CN110272202B

CN110272202B - 收窄的马弗炉

Info

Publication number: CN110272202B
Application number: CN201810213262.4A
Authority: CN
Inventors: E·R·安德森; J·M·朱厄尔; R·W·纳森; E·帕尼戴斯; 王小勇; L·Y·郑; 周春锋
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2038-03-15
Also published as: US11242278B2; EP3765420A1; WO2019178177A1; CN110272202A; US20190284084A1

Abstract

本发明涉及一种收窄的马弗炉，更具体而言，涉及用于光纤拉制炉的马弗炉。一种光纤拉制马弗炉，其包含主体部，所述主体部限定沿所述马弗炉的中心线轴延伸的基本上圆柱形的内腔。收窄部具有内表面，所述内表面限定具有第一曲率半径的第一弯曲部和具有第二曲率半径的第二弯曲部。第一曲率半径和第二曲率半径中的至少一种的半径大于圆柱形内腔的半径。

Description

收窄的马弗炉

技术领域

本发明涉及马弗炉，更具体而言，涉及用于光纤拉制炉的马弗炉。

背景技术

石墨因其高工作温度而被广泛用于光纤拉制炉的马弗炉中。石墨可在升高了的温度下发生氧化。石墨的氧化可导致石墨的晶粒和/或颗粒从马弗炉上脱落而接触正在被拉制的光纤。除了经过马弗炉的晶粒和颗粒以外，还可能产生一种或更多种典型地会损坏马弗炉的气体。这些颗粒和气体的运动受到马弗炉的形状和设计的影响。因此，新的马弗炉设计可能是有利的。

发明内容

根据本公开的一些实施方式，一种光纤拉制马弗炉，其包含主体部，所述主体部限定沿马弗炉的中心线轴延伸的基本上圆柱形的内腔。收窄部具有内表面，所述内表面限定具有第一曲率半径的第一弯曲部和具有第二曲率半径的第二弯曲部。第一曲率半径和第二曲率半径中的至少一种的半径大于圆柱形内腔的半径。

根据本公开的一些实施方式，一种光纤拉制马弗炉，其包含主体部，所述主体部限定沿马弗炉的中心线轴延伸的基本上圆柱形的内腔。收窄部具有限定曲率半径约为10cm至约100cm的弯曲部的内表面。收窄部限定配置成收容马弗炉插入件的插入件凹槽。马弗炉和马弗炉插入件中的至少一种包含石墨。

根据本公开的另一些实施方式，一种光纤生产系统，其包含光纤预制件，所述光纤预制件包含玻璃。加热器和包含主体部的马弗炉围绕预制件定位。加热器紧邻主体部定位且配置成对其中的预制件进行加热。收窄部具有内表面，所述内表面限定具有第一曲率半径的第一弯曲部和具有第二曲率半径的第二弯曲部。第一曲率半径和第二曲率半径中的至少一种约为10cm至约100cm。

在以下的详细描述中给出了本文的其他特征和优点，其中的特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的各种实施方式而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都仅仅是示例性，用来提供理解本公开和所附权利要求的性质和特性的总体评述或框架。

包括的附图提供了对本发明原理的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图图示说明了本发明的一个或多个实施方式，并与说明书一起用以说明例如本发明的原理和操作。应理解，在本说明书和附图中披露的本发明的各种特征可以任意组合使用。作为非限制性例子，本发明的各种特征可以按照以下实施方式相互组合。

附图说明

以下是对附图中各图的描述。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意图方式显示。

附图中：

图1是根据至少一个例子的示意性光纤生产系统；

图2是根据至少一个例子的取自图1中区域II的马弗炉的收窄部的放大图；

图3A是根据至少一个例子的马弗炉的透视图；

图3B是根据至少一个例子的马弗炉的剖面图；

图4是根据另一个例子的马弗炉的剖面图；

图5A是一种耐火材料的内壁轮廓的轮廓图；

图5B是通过图5A的耐火材料的气流的颗粒迹线流动图；

图6A是一种耐火材料的内壁轮廓的轮廓图；

图6B是通过图6A的耐火材料的气流的颗粒迹线流动图；

图7A是一种耐火材料的内壁轮廓的轮廓图；

图7B是通过图7A的耐火材料的气流的颗粒迹线流动图；

图8是被捕获颗粒的百分比相对于粒径的图；

图9是每1000km的因拉制而引起的点瑕疵的数量的箱线图；以及

图10是炉功率相对于时间的图。

具体实施方式

在以下的详细描述中提出了附加特征和优势，其对于本领域的技术人员而言通过所作描述而显而易见，或者通过实施以下描述、权利要求以及附图中所述的实施方式而被认识。

如本文所用，当对两项或更多项事物使用术语“和/或(以及/或者)”时，其表示可只采用所列事物中的任一种，或者可采用所列事物中的两种或更多种的任意组合。例如，如果组合物被表述成含有组分A、B和/或C，则该组合物可只含有A；只含有B；只含有C；含有A与B的组合；含有A与C的组合；含有B与C的组合；或者含有A、B与C的组合。

本文件中，相关术语(例如第一与第二、顶部与底部等)被单独用于对一个实体或行为与另一个实体或行为进行区分，而不一定需要或暗示这些实体或行为之间具有任意的这种实际关系或次序。

本领域技术人员以及制造或使用本公开的人员将会对本公开进行修改。因此，应当理解的是，如专利法的原则所解释的那样(包括等同原则)，附图中所示的以及上文所述的实施方式只是出于例示目的，不旨在限制由所附权利要求限定的本公开的范围。

出于本公开的目的，术语“连接”(其它表述方式：相连、连接至、与……相连等)一般表示两个组件彼此直接或间接地(电或机械)接合。这种接合可以是本质上固定的或本质上可移动的。这种(电或机械)接合可通过两个组件以及任意附加中间部件来实现，所述中间部件可彼此或与两个组件整体地形成为单体主体。这种接合可以是本质上永久的，或者可以是本质上可移除的或可释放的，除非本文另有说明

如本文所用，术语“约”指数量、尺寸、公式、参数和其它数量和特征不是精确的或无需精确的，但可按照要求是大致的和/或更大或者更小，如反射公差、转化因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员所知的其它因子。当术语“约”用于描述一个值或一个范围的端点值，应理解本公开包含所提及的具体值或端点值。无论说明书中的数值或范围端点值是否使用“约”，该数值或范围端点值旨在包含以下两种实施方式：受到“约”的修饰；以及不受“约”的修饰。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值相结合以及独立于另一个端点值的情况下都是有意义的。

本文所用的术语“几乎”、“基本上”以及它们的变体旨在表示所描述的特征等于或约等于一个数值或描述。例如，“基本(上)呈平面”的表面旨在表示呈平面或基本上呈平面的表面。而且，“基本(上)”旨在表示两个数值相等或大致相等。在一些实施方式中，“基本上”可表示在彼此的约10％内的数值，例如在彼此的约5％内、或者在彼此的约2％内。

本文所用的方向术语，例如上、下、左、右、前、后、顶、底，仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来表示绝对的取向。

本文中所用的“该/所述”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，不应局限为“仅一个(一种)”，除非明确地作出相反指示。因此，例如，提到的“一种组件”包括具有两种或更多种这类组件的实施方式，除非文本中有另外的明确表示。

现在参考图1和图2，图1和图2示意性地显示了光纤生产系统10。系统10包含具有主体部18和收窄部22的马弗炉14。马弗炉14具有内表面14A和中心线轴A₁。马弗炉14的内表面14A在主体部18与收窄部22之间延伸。马弗炉14限定位于其中的内腔26。内腔26在主体部18与收窄部22之间延伸。加热器30连接至马弗炉14且配置成在内腔26中产生热区34。马弗炉上延伸段38定位于马弗炉14的上方。气体滤网42与马弗炉上延伸段38相连且配置成将处理气体注入马弗炉上延伸段38和/或马弗炉14中。下给式手柄(downfeed handle)46定位于马弗炉上延伸段38中且配置成支承光纤预制件50。

加热器30热连接至马弗炉14且配置成在系统10中产生热区34。具体而言，在马弗炉14的内腔26中产生热区34。加热器30紧邻马弗炉14的主体部18定位且配置成对其中的光纤预制件50进行加热。应当理解的是，加热器30可附加地或替代地紧邻收窄部22定位。根据各种例子，加热器30可以是感应式加热器。热区34可具有约1700℃至约2100℃的温度。例如，热区34可具有约1700℃、1800℃、1900℃、2000℃或约2100℃的温度。将会在下文中更详细解释，热区34的热量足以降低光纤预制件50的粘度和/或熔化光纤预制件50，以使得可由光纤预制件50拉制光纤62。

马弗炉上延伸段38可以是连接至马弗炉14的环形结构。这样一来，来自气体滤网42的处理气体进入马弗炉上延伸段38，并且进入或流入马弗炉14的内腔26。所述处理气体可以是氦气、氩气、氮气和/或其它对马弗炉14、马弗炉上延伸段38和/或光纤预制件50呈惰性的气体。应当理解的是，处理气体还可包含一种或更多种可与系统10的组件反应的杂质(例如O₂)。对马弗炉上延伸段38的尺寸和位置进行调整，以收容下给式手柄46。下给式手柄46可以是中空的或实心的。下给式手柄46可具有约6cm～约15cm、或约7cm～约13cm、或约8cm～约12cm的外径。下给式手柄46连接至电机，所述电机允许手柄46移进和移出马弗炉上延伸段38。将会在下文中更详细解释，下给式手柄46可移动通过马弗炉上延伸段38，以使得随着光纤预制件50(例如在光纤62生产过程中)的消耗，手柄46可将光纤预制件50连续移入热区34中。随着下给式手柄46移入和移出马弗炉上延伸段38，光纤预制件50移入和移出热区34。处理气体移动通过马弗炉上延伸段38并进入马弗炉14中。将会在下文中更详细解释，与处理气体的相互作用以及通过马弗炉14的处理气体的流动可对由光学预制件50拉制的光纤62的品质以及马弗炉14的使用寿命产生影响。

在系统10的运行过程中，光纤预制件50至少部分定位于马弗炉14的主体部18中。这样一来，主体部18围绕预制件50定位。光纤预制件50可由任意玻璃或材料构成，且可经过合适的掺杂以进行光纤62的制造。根据各种例子，光纤预制件50可包含芯体和包层。随着光纤预制件50到达热区34，光纤预制件50的粘度降低，以使得可由光纤预制件50拉制光纤62。随着光纤预制件50在光纤62的生产过程中被消耗，下给式手柄46可连续降低高度进入马弗炉上延伸段38和/或马弗炉14中，以使光纤预制件50的新部分暴露在热区34中。光纤62经由马弗炉14的出口68由光纤预制件50拉出，并且可卷绕在卷轴上。光纤62通常沿着中心线轴A₁通过马弗炉14拉制。应当理解的是，在不偏离本文提供的教导的前提下，一个或更多个马弗炉下延伸段、冷却系统、处理气体回收系统和/或涂覆系统可定位于马弗炉14的下方或者马弗炉14的下游。

马弗炉14和/或马弗炉上延伸段38可包含耐火材料，例如石墨、氧化锆、粘合剂和/或它们的组合。这样一来，马弗炉14和马弗炉上延伸段38中的一种或更多种包含碳。马弗炉14和马弗炉上延伸段38可配置成将热量保存在系统10内以及保护系统10的其它组件免受过高温度的影响。虽然马弗炉14和/或马弗炉上延伸段38的材料可通常为优良的绝缘体，但可能在升高了的温度下发生氧化。尽管在本文中被描述为独立结构，应当理解的是，马弗炉14和马弗炉上延伸段38可以是单个组件，或者包含多于两个组件。另外，在不偏离本文提供的教导的前提下，马弗炉下延伸段也可与马弗炉14结合。

如上所述，尽管石墨能够提供上佳的热阻性能，马弗炉14的使用石墨的例子的氧化也可增加在光纤62上产生因拉制而引起的点瑕疵(“DIPD”)的可能性。当来自环境气氛的气体和/或处理气体中的杂质在高温下与石墨马弗炉14按照下式(1)和(2)发生反应时，发生氧化。

C+O₂→CO₂ (1)

C+CO₂→2CO (2)

附加地或替代地，二氧化硅颗粒(例如来自光纤预制件50)能够基于反应(3)氧化碳基材料。

C+SiO₂→SiC+2CO (3)

这些在马弗炉14中与氧气、二氧化硅和含氧气体发生的反应可导致马弗炉14的损耗，尤其是在用于光纤62的升高了的拉制温度下。

在马弗炉14的使用石墨的例子中，马弗炉14的石墨材料是利用石墨化的碳粘合剂基质结合在一起的石墨晶粒的复合材料。粘合剂材料比石墨晶粒更容易受到氧化的影响。因此，当两种材料的复合材料在高温下暴露在含氧化合物中时，基质粘合剂材料优先氧化。随后，不含使石墨晶粒固定在原位的粘合剂的石墨晶粒会从马弗炉14上自由脱落。无意受限于理论，认为该机理会导致石墨微粒在拉制过程中从马弗炉14迁移至光纤62，从而引发DIPD。DIPD表现为在经由光纤62传输的信号中出现更多的尖锐衰减。石墨微粒越大，在光纤62上形成DIPD的可能性就越大。

无意受限于理论，认为常规的马弗炉设计会导致颗粒在马弗炉14上团聚，从而除了保留和/或再循环气体以外，还会形成对马弗炉14有害的DIPD。例如，马弗炉14直径的(例如发生在收窄部22处的)大幅减小(例如从马弗炉14的中心线轴A₁测量为45°或更大)可导致颗粒撞击马弗炉14的内表面14A并粘贴。这些颗粒的粘贴会导致会增大粒径的团聚。基于处理气体通过马弗炉14的流动方式，这些团聚物可从马弗炉14的内表面14A上脱落并接触光纤62。除了聚集和团聚颗粒以外，马弗炉14内径的骤减可导致诸如CO这样的气体再循环或逆流，而不是被输送出炉系统10。基于上文所列的式(1)、(2)和(3)，这种再循环可导致马弗炉14预期寿命的缩短。换言之，倾向于使马弗炉14劣化的气体可由于再循环而在马弗炉14中停留更长的时间，导致马弗炉14的预期寿命缩短。

如上所述，马弗炉14包含主体部18和收窄部22。应当理解的是，主体部18和收窄部22可以是彼此独立的组件，以使马弗炉14包含多个工件。此外，主体部18和/或收窄部22可各自包含多个独立的组件或工件。马弗炉14可具有约100cm至约140cm的长度。马弗炉14的主体部18可具有约0.6cm至约4cm、或约1.25cm至约2.5cm、或约1.8cm至约2.0cm之间的厚度。在特定的例子中，马弗炉14的主体部18的厚度(例如从内表面14A测量至外表面14B)可约为1.9cm。主体部18定位于收窄区域22的上方，且总体上限定内腔26，光纤预制件50定位于内腔26中。内腔26在主体部18中的形状一般是圆柱形，且沿着中心线轴A₁延伸。由主体部18限定的内腔26的部分可具有基本上均匀的半径和/或直径。内腔26的半径可约为6cm至约10cm、或约7cm至约9cm。主体部18可具有约64cm至约89cm的长度。马弗炉14限定在主体部14与收窄部22之间延伸的内表面14A。

马弗炉14的收窄部22位于马弗炉14的主体部18的下方。一般可通过以马弗炉14的内圆锥(例如，马弗炉14的内径通过内表面14A而收窄)和/或外表面14B的收窄为起点从主体部18描绘出收窄部22。收窄部22通常向下收窄、或向下收缩至马弗炉14的出口68。马弗炉14的出口68通常是由马弗炉14限定的内腔26的出口(例如，或者是最窄的部分)。

收窄部22的内表面14A既围绕着马弗炉14的圆周弯曲以限定内腔26(例如，形成马弗炉14的圆形截面形状)，又朝向并远离马弗炉14的中心线轴A₁弯曲。在图示的例子中，内表面14A限定具有第一曲率半径的第一弯曲部80和具有第二曲率半径的第二弯曲部84。尽管图示为包含两个弯曲部，但应当理解的是，马弗炉14的内表面14A可限定一个或多于两个弯曲部。第一弯曲部80一般定位在第二弯曲部84的上方或上游(例如相对于处理气体流)。第一弯曲部80和第二弯曲部84可彼此接触，或者可通过内表面14A的线性(例如，包括线性地收窄或者完全不收窄)的一部分隔开。应当理解的是，在第一弯曲部80与第二弯曲部84接触的例子中，可存在拐点或平坦部。第一弯曲部80和/或第二弯曲部84可围绕着内腔26的一部分、大部分、基本上全部或全部圆周延伸。在收窄部22包含多个独立组件的例子中，第一弯曲部80和第二弯曲部84可被限定在收窄部22的独立组件上。

出于本公开的目的，弯曲表面(例如第一弯曲部80和/或第二弯曲部84)的曲率半径等于最近似于该表面的曲线的圆弧在该曲线保持恒定处的半径。换言之，第一曲率半径和第二曲率半径分别是最近似于第一弯曲部80和第二弯曲部84的整体的圆弧的半径。第一曲率半径和第二曲率半径可以是彼此不同的、彼此基本上相同的或者彼此相同的。此外，第一弯曲部80和第二弯曲部84可具有一个或更多个曲率半径。第一弯曲部80的曲率半径可在以下范围内：约50cm至约100cm、或约60cm至约90cm、或约70cm至约80cm以及它们之间的所有值。在特定例子中，第一曲率半径可约为70cm。第二弯曲部84的第二曲率半径可在以下范围内：约10cm至约40cm、或约20cm至约30cm以及它们之间的所有值。在特定的例子中，第二曲率半径可约为25.4cm。换言之，马弗炉14的收窄部22限定具有弯曲部(例如，第一弯曲部80或第二弯曲部84)的内表面14A，所述弯曲部具有约10cm至约100cm的曲率半径。另外，第一曲率半径和第二曲率半径中的至少一种的半径大于圆柱形内腔26的半径。第一弯曲部80和第二弯曲部84相对于马弗炉14的中心线轴A₁可以是凹状的或凸状的。例如，第一弯曲部80相对于马弗炉14的中心线轴A₁可以是凹状的。在这种例子中，曲率半径将会总体上朝向中心线轴A₁延伸。在另一个例子中，第二弯曲部84相对于马弗炉14的中心线轴A₁可以是凸状的，以使第二弯曲部84的曲率半径可总体上指向远离中心线轴A₁。

马弗炉14的收窄部22的第一弯曲部80和第二弯曲部84配置成使通过马弗炉14的处理气体的流动呈流线型。如上所述，马弗炉14内径(例如，通过内表面14A向中心线轴A₁的快速收窄而)骤减的常规马弗炉设计可导致压力增大、颗粒团聚和/或气体再循环。通过采用具有高曲率半径的内表面，第一弯曲部80和第二弯曲部84允许内腔26的直径逐渐且平顺地减小。内腔直径的逐渐且平顺的减小允许颗粒在内表面14A上“软着陆”，以减少和/或消除颗粒的团聚。换言之，颗粒通过出口68而远离光纤62。另外，由于第一弯曲部80和第二弯曲部84相对于常规设计更能够使处理气体的流动呈流线型，可有效地排除倾向于损害马弗炉14的气体而不发生过度的再循环。这些特征可在减少DIPD以及延长马弗炉使用寿命方面具有优势。

马弗炉14的收窄部22可限定也是收窄的外表面14B。例如，外表面14B可相对于主体部18以约8°至约16°的角度收窄。在特定的例子中，外表面14B可相对于主体部18以约12°的角度收窄。由于第一弯曲部80和第二弯曲部84减小了内腔26的直径，马弗炉14的收窄部22可比主体部18更厚。例如，收窄部22的厚度(从内表面14A测量至外表面14B)可约为5cm至约15cm，而主体部18可具有约1cm至约3cm的厚度。根据各种例子，收窄部22可比常规马弗炉设计更厚。这样一来，可能需要使更大量的马弗炉14劣化才会出现裂纹和/或破损。实践中，马弗炉14的增加的量可导致马弗炉14的使用寿命更长，并且提高马弗炉14保存热量的效率。

现在参考图2～4，马弗炉14的收窄部22限定内腔26的出口68。出口68向插入件凹槽90开放，插入件凹槽90配置成收容插入件94和垫圈98。虽然图示为具有单个垫圈98，应当理解的是，马弗炉14可不包含垫圈98或者包含多个垫圈98。垫圈98可由石墨层压件(例如具有不锈钢、碳钢或金属丝网的稳定化插入件的石墨)、编织的和/或压缩的石墨箔、陶瓷纤维毯和/或它们的组合形成。垫圈98确保插入件94与马弗炉14之间的密封。

插入件94配置成定位于插入件凹槽90中。这样一来，插入件94定位于光纤预制件50的下方或下游，且位于马弗炉14中。插入件94可由结合马弗炉14和/或垫圈98描述的任意上述材料形成。根据各种例子，插入件94可包含石墨。插入件94的内插入件表面94A配置成与马弗炉14的内表面14A基本上齐平，以使流过马弗炉14的收窄部22的气体不受插入件94的阻碍。此外，光纤62可延伸通过插入件94，同时由光纤预制件50拉制出光纤62。插入件94的内径可约为4cm至约10cm、或约5cm至约7cm以及它们之间的所有值。插入件94的外径可约为5cm至约10cm以及它们之间的所有值。插入件94的长度(沿着与马弗炉14的中心线轴A₁相同的方向测量)可在约8cm至约17cm之间、或在约10cm至约15cm之间、或在约12cm至约13cm之间以及它们之间的所有值。在特定的例子中，插入件94可具有约12.7cm的长度。在一些例子中，插入件94可完全定位于马弗炉14的收窄部22中，而在另一些例子中，插入件94可仅有部分设置在马弗炉14的收窄部22中。在运行过程中，插入件94配置成收集借助马弗炉14的气体物流通过的大颗粒。这种特征在允许从马弗炉14中移除插入件94从而在不需要完全移除马弗炉14的条件下除去微粒方面可能具有优势。

现在参考图4，图4图示了马弗炉14的一个例子，其具有收窄区域22而不具有第一弯曲部80和第二弯曲部84(图2)。在所示的例子中，内表面14A沿着收窄部是笔直的或线性的，且直接引向插入件94。内表面14A相对于中心线轴可具有约45°或更小的角度α。例如，α可以是约1°至约40°、或约10°至约30°、或约15°至约25°。例如，α可以是约5°、约6°、约7°、约8°、约9°、约10°、约11°、约12°、约13°、约14°、约15°、约16°、约17°、约18°、约19°或约20°以及它们之间的所有值。与图2的弯曲部80、84相似的是，通过减小内表面14A的角度、或者减小内腔26直径的减小率，处理气体中的颗粒不会粘贴在内表面14A上并团聚。此外，由于处理气体的流动路径相对于常规设计已流线型化，处理气体中的逆流减少和/或消除。对于马弗炉22的另一些例子，收窄部22可包含插入件94。

使用本文公开的马弗炉14可提供各种优势。首先，通过使通过马弗炉14的内腔26的处理气体的流动呈流线型，相比于常规设计，DIPD的数量和/或浓度可减小。例如，使用本文公开的马弗炉14可导致DIPD相比于常规设计减少37％或更多。如上所述，通过降低颗粒粘贴至内表面14A的可能性，颗粒的团聚减轻，这会减少DIPD。此外，由于处理气体以流线型的方式通过马弗炉14，可将倾向于氧化或损坏马弗炉14的气体快速地从马弗炉14中除去。第二，由于马弗炉14的收窄部22比常规马弗炉设计更厚，马弗炉14可在开裂前具有更长的使用寿命。换言之，除了降低氧化的可能性以外，马弗炉14在收窄部22中的体积更大能够增加发生开裂和失效前必须损坏的马弗炉14的量。这样一来，单个马弗炉14可具有约十二个月或更长的使用寿命。第三，由于相对于常规设计，马弗炉14的主体部18减小而收窄部22的体积增大，加热器30可更高效地加热热区34和光纤预制件50，同时还保存更多的热量。马弗炉14的增加的效率可导致与向炉系统10供能相关联的能量成本降低。例如，通过使用相比于常规设计更薄的主体部18，可节约平均约5kW的功率。第四，由于插入件94可从马弗炉14中移除，可以不用为了从马弗炉14中清除大颗粒而对整个马弗炉14进行维护。这种特征除了在缩短清洁马弗炉14所需的生产停工期方面以外，还在减少进行清洁时对马弗炉14产生的损伤方面具有优势。

实施例

以下实施例代表本公开的马弗炉的某些非限制性例子，包括制造它们的方法。

现在参考图5A～7B，图5A～7B图示了常规的示例性耐火元件(例如马弗炉14)的轮廓图和迹线图。轮廓图的左边缘定位于炉的中心(例如，加热器30)；而右边缘紧邻耐火元件的端部(例如，出口68)。图5A是常规耐火元件的比较例1的轮廓图；而图5B是常规耐火元件的比较例1的迹线图。在比较例1中，所提供的常规耐火设计在紧邻耐火元件端部的耐火材料缩小位置(例如，收窄部22)处具有约45°的缩小。从图中可见，迹线在缩小位置(reduction point)处聚集，这表明缩小位置处的气压升高。气体浓度和气压升高可导致耐火元件中的流动不稳定性和逆流。此外，这种配置可导致颗粒撞击和团聚。这种不稳定性和逆流可导致被逆流携带的较大的团聚颗粒发生脱落，从而导致在常规耐火材料所拉制的光纤(例如，光纤62)中出现DIPD。

现在参考图6A和6B，图6A是根据本公开的耐火元件的实施例1的轮廓图；而图6B是根据本公开的耐火元件的实施例1的迹线图。在实施例1中，耐火元件沿着内表面(例如，内表面14A)包含两个弯曲区域(例如，第一弯曲部80和第二弯曲部84)。第一或上弯曲区域(例如，第一弯曲部80)具有约70cm的曲率半径；而第二或下弯曲区域(例如，第二弯曲部84)具有约25.4cm的曲率半径。从图6B的迹线中可以看出，流动路径更少地集中于耐火壁附近，且相比于比较例1，气体的流动总体上更加流线型。如上所述，实施例1的耐火材料的流线型属性能够防止压力升高，这可导致更少的颗粒团聚和逆流。随着团聚和逆流的减少，被携带至被拉制的光纤的大颗粒更少，其可防止逆流向光纤向上携带颗粒。这样一来，预计这种光纤中的DIPD的量更少。

现在参考图7A和7B，图7A和7B图示了实施例2的轮廓图(图7A)和迹线图(图7B)。实施例2包括线性的或笔直的缩小位置(例如，收窄部22)。在所图示的例子中，缩小位置相对于耐火材料轴(例如，中心线轴A₁)的角度在约11°至约12°之间。从图7B中可以看出，通过耐火元件的迹线高度流线型，这表明压力升高和湍流都很小。对结果的分析揭示了颗粒不会在缩小位置处反弹，而是沿着耐火元件壁滑动，从而允许颗粒逃出耐火元件而不发生团聚。

现在参考图8，图8图示了显示比较例1和实施例1的捕获颗粒的百分比相对于粒径的图。使用带颗粒追踪的CFD建模来预测通过耐火元件的流动模式和颗粒运动。在模拟中使用1μm至50μm范围内的各种粒径。从图中可以看出，流线型的实施例1累积的颗粒比比较例1的少约20％。被捕获颗粒的减少是有利的，因为正是被捕获的颗粒发生团聚而产生DIPD。这样一来，通过减少被捕获颗粒的数量(例如，增加通过并离开系统10的颗粒的数量)，形成DIPD的可能性降低。

现在参考图9，图9图示了每1000km的使用比较例1和实施例1生产的光纤的DIPD的图。从图中可以看出，实施例1的流动模式将更多颗粒吹扫出耐火元件，这减少了颗粒依附于光纤上的情况。相比于比例较1，使用实施例1的耐火元件导致DIPD减少了37％，这是显著的性能改善。随着颗粒团聚的减少，还预计SiO₂的吹扫率会增大，且含氧气体会被从耐火元件中除去，从而增加预计的使用寿命。

现在参考图10，耐火元件的厚度会影响使用多少功率来形成光纤。例如，测得当将实施例1的耐火元件安装在拉制炉(例如，系统10)上时，相比于比较例1，炉功率的使用降低了约5kw。炉效率增加的原因在于热损失的降低，这是由于更大的耐火元件容积和更厚的元件壁(例如，在收窄部22中)导致的。

Claims

1.一种光纤拉制马弗炉，其包含：

主体部，所述主体部限定沿所述马弗炉的中心线轴延伸的圆柱形的内腔；和

收窄部，所述收窄部具有限定具有第一曲率半径的第一弯曲部和具有第二曲率半径的第二弯曲部的内表面，其中，所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的至少一种的半径大于所述圆柱形内腔的半径；并且所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的至少一种为10 cm至100 cm。

2.如权利要求1所述的马弗炉，其特征在于，所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的一种相对于所述中心线轴是凹状的。

3.如权利要求2所述的马弗炉，其特征在于，所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的一种相对于所述中心线轴是凸状的。

4.如权利要求1所述的马弗炉，其特征在于，所述收窄部限定配置成收容马弗炉插入件的插入件凹槽。

5.如权利要求4所述的马弗炉，其特征在于，所述马弗炉插入件限定与所述内表面齐平的插入件表面。

6.如权利要求5所述的马弗炉，其特征在于，所述插入件具有4 cm至10 cm的内径和5cm至10 cm的外径。

7.如权利要求4所述的马弗炉，其特征在于，所述马弗炉插入件和所述马弗炉中的至少一种包含石墨。

8.如权利要求1所述的马弗炉，其特征在于，所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的至少一种为50 cm至100 cm。

9.如权利要求1所述的马弗炉，其特征在于，所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的至少一种为10 cm至40 cm。

10.一种光纤拉制马弗炉，其包含：

收窄部，所述收窄部具有限定曲率半径为10 cm至100 cm的弯曲部的内表面，所述收窄部限定配置成收容马弗炉插入件的插入件凹槽，其中，所述马弗炉和所述马弗炉插入件中的至少一种包含石墨。

11.如权利要求10所述的马弗炉，其还包含：

垫圈，所述垫圈定位于所述马弗炉与所述马弗炉插入件之间。

12.如权利要求10所述的马弗炉，其特征在于，所述马弗炉插入件具有5 cm至20 cm的长度。

13.如权利要求10所述的马弗炉，其特征在于，所述马弗炉插入件位于所述马弗炉的所述中心线轴上。

14.一种光纤生产系统，其包含：

光纤预制件，所述光纤预制件包含玻璃；

加热器；

马弗炉，所述马弗炉包含：

主体部，所述主体部围绕所述预制件定位，其中，所述加热器紧邻所述主体部定位且配置成对其中的所述预制件进行加热；和

收窄部，所述收窄部具有限定具有第一曲率半径的第一弯曲部和具有第二曲率半径的第二弯曲部的内表面，其中，所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的至少一种为10 cm至100 cm。

15.如权利要求14所述的光纤生产系统，其还包含：

马弗炉插入件，所述马弗炉插入件定位于所述马弗炉中。

16.如权利要求15所述的光纤生产系统，其特征在于，所述马弗炉插入件紧邻所述马弗炉的出口定位。

17.如权利要求15所述的光纤生产系统，其特征在于，所述马弗炉插入件包含石墨。

18.如权利要求14所述的光纤生产系统，其特征在于，所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的一种相对于所述马弗炉的中心线轴是凸状的，且所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的一种相对于所述马弗炉的所述中心线轴是凹状的。

19.如权利要求14所述的光纤生产系统，其特征在于，所述马弗炉包含石墨。

20.如权利要求14所述的光纤生产系统，其特征在于，所述第一弯曲部与所述第二弯曲部接触。