CN115974400A - 一种疏松体的烧结装置及疏松体烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种疏松体的烧结装置及疏松体烧结方法，涉及光纤制造技术领域，该装置包括加热炉隔离管，其内设有空腔；调温单元贴设于加热炉隔离管，调温单元用于对加热炉隔离管的空腔的温度进行调整；气压调整单元组设于加热炉隔离管上，且气压调整单元用于驱使空腔的压力环境在正压和负压之间循环转换。本发明中的烧结装置提供一个密闭的空腔，并通过调压装置对空腔的环境进行正负压的循环转换。进一步地，本申请可通过气压环境的调整使得疏松体烧结工艺，在脱水过程中通过正压提高氯气的进入疏松体的速度和与羟基有效反应比率。再通过负压提高羟基从疏松体内部排出来再排出炉外部的速度。从而提升了疏松体的烧结工艺的整体速度。
Description
技术领域
本发明涉及光纤预制棒制造技术领域，具体涉及一种疏松体的烧结装置及疏松体烧结方法。
背景技术
近年来，随着5G建设、FTTx、宽带中国等一系列基础设施建设的推进，作为光通信的重要载体，光纤也受到各级政府和企业的重视，为拓展企业的产业链，众多光缆生产企业逐步向上游光纤及预制棒进行拓展。
而在光纤预制棒的VAD制造过程中，首先在沉积室内沉积生成不透明的粉棒，再通过高温加热炉烧结成透明的光纤预制棒。其中烧结阶段细分为脱水、玻璃化两个阶段，脱水是高温环境下将沉积过程中产生的水分子、OH离子等从疏松体内部或表面排出；玻璃化是更高温度环境下将疏松体致密化成透明体，修复微小的外观缺陷；同时继续排出内部残留气体。经过烧结的两阶段后的光纤预制棒进行高速拉丝，才能确保拉丝后的光纤的质量，特别是光学特性如衰减等，另外也确保后续光纤拉丝的强度。然而，从业人员发现疏松体在脱水工艺花费时间较长，而烧结整个过程中对于温度分布、疏松体密度、气体流量要求又十分严格，过长的工艺过程中极容易导致疏松体不同位置的衰减等光学特性一致性差、光纤预制棒外径变动，因此如何快速高效完成疏松体的烧结成为本领域技术人员亟待解决的难题。
发明内容
针对现有技术中疏松体烧结过程过慢的问题，本申请提供一种疏松体的烧结装置，其包括：
加热炉隔离管，其内设有空腔，所述空腔用于收纳疏松体，所述空腔两端设有进气管和排气管；
调温单元，其贴设于所述加热炉隔离管，所述调温单元用于对所述加热炉隔离管的空腔的温度进行调整；
气压调整单元，其组设于所述加热炉隔离管上，且所述气压调整单元用于驱使所述空腔的压力环境在正压和负压之间循环转换。
一些实施例中，所述气压调整单元包括：
抽气泵，其设于所述排气管上；
进气阀，其设于所述进气管上。
一些实施例中，所述加热炉隔离管上设有压力检测部，所述压力检测部用于检测所述空腔的气压。
一些实施例中，所述加热炉隔离管上还设有补气装置，所述补气装置与所述空腔连通，并用于向所述空腔内输入氦气。
一些实施例中，所述排气管上设有提纯装置，所述提纯装置用于接收所述空腔的排气管排出的废气，并对所述废气进行提纯以回收氦气。
一些实施例中，所述提纯装置与所述进气管连通，并通过所述进气管向所述空腔内输送氦气。
一些实施例中，所述空腔内设有移动吊架，所述移动吊架用于悬吊所述疏松体，所述移动吊架用于在竖直方向上下移动和/或绕其轴向旋转动作。
另一方面，本申请提供一种使用上述烧结装置的疏松体烧结方法，其包括如下步骤：
将所述疏松体运送至所述加热炉隔离管的空腔内；
使用所述调温单元将所述空腔内的温度维持在第一预设区间，并通过气压调整单元对所述空腔进行气压调整，以使所述空腔的气压环境在正压和负压之间循环转换，以使所述疏松体满足脱水标准状态；
使用所述调温单元将所述空腔内的温度维持在第二预设区间，并通过气压调整单元对所述空腔进行气压调整，以使所述空腔的气压环境维持在正压环境下直至所述疏松体满足玻璃化标准状态；
将所述疏松体搬出所述加热炉隔离管。
一些实施例中，所述第一预设区间的温度值在1100～1200℃之间，所述第二预设区间的温度值在1400～1500℃之间。
一些实施例中，所述通过气压调整单元对所述空腔进行气压调整以使所述空腔的气压环境在正压和负压之间循环转换以使所述疏松体满足脱水标准状态，包括：在预设时间内，通过所述气压调整单元的抽气泵将所述空腔内的气压环境维持在正压0.5±0.1kPa范围内；通过所述气压调整单元的抽气泵将所述空腔内的气压环境维持在负压-0.2±0.1kPa范围内；循环重复上述步骤，直至所述述疏松体满足脱水标准状态。
与现有技术相比，本发明中的烧结装置提供一个密闭的空腔，并通过调压装置对空腔的环境进行正负压的循环转换。进一步地，本申请可通过气压环境的调整使得疏松体烧结工艺，在脱水过程中通过正压提高氯气的进入疏松体的速度和与羟基有效反应比率。再通过负压提高羟基从疏松体内部排出来再排出炉外部的速度。从而提升了疏松体的烧结工艺的整体速度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
图1为本发明实施例中疏松体的烧结装置的示意图。
图中：1、加热炉隔离管；11、空腔；12、进气管；13、排气管；2、调温单元；3、疏松体；4、气压调整单元；41、抽气泵；42、进气阀；5、补气装置；6、压力检测部；7、提纯装置。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，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的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。
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。针对现有技术中疏松体烧结过程过慢的问题，本申请提供一种疏松体的烧结装置，其包括：加热炉隔离管1、调温单元2、气压调整单元4；其中，
加热炉隔离管1内部设有空腔11，所述空腔11用于收纳疏松体3，所述空腔11两端设有进气管12和排气管13；调温单元2贴设于所述加热炉隔离管1，所述调温单元2用于对所述加热炉隔离管1的空腔11的温度进行调整；气压调整单元4组设于所述加热炉隔离管1上，且所述气压调整单元4用于调整所述空腔11的压力。
需要说明的是，常规烧结工艺中疏松体3的脱水受到反应气体流量、脱水基准温度和脱水移动速度影响较大。发明人在工作中研究发现，疏松体3吸收氯气并与之反应以及反应后羟基从疏松体内部排出来的速度十分缓慢，这大大拖慢了整个工艺的速度。因此本申请提供的疏松体的烧结装置中通过气压调整单元4可以通过灵活的调整正负压环境，使得当氯离子首先进入疏松体3内部，这时通过正压提高氯气的进入的速度，以及与羟基有效反应比率。第二阶段，羟基从疏松体3内部排出来再排出炉外部过程中，这时通过负压提高排出的速度。整个脱水过程可在上述2个阶段反复切换。以此来提高脱水的效率。
具体地，如图1所示，所述气压调整单元4包括：抽气泵41和进气阀42；抽气泵41，其设于所述排气管13上；进气阀42，其设于所述进气管12上。两者同时作用以对空腔11的气压环境进行快速调整。旗抽气泵41可以选用真空泵。
为了更加精确的对空腔11内的气压环境进行实时调整，所述加热炉隔离管1上设有压力检测部6，所述压力检测部6用于检测所述空腔11的气压。压力检测部6包括设置在空腔11内的压力计和设置在路外并与压力计相连的压力表。
可以理解的是，所述加热炉隔离管1上还设有补气装置5，所述补气装置5与所述空腔11连通，并用于向所述空腔11内输入氯气、氦气，以保证反应充分。
为了节省氦气的用量，如图1所示，所述排气管13上设有提纯装置7，所述提纯装置7用于接收所述空腔11的排气管13排出的废气，并对所述废气进行提纯以回收氦气。
进一步地，所述提纯装置7与所述进气管12连通，并通过所述进气管12直接向所述空腔11内输送氦气。
一些优选的实施例中，为了更好地调整疏松体3的脱水移动速度，本申请中的所述空腔11内设有移动吊架，所述移动吊架用于悬吊所述疏松体3，所述移动吊架用于在竖直方向上下移动和/或绕其轴向旋转动作。通过移动吊架即可实现疏松体3的轴向移动和旋转动作，从而实现装置小型化以节省空间。
另一方面，本申请还提供一种使用上述烧结装置的疏松体烧结方法，其包括如下步骤：
S1.将所述疏松体3运送至所述加热炉隔离管1的空腔11内；
具体地，优先将加热炉隔离管1保持在加热温度，然后将疏松体3安装在移动吊架上，通过移动吊架将疏松体3移动至空腔11内。
S2.脱水阶段：使用所述调温单元2将所述空腔11内的温度维持在第一预设区间，并通过气压调整单元4对所述空腔11进行气压调整，以使所述空腔11的气压环境在正压和负压之间循环转换，以使所述疏松体3满足脱水标准状态.
优选地，步骤S2包括：通过调温单元2对空腔11加温，当温度达到1100～1200℃时，移动吊架开始慢速旋转，进气管12和补气装置5开始通入氦气、氯气等气体，排气管13上的抽气泵41开启10％开度，维持加热炉内正压0.5±0.1kPa。维持一定时间后抽气泵41的真空泵开始100％开度，维持加热炉内负压-0.2±0.1kPa。排出的气体经过提纯装置7后，大部分的氦气再经过进气管12进入加热炉隔离管1，剩余的氯气、水分等至废气处理系统进行后续处理。以上过程一直循环进行，疏松体3满足脱水标准状态。
可以理解的是，正负压的循环次数需要根据不同温度，气体流量，疏松体密度，移动速度等因素确定。优选地，大规模生产时脱水过程中每10～15分钟切换一回。
S3.玻璃化阶段：使用所述调温单元2将所述空腔11内的温度维持在第二预设区间，并通过气压调整单元4对所述空腔11进行气压调整，以使所述空腔11的气压环境维持在正压环境下直至所述疏松体3满足玻璃化标准状态。
优选地，将空腔11内升温1400～1500℃，开始玻璃化加工。移动吊架开始一边慢速旋转一边向下移动。进气管12开始通入氦气等气体。排气管13的真空泵开启50％开度，维持加热炉内正压0.2±0.1kPa。补充进气控制阀关闭，排出的气体全部至废气处理系统进行后续处理。
S4.通过移动吊架将所述疏松体3搬出所述加热炉隔离管1。
值得说明的是，烧结工艺中的温度影响，具体体现在温度高可以促进氯气，羟基等的出入疏松体的流动速度，提高两者的反应效率。但是反之温度过高又容易导致疏松体收缩而密度变大氯气等不能出入疏松体3。即整个烧结工艺，包括玻璃化和脱水两个阶段，对于温度的控制要求非常严格。
因此，本申请提供的一种具体地实施例中，所述第一预设区间的温度值在1100～1200℃之间(波动范围±10左右。)，所述第二预设区间的温度值在1400～1500℃之间。
综上所述，本发明中的烧结装置提供以一个密闭的空腔，并通过调压装置对空腔的环境进行正负压的循环转换。进一步地，本申请可通过气压环境的调整使得疏松体烧结工艺，在脱水过程中通过正压提高氯气的进入疏松体的速度和与羟基有效反应比率。再通过负压提高羟基从疏松体内部排出来再排出炉外部的速度。从而提升了疏松体的烧结工艺的整体速度。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种疏松体的烧结装置，其特征在于，包括：
加热炉隔离管(1)，其内设有空腔(11)，所述空腔(11)用于收纳疏松体(3)，所述空腔(11)两端设有进气管(12)和排气管(13)；
调温单元(2)，其贴设于所述加热炉隔离管(1)，所述调温单元(2)用于对所述加热炉隔离管(1)的空腔(11)的温度进行调整；
气压调整单元(4)，其组设于所述加热炉隔离管(1)上，且所述气压调整单元(4)用于驱使所述空腔(11)的压力环境在正压和负压之间循环转换。
2.如权利要求1所述的烧结装置，其特征在于，所述气压调整单元(4)包括：
抽气泵(41)，其设于所述排气管(13)上；
进气阀(42)，其设于所述进气管(12)上。
3.如权利要求2所述的烧结装置，其特征在于，所述加热炉隔离管(1)上设有压力检测部(6)，所述压力检测部(6)用于检测所述空腔(11)的气压。
4.如权利要求2所述的烧结装置，其特征在于，所述加热炉隔离管(1)上还设有补气装置(5)，所述补气装置(5)与所述空腔(11)连通，并用于向所述空腔(11)内输入氦气。
5.如权利要求4所述的烧结装置，其特征在于，所述排气管(13)上设有提纯装置(7)，所述提纯装置(7)用于接收所述空腔(11)的排气管(13)排出的废气，并对所述废气进行提纯以回收氦气。
6.如权利要求5所述的烧结装置，其特征在于，所述提纯装置(7)与所述进气管(12)连通，并通过所述进气管(12)向所述空腔(11)内输送氦气。
7.如权利要求1所述的烧结装置，其特征在于，所述空腔(11)内设有移动吊架，所述移动吊架用于悬吊所述疏松体(3)，所述移动吊架用于在竖直方向上下移动和/或绕其轴向旋转动作。
8.一种利用权利要求1所述烧结装置的疏松体烧结方法，其特征在于，其包括如下步骤：
将所述疏松体(3)运送至所述加热炉隔离管(1)的空腔(11)内；
使用所述调温单元(2)将所述空腔(11)内的温度维持在第一预设区间，并通过气压调整单元(4)对所述空腔(11)进行气压调整，以使所述空腔(11)的气压环境在正压和负压之间循环转换，以使所述疏松体(3)满足脱水标准状态；
使用所述调温单元(2)将所述空腔(11)内的温度维持在第二预设区间，并通过气压调整单元(4)对所述空腔(11)进行气压调整，以使所述空腔(11)的气压环境维持在正压环境下直至所述疏松体(3)满足玻璃化标准状态；
将所述疏松体(3)搬出所述加热炉隔离管(1)。
9.如权利要求8所述的疏松体烧结方法，其特征在于，所述第一预设区间的温度值在1100～1200℃之间，所述第二预设区间的温度值在1400～1500℃之间。
10.如权利要求8所述的疏松体烧结方法，其特征在于，所述通过气压调整单元(4)对所述空腔(11)进行气压调整以使所述空腔(11)的气压环境在正压和负压之间循环转换以使所述疏松体(3)满足脱水标准状态，包括：
在预设时间内，通过所述气压调整单元(4)的抽气泵(41)将所述空腔(11)内的气压环境维持在正压0.5±0.1kPa范围内；
通过所述气压调整单元(4)的抽气泵(41)将所述空腔(11)内的气压环境维持在负压-0.2±0.1kPa范围内；
循环重复上述步骤，直至所述述疏松体(3)满足脱水标准状态。
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