CN204356230U - 一种疏松体预制棒脱羟和玻璃化的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种疏松体预制棒脱羟和玻璃化的控制装置涉及一种在立式烧结炉中对疏松体预制棒进行脱羟和玻璃化制造预制棒的制造装置。包括炉芯管、上部排气管、下部排气管、上部控制阀、下部控制阀、上部气体浓度感应器、上部气体浓度感应探头、下部气体浓度感应器、下部气体浓度感应器探头和控制器；在炉芯管上部设置有上部排气管，在上部排气管上装有上部控制阀，在炉芯管下部设置有下部排气管，在下部排气管上装有下部控制阀；在炉芯管上部装有上部气体浓度感应器探头通过信号线与上部气体浓度感应器相连；在炉芯管下部装有下部气体浓度感应器探头通过信号线与下部气体浓度感应器相连，上、下部气体浓度感应器通过信号线与控制器相连。

Description

一种疏松体预制棒脱羟和玻璃化的控制装置

技术领域

本实用新型一种疏松体预制棒脱羟和玻璃化的控制方法及其控制装置涉及的是一种在立式烧结炉中对疏松体预制棒进行脱羟和玻璃化制造预制棒的制造装置。该控制装置可以根据传感器感应的烧结炉内气体浓度，控制炉芯管上、下部排气口气体的排放量，从而使得烧结炉内气体的浓度均匀分布在烧结炉上部和下部。通过该方式，可获得在轴向上具有均匀特性的预制棒。

背景技术

目前光纤预制棒的制造主要有四种方法，分别为微波等离子体激活化学气相沉积法(PCVD)，改进的化学气相沉积法(MCVD)，棒外化学气相沉积法(OVD)，轴向气相沉积法(VAD)。其中采用VAD法和OVD法沉积的疏松体预制棒，需再通过烧结炉加热完成脱羟和玻璃化过程。

通常以VAD法和OVD法制得的疏松体预制棒，需在立式烧结炉中进行脱羟和玻璃化处理。该方法主要是利用烧结炉内不同位置温度梯度的分部，在He和Cl₂的混合气体中同时完成脱羟和玻璃化过程。其通入的气体一般从烧结炉的下方通入，待烧结炉升温至设定温度后，疏松体预制棒开始进行脱羟和玻璃化过程。

中国发明专利CN1597581A提供了一种疏松体光纤预制棒的烧结装置及设备,其主要组成部分为:石英炉芯管、加热炉、移动装置及配套传感装置和气体供应装置。该装置可使疏松体预制棒在烧结管中的完成脱羟和玻璃化过程,烧结温度均匀,疏松体预制棒收缩均匀。采用这种方式的烧结装置，在预制棒制造过程中加热炉内的气体和热量是通过热对流和扩散方式进行。近年来由于疏松体预制棒尺寸在向大型化发展，对应的加热炉也在向大型化发展，传统的热对流和扩散方式已经难以保证加热炉内气体浓度和热量的均匀分布。

中国发明专利CN103771697A提供了一种大尺寸光纤预制棒的烧结方法及设备，其主要通过对加热炉的炉体结构进行改进，其核心在于用石英炉芯管外侧嵌套石墨加热器和石墨保温件的组合加热方式，以替代原有石英管外侧嵌套二硅化钼加热体的组合方式。该方法主要对加热炉进行优化和改善，提高了烧结后预制棒外观质量。

中国发明专利CN103739194A提供了一种光纤预制棒的烧结方法及其设备，其优点在于可以利用激光反馈控制系统对烧结炉在烧结过程中的温度进行实时调整，以实现对烧结过程进行闭环控制。该方法可以在一定程度上可以提高烧结后预制棒的外观条件，但由于炉芯管内气体浓度分布不均的状态仍然存在，只通过温度调整在预制棒光学参数方面的改善较小。

另一方面，He已经广泛的应用于目前光纤预制棒的制造应用中，而He本身属于分子量较小的气体，在高温下分子热运动也更加剧烈，这也进一步加剧了炉芯管内热量和气体浓度的分布不均。

由于烧结炉内的热量和气体浓度分布不均匀，极易造成疏松体预制棒的脱羟和玻璃化过程不能均匀进行，从而影响拉丝后光纤的光学性能和预制棒的外观质量。因此，在这种气体浓度分布不均匀的状态下完成脱羟和玻璃化过程的预制棒具有以下两点不足：

1、加热炉内上部气体浓度偏低，容易造成疏松体预制棒脱羟不彻底；

2、加热炉内底部残留气体容易导致其他异常发生，导致无法生产出具有优良光传输特性的光纤预制棒。

在疏松体预制棒在脱羟过程中，由于气体浓度分布不均在脱羟过程中预制棒内部掺杂的氟、锗等离子容易出现游离和扩散，影响拉丝后光纤的光学性能，且由于脱羟过程不能均匀化进行，预制棒不同位置的游离和扩散程度也各不相同，这进一步影响预制棒轴向上光学性能的一致性。此外，玻璃化进程不能均匀进行则会影响预制棒玻璃化的均匀性，从而导致预制棒不同位置包层的折射率发生变化。

由于炉芯管内气体浓度分布不均，由此导致后续疏松体预制棒脱羟和玻璃化的异常，本实用新型充分考虑到现有技术中存在的问题和不足，提供了一种使整个炉芯管内部各处气体浓度保持一致的方法。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述不足之处提供一种疏松体预制棒脱羟和玻璃化的控制装置，改善了立式烧结炉对疏松体预制棒进行脱羟和玻璃化效果，提高了预制棒拉丝后光纤的光学性能。本实用新型在炉芯管上部和下部各有一个排气装置，在上部排气口下方、下部排气口上方各有一个气体浓度传感器。其主要特征在于可以根据气体浓度传感器的控制信号控制两个排气装置的排气量，从而使炉芯管顶部和底部的气体浓度保持平衡。

一种疏松体预制棒脱羟和玻璃化的控制装置是采取以下技术方案实现:

一种疏松体预制棒脱羟和玻璃化的控制装置包括炉芯管、上部排气管、下部排气管、上部控制阀、下部控制阀、上部气体浓度感应器、上部气体浓度感应探头、下部气体浓度感应器、下部气体浓度感应器探头和控制器。

在炉芯管上部设置有上部排气管，在上部排气管上装有上部控制阀，在炉芯管下部设置有下部排气管，在下部排气管上装有下部控制阀。

在炉芯管上部装有上部气体浓度感应器探头，上部气体浓度感应器探头通过信号线与上部气体浓度感应器相连，上部气体浓度感应器通过信号线与控制器相连。

在炉芯管下部装有下部气体浓度感应器探头，下部气体浓度感应器探头通过信号线与下部气体浓度感应器相连，下部气体浓度感应器通过信号线与控制器相连。控制器通过控制线分别与上部控制阀和下部控制阀相连。

所述的上部控制阀和下部控制阀采用电磁阀。

所述的上下部气体浓度感应器和上下部气体浓度感应器探头采用在线流通式氦气检测感应器GCT-HE-L（混合气体中He含量在95%以上）。

所述的控制器采用PLC可编程控制器。

一种疏松体预制棒脱羟和玻璃化的控制方法如下：

疏松体预制棒安装完成后，烧结用He和Cl₂的混合气体从炉芯管底部通入，石墨加热炉此时开始逐步升温至设定温度1100～1300℃，达到设定温度后，疏松体预制棒按设定速度2.0～5.0mm/min匀速下降。加热炉加热体上部为低温区，温度范围在800～1000℃，用于疏松体预制棒进行脱羟处理，加热体中部为高温区，温度范围在1100～1300℃，用于疏松体预制棒进行玻璃化处理。

加热炉内通入气体后，炉芯管内上部气体浓度感应探头9a和下部气体浓度感应器探头10a，立即将气体浓度信号传递至控制器进行处理，如果炉芯管上部气体浓度高于炉芯管下部气体浓度，则控制器将增加上部控制阀的开合程度，从而增加上部气体的排放量降低炉芯管上部的气体浓度，如此反复当炉芯管上下部气体浓度差在5%以内时即形成动态平衡，使炉芯管上、下部Cl₂和He气体浓度保持一致。

本实用新型由于使各位置Cl₂浓度保持一致，所以疏松体预制棒脱羟过程可以从下而上均匀进行，制得预制棒各位置光学性能可以保证一致。而保持炉芯管内He浓度分布均匀，可以保证炉芯管内部热量分布均匀，疏松体预制棒在玻璃化时可以均匀的传递热量进行玻璃化过程，可以提高玻璃化后预制棒外观质量。

本实用新型一种疏松体预制棒脱羟和玻璃化的控制装置中,炉芯管上、下部的气体浓度可以均匀控制，可以具备良好的脱羟和玻璃化效果，从而可获得性能优异的预制棒。在疏松体预制棒进行脱羟和玻璃化处理时，由于脱羟和玻璃化处理的Cl₂和He的混合气体一直保持流动状态，当加热炉升温后会进一步影响炉芯管内Cl₂和He浓度分布，从而使得疏松体预制棒不同位置的脱羟和玻璃化效果参差不齐，影响后续预制棒拉丝后光纤的光学性能及预制棒的外观质量。而在本实用新型中，由于炉芯管内上下气体浓度能够保持一致，疏松体预制棒在脱羟和玻璃化过程中可以均匀进行，从而可以提高预制棒拉丝后光纤的光学性能及预制棒的外观质量。

本实用新型制造的光纤预制棒对比其他普通烧结炉制造的预制棒，主要有以下3个优点：

1. 由于炉芯管内上下部气体浓度保持一致，脱羟过程是在疏松体预制棒轴向上从下而上均匀进行，可以使预制棒拉丝后光纤的光学性能保持一致；

2. 由于炉芯管内上下部气体浓度保持一致，玻璃化过程可以在疏松体预制棒轴向上从下而上均匀进行，使预制棒的不同位置的外径保持一致性，提高预制棒的外观质量；

3. 该发明有利于后续预制棒大型化和大尺寸化的发展，疏松体预制棒外径越大则本实用新型的优势越明显。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型作进一步说明:

图1是一种疏松体预制棒脱羟和玻璃化的控制装置示意图。

图中：1、石墨加热炉，2、炉芯管，3、上部排气管，4、下部排气管，5、上部控制阀，6、下部控制阀，7、上部控制阀控制线，8、下部控制阀控制线，9、上部气体浓度传感器，10、下部气体浓度传感器，11、控制器，12、疏松体预制棒，9a、上部气体浓度感应探头，10a、下部气体浓度感应器探头。

具体实施方式

一种疏松体预制棒脱羟和玻璃化的控制装置包括炉芯管2、上部排气管3、下部排气管4、上部控制阀5、下部控制阀6、上部气体浓度感应器9、上部气体浓度感应探头9a、下部气体浓度感应器10、下部气体浓度感应器探头10a和控制器11。

在炉芯管2上部设置有上部排气管3，在上部排气管3上装有上部控制阀5，在炉芯管2下部设置有下部排气管4，在下部排气管4上装有下部控制阀6。

在炉芯管2上部装有上部气体浓度感应器探头9a，上部气体浓度感应器探头9a通过信号线与上部气体浓度感应器9相连，上部气体浓度感应器9通过信号线与控制器11相连。

在炉芯管2下部装有下部气体浓度感应器探头10a，下部气体浓度感应器探头10a通过信号线与下部气体浓度感应器10相连，下部气体浓度感应器10通过信号线与控制器11相连。控制器11通过控制线分别与上部控制阀5和下部控制阀6相连。

所述的上部控制阀5和下部控制阀6采用电磁阀。

所述的上、下部气体浓度感应器和上、下部气体浓度感应器探头采用在线流通式氦气检测感应器GCT-HE-L（混合气体中He含量在95%以上）。

所述的控制器11采用PLC可编程控制器。

一种疏松体预制棒脱羟和玻璃化的控制方法如下：

疏松体预制棒12安装完成后，烧结用He和Cl₂的混合气体从炉芯管2底部通入，石墨加热炉1此时开始逐步升温至设定温度1100～1300℃，达到设定温度后，疏松体预制棒12按设定速度2.0～5.0mm/min匀速下降。加热炉加热体上部为低温区，温度范围在800～1000℃，用于疏松体预制棒进行脱羟处理，加热体中部为高温区，温度范围在1100～1300℃，用于疏松体预制棒进行玻璃化处理。

石墨加热炉1内通入气体后，炉芯管2内上部气体浓度感应探头9a和下部气体浓度感应器探头10a，立即将气体浓度信号传递至控制器11进行处理，如果炉芯管2上部气体浓度高于炉芯管2下部气体浓度，则控制器11将增加上部控制阀5的开合程度，从而增加上部气体的排放量降低炉芯管2上部的气体浓度，如此反复当炉芯管2上、下部气体浓度差在5%以内时即形成动态平衡，使炉芯管2上、下部Cl₂和He气体浓度保持一致。

本实用新型由于使各位置Cl₂浓度保持一致，所以疏松体预制棒脱羟过程可以从下而上均匀进行，制得预制棒各位置光学性能可以保证一致。而保持炉芯管内He浓度分布均匀，可以保证炉芯管内部热量分布均匀，疏松体预制棒在玻璃化时可以均匀的传递热量进行玻璃化过程，可以提高玻璃化后预制棒外观质量。

本实用新型主要用于疏松体预制棒的脱羟和玻璃化的控制方法，具体处理过程如下：疏松体预制棒安装完成后，烧结用He和Cl₂的混合气体从炉芯管底部通入，石墨炉此时开始逐步升温至设定温度（一般在1100~1300℃），达到设定温度后，疏松体预制棒按设定速度（一般在2.0~5.0mm/min）匀速下降。加热炉加热体上部为低温区，温度范围在800~1000℃用于疏松体预制棒进行脱羟处理，加热体中部为高温区，温度范围在1100~1300℃用于疏松体预制棒进行玻璃化处理。

实施例1

采用OVD法制得外径φ240±10mm疏松体预制棒，烧结后预制棒目标外径为φ120mm，采用本实用新型进行脱羟和玻璃化处理。疏松体预制棒安装完成后，炉芯管内开始通入He和Cl₂，He流量为10L/min，Cl₂流量为400mL/min。

通入气体后，两个浓度感应器探头立即将炉芯管内气体浓度信号传递至控制器，排气口控制阀根据控制信号通过不断变化开合程度来调节炉芯管内气体浓度，10~20min即可在炉芯管内形成稳定的动态平衡。

待烧结炉温度到达1200℃后，疏松体预制棒则以3.0mm/min的下降速度、3rpm的旋转速度逐渐旋转下降至烧结炉中进行脱羟和玻璃化，当下降至设定长度后，脱羟和玻璃化过程结束，停止通入He和Cl₂。

生产结束后预制棒的外径在φ115~120，棒径波动控制在5mm以内，拉丝后各项参数分布也比较均匀无明显的突变。

实施例2

采用OVD法制得外径φ300±10mm疏松体预制棒，烧结后预制棒目标外径为φ130mm。疏松体预制棒外径增加后烧结气体流量也需适当增加，本实施例中He流量调整为15L/min，Cl₂流量调整为600mL/min。

通入气体后，两个浓度感应器探头立即将炉芯管内气体浓度信号传递至控制器，排气口控制阀根据控制信号通过不断变化开合程度来调节炉芯管内气体浓度。由于疏松体预制棒外径的增加及气体流量的增加，其达到动态平衡时间也会相应增加，约30~40min后可形成稳定的动态平衡。

待烧结炉温度达到1300℃后，疏松体预制棒以3.0mm/min的下降速度、3rpm的旋转速度逐渐旋转下降至烧结炉中进行脱羟和玻璃化，当下降至设定长度后，脱羟和玻璃化过程结束，停止通入He和Cl₂。

生产结束后预制棒的外径在φ125~130，棒径波动控制在5mm以内，拉丝后各项参数分布也比较均匀无明显的突变。

Claims (3)

1.一种疏松体预制棒脱羟和玻璃化的控制装置，其特征在于：包括炉芯管、上部排气管、下部排气管、上部控制阀、下部控制阀、上部气体浓度感应器、上部气体浓度感应探头、下部气体浓度感应器、下部气体浓度感应器探头和控制器；

在炉芯管上部设置有上部排气管，在上部排气管上装有上部控制阀，在炉芯管下部设置有下部排气管，在下部排气管上装有下部控制阀；

在炉芯管上部装有上部气体浓度感应器探头，上部气体浓度感应器探头通过信号线与上部气体浓度感应器相连，上部气体浓度感应器通过信号线与控制器相连；

在炉芯管下部装有下部气体浓度感应器探头，下部气体浓度感应器探头通过信号线与下部气体浓度感应器相连，下部气体浓度感应器通过信号线与控制器相连；

 控制器通过控制线分别与上部控制阀和下部控制阀相连。

2.根据权利要求1所述的一种疏松体预制棒脱羟和玻璃化的控制装置，其特征在于：所述的上部控制阀和下部控制阀采用电磁阀。

3.根据权利要求1所述的一种疏松体预制棒脱羟和玻璃化的控制装置，其特征在于：所述的控制器采用PLC可编程控制器。