專利名稱：用于拉制石英玻璃管線的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于拉制石英玻璃管線的方法，其中，向坩堝供給含有Si02的起始材料，所述起始材料在所述坩堝中軟化，并將其作為和內(nèi)部部件之間的環(huán)形間隙而拉制成石英玻璃管線，該內(nèi)部部件布置 在外部部件的通孔中，且該拉制噴嘴布置在坩堝的底部區(qū)域。而且，本發(fā)明涉及一種用于拉制石英玻璃管線的裝置，它包括 坩堝，用于接收含有Si02的起始材料，該坩堝被用于軟化該起始材料的 加熱器包圍；以及拉制噴嘴，該拉制噴嘴布置在坩堝的底部區(qū)域中， 且該拉制噴嘴包括外部部件和內(nèi)部部件，該內(nèi)部部件布置在外部部件 的通孔中，并留出一環(huán)形間隙。
背景技術(shù)：
DE1 0337388A1公開了一種坩堝拉制方法和一種用于制造上述類型 的石英玻璃線的裝置。在這里，將在坩堝中軟化的石英玻璃體沿豎直 方向向下連續(xù)拉動而使其通過在坩堝底部開口中使用的拉制噴嘴，以 便獲得具有預定型面的空心柱形石英玻璃線。在拉制噴嘴的下端部處 安裝有可更換的安裝噴嘴，該安裝噴嘴與空心心軸連接，該空心心軸 伸入至該安裝噴嘴的開口中，且能夠通過該空心心軸將氣流注入石英 玻璃線的內(nèi)孔中。在心軸的外護套與安裝噴嘴的內(nèi)壁之間的環(huán)形空隙 確定了離開噴嘴的管線的型面。該心軸利用多個連接板而固定在安裝噴嘴開口中，這些連接板連 接至該安裝噴嘴的周圍邊緣。這些連接板位于從該噴嘴開口離開的玻 璃流中，并分割所述玻璃流。這導致在所拉出的石英玻璃線產(chǎn)生不均 勻性，還因為石英玻璃體的比較高的粘性，這就更難無故障地重新熔 化所述部分。其中一個連接板同時形成通向心軸的氣體供給管線，氣流能夠通 過該心軸注入要被拉出的管線的內(nèi)孔中，以便通過設置吹壓(blow pressure)來調(diào)節(jié)管的直徑或壁厚。5在EP394640A1中還公開了另 一種用于制造石英玻璃管的坩堝拉制 方法和上述類型的裝置。在這種情況中，也設置了在外部環(huán)和內(nèi)部環(huán) 之間具有環(huán)形間隙的拉制噴嘴，以用于拉制石英玻璃管線。外部環(huán)插 入坩堝的底部開口中，內(nèi)部環(huán)利用連接支桿(在術(shù)語中也稱為"指狀 物")而相對于外部環(huán)居中設置。氣體供給管穿過內(nèi)部環(huán)的中心孔而 伸出，氣體供給管從上方浸入玻璃熔融物中，且可通過所述管將氣流 注入所拉出的管線的內(nèi)孔中。因此，在該方法中，軟化的石英玻璃體也在外部環(huán)和內(nèi)部環(huán)之間 的連接支桿周圍流動，并在該過程中被分割，并因此可能在離開噴嘴 的線狀高粘性石英玻璃體中表現(xiàn)出上文所述的缺陷。US35 08900A介紹了 一種用于從坩堝拉制石英玻璃管的方法，其 中，拉制噴嘴的內(nèi)部部件懸桂在軸上，并處于拉制噴嘴的外部部件的 通孔內(nèi)側(cè)。拉制噴嘴的內(nèi)部部件的位置是可變的。為此，軸的上端部 保持在包括球形接頭的定位裝置上。該拉制噴嘴包括砂漏類型的上部 部件，該上部部件經(jīng)由中間環(huán)連接至下部截頭錐形部件，該下部截頭 錐形部件向上延伸至由拉制噴嘴的外部部件形成的開口內(nèi)。US452 3939還介紹了一種用于從坩堝拉制石英玻璃管線的方法，熔 融物經(jīng)過由外部部件和內(nèi)部部件形成的噴嘴而離開。該內(nèi)部部件保持 懸桂在由耐火金屬構(gòu)成的空心軸上，且它有向下逐漸變細的凸出部 分。這產(chǎn)生了拉制噴嘴的環(huán)形間隙，它在一定縱向部分上向下變細。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是改進該已知方法，目的是使得拉出的管線中的不 均勻程度更小，以便能夠通過從熔融物拉制而制造均勻和無缺陷的空 心石英玻璃柱體。而且，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單的裝置，它能夠不費力 地實現(xiàn)，且它能夠執(zhí)行上述改進方法。對于方法，根據(jù)本發(fā)明這樣來實現(xiàn)上述方法的目的沿拉制軸線 方向看時，拉制噴嘴的內(nèi)部部件保持懸掛在外部部件的通孔內(nèi)部并可 沿徑向移動，并且該拉制噴嘴的環(huán)形間隙有縱向部分"L"，在該縱向 部分中，該環(huán)形間隙的橫截噴嘴面積的大小從頂部至底部減小。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過已知方法制造的石英玻璃管在與連接支桿接觸的接觸部位處有缺陷，所述缺陷在加熱過程中可以看見為細的余輝(afterglowing)線。當該石英玻璃管進行膨脹以便增大內(nèi)孔時，通 常觀察到恰好具有"指狀物"的旋轉(zhuǎn)對稱性的壁厚變化。這里必須注意，整個拉制噴嘴或者至少該拉制噴嘴中與熱石英玻 璃體接觸的部分是由鉬、鎢、銥、錸或其它高熔點金屬或合金來構(gòu)成。 必須假設金屬通過摩擦而進入玻璃體中，并有助于引起上述缺陷.熱 石英玻璃體與拉制噴嘴之間的大部分接觸表面隨后將出現(xiàn)在所拉出的 管線的表面上，它們能夠在以后很容易從該表面上除去。不過，與連 接支桿接觸的表面并不是這樣，因為它們被封入在石英玻璃管的內(nèi)部 中。因此，本發(fā)明是基于這樣的發(fā)現(xiàn)，即，所述缺陷可以通過完全省 略拉制噴嘴的內(nèi)部部件的"指狀物"來避免。該"指狀物"用于將內(nèi) 部部件對中在外部部件的通孔中，并用于設置環(huán)形間隙的寬度。因此， 本發(fā)明的目的是對內(nèi)部部件的"被動"和固有的自對中(self-centering) ，在這種情況下，拉制噴嘴的內(nèi)部部件的對中輔助裝置和 主動對中都可以不再使用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這能夠在下面將詳細介紹的前 提條件下實現(xiàn)1. 拉制噴嘴的內(nèi)部部件保持為可在拉制噴嘴的外部部件的通孔內(nèi) 部沿徑向運動。被動和固有的自對中機構(gòu)需要拉制噴嘴的內(nèi)部部件具 有某種可動性，并且一個運動分量在垂直于拉制軸線的方向上，該運 動分量在這里稱為"徑向可動性"。該可動性能夠通過使內(nèi)部部件可 水平移動或者通過懸掛安裝來保證，該懸桂安裝允許沿與拉制軸線垂 直的方向進行自由鐘擺運動。2. 而且，重要的是，內(nèi)部部件與外部部件之間的環(huán)形間隙在沿拉 制軸線的方向上在其整個長度的至少一部分上提供有縱向部分"L"， 在該縱向部分中，其橫截噴嘴面積從頂部至底部減小。橫截噴嘴面積 的這種減小可以是由于環(huán)形間隙從頂部至底部的連續(xù)或階梯式變窄， 和/或，在環(huán)形間隙有恒定環(huán)形間隙寬度時，環(huán)形間隙的直徑大小從頂 部至底部減小。在后一種變化形式中，環(huán)形間隙由相互平行的壁限定， 這些壁與拉制軸線形成0°和90°之間的角度，使得該環(huán)形間隙沿拉制軸 線的方向延伸。對于自對中，決定性的是拉制噴嘴的內(nèi)部部件周圍的壓力狀態(tài)。當沿拉制噴嘴的方向觀察壓力曲線時，可以看在坩鍋內(nèi)部的壓力從頂 部向底部增加，然后在拉制噴嘴內(nèi)部再減小至環(huán)境大氣壓力。兩種不同機理形成這種情況 一個是石英玻璃體的"靜液壓"(重力壓力)； 另 一機理是壓力沿流動方向減小，這與粘性石英玻璃體的流動相關(guān)。 該壓力減小的梯度在石英玻璃體流過較寬腔室(例如坩鍋內(nèi)部)的狹 窄部分(例如拉制噴嘴)的區(qū)域中特別明顯。因此，由石英玻璃體的 靜液壓引起的壓力增高效果主要在坩鍋內(nèi)部從頂部至底部，而在拉制 噴嘴中的情況相反，主要效果是壓力從頂部至底部減小。在具有平行邊界壁和恒定直徑的柱形環(huán)形間隙中，當內(nèi)部部件沿 徑向偏轉(zhuǎn)時，間隙寬度在一側(cè)比相反一側(cè)更寬。不過考慮到流阻越低， 就有越多的石英玻璃體流過比該相反一側(cè)更寬的間隙區(qū)域，在兩側(cè)的 壓力都沿豎直方向減小，因此不會形成徑向壓力分量。因此，柱體幾 何形狀的環(huán)形間隙并不在內(nèi)部部件上施加徑向力，且沒有對中效果。相反，在具有向下變窄橫截面的環(huán)形間隙中，在內(nèi)部部件徑向偏 轉(zhuǎn)的情況下，在更窄間隙區(qū)域中沿豎直方向的壓力降比在更寬間隙區(qū) 域中的更小(比較在相同高度處的壓力)。該內(nèi)部部件周圍的壓力場 (并不旋轉(zhuǎn)對稱)形成沿徑向方向作用的力，該力施加回復力，以便 設置旋轉(zhuǎn)對稱的壓力場，同時對內(nèi)部部件產(chǎn)生對中作用，相反，具有向下增大的橫截面積的環(huán)形間隙能夠以一種確定偏心 的方式作用于可在外部部件的通孔中自由徑向運動的內(nèi)部部件上。這些考慮忽略了石英玻璃體的粘性隨著在拉制噴嘴中向下降低的 溫度而增加的影響。該影響可以清楚地定量，但不會改變上述總體原 理。因此，將拉制噴嘴的內(nèi)部部件在外部部件的通孔內(nèi)自對中將需要 環(huán)形間隙在其長度的至少一部分上(這里稱為縱向部分"L")包括向下減小的橫截面積。橫截面積的減小能夠通過拉制噴嘴的外部部件的通孔的幾何形狀和/或內(nèi)部部件的外護套的幾何形狀來實現(xiàn)。在該方法的特別優(yōu)選變化形式中，橫截面積的減小是這樣的環(huán) 形間隙在縱向部分"L"的至少一部分上從頂部至底部變窄。此時，該自對中效果特別大。它隨著從頂部至底部的收縮程度增 大而增大有多種合適選擇來形成環(huán)形間隙的收縮。 一種方式是使得拉制噴 嘴的外部部件的通孔向下變窄。此時，拉制噴嘴的內(nèi)部部件可以為柱形，它可以設置成錐形或向 下增大，從而額外幫助環(huán)形間隙的變窄。環(huán)形間隙的間隙寬度可以通 過升高或降低拉制噴嘴的內(nèi)部部件來進行設置，作為備選方案且同樣優(yōu)選的是，拉制噴嘴的內(nèi)部部件向下擴大， 從而形成向下變窄的環(huán)形間隙。此時，外部部件的通孔可以設置成使它為柱形和錐形，或者尺寸 向下減小。在這方面，已經(jīng)證明有用的是，環(huán)形間隙的寬度在其長度上減小其最大寬度的至少20%。對于內(nèi)部部件產(chǎn)生給定偏轉(zhuǎn)時，環(huán)形間隙在其收縮面積上的最大和最小寬度之間的差異將對形成的對中力的大小產(chǎn)生影響。該間隙寬 度差異越大，沿相對于拉制軸線垂直的方向作用在內(nèi)部部件上的最大 回復力(-壓力差)也越大。該回復力越大，控制靈敏性越好，對拉制 噴嘴的內(nèi)部部件的自對中也越準確。當間隙寬度差異為至少20%時(基 于最大環(huán)形間隙寬度)，將保證控制靈敏性特別高，且拉制噴嘴的內(nèi) 部部件準確地自對中。在該方法的另一優(yōu)選變化形式中，環(huán)形間隙的橫截面積從頂部至 底部減小，其中，環(huán)形間隙在該縱向部分"L"的至少一部分上是由平 行側(cè)壁圍出，且環(huán)形間隙的內(nèi)徑和外徑從頂部至底部減小。此時，環(huán)形間隙的間隙寬度并不變化。不過，通過減小環(huán)形間隙 的內(nèi)徑，它的橫截面積從頂部至底部減小。在這里，環(huán)形間隙的邊界 壁延伸成使得它們與拉制軸線形成的角度在10。和80。之間，優(yōu)選是角度 在3(T和60。之間。因此，環(huán)形間隙沿拉制軸線的方向以傾斜方式從頂部 至底部延伸。與如上所述具有變窄環(huán)形間隙的實施例相比，該方法的該變化形 式顯示了特殊的優(yōu)點。對于變窄的環(huán)形間隙來說，對中效果越明顯， 從頂部至底部的變窄程度越強。最小間隙寬度基本由所拉出的部件的 給定壁厚來確定。為了獲得具有明顯梯度的間隙寬度，因此希望在環(huán) 形間隙的上部區(qū)域中的間隙寬度盡可能大。在縱向部分"L"的長度較 短時特別是這樣。不過，環(huán)形間隙的上部區(qū)域中的大間隙寬度將影響噴嘴阻力。所述阻力由質(zhì)量通過量與石英玻璃體的主要靜液壓來確 定。在其它條件相同的情況下，上部區(qū)域中的間隙寬度越大，噴嘴阻 力越低。不過，噴嘴阻力的變化通常需要改變其它拉制參數(shù)，特別是 溫度和石英玻璃體的粘性，這是所不希望的。該問題在該優(yōu)選方法變化形式中用環(huán)形間隙的恒定間隙寬度來改善。這兩種方法變化形式的優(yōu)點可以組合，其中，在縱向部分"L"的 上部區(qū)域中，環(huán)形間隙具有恒定間隙寬度和減小的內(nèi)徑，而在該縱向 部分"L"的下部部分中進入到變窄的環(huán)形間隙。優(yōu)選是，該縱向部分"L"的長度為至少10mm，優(yōu)選是至少15mm。 該縱向部分"L"的長度將影響該環(huán)形間隙上的壓力梯度的大小。 在由軟石英玻璃體給定的靜液壓下，當環(huán)形間隙的縱向部分"L"較長 時，平均壓力梯度比當縱向部分"L"較短時更小。較陡的壓力梯度導 致控制靈敏性降低，因此使得拉制噴嘴的內(nèi)部部件的準確自對中更困 難。對于縱向部分"L，，，長度從10mm開始往上時將保證控制靈敏性特 別高，且拉制噴嘴的內(nèi)部部件準確地自對中。的安裝來實現(xiàn)。在本發(fā)明方法的特別優(yōu)選實施例中，拉制噴嘴的內(nèi)部 部件保持在保持元件上，該保持元件穿過軟化石英玻璃體而向上延 伸，該保持元件的外徑不大于40mm，長度不大于100cm。當為剛性或防偏轉(zhuǎn)保持元件，或者當回復力較小時，內(nèi)部部件的 徑向運動可以通過使保持元件可沿水平方向自由移動來實現(xiàn)，或者下 端部能夠繞上部保持點進行自由往復運動.當保持元件的剛性很小 時，彈性變形也將足以使內(nèi)部部件有用于自對中的充分可動性。保持 元件例如為連桿或柱形體，例如桿、管或線。具有上述尺寸的保持元件通常有足夠低的彎曲剛度，這能夠進行 某種鐘擺運動，因此，固定在其一端上的內(nèi)部元件在外部部件的通孔 內(nèi)有足夠的徑向位移。用于保證拉制噴嘴的內(nèi)部部件的軸向可動性的 其它復雜結(jié)構(gòu)的運送機構(gòu)都可以省略。而且，優(yōu)選是拉制噴嘴的內(nèi)部部件包括中心內(nèi)孔，該中心內(nèi)孔與 保持元件的內(nèi)孔流體連通。體，該工藝氣體供給至要拉出的石英玻璃線的內(nèi)孔中。已經(jīng)證明是特別有利的是，該軟化的石英玻璃體產(chǎn)生至少180毫巴 靜液壓。拉制噴嘴的內(nèi)部部件的高效自對中需要在環(huán)形間隙的長度上有特 定壓力降.該壓力降越大，在環(huán)形間隙的給定變窄處作用在發(fā)生偏轉(zhuǎn) 的內(nèi)部部件上的回復力也越強。在拉制噴嘴內(nèi)部的壓力降等于石英玻 璃體的靜液壓。當壓力降為180毫巴時，可以提供特別高效的回復力。 優(yōu)選是，該軟化的石英玻璃體以12kg/h至45kg/h的流速流過該環(huán)形間 隙，該流速優(yōu)選是在20kg/h至35kg/h之間。用于對中拉制噴嘴的內(nèi)部部件的被動和固有力對中機構(gòu)設置成需要石英玻璃體的一定流量。在上述范圍中的石英玻璃體流量將使得該 噴嘴建立最適合本發(fā)明的被動、固有自對中機構(gòu)的流阻。而且優(yōu)選是，該軟化的石英玻璃體根據(jù)環(huán)形間隙的最小橫截面積 而以至少O. 3kg/h cn^的流速流過拉制噴嘴的環(huán)形間隙。對于環(huán)形間隙的最小橫截面積，在至少O. 3kg/h每cm2的流速下產(chǎn) 生特別高效的回復力。對于裝置，根據(jù)本發(fā)明從上述類型裝置開始實現(xiàn)上述目的，其中， 提供有保持元件，當沿拉制軸線方向看時，拉制噴嘴的內(nèi)部部件保持 懸掛在該保持元件上，并可在外部部件的通孔內(nèi)部作徑向移動，并且， 該拉制噴嘴的環(huán)形間隙有縱向部分"L，，，該環(huán)形間隙的橫截噴嘴面積 沿該縱向部分"L"從頂部至底部減小。該裝置用于執(zhí)行本發(fā)明的上述方法，在拉出的石英玻璃線中將避 免出現(xiàn)不規(guī)則部分，其中，利用定位裝置對拉制噴嘴的內(nèi)部部件進行 的主動對中以及對中輔助裝置(例如通過"指狀物"對拉制噴嘴的內(nèi) 部部件進行的對中)都可以不再使用，并能夠代替為內(nèi)部部件的被動 自對中。這通過以下措施來實現(xiàn)1.拉制噴嘴的內(nèi)部部件保持懸掛在保持元件上，以便可在拉制噴 嘴的外部部件的通孔中作徑向運動。這有助于使得拉制噴嘴的內(nèi)部部 件獲得一些可動性，并有沿垂直于拉制軸線的方向的運動分量。當為剛性或防偏轉(zhuǎn)保持元件，或者當回復力較小時，該運動可以 通過使保持元件可沿水平方向自由移動來實現(xiàn)，或者下端部能夠繞上 部保持點進行自由鐘擺運動。當保持元件有較小彎曲剛度時，彈性變形也將足以使內(nèi)部部件有用于被動、固有自對中的充分可動性。保持 元件例如為連桿或柱形體，例如桿、管或線。2.在內(nèi)部部件和外部部件之間的環(huán)形間隙包括縱向部分"L"， 在該縱向部分中，其橫截噴嘴面積從頂部至底部減小。橫截噴嘴面積 的減小可以是由于環(huán)形間隙從頂部至底部的連續(xù)或階梯式收縮，和/ 或，在環(huán)形間隙有恒定環(huán)形間隙寬度時，環(huán)形間隙的直徑大小從頂部 至底部減小。在后一種變化形式中，環(huán)形間隙由相互平行的壁限定， 這些壁與拉制軸線形成0。和9(T之間的角度。由于橫截噴嘴面積從頂部至底部減小，因此當同軸偏心內(nèi)部部件 處于更窄間隙區(qū)域中時，與在更寬間隙區(qū)域中相比將有沿豎直方向的 更小壓力降。環(huán)繞內(nèi)部部件且并不旋轉(zhuǎn)對稱的該壓力場形成沿徑向方 向的壓力分量，該壓力分量施加回復力，以便調(diào)節(jié)成旋轉(zhuǎn)對稱壓力場， 同時在內(nèi)部部件上產(chǎn)生對中效果?；騼?nèi)部部、件的外:二套的幾何形狀而變窄。- " 。"由從屬權(quán)利要求可以清楚本發(fā)明的裝置的優(yōu)選發(fā)展形式。在從屬 權(quán)利要求中所述的裝置的發(fā)展形式與關(guān)于本發(fā)明方法的從屬權(quán)利要求 中所述的步驟緊密相關(guān)，因此將在相應方法權(quán)利要求中對它們進行補 充說明。


下面將參考實施例和附圖更詳細地介紹本發(fā)明。附圖是示意圖， 附圖中圖l表示了本發(fā)明的裝置實施例，該裝置成拉制熔爐形式，且拉制噴嘴的內(nèi)部部件可徑向運動地保持在保持器上；以及 圖2至5表示了拉制噴嘴的變化實施例。
具體實施方式
圖l所示的拉制熔爐包括由鴒構(gòu)成的坩堝l， Si02顆粒3通過供給噴 嘴2而從上方連續(xù)裝入該坩堝1中。蚶堝l由水冷(12 )爐套6包圍，并形成充滿保護氣體的保護氣體 腔室IO，該保護氣體腔室10裝有由氧化絕緣材料構(gòu)成的多孔絕緣層8以及用于加熱坩堝1的電阻加熱器13。保護氣體腔室10向下開口，并且其 它地方用底板15和蓋板16與外部密封。坩堝1圍出了一坩堝內(nèi)腔17，該 坩堝內(nèi)腔17也通過蓋18和密封元件19而與環(huán)境密封.鎢制拉制噴嘴4布置在坩堝1的底部區(qū)域中。該噴嘴由拉制噴嘴的 環(huán)形外部部件7和內(nèi)部部件9構(gòu)成，該環(huán)形外部部件7用在坩堝1的底部 中，而該內(nèi)部部件9同軸地保持在外部部件7的圓筒形內(nèi)孔20中。內(nèi)部 部件9具有向上逐漸變細的截頭錐形外護套。因此，環(huán)形間隙14形成于 外部部件7和內(nèi)部部件9之間，該環(huán)形間隙從頂部向底部變窄，且沿拉 制軸線26的方向?qū)⒃撥浕⒉Ａw27通過該環(huán)形間隙向下拉出為管 線5。該外部部件7的內(nèi)孔20的直徑為200mm，長度為100m邁。這與拉制噴 嘴4的環(huán)形間隙14的長度"L"相等，該環(huán)形間隙14的寬度從頂部向底 部從最大值30mm減小至最小值20邁m。該拉制噴嘴4的內(nèi)部部件9與保持管11連接，該保持管ll延伸通過 石英玻璃體27，并被引導穿過上部蓋18而到達該坩堝內(nèi)腔17的外部。 該保持管ll由鎢構(gòu)成。它的長度為160cm，外徑為6cm，內(nèi)徑為lcm。除 了用于安裝拉制噴嘴的內(nèi)部部件9 ，該保持管11還用于供給工藝氣體， 以便在管線5的內(nèi)孔中設定預定的吹壓。為此，將該工藝氣體供給至形 成于拉制噴嘴4的內(nèi)部部件9中的通孔25。伸出到至該熔爐外的保持管 11上端部與示意表示的高度調(diào)節(jié)和移動裝置28連接，該高度調(diào)節(jié)和移 動裝置除了能夠調(diào)節(jié)拉制噴嘴的內(nèi)部部件9的高度外，還能夠沿橫向方 向自由移動，如方向箭頭29所示。該運動允許拉制噴嘴的內(nèi)部部件9在拉制噴嘴的外部部件內(nèi)部進行自對中。作為該高度調(diào)節(jié)和移動裝置28的替換方案或者除了該高度調(diào)節(jié)和 移動裝置28之外，保持管ll在其160cm的長度上有柔性，該柔性使得拉 制噴嘴的內(nèi)部部件9有足夠的橫向移動性(鐘擺運動)。保持管的彎曲 剛度取決于它的壁厚和它的外徑。實踐中，當外徑不超過4cm時將有足 夠低的彎曲剛度。用于坩堝內(nèi)腔氣體(成純氫氣形式)的進口22和出口21穿過蓋18 而伸出。同樣，保護氣體腔室10在上部部分中具有用于純氫氣的氣體 進口23,該氫氣可以通過爐套6的底部開口而逸出。圖2至圖4以放大形式示意表示了在本發(fā)明范圍內(nèi)的拉制噴嘴4的13變化形式.當使用與圖l中相同的參考標號時，它們是指該裝置的在結(jié) 構(gòu)上相同或等效的部件和部分，正如已經(jīng)在上文中通過對本發(fā)明第一 實施例的拉制熔爐的說明而詳細解釋的那樣。圖2的拉制噴嘴30包括由鎢制成的外部部件7，該外部部件7具有圓 筒形內(nèi)孔14，這與圖l中所示的裝置一致。在內(nèi)孔20中，拉制噴嘴的鎢 制內(nèi)部部件31利用管形保持器11來保持，使得它與縱向軸線26同軸。 內(nèi)部部件31由具有較小外徑的環(huán)形上部部件32和具有較大外徑的環(huán)形 下部部件33構(gòu)成。保持器11的內(nèi)孔終止于內(nèi)部部件31的通孔34中。這樣，內(nèi)部部件31與外部部件7之間的環(huán)形間隙35向下逐步變窄， (在環(huán)形間隙的長度"L"上來看)臺階36大致設置在環(huán)形間隙35的中 央。內(nèi)孔20的內(nèi)徑為60mm;環(huán)形間隙35的長度"L"為40mm，其上部寬 度為15mm，其下部最小寬度為10mm。在圖3的拉制噴嘴40中，管形保持器ll與拉制噴嘴的錐形內(nèi)部部件 41連接，并將所述部件同軸地保持在鎢制外部部件43的通孔42中。通 孔42從頂部向底部變窄，它的最大內(nèi)徑為80mm，最小內(nèi)徑為60mm,且 它的長度為60mm。錐形內(nèi)部部件41的長度大致等于通孔52的長度，它的上部最小外 徑為30mm，下端部處的最大外徑為35mm。因此，環(huán)形間隙45在其長度 "L，，上從最大值25mm連續(xù)變窄至噴嘴出口46區(qū)域中的最小值12. 5mm。圖4的拉制噴嘴50有外部部件43，該外部部件43與圖3中所示的拉 制噴嘴的外部部件相對應。在通孔42中，柱形內(nèi)部部件51利用管形保 持器ll來保持，該內(nèi)部部件51由鵠制成，且外徑為80mm。該柱形內(nèi)部部件51的長度150mm大致等于通孔42的長度。這樣，環(huán) 形間隙55的外徑在長度"L"上從最大值140mm連續(xù)減小至噴嘴出口56 區(qū)域中的最小值100mm。圖5的拉制噴嘴60包括拉制噴嘴的外部部件43，該外部部件43與圖 3中所示的拉制噴嘴相對應。在通孔42中，拉制噴嘴的鎢制錐形內(nèi)部部 件61由管形保持器11來保持。拉制噴嘴的內(nèi)部部件61的錐形形狀為這 樣，即，使得內(nèi)部部件61與外部部件43之間的環(huán)形間隙65在其150邁m 的長度"L，，上有恒定間隙寬度20mm。環(huán)形間隙65的外徑在長度"L，，上從最大值140mm減小至噴嘴出口 66區(qū)域中的最小值100mm。在本發(fā)明的還一實施例中(未在閨中示出)，拉制噴嘴提供為如圖5中所示，除了下述特征與圖5的拉制噴嘴的外 部部件的內(nèi)徑相比，該拉制噴嘴的外部部件的內(nèi)徑在下部部分中20mm 的長度上連續(xù)減小5mm，這樣，在噴嘴出口區(qū)域中獲得的環(huán)形間隙的間 隙寬度為15mm，它與圖5相比是減小了。下面將參考圖l和實施例來介紹本發(fā)明的方法.Si02顆粒3經(jīng)由供給噴嘴2連續(xù)供給至熔融坩堝l中，并在其內(nèi)加熱 至大約2100TC至2200TC的溫度。在該過程中，在坩堝l的下部部分中形 成均勻的玻璃體27，該玻璃體27沒有氣泡，且Si02顆粒3的顆粒層浮在 該玻璃體27上。軟化的硅質(zhì)體(silica mass)經(jīng)由拉制噴嘴4和底部 開口24而離開，然后向下拉制成石英玻璃管線5的形式，并切成所需長 度的零件。石英玻璃體27的重量在坩堝底部區(qū)域產(chǎn)生大約200毫巴的"靜液 壓"，因此，軟化的石英玻璃體以大約28kg/h的流速經(jīng)過環(huán)形間隙14。當拉制噴嘴的內(nèi)部部件9偏轉(zhuǎn)時，由于流動的石英玻璃體27和環(huán)形 間隙14的收縮，在拉制噴嘴的內(nèi)部部件9的周圍形成并不旋轉(zhuǎn)對稱的壓 力場。這導致有回復力朝著同軸(26)對中的方向作用在該內(nèi)部部件9 上。該回復力的大小取決于偏轉(zhuǎn)量、環(huán)形間隙14的幾何形狀和石英玻 璃體27的粘性。對于5mm的偏轉(zhuǎn)來說，回復力在垂直于縱向軸線26的方 向上的大小可以根據(jù)在該實施例中給出的數(shù)據(jù)而估計為大約100N。已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于保持器ll的長度、壁厚和直徑，該保持器ll呈現(xiàn)為具有 較低的彎曲剛度，以致于上述數(shù)量級的回復力足以使得安裝在保持器 11上的內(nèi)部部件9沿垂直于縱向軸線26的方向移動，并從而消除該偏 轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的拉制熔爐和方法中使用了自對中拉制噴嘴，這樣就可 以省略用于對中拉制噴嘴的內(nèi)部部件的連接支桿(指狀物)，從而能 夠從熔融物中拉制出高質(zhì)量石英玻璃管。
權(quán)利要求
1.一種用于拉制石英玻璃管線的方法，其中，向坩堝(1)供給含有SiO2的起始材料(3)，所述起始材料在所述坩堝中軟化，并作為軟化的石英玻璃體(27)沿拉制軸線(26)經(jīng)過位于拉制噴嘴(4)的外部部件(7)與內(nèi)部部件(9)之間的環(huán)形間隙(14)而豎直向下拉制成石英玻璃管線(5)，該內(nèi)部部件(9)布置在外部部件(7)的通孔(20)中，且該拉制噴嘴(4)布置在坩堝(1)的底部區(qū)域中，其特征在于沿拉制軸線(26)方向看時，拉制噴嘴的內(nèi)部部件(9)保持懸掛在外部部件(7)的通孔(20)內(nèi)部并可沿徑向移動，并且該拉制噴嘴的環(huán)形間隙(14)有縱向部分“L”，在該縱向部分中，該環(huán)形間隙的橫截噴嘴面積的大小從頂部至底部減小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于該環(huán)形間隙(14) 在該縱向部分"L"的至少一部分上從頂部至底部變窄。
3. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于拉制噴 嘴的外部部件(7)的通孔(20)向下變窄。
4. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于拉制噴 嘴的內(nèi)部部件(9)向下變寬。
5. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于環(huán)形間 隙U4)的寬度在其長度上減小其最大寬度的至少20、
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的方法，其特征在于環(huán)形 間隙(14)在該縱向部分"L"的至少一部分上是由平行側(cè)壁圍成，該 環(huán)形間隙(14)的內(nèi)徑從頂部至底部減小。
7. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于該縱向 部分"L"的長度為至少10nnn，優(yōu)選是至少15mm。
8. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于拉制噴 嘴的內(nèi)部部件(9)保持在保持元件(11)上，該保持元件穿過軟化的 石英玻璃體(27)向上延伸，且該保持元件的外徑不大于40mm，長度 不大于100cm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于拉制噴嘴的內(nèi)部部 件(9)有中心內(nèi)孔(25)，該中心內(nèi)孔(25)與保持元件(11)的內(nèi) 孑Li成流體連通。
10. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于該軟化的石英玻璃體(27)產(chǎn)生至少180毫巴的靜液壓。
11. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于該軟 化的石英玻璃體(27)以12kg/h至45kg/h的流速流過環(huán)形間隙(14 )， 該流速優(yōu)選是在20kg/h至35kg/h之間。
12. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于該軟 化的石英玻璃體(27)根據(jù)拉制噴嘴的環(huán)形間隙(14)的最小橫截面 積而以至少O. 3kg/h'cnj2的流速流過該環(huán)形間隙(14)。
13. —種用于拉制石英玻璃管線的裝置，包括坩堝(1)，用于 接收含有Si02的起始材料(3)，該坩堝由用于軟化該起始材料(3) 的加熱器(13)包圍；以及拉制噴嘴(4)，該拉制噴嘴布置在坩堝(l) 的底部區(qū)域中，且該拉制噴嘴包括外部部件(7)和內(nèi)部部件(9)， 該內(nèi)部部件布置在外部部件(7)的通孔(20)中，從而留下環(huán)形間隙(14)，其特征在于，提供有保持元件(11)，當沿拉制軸線(26) 方向看時，拉制噴嘴的內(nèi)部部件(9)保持懸掛在該保持元件上，并可 在外部部件(7)的通孔(20)內(nèi)部作徑向移動，并且，該拉制噴嘴的 環(huán)形間隙(14)有縱向部分"L"，該環(huán)形間隙(14)的橫截噴嘴面積 的大小沿該縱向部分"L"從頂部至底部減小。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于拉制噴嘴的環(huán)形 間隙(14)至少沿該縱向部分"L"從頂部至底部變窄。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的裝置，其特征在于拉制噴嘴的 外部部件(7)的通孔(20)向下變窄。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13至15中任意一項所述的裝置，其特征在于 拉制噴嘴的內(nèi)部部件(9)向下變寬。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13至16中任意一項所述的裝置，其特征在于 環(huán)形間隙(14)的寬度在其長度上減小其最大寬度的至少20%。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13至15中任意一項所述的裝置，其特征在于 拉制噴嘴的環(huán)形間隙(14)在該縱向部分"L"的至少一部分上由平行 側(cè)壁圍成，該環(huán)形間隙(14)的內(nèi)徑從頂部至底部減小。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13至18中任意一項所述的裝置，其特征在于 該縱向部分"L"的長度為至少10mm，優(yōu)選是至少15mm。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13至19中任意一項所述的裝置，其特征在于 該保持元件(11)的外徑不大于40血m，長度不大于100cm。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于拉制噴嘴的內(nèi)部 部件(9)有中心內(nèi)孑L (25),該中心內(nèi)孔(25)與保持元件(11)的 內(nèi)孔成流體連通。
全文摘要
在用于拉制石英玻璃管線的已知方法中，向坩堝供給含有SiO₂的起始材料，該起始材料在坩堝中軟化，并作為軟化的石英玻璃體沿拉制軸線通過在拉制噴嘴的外部部件和內(nèi)部部件之間的環(huán)形間隙而豎直向下拉制成石英玻璃管線，該內(nèi)部部件布置在外部部件的通孔中，且該拉制噴嘴布置在坩堝的底部區(qū)域。為了改進該已知方法，以便減小拉出的管線的不均勻性和因此能夠通過從熔融物拉制而制造均勻、無缺陷的空心石英玻璃柱體，本發(fā)明提出使拉制噴嘴的內(nèi)部部件(沿拉制軸線方向看時)保持懸掛在外部部件的通孔內(nèi)部并可徑向運動，且拉制噴嘴的環(huán)形間隙有縱向部分“L”，在該縱向部分“L”中，其橫截噴嘴面積從頂部至底部而減小尺寸。
文檔編號C03B17/00GK101326131SQ200780000535
公開日2008年12月17日 申請日期2007年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者H·勒伯, J·貝克, M·特羅默, N·惠佩, R·伯格, R·格哈特, R·霍恩 申請人:赫羅伊斯石英玻璃股份有限兩合公司