CN109133593B - 一种光纤拉丝退火装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种光纤拉丝退火装置，该装置可对光纤预制棒进行处理，所述光纤拉丝退火装置包括石墨拉丝炉、设置在石墨拉丝炉上端的缓冲筒和设置在石墨拉丝炉下端的退火炉，所述缓冲筒上端设有密封件，所述石墨拉丝炉内设有成型石墨管，所述退火炉内设有玻璃引导管，所述石墨拉丝炉内还设有用于连接成型石墨管和玻璃引导管的石墨连接管。本发明实施例提供了一种光纤拉丝退火装置，退火炉内安装有螺旋形加热丝，加热丝的螺距自上而下线性增加，加热丝可调整加热功率，根据测温热电偶的反馈达到预定控制要求，可以得到退火管内预想的温度梯度，从而引导光纤成型后在炉内的退火速度及降温梯度，利于得到内应力小、衰减小、翘曲度好的光纤。
Description
技术领域
本发明涉及光纤拉丝技术领域，具体涉及一种光纤拉丝退火装置。
背景技术
光纤拉丝是石英玻璃从直径60～200mm左右变成125um的一个过程，该物理变化需要在高温炉内进行，炉内温度要求达到2000℃以上。为了不断降低生产成本，光纤预制棒直径已经达到了200mm，甚至更大，拉丝速度也由20年前的1000m/min提升到了3000m/min。随着光纤预制棒尺寸不断变大、拉丝速度提升，光纤拉丝要求的炉温不断提升到2200℃以上，光纤的成型锥面也不断加长。
光纤到达直径125um后会经历一个降温过程，该过程也称为退火过程，整个过程中，SiO2原子存在一个结构重塑过程，该过程会在1600℃到1100℃之间完成，该过程中的降温梯度直接决定了SiO2原子结构重塑的充分性，最终在光纤上体现为掺杂物质分布的均匀性、玻璃材质的空间结构均匀性、光纤轴向及径向的应力分布。这些物理特性一定程度上影响了光纤的衰减、光纤的翘曲，随着光纤预制棒尺寸增加、拉丝速度提升，这些影响变得越来越明显，光纤已不能在拉丝炉内完成退火过程，需要在下端增加一个退火装置。
专利CN 102079623A公开了一种退火管，在拉丝炉下端安装一个可拆卸的双层玻璃管，起到了一定的保温作用。专利CN 107082560A公开了一种退火管，用一种变径石英管进行保温，同时上端充入惰性气体，下端进行抽真空，起到保温作用的同时降低了杂质在光纤表面的吸附。以上专利均在一定程度了增加了退火时间，减缓了降温速度，但不能对温度梯度进行控制，受到拉丝炉内保护气体气流路径及流量影响较大，专利CN 107082560A提到的抽真空装置在一定程度上会造成管内流场混乱，引起光纤波动。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种光纤拉丝退火装置，能够在增加退火时间，减缓降温速度的同时，对温度进行梯度控制，避免气流紊乱造成的光纤波动。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种光纤拉丝退火装置，该装置可对光纤预制棒进行处理，所述光纤拉丝退火装置包括石墨拉丝炉、设置在石墨拉丝炉上端的缓冲筒和设置在石墨拉丝炉下端的退火炉，所述缓冲筒上端设有密封件，所述石墨拉丝炉内设有成型石墨管，所述退火炉内设有玻璃引导管，所述石墨拉丝炉内还设有用于连接成型石墨管和玻璃引导管的石墨连接管。
在一些实施方案之中，所述退火炉包括外壳、设置在外壳与玻璃引导管之间的电阻加热丝、以及设置在外壳与电阻加热丝之间的成型保温纤维。
在一些实施方案之中，所述石墨拉丝炉内设有加热体，所述退火炉的下端设有用于调整电阻加热丝电流的测温热电偶。
在一些实施方案之中，所述电阻加热丝成螺旋状，且螺距自上而下是递增，第一圈与第二圈之间螺距为P1，P1＝20mm～40mm，自上而下第n圈螺距Pn＝P1+n×x，x为5mm～30mm。
在一些实施方案之中，所述成型保温纤维一体成型，和/或所述成型保温纤维的材料为氧化铝。
在一些实施方案之中，所述缓冲筒上端设有用于通入惰性混合气体的气管接口,所述惰性混合气体由氦气和氩气组成，氦气和氩气的摩尔比为0.5～3：1。
在一些实施方案之中，退火炉及石墨拉丝炉之间安装有密封圈，该密封圈材料为氟橡胶，和/或所述退火炉下端安装密封环，所述密封环的材料为聚四氟乙烯环。
在一些实施方案之中，所述密封环由两个对称的半环构成，所述退火炉下端设有一销轴，所述的密封环的两个半环与销轴铰接，实现两个半环可绕销轴打开/闭合，所述密封环的外表面涂覆有不锈钢材料，所述密封环的内表面设有锥形石墨材料。
在一些实施方案之中，所述密封件包括设置在缓冲筒上端的两层石墨环、以及设置在两层石墨环之间的石墨软毡。
在一些实施方案之中，所述光纤预制棒上端把棒与石墨环的间隙为0.2～1mm，光纤预制棒上端把棒与石墨软毡2的间隙小于0.2mm，和/或所述成型石墨管、石墨连接管、玻璃引导管三者之间的装配间隙为0.1～0.5mm。
与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：本发明实施例提供了一种光纤拉丝退火装置，缓冲筒顶部利用石墨环及石墨软毡对炉体进行密封，可使得炉内通入的惰性气体整体朝下流动，成型石墨管、石墨连接管、玻璃引导管的小锥度过渡，使得炉内整体气流稳定，可以降低光纤颤动；退火炉内安装有螺旋形加热丝，加热丝的螺距自上而下线性增加，加热丝可调整加热功率，根据测温热电偶的反馈达到预定控制要求，可以得到退火管内预想的温度梯度，从而引导光纤成型后在炉内的退火速度及降温梯度，利于得到内应力小、衰减小、翘曲度好的光纤。
附图说明
图1为本发明一典型实施例中光纤拉丝退火装置的结构示意图；
图2为本发明一典型实施例中退火炉的结构示意图；
附图标记说明：1、石墨环；2、石墨软毡；3、光纤预制棒；4、石墨拉丝炉；5、成型石墨管；6、石墨连接管；7、退火炉；701、外壳；702、电阻加热丝；703、成型保温纤维；704、密封圈；705、密封环；8、玻璃引导管；9、测温热电偶；10、密封环；11、加热体；12、缓冲筒。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
本实施例公开了一种光纤拉丝退火装置，该装置可对光纤预制棒3进行处理，所述光纤拉丝退火装置包括石墨拉丝炉4、设置在石墨拉丝炉4上端的缓冲筒12和设置在石墨拉丝炉4下端的退火炉7，所述缓冲筒12上端设有密封件，所述石墨拉丝炉4内设有成型石墨管5，所述退火炉7内设有玻璃引导管8，所述石墨拉丝炉4内还设有用于连接成型石墨管5和玻璃引导管8的石墨连接管6。
进一步的，所述退火炉7包括外壳701、设置在外壳701与玻璃引导管8之间的电阻加热丝702、以及设置在外壳701与电阻加热丝702之间的成型保温纤维703。所述石墨拉丝炉4内设有加热体11，所述退火炉7的下端设有用于调整电阻加热丝702电流的测温热电偶9。
进一步的，所述电阻加热丝702成螺旋状，且螺距自上而下是递增，第一圈与第二圈之间螺距为P1，P1＝20mm～40mm，自上而下第n圈螺距Pn＝P1+n×x，x为5mm～30mm。
进一步的，所述成型保温纤维703一体成型，和/或所述成型保温纤维703的材料为氧化铝。
进一步的，所述缓冲筒12上端设有用于通入惰性混合气体的气管接口,所述惰性混合气体由氦气和氩气组成，氦气和氩气的摩尔比为0.5～3：1。
进一步的，退火炉7及石墨拉丝炉4之间安装有密封圈704，该密封圈704材料为氟橡胶，和/或所述退火炉7下端安装密封环705，所述密封环705的材料为聚四氟乙烯环，所述密封环705由两个对称的半环构成，所述退火炉7下端设有一销轴，所述的密封环705的两个半环与销轴铰接，实现两个半环可绕销轴打开/闭合，所述密封环705的外表面涂覆有不锈钢材料，所述密封环705的内表面设有锥形石墨材料。
进一步的，所述密封件包括设置在缓冲筒12上端的两层石墨环1、以及设置在两层石墨环1之间的石墨软毡2。所述光纤预制棒3上端把棒与石墨环1的间隙为0.2～1mm，光纤预制棒3上端把棒与石墨软毡2的间隙小于0.2mm，和/或所述成型石墨管5、石墨连接管6、玻璃引导管8三者之间的装配间隙为0.1～0.5mm。
实施例1
如附图1所示的光纤拉丝退火装置，其装置包括石墨拉丝炉4上端的缓冲筒12、石墨环1、石墨软毡2、成型石墨管5、石墨连接管6、退火炉7、玻璃引导管8、测温热电偶9、密封环10。加热体11的内径为320mm，加热体高度为280mm；石墨成型管5的内径为250mm，厚度为6mm，锥面长度为180mm，底部内径为80mm；缓冲管12的内径为230mm，高度为2200mm；光纤预制棒3的把手棒直径为60mm，尺寸误差控制在0.2mm以内；石墨环1的内径为60.5mm，外径为360mm，厚度为10mm；石墨软毡2的内径为59mm，内部径向裁剪出长20mm的6道细缝(均分)，软毡厚度为5mm，采用5片软毡进行错位叠加；石墨连接管长300mm，内径为80mm，上端与石墨成型管连接处内径为90.4mm；退火炉长度为1200mm，外径为200mm，内部玻璃引导管内径为70mm，下部锥面长度200mm，玻璃引导管底部管径为40mm，长度为120mm，螺旋加热丝的直径为2mm，自上而下，第一圈螺距为30mm，第二圈为40mm，依次按10mm增加，螺旋加热丝中径为100mm；密封环10的底部孔径取12mm，闭合后密封环顶部与退火炉底部贴紧，无漏风现象。
取长度为2500mm，直径为200mm的光纤预制棒进行拉丝，光纤预制棒放入炉膛设定位置后，炉内通入氦气5L/min，氩气15L/min；加热到1900℃时，打开密封环10，继续加热到2250℃，完成拉丝起头工作后，关闭密封环10；拉丝速度升高到额定速度2500m/min后，控制测温热电偶温度为300℃，使用红外测温仪测量密封口出来的光纤温度，若超过800℃，则等比例增加氦气和氩气流量同时降低热电偶控制温度。光纤温度从1600℃降低到900℃左右使用的时间为0.036秒。
实施例2
如附图1所示的光纤拉丝退火装置，其装置包括石墨拉丝炉4上端的缓冲筒12、石墨环1、石墨软毡2、成型石墨管5、石墨连接管6、退火炉7、玻璃引导管8、测温热电偶9、密封环10。加热体11的内径为180mm，加热体高度为180mm；石墨成型管5的内径为120mm，厚度为4mm，锥面长度为100mm，底部内径为50mm；缓冲管12的内径为110mm，高度为1000mm；光纤预制棒3的把手棒直径为50mm，尺寸误差控制在0.2mm以内；石墨环1的内径为50.5mm，外径为200mm，厚度为10mm；石墨软毡2的内径为49mm，内部径向裁剪出长15mm的6道细缝(均分)，软毡厚度为5mm，采用5片软毡进行错位叠加；石墨连接管长200mm，内径为50mm，上端与石墨成型管连接处内径为58.4mm；退火炉长度为800mm，外径为160mm，内部玻璃引导管内径为40mm，下部锥面长度120mm，玻璃引导管底部管径为30mm，长度为100mm，螺旋加热丝的直径为1.5mm，自上而下，第一圈螺距为20mm，第二圈为25mm，依次按5mm增加，螺旋加热丝中径为60mm；密封环10的底部孔径取10mm，闭合后密封环顶部与退火炉底部贴紧，无漏风现象。
取长度为1000mm，直径为80mm的光纤预制棒进行拉丝，光纤预制棒放入炉膛设定位置后，炉内通入氦气5L/min，氩气10L/min；加热到1800℃时，打开密封环10，继续加热到2050℃，完成拉丝起头工作后，关闭密封环10；拉丝速度升高到额定速度1200m/min后，控制测温热电偶温度为200℃，使用红外测温仪测量密封口出来的光纤温度，若超过600℃，则等比例增加氦气和氩气流量同时降低热电偶控制温度。光纤温度从1600℃降低到800℃左右使用的时间为0.06秒。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种光纤拉丝退火装置，该装置可对光纤预制棒进行处理，其特征在于：所述光纤拉丝退火装置包括石墨拉丝炉、设置在石墨拉丝炉上端的缓冲筒和设置在石墨拉丝炉下端的退火炉，所述缓冲筒上端设有密封件，所述密封件包括设置在缓冲筒上端的两层石墨环、以及设置在两层石墨环之间的石墨软毡，所述石墨拉丝炉内设有成型石墨管，所述退火炉内设有玻璃引导管，所述石墨拉丝炉内还设有用于连接成型石墨管和玻璃引导管的石墨连接管；所述退火炉包括外壳、设置在外壳与玻璃引导管之间的电阻加热丝、以及设置在外壳与电阻加热丝之间的成型保温纤维，所述石墨拉丝炉内设有加热体，所述退火炉的下端设有用于调整电阻加热丝电流的测温热电偶，所述电阻加热丝成螺旋状，且螺距自上而下是递增，第一圈与第二圈之间螺距为P1，P1＝20mm～40mm，自上而下第n圈螺距Pn＝P1+n×x，x为5mm～30mm，所述密封件包括设置在缓冲筒上端的两层石墨环、以及设置在两层石墨环之间的石墨软毡。
2.根据权利要求1所述的光纤拉丝退火装置，其特征在于：所述成型保温纤维一体成型，和/或所述成型保温纤维的材料为氧化铝。
3.根据权利要求1所述的光纤拉丝退火装置，其特征在于：所述缓冲筒上端设有用于通入惰性混合气体的气管接口,所述惰性混合气体由氦气和氩气成，氦气和氩气的摩尔比为0.5～3：1。
4.根据权利要求1所述的光纤拉丝退火装置，其特征在于：退火炉及石墨拉丝炉之间安装有密封圈，该密封圈材料为氟橡胶，和所述退火炉下端安装密封环，所述密封环的材料为聚四氟乙烯环。
5.根据权利要求4所述的光纤拉丝退火装置，其特征在于：所述密封环由两个对称的半环构成，所述退火炉下端设有一销轴，所述的密封环的两个半环与销轴铰接，实现两个半环可绕销轴打开/闭合，所述密封环的外表面涂覆有不锈钢材料，所述密封环的内表面设有锥形石墨材料。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的光纤拉丝退火装置，其特征在于：该装置处理的光纤预制棒上端把棒与石墨环的间隙为0 .2～1mm，光纤预制棒上端把棒与石墨软毡2的间隙小于0 .2mm，和/或所述成型石墨管、石墨连接管、玻璃引导管三者之间的装配间隙为0.1～0 .5mm。
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