CN113716858A - 烧结设备及烧结方法 - Google Patents

Abstract

一种烧结设备及烧结方法，用于通过加热原料气体对预制棒进行烧结处理，包括炉管和加热系统，所述加热系统设置在所述炉管外周，用于加热原料气体以及烧结预制棒，所述烧结设备还包括调节机构，所述调节机构包括隔热缓冲板和整流板，所述整流板设置在所述炉管一端，用于缓冲和分散进入所述炉管的原料气体，所述隔热缓冲板设置在所述炉管另一端，用于减缓原料气体排出所述炉管的速度，以控制所述炉管内的压力，上述烧结设备通过设置隔热缓冲板及整流板，调整炉管内气体温度及对流状态，从根本实现了对炉管内压力波动的稳定控制，有效改善预制棒棒径轴向均匀性。

Description

烧结设备及烧结方法

技术领域

本申请涉及光纤预制棒制造领域，尤其涉及一种烧结设备及烧结方法。

背景技术

光纤预制棒是用于拉光纤的高纯石英棒，在光纤预制棒的制作工艺流程中,烧结过程是关键步骤之一。在烧结工艺过程中，采用外部气相沉积法制备出的疏松态预制棒体，需要在1300℃～1500℃的高温以及高纯度卤素气体的氛围下进行烧结，才能形成透明的石英棒，传统烧结设备对预制棒棒径轴向均匀性等外观参数的改善通常是通过调整烧结温度与速度来实现的，但温度与速度往往受到烧结炉内气体压力波动因素的影响。目前稳定炉内压力的控制工艺，主要是用高纯气体流量的大小来分担烧结炉废气排出管道内的负压，从而达到控制烧结炉内的压力的功能，但此技术不能在根本上消除导致炉内压力波动的因素，同时现有烧结设备炉体内剧烈的热对流，直接导致压力波动，不利于烧结过程中预制棒棒径轴向均匀性的管控。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种烧结设备及烧结方法，实现烧结炉内压力波动的稳定控制，有效改善预制棒棒径轴向的均匀性参数。

本申请的实施例提供一种烧结设备，用于通过加热原料气体对预制棒进行烧结处理，包括炉管和加热系统，所述加热系统设置在所述炉管外周，用于加热原料气体以及烧结预制棒，所述烧结设备还包括调节机构，所述调节机构包括隔热缓冲板和整流板，所述整流板设置在所述炉管一端，用于缓冲和分散进入所述炉管的原料气体，所述隔热缓冲板设置在所述炉管另一端，用于减缓原料气体排出所述炉管的速度，以控制所述炉管内的压力。

在本申请的一些实施例中，所述炉管包括第一反应管及第二反应管，所述预制棒设置在所述炉管内，且所述第一反应管一端设置有进气口，所述进气口用于流入原料气体。

在本申请的一些实施例中，所述第一反应管和所述第二反应管一体设置。

在本申请的一些实施例中，所述第二反应管外径大于所述第一反应管的外径。

在本申请的一些实施例中，所述加热系统包括预热加热体和烧结加热体，所述预热加热体环绕设置在所述第一反应管外侧，用于预热原料气体，所述烧结加热体环绕设置在所述第二反应管外侧，用于烧结所述预制棒。

在本申请的一些实施例中，所述隔热缓冲板设置在所述第二反应管内，且所述隔热缓冲板套设在所述预制棒一端，所述隔热缓冲板上开设有多个第一孔槽，多个所述第一孔槽用于原料气体排出所述炉管。

在本申请的一些实施例中，所述整流板设置在所述第一反应管一端，所述整流板上开设有多个第二孔槽，所述第二孔槽用于缓冲原料气体，以使所述原料气体经过缓冲后进入炉管内。

在本申请的一些实施例中，所述隔热缓冲板上的第一孔槽和所述整流板上的第二孔槽均沿圆周方向分布设置。

在本申请的一些实施例中，所述烧结设备还包括监测机构，所述监测机构包括压力检测仪表，所述压力检测仪表设置在所述第二反应管外壁上且伸入所述炉管内，用于在烧结过程中实时记录所述炉管内的压力。

本申请还提供一种采用上述任一项所述的烧结设备进行光纤预制棒烧结的烧结方法，包括：

将预制棒吊装放置在炉管内；

将原料气体通过进气口通入炉管内，同时检测炉管内压力；

通过整流板对原料气体进行缓冲及分散，再通过预加热体进行预加热；

预加热的原料气体上升通过烧结加热体再次加热，参与烧结反应；

烧结反应后的原料气体上升再通过隔热缓冲板后，缓慢排出炉管。

上述烧结设备通过设置隔热缓冲板及整流板，调整炉管内气体温度及对流状态，从根本实现了对炉管内压力波动的稳定控制，有效改善预制棒棒径轴向均匀性，且所述烧结方法简单易于操作。

附图说明

图1为本申请一实施方式中的烧结设备的结构示意图。

图2为本申请一实施方式中的隔热缓冲板的结构示意图。

图3为本申请一实施方式中的整流板的结构示意图。

图4为本申请一实施方式中传统烧结炉内温度与压力波动关系图。

图5为本申请一实施方式中传统烧结炉内烧结后预制棒棒径分布与压力波动关系图。

图6为本申请一实施方式中烧结设备烧结后预制棒棒径分布与压力波动关系图

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的实施例提供一种烧结设备，用于通过加热原料气体对预制棒进行烧结处理，包括炉管和加热系统，所述加热系统设置在所述炉管外周，用于加热原料气体以及烧结预制棒，所述烧结设备还包括调节机构，所述调节机构包括隔热缓冲板和整流板，所述整流板设置在所述炉管一端，用于缓冲和分散进入所述炉管的原料气体，所述隔热缓冲板设置在所述炉管另一端，用于减缓原料气体排出所述炉管的速度，以控制所述炉管内的压力。

上述烧结设备通过设置隔热缓冲板及整流板，调整炉管内气体温度及对流状态，从根本实现了对炉管内压力波动的稳定控制，有效改善预制棒棒径轴向均匀性。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。

请一并参阅图1、图2及图3，在一实施方式中，一种烧结设备100用于通过加热原料气体对预制棒101进行烧结处理，包括炉管10、加热系统20、调节机构30，所述预制棒101设置在所述炉管10内，所述加热系统20设置在所述炉管10外侧，用于加热所述炉管10，所述调节机构30设置在所述炉管10内，用于调节所述炉管10内压力，使得所述炉管10内气压处于稳定状态。

所述炉管10包括第一反应管11及第二反应管12，在一实施方式中，所述第一反应管11和所述第二反应管12一体设置，且所述第一反应管11一端设置有进气口111，所述进气口111用于原料气体的流入。所述第二反应管12外径大于所述第一反应管11的外径。在一实施方式中，所述炉管10为石英材料。

所述加热系统20包括预热加热体21和烧结加热体22，所述预热加热体21环绕设置在所述第一反应管11外侧。在一实施方式中，所述预热加热体21用于将原料气体由室温加热到800℃，缩小与所述炉管10内高温气体的温差。可以理解的是，所述预热加热体21加热原料气体的温度不限于上述的限定，可以根据需求具体调整。所述烧结加热体22环绕设置在所述第二反应管12外侧，用于烧结所述预制棒101。

所述调节机构30包括隔热缓冲板31和整流板32，所述隔热缓冲板31设置在在所述第二反应管12内，且所述隔热缓冲板31套设在所述预制棒101一端，所述隔热缓冲板31起缓冲和保温作用，减缓排气速度，所述隔热缓冲板31上开设有多个第一孔槽311，多个所述第一孔槽311用于减缓原料气体排出所述炉管10的速度，避免原料气体在冷热交替过程中加剧热对流。所述整流板32设置在所述第一反应管11靠近所述进气口111一端，所述整流板32用于缓冲和分散所述原料气体。所述整流板32上开设有多个第二孔槽321，所述第二孔槽321用于缓冲原料气体，以使所述原料气体经过缓冲后进入炉管10内，在一实施方式中，所述隔热缓冲板31与所述整流板32大体为圆柱状，所述隔热缓冲板31上的第一孔槽311和所述整流板32上的第二孔槽321均沿圆周方向分布设置。

所述烧结设备100还包括监测机构40，所述监测机构40连接于所述炉管10，用于监测所述炉管10内的压力，所述监测机构40包括压力检测仪表41，所述压力检测仪表41设置在所述第二反应管12外壁上且深入所述炉管10内，用于在烧结过程中实时记录所述炉管10内的压力。

本申请还提供一种使用上述烧结设备的使用方法，包括如下步骤：

S1，将预制棒吊装放置在炉管内；

具体的，所述预制棒可以通过吊杆吊装在所述炉管内，在烧结时，所述预制棒从第二反应管缓慢降至第一反应管内；

S2，将原料气体通过进气口通入炉管内，同时检测炉管内压力；

具体在一实施方式中，原料气体不断从进气口通入所述炉管，用于烧结反应，同时压力检测表实时检测炉管内压力。

S3，通过整流板对原料气体进行缓冲及分散，再通过预加热体进行预加热；具体在一实施方式中，所述原料气体在所述预加热体区域，加热到800℃，从而缩小与高温区气体间的温差。

S4，预加热的原料气体上升通过烧结加热体再次加热，参与烧结反应；

S5，烧结反应后的原料气体上升再通过隔热缓冲板后，缓慢排出炉管。具体在一实施方式中，隔热缓冲板用于减缓排气速度，在起到保温作用的同时，避免气体在冷热交替过程中加剧热对流。

请参阅图4，传统型烧结设备烧结时，烧结加热体在第一升温阶段，从800℃升温至1000℃，并保持一定时间的第一恒温阶段，第一升温阶段所监测到石英炉管内的压力波动范围在+30Pa～+80Pa之间，第一恒温阶段压力波动范围在+70Pa～+100Pa之间，压力波动幅度较升温阶段减小；第二升温阶段，从1000℃升温至1200℃，并保持一定时间的第二恒温阶段，第二升温阶段所监测到石英炉管内的压力波动范围在+40Pa～+80Pa之间，第二恒温阶段压力波动范围在-50Pa～+120Pa之间。可知在传统烧结设备预制棒烧结过程中，整体压力波动幅度随着烧结温度升温而增加，尤其在烧结加热体温度达到1000℃以上时石英炉管内的压力波动幅度增加较为明显。

请参阅图4及图5，传统型烧结设备烧结时，整体压力波动幅度随着烧结温度升温而增加，压力最大波动幅度达到-50Pa～+120Pa，从烧结后的预制棒棒径分布情况来看，整体棒径波动△D(Dmax-Dmin)随着压力波动幅度变大而变大，整体棒径波动△D最大值超过20mm。

请参阅图6，本申请的烧结设备在预制棒烧结时,压力波动为+50Pa～+80Pa，相比于传统型烧结设备的-50Pa～+120Pa，有效降低了炉管内压力波动。而从整体棒径波动△D(Dmax-Dmin)来看，整体棒径波动△D(Dmax-Dmin)随着压力波动幅度有效降低，且可以有效控制在5mm以内，预制棒棒径的轴向均匀性参数得到了明显的优化。

上述烧结设备通过设置隔热缓冲板及整流板，调整炉管内气体温度及对流状态，从根本实现了对炉管内压力波动的稳定控制，有效改善预制棒棒径轴向均匀性。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本申请公开的范围内。

Claims (10)

1.一种烧结设备，用于通过加热原料气体对预制棒进行烧结处理，包括炉管和加热系统，所述加热系统设置在所述炉管外周，用于加热原料气体以及烧结预制棒，其特征在于：所述烧结设备还包括调节机构，所述调节机构包括隔热缓冲板和整流板，所述整流板设置在所述炉管一端，用于缓冲和分散进入所述炉管的原料气体，所述隔热缓冲板设置在所述炉管另一端，用于减缓原料气体排出所述炉管的速度，以控制所述炉管内的压力。

2.如权利要求1所述的烧结设备，其特征在于：所述炉管包括第一反应管及第二反应管，所述预制棒设置在所述炉管内，且所述第二反应管一端设置有进气口，所述进气口用于流入原料气体。

3.如权利要求2所述的烧结设备，其特征在于：所述第一反应管和所述第二反应管一体设置。

4.如权利要求3所述的烧结设备，其特征在于：所述第二反应管外径大于所述第一反应管的外径。

5.如权利要求3所述的烧结设备，其特征在于：所述加热系统包括预热加热体和烧结加热体，所述预热加热体环绕设置在所述第一反应管外侧，用于预热原料气体，所述烧结加热体环绕设置在所述第二反应管外侧，用于烧结所述预制棒。

6.如权利要求3所述的烧结设备，其特征在于：所述隔热缓冲板设置在所述第二反应管内，且所述隔热缓冲板套设在所述预制棒一端，所述隔热缓冲板上开设有多个第一孔槽，多个所述第一孔槽用于原料气体排出所述炉管。

7.如权利要求3所述的烧结设备，其特征在于：所述整流板设置在所述第一反应管一端，所述整流板上开设有多个第二孔槽，所述第二孔槽用于缓冲原料气体，以使所述原料气体经过缓冲后进入炉管内。

8.如权利要求7所述的烧结设备，其特征在于：所述隔热缓冲板上的第一孔槽和所述整流板上的第二孔槽均沿圆周方向分布设置。

9.如权利要求2所述的烧结设备，其特征在于：所述烧结设备还包括监测机构，所述监测机构包括压力检测仪表，所述压力检测仪表设置在所述第二反应管外壁上且伸入所述炉管内，用于在烧结过程中实时记录所述炉管内的压力。

10.一种应用如权利要求1至9中任一项所述烧结设备进行预制棒烧结的烧结方法，其特征在于，包括：

将预制棒吊装放置在炉管内；

将原料气体通过进气口通入炉管内，同时检测炉管内压力；

通过整流板对原料气体进行缓冲及分散，再通过预加热体进行预加热；

预加热的原料气体上升通过烧结加热体再次加热，参与烧结反应；

烧结反应后的原料气体上升再通过隔热缓冲板，缓慢排出炉管。

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