CN111377606A - 一种具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置，包括烧结炉、脱水炉、进风排废处理装置、穿设在烧结炉和脱水炉内部的马弗管，烧结炉和脱水炉之间设有炉间保温件和温度平衡区，马弗管内部设有烧结区和脱水区,马弗管顶部设有马弗管盖板，进风排废处理装置包括带排气罩、排气管、废气处理装置，排气管上设有带新风阀的新风支路、压力表和总风阀，排气罩盖板和马弗管盖板上穿设有牵引装置，牵引装置下端安装有疏松体产品并插入马弗管内进行脱水烧结，排气罩、马弗管、排气管和废气处理装置相连通。本发明具有炉内温度和马弗管内温度压力平稳，减少烧结脱水作业时间和生产成本，提高整体工作效率，使得温场和流场较为平稳等优点。
Description
【技术领域】
本发明涉及芯棒烧结装置的技术领域，特别是一种具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置的技术领域。
【背景技术】
随着光纤市场的发展，尤其是近几年，原材料价格不断上涨，而光纤价格却未同步上升，对光纤预制棒生产厂家而言，降低预制棒制造成本，降低原料消耗和提高生产效率，已成为趋势所向。
芯棒疏松体烧结需要经过脱水和烧结两个步骤，脱水和烧结过程都需要在一定的温度下进行，过程中使用氯气、氦气和氧气进行反应。由于疏松体沉积过程中残留的水分子，导致原有的Si-o-Si化学键可能从中侵入氢氧根从而生成新的化学键Si-OH,而化学键Si-OH对波长为945nm、1240nm、1383nm的光波具有吸收作用，所以通入氯气，通过反应把化学键Si-OH置换为Si-Cl，而产生的Si-Cl键吸收波长在25微米，远离了光纤的工作波段，即达到了脱水的效果；脱水过程中氦气起到保证炉内正压作用，有效地传递热量促进脱水反应，主要作为催化剂作用存在；氧气是为了防止疏松体中二氧化锗被反应，保证折射率剖面。疏松体脱水过后会再进行高温致密化过程，从而使疏松体变成玻璃状态。
目前国内预制棒厂家芯棒烧结使用的大多为单炉结构烧结设备，脱水过程和烧结过程都在同一个加热区完成，单炉作业由于脱水区域短，需要局部脱水，则脱水时间长，脱水与烧结间需要升温等待，则作业时间加长，以疏松体1200mm长产品作业为例，单炉的总作业时间为780分钟左右，脱水长度为1200mm疏松体为例，正常设计脱水炉的加热段为5区共计高度2000mm(中间3区作业，上下两区辅助加热)，烧结脱水作业过程中需要一直导入氦气，时间长，则氦气量大，成本高，存在作业效率低、氦气使用量大、炉内温度压力和流场不稳定等问题。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置，能够使炉内温度和马弗管内温度压力平稳，减少烧结脱水作业时间和生产成本，提高整体工作效率和工作稳定安全性，使得温场和流场较为平稳。
为实现上述目的，本发明提出了一种具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置，包括烧结炉、脱水炉、进风排废处理装置、穿设在烧结炉和脱水炉内部的马弗管，所述烧结炉和脱水炉之间设有炉间保温件和温度平衡区，所述马弗管内部对应烧结炉和脱水炉内部区域分别为烧结区和脱水区,马弗管顶部设有马弗管盖板，所述进风排废处理装置包括带排气罩盖板和进风口的排气罩、排气管、废气处理装置，所述排气管上设有带新风阀的新风支路、压力表和总风阀，所述排气罩盖板和马弗管盖板上间隙配合穿设有牵引装置，牵引装置下端安装有疏松体产品并插入马弗管内进行脱水烧结，所述排气罩、马弗管、排气管和废气处理装置相连通，所述烧结炉和脱水炉均包括保温件和加热器。
作为优选，所述烧结炉包括烧结区加热器、烧结炉顶部保温件、烧结炉中部保温件、烧结炉底部保温件和马弗管底部保温件。
作为优选，所述烧结区加热器穿插在烧结炉顶部保温件上，烧结区加热器下端位于烧结炉中部保温件内侧。
作为优选，所述脱水炉包括脱水炉顶部保温件、脱水炉中部保温件、脱水炉底部保温件和脱水区加热器，所述脱水区加热器安装在脱水炉中部保温件内壁。
作为优选，所述脱水区加热器的数量为4，且自上而下分别为脱水一区加热器、脱水二区加热器、脱水三区加热器和脱水四区加热器。
作为优选，所述脱水二区加热器、脱水三区加热器和脱水四区加热器高度相同，所述脱水一区加热器高度为脱水二区加热器高度的50～80％，在保证脱水区域温度稳定的情况下降低设备高度及电气设计功率，减少生产成本。
作为优选，所述炉间保温件的高度为280～600mm，所述脱水炉底部保温件的高度为80～300mm，脱水炉顶部保温件高度为80～450mm，确保脱水炉四区加热器区域温度稳定，确保烧结区温度稳定，同时能减少散热量和降低能量损耗。
作为优选，所述马弗管盖板与牵引装置之间的间隙为0.5～4mm，有助于保证马弗管内压力稳定、温度稳定，及时排走马弗管内排出来的废气，保证安全。
作为优选，所述排气管内为负压状态且压力保持在10～60Pa，所述马弗管内保持正压状态且压力保持在3～50Pa，便于从马弗管内排出的废气能及时排走，保证安全，同时能保证马弗管内工艺气体能充分参与反应，提高气体利用率，确保工艺能正常进行。
作为优选，所述温度平衡区的高度为10～200mm，温度平衡区介于脱水炉底部和炉间保温件顶部之间，使烧结区的高温能及时散走，保持脱水炉四区加热器区域温度稳定，能有效降低设备高度，有利于脱水炉四区加热器区域充分利用烧结区的温度，降低能量损耗，减少生产成本。
本发明的有益效果：1.烧结炉和脱水炉内温度波动小，使得双炉芯棒烧结装置整体温场较为稳定，使得产品烧结效果和脱水效果好；2.脱水炉和烧结炉作业使得脱水和烧结作业转化时无需升温等待，有效降低了生产作业时间，有效提高生产效率，降低氦气使用量和生产成本；3.马弗管内压力波动较小，便于排气及时排出，保证良好安全的作业环境，使得工业气体产品充分反应；4.温度平衡区介于炉间保温件和脱水炉之间，使得马弗管表面暴露在空气中可对烧结的高温进行有效散热，使得脱水四区加热器的温度既不受烧结区影响，也在一定程度上利用烧结区的温度来升温，降低电能损耗和生产成本；5.有效降低脱水炉高度；6.通过总风阀、新风阀、排气罩内的流场、马弗管盖板与牵引装置之间的间隙配合安装设计，确保了装置整体运行的压力、温度及气体流动的稳定性，保证生产的安全有序进行。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明一种具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置的脱水状态示意图；
图2是本发明一种具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置的烧结状态示意图。
图中：1-烧结炉、2-脱水炉、3-马弗管、4-炉间保温件、5-温度平衡区、6-排气罩、7-疏松体产品、8-排气管、10-烧结区加热器、11-烧结炉顶部保温件、12-烧结炉中部保温件、13-烧结炉底部保温件、14-马弗管底部保温件、21-脱水炉顶部保温件、22-脱水炉中部保温件、23-脱水区加热器、24-脱水炉底部保温件、31-烧结区、32-脱水区、33-马弗管盖板、61-排气罩盖板、62-进风口、71-牵引装置、81-压力表、82-总风阀、83-新风阀、84-废气处理装置。
【具体实施方式】
参阅图1、图2，本发明一种具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置，包括烧结炉1、脱水炉2、进风排废处理装置、穿设在烧结炉1和脱水炉2内部的马弗管3，工艺气体氦气、氧气和氯气从马弗管3底部进入，烧结炉1和脱水炉2之间设有炉间保温件4和温度平衡区5，马弗管3内部对应烧结炉1和脱水炉2内部区域分别为烧结区31和脱水区32,马弗管1顶部设有马弗管盖板33，进风排废处理装置包括带排气罩盖板61和进风口62的排气罩6、排气管8、废气处理装置84，排气管8上设有带新风阀83的新风支路、压力表81和总风阀82，排气罩盖板61和马弗管盖板33上间隙配合穿设有牵引装置71，牵引装置71下端安装有疏松体产品7并插入马弗管3内进行脱水烧结，排气罩6、马弗管3、排气管8和废气处理装置84相连通，烧结炉1和脱水炉2均包括保温件和加热器；
其中，脱水炉2位于烧结炉1的正上方，排气罩6安装在马弗管盖板33上，总风阀82安装在远离排气罩6一端的排气管8上，压力表81安装在靠近排气罩6一端的排气管8上，新风支路位于远离排气罩6一端的排气管8上且介于总风阀82和压力表81之间，进风口62与排气管6相平齐并分别位于排气罩6两侧，炉间保温件4和温度平衡区5环绕在马弗管3外侧，烧结区31位于脱水区32下方；
烧结炉1包括烧结区加热器10、烧结炉顶部保温件11、烧结炉中部保温件12、烧结炉底部保温件13和马弗管底部保温件14，马弗管底部保温件14底部与马弗管3底部相平齐；
烧结区加热器10穿插在烧结炉顶部保温件11上，烧结区加热器10下端位于烧结炉中部保温件12内侧；
脱水炉2包括脱水炉顶部保温件21、脱水炉中部保温件22、脱水炉底部保温件24和脱水区加热器23，脱水区加热器23安装在脱水炉中部保温件22内壁；
脱水区加热器23的数量为4，且自上而下分别为脱水一区加热器、脱水二区加热器、脱水三区加热器和脱水四区加热器，脱水一区加热器位于靠近脱水炉顶部温件21一端的脱水炉中部保温件22上；
脱水二区加热器、脱水三区加热器和脱水四区加热器高度相同，脱水一区加热器高度为脱水二区加热器高度、脱水三区加热器和脱水四区加热器高度的70％；
炉间保温件4的高度为450mm，脱水炉底部保温件24的高度为180mm，脱水炉顶部保温件21高度为250mm，炉间保温件4由炉间顶部保温件和炉间底部保温件组成，炉间底部保温件下端抵靠在烧结炉顶部保温件11上；
马弗管盖板33与牵引装置71之间的间隙为2mm；
排气管8内为负压状态且压力保持在10～60Pa，马弗管3内保持正压状态且压力保持在3～50Pa；
温度平衡区5的高度为50mm，温度平衡区5介于脱水炉2底部和炉间保温件4顶部之间。
本发明工作过程：
本发明一种具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置在工作过程中，将马弗管3安装在脱水炉2和烧结炉1的中心，将疏松体产品7安装在牵引装置71后装入马弗管3内进行脱水和烧结作业，疏松体产品7可随牵引装置71上下移动；
装置待机时脱水炉2内温度为1250℃，烧结炉1内为1250℃-1300℃，当开始脱水作业时，疏松体产品7进入对应脱水炉2内的脱水区即可立即脱水作业，烧结炉1待机温度为1250℃能够有效地降低设备的电能损耗20％以上，降低设备运行成本，疏松体产品7脱水后期，一般距离脱水完成30分钟前，烧结炉1则进行升温，当升温至烧结温度1450℃时，疏松体产品7则刚好脱水完成，则通过牵引装置7下移将疏松体产品7牵引至对应烧结炉1的烧结区31内，即可进行烧结作业，直至完成烧结脱水作业；
作业过程中，工艺气体氦气、氧气、氯气从马弗管3底部进入，在马弗管3内部往上走并与松散体产品7参与反应，然后形成废气，废气通过马弗管盖板33与牵引装置71之间的间隙排到排气罩6内，最后废气顺着排气罩6内的风场经排气管8进入到废气处理装置84内进行处理，对1200mm长的疏松体产品进行烧结脱水作业仅需460分钟；
由于烧结温度高于脱水温度，烧结区31位于脱水区32下方，烧结区31高温会往上抬升，影响脱水区32内的温度，导致脱水区32温度过高，无法进行脱水，故而在脱水炉2及烧结炉1间设计温度平衡区5，温度平衡区5不设计保温件，使马弗管3表面露于空气中，对烧结的高温进行散热，使脱水四区加热器的区域稳定，温度平衡区5高度设计为10～200mm，使脱水四区加热器的温度既不受烧结区31影响，也可一定程度上利用烧结区31的温度来升温，降低电能消耗，降低生成成本，脱水四区加热器的功率在脱水三区加热器功率的5％-50％；
脱水炉2最底部设计脱水炉底部保温件24，高度一般为80～300mm，能有效增加散热距离，使脱水四区加热器区域温度稳定，同时能够降低脱水四区加热器的散热量，降低功率消耗；
温度平衡区5与烧结炉1间设计炉间保温件4，高度为280～600mm，可有效对烧结区31进行温度维持，使烧结区31温度稳定，温度平衡区5散热少；
疏松体产品7脱水时牵引装置71会把其牵引至脱水区32内，疏松体产品7的有效段(圆柱部分)置于脱水二区加热器、脱水三区加热器、脱水四区加热器所对应的区域内，脱水二区加热器顶部及脱水三区加热器底部都为加热器，温度能够保持稳定，脱水四区加热器顶部为加热器，底部能够借助烧结温度进行维持，因此温度也稳定，3个加热器的温度稳定能够保持在±3℃以内，满足脱水工艺要求；
脱水炉一区加热器位于脱水炉顶部，距离排气罩6较近，会有大量的热量散出，温度波动大，因此不宜用于脱水作业，主要功能为减少脱水炉二区加热器散热，使脱水炉二区加热器处温度稳定，脱水炉一区加热器高度设计的要小，一般为下面脱水炉加热器的50％-80％，这样能有效降低设备的高度，降低设备投资成本，脱水炉2由于采用四加热段，高度为1500mm；
脱水炉一区加热器顶部设计脱水炉顶部保温件21，高度一般为80～450mm，能有效降低脱水炉一区加热器的散热，降低设备功率；
马弗管3顶部设计排气罩6，排气罩6一侧设计6进风口62，进风口62对面一侧设有排气管8，排气罩6顶部设计排气罩盖板61，排气管8连接废气处理装置84，废气处理装置84对排气罩6内抽气，使得排气罩6内，风由进风口62进入由排气罩，并从排气管8排出，并在排气罩6内形成稳定风场；
通过调整总风阀82及新风阀83的大小，能够有效保障排气管8内压力的稳定性，当废气处理装置84压力波动时，排气管8压力会保持一定的值，使排气罩6内风场稳定，设备调试时，首先全开新风阀83，然后打开总风阀82直至排气管8远离排气罩6的一端风量为300-700m3/h，然后调小新风阀83至压力表81为10～60Pa，之后作业时总风阀82及新风阀83开度保持不变，此时总风阀82处风量会有70％作业分流至新风阀83处，当废气处理装置84压力波动时，由于新风阀83处管路有分压作用，则远端排气罩6处风场压力波动会相对较小，达到稳压的作用；
马弗管3底部通入工艺气体氦气、氯气及氧气，由于马弗管盖板33与牵引装置71的间隙设计在0.5～4mm范围内，使得马弗管3内形成微正压，排废管8内负压一般保持在10～60Pa，可确保排气罩6内部流场稳定，同时能保证排气罩6内流场不对马弗管3内压力产生影响，又能及时排走马弗管3内排出来的废气，保障设备运行安全。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置，其特征在于：包括烧结炉、脱水炉、进风排废处理装置、穿设在烧结炉和脱水炉内部的马弗管，所述烧结炉和脱水炉之间设有炉间保温件和温度平衡区，所述马弗管内部对应烧结炉和脱水炉内部区域分别为烧结区和脱水区,马弗管顶部设有马弗管盖板，所述进风排废处理装置包括带排气罩盖板和进风口的排气罩、排气管、废气处理装置，所述排气管上设有带新风阀的新风支路、压力表和总风阀，所述排气罩盖板和马弗管盖板上间隙配合穿设有牵引装置，牵引装置下端安装有疏松体产品并插入马弗管内进行脱水烧结，所述排气罩、马弗管、排气管和废气处理装置相连通，所述烧结炉和脱水炉均包括保温件和加热器。
2.如权利要求1所述的具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置，其特征在于：所述烧结炉包括烧结区加热器、烧结炉顶部保温件、烧结炉中部保温件、烧结炉底部保温件和马弗管底部保温件。
3.如权利要求2所述的具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置，其特征在于：所述烧结区加热器穿插在烧结炉顶部保温件上，烧结区加热器下端位于烧结炉中部保温件内侧。
4.如权利要求1所述的具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置，其特征在于：所述脱水炉包括脱水炉顶部保温件、脱水炉中部保温件、脱水炉底部保温件和脱水区加热器，所述脱水区加热器安装在脱水炉中部保温件内壁。
5.如权利要求4所述的具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置，其特征在于：所述脱水区加热器的数量为4，且自上而下分别为脱水一区加热器、脱水二区加热器、脱水三区加热器和脱水四区加热器。
6.如权利要求5所述的具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置，其特征在于：所述脱水二区加热器、脱水三区加热器和脱水四区加热器高度相同，所述脱水一区加热器高度为脱水二区加热器高度的50～80％。
7.如权利要求1所述的具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置，其特征在于：所述炉间保温件的高度为280～600mm，所述脱水炉底部保温件的高度为80～300mm，所述脱水炉顶部保温件高度为80～450mm。
8.如权利要求1所述的具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置，其特征在于：所述马弗管盖板与牵引装置之间的间隙为0.5～4mm。
9.如权利要求1所述的具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置，其特征在于：所述排气管内为负压状态且压力保持在10～60Pa，所述马弗管内保持正压状态且压力保持在3～50Pa。
10.如权利要求1至9中任一项所述的具有稳定温场和流场的双炉芯棒烧结装置，其特征在于：所述温度平衡区的高度为10～200mm，温度平衡区介于脱水炉底部和炉间保温件顶部之间。
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