專利名稱：主動加壓中頻爐熔拉石英玻璃棒材的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石英玻璃棒材的熔拉技術(shù)，尤其涉及一種主動加壓中頻爐熔拉石英玻璃棒材的裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著光纖及光通訊是信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，作為通訊傳輸中 重要載體的石英系光纖光纜，在光纖通訊中起著不可替代的作用。目前，典型的光纖預(yù)制棒制造方法有兩類一是管內(nèi)法，包括改進的化學氣相沉積法(MCVD)和等離子體化學氣相沉積法(PCVD);另一類是管外法，主要包括外部氣相沉積法(OVD)和軸向氣相沉積法(VAD)。在上述四大工藝方法生產(chǎn)光纖預(yù)制棒及光纖拉絲的整個過程鏈中均需要使用大量的高純石英玻璃棒材。光纖制造用配套石英玻璃棒的質(zhì)量要求高純度、高強度、低缺陷、高溫下低變形。現(xiàn)有技術(shù)中，生產(chǎn)棒材的方法有如下兩種I)電連熔一步法采用高純石英砂在鎢鑰電連熔爐中一次熔融拉制石英玻璃棒材。因工藝的局限性帶來以下難以克服的缺點棒芯缺陷連熔爐結(jié)構(gòu)中必須有芯桿，芯桿的污染造成棒芯與棒體成分及結(jié)構(gòu)的差異；可拉制的范圍小，目前一般在30mm以內(nèi)；且內(nèi)在氣泡難以排出；玻璃中的組分(尤其是H、0H)不穩(wěn)定，在高溫下易擴散、膨脹造成棒材的嚴重變形；生產(chǎn)過程是連續(xù)的，熔拉過程不能靈活改變拉制的規(guī)格尺寸。鑒于該工藝難以克服的缺陷，限制了其在光纖制造領(lǐng)域的應(yīng)用，各光纖制造商在關(guān)鍵工序都已明確禁止使用。2)氣煉一電溶兩步法第一步水晶原料在氫氧焰中利用制坨機生產(chǎn)石英玻璃坨；第二步在熔拉機組高溫熔融拉制石英玻璃棒材，通常有兩種熔融工藝，I)電阻爐熔融法，因該法升溫慢、能源消耗(用電)大、電極及坩堝用石墨材料消耗多，目前先進的生產(chǎn)商已經(jīng)淘汰。2)中頻感應(yīng)爐熔融法，該法克服了電阻爐熔融法的缺點，是先進生產(chǎn)企業(yè)常用的熔拉方法。氣煉一電熔兩步法因采用的是高純水晶為原料、在高純的氫氧焰中熔煉，同時又經(jīng)過了二次熔融拉制，因此石英玻璃的質(zhì)量大幅度提高，可滿足光纖制造用配套石英玻璃棒的高質(zhì)量要求。另外因該法屬于間歇式生產(chǎn)，在生產(chǎn)的規(guī)格、尺寸方面靈活易變，拉制的規(guī)格尺寸范圍大(直徑從幾_-150_)，可滿足不同光纖生產(chǎn)商、生產(chǎn)工藝需要的各種規(guī)格。如圖I至圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)中的氣煉一電熔兩步法中的氣煉一中頻爐熔拉法中，中頻爐常壓熔拉石英坨在中頻爐中高溫熔融后，經(jīng)石墨成型口，利用拉棒機的牽引和石英玻璃料的自重雙重作用，有接觸式拉制成型石英玻璃棒材，整個拉制過程中成型口的出料量取決于爐內(nèi)石英玻璃(軟化的和熔融的)重量以及爐內(nèi)溫度，因在拉制階段成型口的溫度要求是相對穩(wěn)定的，溫度過高盡管可以增大熔化量但玻璃不易成型，拉制過程容易造成棒的彎曲；溫度過低達不到石英玻璃的軟化操作溫度是無法拉制的，因此溫度必須控制在一定的范圍。因此實際熔拉過程的出料量僅取決于爐內(nèi)石英玻璃的自重，因石英玻璃在高溫下的粘度特性，粘滯的石英玻璃將在石墨坩堝形成大量的“掛壁料”，因此隨著熔拉過程的進行，爐內(nèi)自重降低，這些”掛壁料”流動性極差，在進一步拉制過程中將不再是實心的棒材而成為芯子越來越大的“抽芯棒材” ！通常情況下拉制一爐50kg的石英玻璃，“抽芯棒”約為20kg，實際有效得料率僅為60%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種抽芯棒少、熔拉得料率高的主動加壓中頻爐熔拉石英玻璃棒材的裝置及方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明的主動加壓中頻爐熔拉石英玻璃棒材的裝置，包括中頻爐爐蓋、中頻感應(yīng)圈，所述中頻感應(yīng)圈內(nèi)設(shè)有石墨樹禍，所述石墨樹禍的下部設(shè)有石墨下料口或成型器，所述 石墨坩堝內(nèi)設(shè)有石墨壓板，所述石墨壓板的上部連接有石墨連接壓桿，所述石墨連接壓桿向上穿透所述中頻爐爐蓋，所述石墨連接壓桿的上部設(shè)有定位石墨盤，所述定位石墨盤上能放置配重砝碼。本發(fā)明的上述主動加壓中頻爐熔拉石英玻璃棒材的裝置實現(xiàn)石英玻璃棒材熔拉的方法，包括步驟首先將石英玻璃坨放入石墨坩堝中，在石英玻璃坨上加放石墨壓板，將帶螺紋的石墨連接壓桿旋至石墨壓板上，蓋上帶冷卻水的爐蓋，在石墨連接壓桿上加放定位石墨盤，開啟中頻感應(yīng)爐電源，在達到熔拉溫度后進行常壓熔拉；當所述石英玻璃坨開始形成掛壁料時，在所述定位石墨盤上放置配重砝碼，進行加壓熔拉。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的主動加壓中頻爐熔拉石英玻璃棒材的裝置及方法，由于石墨坩堝內(nèi)設(shè)有石墨壓板，石墨壓板的上部連接有石墨連接壓桿，石墨連接壓桿向上穿透所述中頻爐爐蓋，石墨連接壓桿的上部設(shè)有定位石墨盤，定位石墨盤上能放置配重砝碼，熔拉過程中，當石英玻璃坨開始形成掛壁料時，在定位石墨盤上放置配重砝碼，進行加壓熔拉，大大減少了熔拉過程中抽芯棒的比例，有效提高了熔拉得料率。


圖I、圖2、圖3為現(xiàn)有技術(shù)中中頻爐常壓熔拉過程的示意圖；圖4、圖5、圖6為本發(fā)明中中頻爐主動加壓熔拉過程的示意圖。I、中頻爐爐蓋(帶循環(huán)冷卻水)，2、中頻感應(yīng)圈，3、石墨坩堝，4、石英玻璃坨，5、石墨下料口(或成型器)，6、熔拉的石英玻璃棒,7、抽芯棒,8、帶標尺的石墨連接壓桿,9、定位石墨盤，10、石墨壓板，11、配重ii去碼。
具體實施例方式下面將對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。本發(fā)明主動加壓中頻爐熔拉石英玻璃棒材的裝置，其較佳的具體實施方式
是
包括中頻爐爐蓋、中頻感應(yīng)圈，所述中頻感應(yīng)圈內(nèi)設(shè)有石墨坩堝，所述石墨坩堝的下部設(shè)有石墨下料口或成型器，所述石墨坩堝內(nèi)設(shè)有石墨壓板，所述石墨壓板的上部連接有石墨連接壓桿，所述石墨連接壓桿向上穿透所述中頻爐爐蓋，所述石墨連接壓桿的上部設(shè)有定位石墨盤，所述定位石墨盤上能放置配重破碼。所述石墨連接壓桿為帶標尺的石墨連接壓桿，所述石墨連接壓桿與所述石墨壓板螺紋連接。所述中頻爐爐蓋帶有冷卻水。本發(fā)明的上述的主動加壓中頻爐熔拉石英玻璃棒材的裝置實現(xiàn)石英玻璃棒材熔拉的方法，其較佳的具體實施方式
包括步驟首先將石英玻璃坨放入石墨坩堝中，在石英玻璃坨上加放石墨壓板，將帶螺紋的 石墨連接壓桿旋至石墨壓板上，蓋上帶冷卻水的爐蓋，在石墨連接壓桿上加放定位石墨盤，開啟中頻感應(yīng)爐電源，在達到熔拉溫度后進行常壓熔拉；在所述石英玻璃坨開始形成掛壁料時，在所述定位石墨盤上放置配重砝碼，進行加壓熔拉。上述步驟中，可以根據(jù)所述石墨連接壓桿上的標尺確定所述石英玻璃坨開始形成掛壁料的時間。本發(fā)明采用氣煉一電熔兩步法中的氣煉一中頻爐熔拉法，并在傳統(tǒng)常壓熔拉技術(shù)的基礎(chǔ)上實施了主動加壓熔拉，大大減少了熔拉過程中抽芯棒的比例，有效提高了熔拉得料率。具體實施例如圖4、圖5、圖6所示，三個示意圖分別代表熔拉過程的起始狀態(tài)、中間狀態(tài)及結(jié)束狀態(tài)。中頻爐主動加壓熔拉是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，在開始形成“掛壁料”時，通過實施主動加壓，增加這些“掛壁料”的流動性，使原來拉制過程成為抽芯部分的“掛壁料”不再形成“空心”，同樣情況下拉制一爐50kg的石英玻璃，“抽芯棒”約為5kg (此部分為成型器中的存料)，實際有效得料率提高到90%。采用本發(fā)明對同樣拉制一爐50kg的石英玻璃，每爐節(jié)約石英玻璃15kg，按120元/kg計算,節(jié)約成本15 * 120=1800元/爐,按每天每臺爐拉制兩爐、一年200天計算,節(jié)約材料成本1800 * 2 * 200=720000 元！具體實施例的具體的設(shè)備和參數(shù)I)中頻感應(yīng)加熱做熔拉熱源；2)石墨作為熔拉的坩堝、成型器以及爐內(nèi)接觸式壓板；3)出料口控制溫度1800±20°C ；4)內(nèi)接觸壓板尺寸直徑=石墨i甘禍內(nèi)徑一5 IOmm ;厚度=50 IOOmm ；5)主動加壓的壓力(以外加重量計算)計算經(jīng)過大量的試驗，取單位面積(cm2)
O.07 O. 08kg為宜，如內(nèi)徑為280mm坩堝，加壓重量為:3. 14 * 142 * (O. 07 O. 08)=43 50kg ；6)開始加壓時間控制在石墨坩堝內(nèi)坨面下降到堝臺上部200mm位置時開始實施加壓。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范 圍為準。
權(quán)利要求
1.一種主動加壓中頻爐熔拉石英玻璃棒材的裝置，包括中頻爐爐蓋、中頻感應(yīng)圈，所述中頻感應(yīng)圈內(nèi)設(shè)有石墨坩堝，所述石墨坩堝的下部設(shè)有石墨下料口或成型器，其特征在于，所述石墨坩堝內(nèi)設(shè)有石墨壓板，所述石墨壓板的上部連接有石墨連接壓桿，所述石墨連接壓桿向上穿透所述中頻爐爐蓋，所述石墨連接壓桿的上部設(shè)有定位石墨盤，所述定位石墨盤上能放置配重砝碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的主動加壓中頻爐熔拉石英玻璃棒材的裝置，其特征在于，所述石墨連接壓桿為帶標尺的石墨連接壓桿，所述石墨連接壓桿與所述石墨壓板螺紋連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的主動加壓中頻爐熔拉石英玻璃棒材的裝置，其特征在于，所述中頻爐爐蓋帶有冷卻水。
4.一種權(quán)利要求1、2或3所述的主動加壓中頻爐熔拉石英玻璃棒材的裝置實現(xiàn)石英玻璃棒材熔拉的方法，其特征在于，包括步驟 首先將石英玻璃坨放入石墨坩堝中，在石英玻璃坨上加放石墨壓板，將帶螺紋的石墨連接壓桿旋至石墨壓板上，蓋上帶冷卻水的爐蓋，在石墨連接壓桿上加放定位石墨盤，開啟中頻感應(yīng)爐電源，在達到熔拉溫度后進行常壓熔拉； 當所述石英玻璃坨開始形成掛壁料時，在所述定位石墨盤上放置配重砝碼，進行加壓熔拉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的主動加壓中頻爐熔拉石英玻璃棒材的裝置實現(xiàn)石英玻璃棒材熔拉的方法，其特征在于，根據(jù)所述石墨連接壓桿上的標尺確定所述石英玻璃坨開始形成掛壁料的時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種主動加壓中頻爐熔拉石英玻璃棒材的裝置及方法，包括中頻爐爐蓋、中頻感應(yīng)圈，中頻感應(yīng)圈內(nèi)設(shè)有石墨坩堝，石墨坩堝的下部設(shè)有石墨下料口或成型器，石墨坩堝內(nèi)設(shè)有石墨壓板，石墨壓板的上部連接有石墨連接壓桿，石墨連接壓桿向上穿透所述中頻爐爐蓋，石墨連接壓桿的上部設(shè)有定位石墨盤，定位石墨盤上能放置配重砝碼，熔拉過程中，當石英玻璃坨開始形成掛壁料時，在定位石墨盤上放置配重砝碼，進行加壓熔拉，大大減少了熔拉過程中抽芯棒的比例，有效提高了熔拉得料率。
文檔編號C03B20/00GK102745883SQ201210271628
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者劉登峰, 孔敏, 徐馳, 王佳佳, 王友軍, 王浩宇 申請人:北京金格蘭石英玻璃有限公司