关闭中心进气管的所有气体，保留内气密腔和外气密腔的进气抽气状态，直到1小时后再停止工作状态，脱水烧结程序结束。

本发明是对用VAD方法制作的粉棒进行后续的脱水烧结处理，使其后续产出的芯棒拉丝后水峰衰减情况处于较低的水平。

Claims (8)

1.一种低水峰光纤预制棒脱水烧结装置，包括有封闭的玻璃罐，玻璃罐顶部穿入有旋转升降吊杆，玻璃罐的外周配置有环状加热炉，玻璃罐的上方一侧设置有抽气口，玻璃罐的底部设置有进气口，其特征在于在所述进气口处安设有气密进气装置；所述的气密进气装置为双层气密进气装置；所述的双层气密进气装置包括设置在中部的中心进气管，在中心进气管外的外周安设有杯状的内密闭层并形成内气密腔，在内密闭层外周套装杯状的外密闭层并形成外气密腔，所述的中心进气管穿过内、外密闭层进入玻璃罐底部内腔，所述的内密闭层一侧连接气密进气管，气密进气管穿出外密闭层与气密气源相连通，所述的内密闭层的另一侧开设与外气密腔相通的出气口，所述的外密闭层一侧设置抽气口，另一侧开设与外界相通的进气口；内密闭层通入气密气体氮气，用于密封最内层中心进气管使其与外界水分充分隔离；外密闭层接负压抽气，为内密闭层管路外围提供负压环境，保证内密闭层管路不受外界水气等其他杂质侵蚀。

2.按权利要求1所述的低水峰光纤预制棒脱水烧结装置，其特征在于其特征在于所述的内密闭层一侧的气密进气管进气孔相对较大，另一侧与外气密腔相通的出气口的出气孔相对较小。

3.按权利要求1或2所述的低水峰光纤预制棒脱水烧结装置，其特征在于所述的中心进气管与工作气源相连通，所述的工作气源为氯气和氦气；所述的玻璃罐上方的抽气口与抽气装置相联；所述的气密气源为氮气；所述的外密闭层抽气口与抽气泵相连接。

4.按权利要求1或2所述的低水峰光纤预制棒脱水烧结装置，其特征在于所述的内、外密闭层顶部齐平与玻璃罐底部紧密相联，且内、外密闭层顶部低于中心进气管顶端开口。

5.按权利要求1或2所述的低水峰光纤预制棒脱水烧结装置，其特征在于所述的双层气密进气装置均由玻璃材料制成，中心进气管的孔径为4~20mm。

6.按权利要求1或2所述的低水峰光纤预制棒脱水烧结装置，其特征在于所述的环状加热炉为环状石墨电阻加热炉，安设在玻璃罐的外周中部。

7.按权利要求1或2所述的低水峰光纤预制棒脱水烧结装置，其特征在于所述的玻璃罐顶部安设有顶盖，旋转升降吊杆通过顶盖穿入玻璃罐内腔，旋转升降吊杆上端与旋转卡盘连接，旋转卡盘安设在悬臂架的外端，悬臂架的内端与安设在立柱上的升降滑座相连。

8.一种低水峰光纤预制棒脱水烧结方法，其特征在于

采用权利要求1-7中任一装置，将沉积后的待烧结粉棒悬挂于旋转升降吊杆下端，开启玻璃管上端的抽气装置；

吊杆下降将粉棒缓慢送入烧结玻璃罐内腔并合上顶盖，粉棒到位后开启玻璃管底部的气密进气装置，此时气密进气装置的中心进气管先通入氦气，排除玻璃罐内的空气，净化玻璃罐，同时所述的内密闭层一侧的气密进气管通入氮气，所述的外密闭层一侧的抽气口开始抽气，使得中心进气管与玻璃罐底部的连接处形成气密封；

开启玻璃管外侧的石墨电阻加热炉，待玻璃罐温度由待机状态下的920~980℃逐步升至1020~1080℃时，玻璃罐底部气密进气装置中的中心进气管除了通入氦气外，同时通入氯气；旋转升降吊杆带动粉棒开始以一定速度旋转，同时带动粉棒从玻璃罐上部往下部缓慢移动，到达程序预设位置后，旋转升降吊杆停止下移和旋转，中心进气管氯气通入量减少，氦气量不变；

旋转升降吊杆再缓慢上升提升粉棒至程序预设的初始位置处；

石墨电阻加热装置继续缓慢加热玻璃罐，直到玻璃罐温度缓慢升至1450~1500℃，旋转升降吊杆按程序设定边旋转边以一定速度缓慢下行，此时中心进气管路氯气通入量再次减少，氦气量不变，直到旋转升降吊杆下降至烧结预设位置后再关闭中心进气管路中的氯气阀门，此时氦气量不变；

旋转升降吊杆停止旋转，吊杆以一定速度上移至初始位置后，缓慢降低石墨电阻加热炉的功率使玻璃管温度缓慢降低，待玻璃管温度降至待机状态下的950℃时关闭中心进气管的所有气体，保留内气密腔和外气密腔的进气抽气状态，直到1小时后再停止工作状态，脱水烧结程序结束。

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