CN114212990A - 一种光学纤维拉丝炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学纤维拉丝炉，包括加热炉体和设置在所述加热炉体下方的支撑体；所述加热炉体包括中空的炉膛和底板，所述炉膛的四周内壁均匀设有加热炉丝，所述底板位于所述炉膛的底部，所述底板上设有中空的均温体，所述均温体位于炉膛内，所述均温体的空腔中心与炉膛的空腔中心重合；所述支撑体包括位于中间的拉丝通道，所述拉丝通道与均温体的空腔相连通，所述均温体的空腔中心与拉丝通道的中心重合。本发明通过设计一个窄高温区的炉膛，使得拉丝的原材料利用率得以提高，且本发明结构简单，易于拆卸更换，拉丝炉膛内部的温度场稳定均匀，保温效果好，节能环保，所拉制的光学纤维丝的丝径和椭圆度稳定，表面质量优良，表面缺陷少。

Description

一种光学纤维拉丝炉

技术领域

本发明涉及光学纤维制造加工技术领域，特别是涉及一种光学纤维拉丝炉。

背景技术

光纤传像元件，包括光学纤维面板、光学纤维倒像器、光学纤维光锥、光纤传像束以及微通道板等，是一种性能优异的光电成像元件，具有结构简单、体积小、重量轻、分辨率高、数值孔径大、级间耦合损失小、传像清晰、真实、传光效率高、在图像传输上具有光学零厚度以及能改善边缘像质等特点。光纤传像元件被广泛地应用于军事、刑侦、夜视、航天、医疗等领域的各种阴极射线管、摄像管、电荷耦合元件(CCD，Charge-coupled Device)耦合、医疗器械显示屏以及高清晰度电视成像和其他需要传送图像的仪器和设备中，是本世纪光电子行业的高科技尖端产品。

光纤传像元件是将高折射率玻璃棒和低折射率玻璃管匹配组合，经过拉丝炉的高温加热软化后经过单丝拉制、一次复丝拉制、二次复丝拉制等过程制成单元纤维丝径小于6μm的光学纤维丝，然后再将成千上万根单元纤维丝径小于6μm的光学纤维紧密堆积排列后，再经过热熔压成型，再进一步加工制得的可传递图像的硬质光纤传像元器件。光纤传像元件中的每根光学纤维都具有很好的光学绝缘性，因此每根光学纤维都能够独立传光传像，而不受临近其它光学纤维的影响。光纤传像元件主要用于阴极射线管、摄像管、像增强器等需要传送图像的仪器和设备中，因此对产品制作工艺要求极高，特别是光学纤维丝的拉制过程，是光纤传像元件产品制备过程中的关键工序，是将匹配好的预制棒在拉丝炉中经高温加热软化，然后依靠重力下垂，再通过光学纤维丝的拉制牵引装置将软化下垂的光学纤维丝牵引向下拉制。光学纤维的拉丝方法不同，决定了光纤传像元件产品的丝径尺寸也不同，而光学纤维丝的拉制过程决定了光纤传像元件产品的光学纤维丝径尺寸精度、垂直度、丝表面质量、椭圆度、丝径稳定性等一系列指标。而光学纤维丝的拉丝炉是光学纤维丝拉制过程中的关键设备和装置，拉丝炉的结构、炉温的稳定性和均匀性直接关系到光学纤维丝的拉丝精度、光学纤维丝径的尺寸稳定性以及丝径表面质量等。特别是对于制备硬质光纤传像元件的光学纤维丝，需要经过单丝拉制、一次复丝拉制、二次复丝拉制的过程，尤其是二次复丝，是由多根单纤维丝排列组成的母棒拉制而成的一次复丝再排列再拉制而成，其表面是由很多根光学纤维排列后，结合形成的锯齿状面，经过多次复合排列和拉制后，光学纤维表面锯齿齿数随排列次数倍增，二次复丝的皮层厚度也越来越薄，其表面皮层玻璃厚度薄至0.2～0.3μm，稍有触碰和摩擦或者温度急冷就会造成光学纤维皮层的破损或纤维丝的炸裂，从而造成光学纤维的“漏光”，使得制备出的光纤传像元件内部产生“斑点”或“网格”缺陷，极大的影响了光纤传像元件的产品质量和合格率。

拉丝炉是光学纤维拉制过程中的一个重要装备和系统，拉丝炉炉温的稳定性、炉温的均匀性、温区的高度等都对光学纤维的拉丝精度和丝径稳定性有很大的影响。现有使用的制备光纤传像元件的光学纤维的拉丝炉主要有三个缺点：一是使用和操作具有特殊要求的如气氛炉、真空炉等，这些拉丝炉结构复杂，制作和维修成本高，操作复杂，对于光纤传像元件制备来说，这种特殊结构的拉丝炉无法满足需要频繁的升温降温操作的生产需求；二是普通电炉丝加热炉，这种拉丝炉通过炉丝穿绕或者缠绕来实现加热，结构简单，但为了达到拉丝所需要的温度，往往炉膛温区宽，保温性差，散热严重，安全性差，而且由于频繁升温降温和长时间的加热，容易使得炉丝堆叠或坍塌堆积，导致使用寿命短，需要经常更换，导致工艺稳定性差，且炉温不均匀，温度稳定性差，最终导致所拉制的预制棒发生析晶或者炸裂，使得光纤丝表面缺陷多，存在微小裂纹、内部结构不紧密、丝径稳定性差等缺点；三是保温材料与炉体的密封性不好，导致拉丝炉容易产生粉尘污染，这对于要求在万级以上洁净环境拉制光纤纤维丝是无法达到要求的。

将光学纤维预制棒送入到拉丝炉中是拉制光学纤维的关键过程，必须保证预制棒处于拉丝炉的正中心，从而确保预制棒受热均匀，避免出现拉丝发生偏心的状况，保障拉制的光学纤维的几何尺寸和光学性能。目前传统的预制棒入炉对中方法是人工目测的方法，需要频繁校正反复调节，导致预制棒的位置误差大，在预制棒进入拉丝炉后，如果发现存在未对中的情况，需要将光学纤维预制棒从拉丝炉中退出进行二次投送，费时费力，效率低下，如果发现不及时还容易使光学纤维预制棒接触到炉壁，使预制棒表面以及炉体的内壁造成损坏，并且对中性差会出现拉丝偏心的状况，影响光纤拉丝的质量。

另外，在光学纤维拉制期间，预制棒的底部通过加热来软化，并通过牵引力的施加到预制棒的软化部分来实现丝径的缩比，然而，当从标准拉丝系统拉制光学纤维时，有时光学纤维的横截面为非等丝径的圆(例如椭圆)，光纤横截面最大值和最小值的偏差成为“椭圆度”，如果其椭圆度值较大或椭圆度差值变化较大，则光学纤维是非均匀的。如果拉丝炉的加热元件的发热量沿周向方向不均匀，则光学纤维可能会具有非均匀的横截面，当光学纤维具有较大的椭圆度时，会导致光纤传像元件产生剪切畸变或者斑点、网格、鸡丝等内部缺陷。

目前使用的各种拉丝炉，使得拉制的光学纤维的表面产生的很多缺陷或微小裂纹，内部结构差，不紧密，而且拉制的光学纤维的丝径稳定性差，拉丝炉的温度均匀性不好，温度波动较大，使用寿命短，更换频繁，影响了光纤传像元件的生产稳定性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种结构简单，保温效果好，拉丝炉温度均匀性好，加热温区窄的光学纤维拉丝炉。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种光学纤维拉丝炉，包括加热炉体和设置在所述加热炉体下方的支撑体；

所述加热炉体包括中空的炉膛和底板，所述炉膛的四周内壁均匀设有加热炉丝，所述底板位于所述炉膛的底部，所述底板上设有中空的均温体，所述均温体位于所述炉膛内，所述均温体的空腔中心与所述炉膛的空腔中心重合；

所述支撑体包括位于中间的拉丝通道，所述拉丝通道与所述均温体的空腔相连通，所述均温体的空腔中心与所述拉丝通道的中心重合。

所述炉膛为圆形，所述炉膛的直径为115-150mm，所述炉膛的加热炉丝高度为60-80mm。

所述炉膛采用陶瓷纤维保温浆体材料一体浇铸后干燥成型，所述加热炉丝固定在陶瓷纤维保温浆体材料中。

所述炉膛的上部和/或下部放置有保温层，所述保温层的厚度为20-60mm；所述保温层材质为轻质保温砖或陶瓷纤维保温棉。

所述均温体的材质为圆形石英管、圆形刚玉管或圆形金属管；

所述圆形石英管的壁厚为2.0-5.0mm；所述圆形刚玉管的壁厚为1.0-3.0mm圆形金属管的壁厚为0.2-1.5mm。

所述支撑体的高度是加热炉体高度的1.0-2.0倍；

所述支撑体还包括外壳，所述外壳和所述拉丝通道之间设有保温材料。

所述拉丝通道的材质为刚玉陶瓷管、石英玻璃管或金属管；所述保温材料为陶瓷纤维保温棉。

所述加热炉体还包括设置在所述炉膛外围的炉壳，所述炉膛上部设有上炉盖；

所述上炉盖与底板通过定位凸台和均温体同心卡住定位。

所述支撑体的上部设有定位盖，所述定位盖与所述底板通过插销方式连接；

所述支撑体的下部设有定位底板，所述定位底板上设有拉丝出口和定位台，所述定位台用于和拉丝塔及光学纤维预制棒同心定位。

所述加热炉体的炉壳材质为不锈钢或铝合金；

所述加热炉体上设有热电偶插入孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)使用寿命长：经过频繁升温降温其使用寿命大于1年，有利于拉丝生产工艺的稳定；

(2)高温加热区窄：炉膛温区高度只有60-80mm，窄高温区使得拉丝的预制棒的原材料利用率高，有利于提高光学纤维的出丝率和光学纤维内部结构紧密性；

(3)升温速度快：30分钟以内能升温达到拉丝所需温度；

(4)保温性能好且散热少：拉丝炉膛内部的温度场稳定均匀，保温效果好，散热少，节能环保，炉体外壳温度小于70℃，可以用手触摸而无烫热感，方便员工安全操作，提高生产效率和操作安全性，有利于保证拉丝丝径的稳定性，节约能源，降低能耗；

(5)温度均匀性好：拉丝温度控制精度高，温度波动小，有利于提高拉丝丝径和椭圆度的稳定，所拉制的光学纤维丝的丝径尺寸精度高，所拉制的光学纤维丝的丝径和椭圆度稳定，拉丝的丝径波动能控制在±1.0μm范围，丝径椭圆度小于10.0μm，椭圆度变化波动差值小于2.0μm；光学纤维预制棒从入口通道伸入到炉膛中，窄高温加热区的光学纤维预制棒受热软化缩比拉制成光学纤维丝，光学纤维丝经过拉丝通道，由于经过窄高温区和均温体的作用，所拉制的光学纤维丝的内部结构更紧密，表面质量更优良，拉丝的表面质量好，表面缺陷少；

(6)环保和低成本：拉丝炉结构简单，预制棒与炉体对中心方法和操作简单，炉体更换操作和拆卸维修方便，降低人工和原料耗材辅料成本，且内部产生粉尘或者污染物少，不污染拉丝车间的超洁净环境。

(7)适用于硬质光纤传像元件的光学纤维的拉制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作进一步的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识，附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明实施例提供的一种光学纤维拉丝炉的正面剖视图；

图2是本发明实施例提供的一种光学纤维拉丝炉的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的窄高温区加热炉膛结构示意图；

图4是本发明实施例提供的均温体和底板同心定位的结构示意图；

图中：101-加热炉体；201-支撑体；401-热电偶插入孔；102-炉膛；103-加热炉丝；104-炉壳；105-均温体；106-上炉盖；107-底板；108凸台；202-保温材料；203-光学纤维预制棒；204-外壳；205-拉丝通道；206-定位盖；207-定位底板；208-插销。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

下面通过具体的实施方式来说明采用本发明的光学纤维拉丝炉来进行拉丝的方法。

参见图1、图2和图3，一种光学纤维拉丝炉，包括加热炉体101和设置在加热炉体101下方的支撑体201；

加热炉体101包括中空的炉膛102和底板107，炉膛102的四周内壁均匀设有加热炉丝103，底板107位于炉膛102的底部，底板107上设有中空的均温体105，均温体105位于炉膛102内，均温体105的空腔中心与炉膛102的空腔中心重合；

支撑体201包括位于中间的拉丝通道100，拉丝通100与均温体105的空腔相连通，均温体105的空腔中心与拉丝通道100的中心重合。

采用本发明的光学纤维拉丝炉，提高了光学纤维拉丝精度和稳定性，加热炉体为环形，在炉膛内形成了一个窄高温区，使所拉制的光学纤维丝的锥变更大，所拉制的光学纤维的结构更紧密，缺陷更少，窄高温区加热不仅提高了光学纤维预制棒原材料的利用率和光学纤维的出丝率，还提高了光学纤维拉丝的表面质量和光学纤维内部结构紧密性，使得所拉制的光学纤维丝内部结构更均匀。所拉制的光学纤维丝的丝径和椭圆度稳定、丝径精度高、丝径稳定性好、表面缺陷少、表面质量优良。

优选地，炉膛102为圆形，炉膛102的直径为115-150mm，使得炉膛102通过均温体105后再辐射在光学纤维预制棒203上，炉膛升温速度快，30分钟以内能升温达到拉丝所需温度，炉膛102的加热炉丝高度，即加热区高度为60-80mm，加热区上下为陶瓷纤维保温层。加热炉体内炉膛的加热区高度太高，会使得高温区增加，原材料浪费严重；加热炉体的加热区高度太低，达不到加热所需要的热量和功率，会使得所拉制的光学纤维丝出现非等径圆。

优选地，炉膛102采用陶瓷纤维保温浆体材料一体浇铸后干燥成型，加热炉丝103固定在陶瓷纤维保温材料中，加热炉丝固定后可以有效避免加热炉丝被加热后产生的堆叠或坍塌所导致的炉丝短路或使用寿命缩短的现象。

优选地，炉膛102的上部和/或下部放置有保温层，所述保温层的厚度为20-60mm；所述保温层材质为轻质保温砖或陶瓷纤维保温棉。

优选地，所述均温体的材质为圆形石英管、圆形刚玉管或圆形金属管；

所述圆形石英管的壁厚为2.0-5.0mm；所述圆形刚玉管的壁厚为1.0-3.0mm圆形金属管的壁厚为0.2-1.5mm。

所述均温体的材质也可以选用上述材质的组合；均温体105设置在环形的加热炉体的空腔中间，均温体能够使得炉膛内的加热温度保持持续的稳定和均匀，使得炉温分布更均匀，均温体的厚度太厚会导致热量不易进入到光学纤维预制棒中，所需能耗增加，厚度太薄则达不到温度均化的效果，优选采用壁厚为2.0mm的刚玉管。

本实施例在上述实施例的基础上，支撑体201的高度是加热炉体101高度的1.0-2.0倍；

支撑体201还包括外壳204，外壳204和拉丝通道205之间设有保温材料202。

支撑体内部填充有保温材料，可使光学纤维预制棒203经过加热炉体101中加热软化拉制缩比成光学纤维丝后表面不会因为受外界的冷空气影响或温度骤冷而炸裂，或使光学纤维丝表面出现破损，确保所拉光学纤维丝的表面质量，使制备的光纤传像元件的内部缺陷减少。

优选地，拉丝通道205的材质为刚玉陶瓷管、石英玻璃管或金属管；保温材料202为陶瓷纤维保温棉。

优选地，加热炉体101还包括设置在炉膛102外围的炉壳104，炉膛102上部设有上炉盖106；

参见图1和图4，上炉盖106与底板107通过上炉盖和底板上的凸台108和均温体105同心卡住定位，凸台108限制了均温体105的位置，保证了均温体105空腔中心与炉膛102的空腔中心完全重合；还有密封效果好，可以防止粉尘或加热炉体内的污染物进入到加热炉体外部污染超洁净拉丝车间环境。

优选地，支撑体201的上部设有定位盖206，定位盖206与底板107通过插销208方式连接，底板107的作用是与支撑体201同心定位；通过插销连接方便支撑体和加热炉体拆卸和维修更换操作。

支撑体201的下部设有定位底板207；定位底板207上设有拉丝出口和起定位作用的定位凸台，定位底板的底部凸台正好卡在拉丝的出丝口，起到与拉丝出丝口定位的作用。定位凸台用于和拉丝塔及光学纤维预制棒同心定位。

优选地，加热炉体101的炉壳104材质为不锈钢或铝合金；

加热炉体101上设有热电偶插入孔401，热电偶插入孔401内放置热电偶，用于测量炉膛的温度。

本发明加热炉体101置于支撑体201的上部，支撑体201与环形的加热炉体101的中心设有一同心通孔，加热炉体的空腔与支撑体的通孔同心同轴，且支撑体和环形加热炉体能够拆卸并组合，同心通孔的作用是为了光学纤维预制棒穿过环形的加热炉体的炉膛拉丝，光学纤维预制棒203放置在均温管105的中心，不会与加热炉体和支撑体直接接触。

本发明的光学纤维拉丝炉，具有结构简单，保温效果好，拉丝炉温度均匀性好，加热温区窄的优点。本发明通过设计一个窄高温区的拉丝加热炉膛，使得拉丝的原材料利用率得以提高，且本发明的拉丝炉结构简单，易于拆卸更换，拉丝炉膛内部的温度场稳定均匀，保温效果好，散热少，节能环保。采用本发明的光学纤维拉丝炉，提高了拉丝炉温度场的均匀性，提高了拉丝炉的使用寿命，实现了对光学纤维丝的拉丝表面质量的改善，且拉制的光学纤维的内部结构紧密，减少了光学纤维丝在拉制过程中的表面接触和皮层破损，提高了光学纤维丝拉制的表面质量、拉丝精度和丝径的稳定性，从而确保了光纤传像元件生产的质量稳定性。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学纤维拉丝炉，其特征在于，包括加热炉体和设置在所述加热炉体下方的支撑体；

所述加热炉体包括中空的炉膛和底板，所述炉膛的四周内壁均匀设有加热炉丝，所述底板位于所述炉膛的底部，所述底板上设有中空的均温体，所述均温体位于所述炉膛内，所述均温体的空腔中心与所述炉膛的空腔中心重合；

所述支撑体包括位于中间的拉丝通道，所述拉丝通道与所述均温体的空腔相连通，所述均温体的空腔中心与所述拉丝通道的中心重合。

2.根据权利要求1所述的一种光学纤维拉丝炉，其特征在于，所述炉膛为圆形，所述炉膛的直径为115-150mm，所述炉膛的加热炉丝高度为60-80mm。

3.根据权利要求2所述的一种光学纤维拉丝炉，其特征在于，所述炉膛采用陶瓷纤维保温浆体材料一体浇铸后干燥成型，所述加热炉丝固定在陶瓷纤维保温浆体材料中。

4.根据权利要求3所述的一种光学纤维拉丝炉，其特征在于，所述炉膛的上部和/或下部放置有保温层，所述保温层的厚度为20-60mm；所述保温层材质为轻质保温砖或陶瓷纤维保温棉。

5.根据权利要求3所述的一种光学纤维拉丝炉，其特征在于，所述均温体的材质为圆形石英管、圆形刚玉管或圆形金属管；

所述圆形石英管的壁厚为2.0-5.0mm；所述圆形刚玉管的壁厚为1.0-3.0mm圆形金属管的壁厚为0.2-1.5mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种光学纤维拉丝炉，其特征在于，所述支撑体的高度是加热炉体高度的1.0-2.0倍；

所述支撑体还包括外壳，所述外壳和所述拉丝通道之间设有保温材料。

7.根据权利要求6所述的一种光学纤维拉丝炉，其特征在于，所述拉丝通道的材质为刚玉陶瓷管、石英玻璃管或金属管；所述保温材料为陶瓷纤维保温棉。

8.根据权利要求7所述的一种光学纤维拉丝炉，其特征在于，所述加热炉体还包括设置在所述炉膛外围的炉壳，所述炉膛上部设有上炉盖；

所述上炉盖与底板通过定位凸台和均温体同心卡住定位。

9.根据权利要求8所述的一种光学纤维拉丝炉，其特征在于，所述支撑体的上部设有定位盖，所述定位盖与所述底板通过插销方式连接；

所述支撑体的下部设有定位底板，所述定位底板上设有拉丝出口和定位台，所述定位台用于和拉丝塔及光学纤维预制棒同心定位。

10.根据权利要求9所述的一种光学纤维拉丝炉，其特征在于，

所述加热炉体的炉壳材质为不锈钢或铝合金；

所述加热炉体上设有热电偶插入孔。

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