專利名稱：中低溫光纖拉絲塔用高精密電阻式加熱爐的制作方法
技術領域：
本發明屬于光纖領域，涉及ー種在多組分玻璃光纖制造過程中用于加熱光纖預制棒的100-600°c中低溫高精密加熱爐，特別適用于能夠對光纖預制棒形成尖鋭溫度加熱區間的電阻式加熱爐。
背景技術：
光纖是21世紀通訊和科技發展不可缺少的材料。其中主要用于光纖通訊領域，同時用于醫療，軍事，科研，大氣監測等等許多領域。光纖在國民生產和國防建設中有著重要 和關鍵的應用，實現科技高速發展，改變通訊手段，以及提高人民物質和精神文明建設具有十分重大意義。如何拉制出符合設計要求并可實用的光纖，控制預制棒的加熱溫度區間是至關重要的。現階段光纖預制棒的加熱模塊設計有許多方式可以嘗試使用，但是如果溫場無法控制，會使得不同區域加熱會出現偏差，溫度可控范圍變小，光纖在拉制過程出現析晶，光纖絲徑不穩定且誤差很大，光纖易斷裂。目前，雖然普通石英光纖在光通訊領域有廣泛的應用，其制作技術也相對成熟，這主要得益于高溫的石墨電阻爐的設計成功，其溫度區間涵蓋了 1100-2300°C，溫度區間尖銳，溫度精確可控±1°C。而大部分多組分玻璃光纖的制造技術并不成熟，除了光纖預制棒玻璃塊體材料的制作難度，中低溫多組分玻璃光纖的拉制也是業界難題，尚無成熟的加熱技術確保多組分玻璃光纖能夠在尖鋭溫度區間內誤差可控的拉制成功。為解決這ー業界難題，必須研制ー種溫度區間尖銳、熱量充足、惰性氣氛環境保護、氣流平衡可控的高精密光纖預制棒加熱爐。

發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供ー種中低溫光纖拉絲塔用高精密電阻式加熱爐，該電阻式加熱爐能在預制棒加熱爐的工作區間能使用自然溫度分布形成尖鋭溫度加熱區間，溫控范圍區間準確，精度高，百度降溫區間的半徑合理。
本發明的技術方案是這樣解決的本發明提供了ー種中低溫光纖拉絲塔用高精密電阻式加熱爐，包括由均勻加熱模塊、惰性保護氣體循環系統、溫度控制系統、真空系統和水冷系統所形成的尖鋭溫度加熱區間。所述均勻加熱模塊包括石英管和六個小電棒，六個小電棒緊密堆積在石英管外面，六個小電棒與石英管之間緊密貼合，六個小電棒串聯，小電棒外面填充保溫材料。所述均勻加熱模塊包括石英管和在石英管外面緊密堆積的輕質耐火材料，耐火材料上刻有三個小槽，電阻絲穿過小槽并纏繞三圈；耐火材料外面填充有保溫材料。所述均勻加熱模塊包括石英管和在石英管外面澆注成倒喇叭形的加熱環；加熱環外面填充有保溫材料。本發明還提供了一種基于中低溫光纖拉絲塔用高精密電阻式加熱爐的尖鋭溫度加熱區間形成方法，該方法由均勻加熱模塊、惰性保護氣體循環系統、溫度控制系統、真空系統、水冷系統來形成一個尖銳溫度加熱區間；通過均勻加熱模塊使加熱區間形成一個尖銳溫度分布，并且使溫度梯度緩慢升溫預熱，精確控制百度加熱區間的半徑；而且真空系統通過控制抽取爐子和預制棒的真空度間接改變爐子溫度分布，從而促使尖銳加熱區間的形成；另外，通過溫度控制系統直接調節溫度變化，調節小電棒的加熱預制棒，保護氣直接改變加熱區間和預熱區溫度，水冷循環系統間接改變加熱區間的溫度。所述的尖銳溫度加熱區間形成方法，按下述步驟進行(I)用六個小電棒緊密堆積在石英管外面，彼此之間緊密貼合；(2)采用串聯方式將小電棒鏈接，保證所有發熱體電流相同，故而發熱量相同；(3)小電棒外面填充保溫材料，保持加熱爐溫度并避免熱量散失；(4)連接好真空系統，通過真空控制系統間接控制和影響加熱區間的溫度；(5)連接好溫度控制接線，通過溫度控制系統來調節加熱區間溫度；(6)連接水冷系統和保護氣循環系統；(7)在最外面套上透明的石英罩以觀察里面預制棒長度變化。所述的尖銳溫度加熱區間形成方法，按下述步驟進行(I)在石英管外面緊密堆積輕質耐火材料；(2)在耐火材料上刻上三個小槽，將電阻絲穿過小槽纏繞三圈；(3)耐火材料外面填充保溫材料保溫，保持加熱爐溫度；(4)連接好真空系統，通過真空控制系統間接控制和影響加熱區間的穩定；(5)連接好溫度控制接線，通過溫度控制系統來調節加熱區間溫度；(6)連接水冷系統和保護氣循環系統；(7)在最外面套上透明的石英罩以觀察里面預制棒長度變化。所述的尖銳溫度加熱區間形成方法，按下述步驟進行(I)控制和計算各部分加熱環的金屬厚度以及喇叭區的傾斜角度，以此制造模具進行燒筑；(2)在石英管外面澆注成倒喇叭形的加熱環；(3)在加熱環外面填充保溫材料保溫，保持加熱爐溫度；(4)連接好真空系統，通過真空控制系統間接控制和影響加熱區間的穩定；(5)連接好溫度控制接線，通過溫度控制系統來調節加熱區間溫度；(6)連接水冷系統和保護氣循環系統；(7)在最外面套上透明的石英罩以觀察里面預制棒長度變化。本發明采用在石英管外面推上小電棒，并且保持部分區域嚴格密封，所有電阻相同，精確控制預熱區，通過加熱六個小電棒，使加熱區間形成一個尖銳溫度加熱區間，并且使溫度梯度緩慢升溫預熱，精確控制百度加熱區間的半徑(最高溫度至陡降100°c的縱向距離)；而且真空系統通過控制抽取爐子和預制棒的真空度間接改變爐子溫度分布，從而促使尖銳加熱區間的形成；另外，通過溫度控制系統直接調節溫度變化，調節小電棒的加熱預制棒，保護氣直接改變加熱區間和預熱區溫度，水冷循環系統間接改變加熱區間的溫度，這些都有助于形成尖銳加熱區。本發明采用在推著石英管外面的耐火材料上刻上三個凹槽，用電阻絲纏繞并埋入凹槽內，通過三圈電阻絲加熱，使加熱區間形成一個尖銳溫度分布，并且在預熱區和加熱區間使溫度梯度緩慢升溫預熱，精確控制百度加熱區間的半徑(最高溫度至陡降100°c的縱向距離)；而且真空系統通過控制抽取爐子和預制棒的真空度間接改變爐子溫度分布，在一定程度促使尖銳加熱區間的形成，溫度控制系統直接調節溫度變化，調節電阻絲的加熱爐內預制棒，通入保護氣直接改變加熱區間和預熱區溫度，水冷循環系統間接影響加熱區間的溫度，這些都有助于形成尖銳加熱區。本發明采用在實施加熱環澆筑成型，為倒喇叭形結構，自動形成尖銳加熱區間和預熱區，通過倒喇叭形結構加熱環加熱，使加熱區間形成一個尖銳溫度分布，并且使溫度梯度緩慢升溫預熱，精確控制百度加熱區間的半徑(最高溫度至陡降100°c的縱向距離)；而且真空系統通過控制抽取爐子和預制棒的真空度間接改變爐子溫度分布，在一定程度促使尖銳加熱區間的形成，溫度控制系統直接調節溫度變化，調節加熱環的加熱，通入保護氣直接 改變加熱區間和預熱區溫度，水冷循環系統間接影響加熱區間的溫度，這些都有助于形成尖銳加熱區。本發明與現有技術相比，通過小電棒，電阻絲，加熱環形成一個尖銳溫度加熱區，嚴格控制百度加熱區間距離。通過溫度控制系統，真空控制系統，氣體循環系統和水冷系統來間接“影響”加熱區的溫度分布，促使加熱爐形成尖銳加熱區。這樣做方法簡單，精度高，溫度可調范圍大，升溫呈現梯度，溫度控制精度高，光纖絲徑穩定，光纖析晶程度相比別的加熱爐少，使用壽命長。


圖I是本發明所提供電阻絲加熱模式示意圖；圖2是本發明所提供小電棒加熱模式示意圖；圖3是本發明所提供加熱環加熱模式示意圖；圖4是本發明所提供溫度控制接線示意圖；圖5是本發明所提供溫度控制系統示意圖；圖6是本發明所提供發熱體示意圖；圖7是本發明所提供發熱電極設計示意圖；圖8是本發明所提供連接頭示意圖；圖9是本發明所提供加熱爐整體示意圖。。其中1為石英管；2為小電棒；3為電阻絲；4為加熱環；5為耐火材料；6為小槽；7為熱電偶。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述參見圖1-9，本發明采用小電棒的加熱，小電棒加熱均勻，各電棒中間沒有間隙，保持溫場。電阻絲纏繞在耐火材料，保持加熱均勻，小槽之間的間距嚴格控制，加熱環澆注形狀呈梯形。整個加熱模式使加熱區間形成尖銳溫度加熱區間。實施例I :小電棒的加熱模式小電棒的尺寸在25mm直徑,長度在30mm,石英管的直徑25mm,長度80mm,目的防止灰塵吸附到石英管上。為了形成尖銳溫度加熱區，本發明采用六根加熱棒，彼此保持密封，加熱均勻，電熱棒的電阻一樣，采用串聯的方式，使電流和產生熱量一樣，嚴格控制百度加熱區間半徑，使溫度從預熱區間到加熱區間呈現緩慢梯度上升趨勢。通過溫度控制系統，真空控制系統，氣體循環系統和水冷系統來間接“影響”加熱區間的溫度分布，形成一個在600°C為中心，溫度精度為±0. 5°C，預熱區65mm，梯度緩慢升溫預熱(室溫至最高溫度)，最高溫度為600°C，以最高溫度為零點，最高溫度至陡降100°C的縱向距離(溫差半徑)小于或者等于30毫米的尖銳溫度加熱區間。形成的尖銳溫度加熱區，按以下步驟進行a)采用一個直徑25mm,長度80mm的石英管；b)在石英管的周圍圍上六個小電棒，緊密堆積，彼此之間沒有空隙；c)用串聯的方式將電極連在一起，保持電流相等，從而電流相等；d)在小電棒周圍填充石棉作為保溫材料；
e)連接好真空系統，通過真空控制系統間接控制加熱區間的穩定；f)連接好溫度控制接線，通過溫度控制系統來調節加熱區間溫度；g)連接水冷系統和保護氣循環系統；h)在最外面套上透明的石英罩以觀察里面預制棒長度變化；實施例2 電阻絲加熱模式電阻絲纏繞電爐加熱，根據需要加熱溫度選擇3圈數電阻絲。選擇石英管的直徑25mm,長度80mm,從而防止在拉制光纖過程中，灰塵吸附到預制棒上。在石英管周圍推上厚度為55_的耐火材料，因為耐火材料可以將熱量傳遞到石英管形成預熱區和加熱區，在耐火材料上刻上三個槽，將加熱電阻絲纏繞在上面，電阻絲的直徑根據加熱區間的溫度范圍和中心溫度控制其尺寸，在耐火材料外面填充石棉，目的是保持溫度穩定。通過溫度控制系統，真空控制系統，氣體循環系統和水冷系統來間接“影響”加熱區間的溫度分布，形成一個在500°C為中心，溫度精度為±0. 5°C，預熱區50mm，梯度緩慢升溫預熱(室溫至最高溫度)，最高溫度為500°C，最高溫度至陡降100°C的縱向距離(溫差半徑)小于或者等于25毫米的尖銳溫度加熱區間。形成的尖銳溫度加熱區間，按如下步驟進行a)采用一個直徑為25mm,長度為80mm的石英管；b)在石英管周圍圍上厚度為55mm的耐火材料，并且在耐火材料上刻上三個小槽；c)用電阻絲穿過三個小槽，形成三圈的電阻絲，是串聯的方式；d)在耐火材料外面填充棉花作為保溫材料；e)連接好真空系統，通過真空控制系統間接控制和影響加熱區間的穩定；f)連接好溫度控制接線，通過溫度控制系統來調節加熱區間溫度；g)連接水冷系統和保護氣循環系統；h)在最外面套上透明的石英罩以觀察里面預制棒長度變化；實施例3 :加熱環模式均勻加熱環，加熱環澆注形狀呈梯形。選擇石英管的直徑為25mm，長度為80mm，目的是為了防止在拉制光纖過程中，灰塵吸附到預制棒上。通過計算控制加熱環的最大金屬厚度在IOmm之間，以及喇叭區的傾斜角度為30度。在耐火材料外面填上棉花，目的是保持溫度穩定。通過溫度控制系統，真空控制系統，氣體循環系統和水冷系統來間接“影響”加熱區間的溫度分布，形成一個在450°C為中心，溫度精度為±0. 5°C，預熱區55mm，梯度緩慢升溫預熱(室溫至最高溫度)，最高溫度為450°C，以最高溫度為零點，最高溫度至陡降100°C的縱向距離(溫差半徑)小于或者等于30毫米的尖銳溫度加熱區間。形成的尖銳溫度加熱區，按如下步驟進行a)采用一個直徑為25mm,長度為80mm的石英管；b)控制厚度在IOmm之間，傾斜角度在30度之間，進行澆注；
c)加熱環被澆筑成型，為倒喇叭形結構，自動形成尖銳加熱區間和預熱區；d)連接好加熱環的電流，保持電流均勻，加熱均勻；e)在耐火材料外面填充石棉作為保溫材料；f)連接好真空系統，通過真空控制系統間接控制和影響加熱區間的穩定；g)連接好溫度控制接線，通過溫度控制系統來調節加熱區間溫度；h)連接水冷系統和保護氣循環系統；i)在最外面套上透明的石英罩以觀察里面預制棒長度變化；參見圖1-3，在本發明提供的電阻絲，小電棒和加熱環三種加熱模塊，三種模塊的構造方式按照以下步驟構造電阻絲加熱模塊方法a)米用一個直徑為10-40mm,長度為50_80mm的石英管；b)在石英管周圍圍上厚度為20_60mm的耐火材料，并且在耐火材料上刻上三個小槽；c)用電阻絲穿過三個小槽，形成三圈的電阻絲，是串聯的方式。構造小電棒加熱模塊方法a)米用一個直徑25mm,長度50_80mm的石英管；b)在石英管的周圍圍上六個直徑為10-30mm長度為20_40mm的小電棒，彼此之間
沒有空隙；c)用串聯的方式將電極連在一起，保持電流相等，從而電流相等。構造加熱環模塊方法a)采用一個直徑為25mm,長度為50_80mm的石英管；b)控制厚度在5_20mm之間，傾斜角度在10_45度之間，進行澆注；c)加熱環被澆筑成型，為倒喇叭形結構，自動形成尖銳加熱區間和預熱區間；d)連接好加熱環的電流，保持電流均勻，加熱均勻。參見圖4，在本發明提供的溫度控制接線圖，FP23通過熱電偶探測爐內溫度Tl，顯示其溫度值，然后根據需要調節可控硅膠調壓器來改變溫度Tl值，來調節尖銳加熱區間的溫度。參見圖5，在本發明提供的真空控制系統圖，規管I將包層和芯的空隙的真空度通過U4DZA1顯示真空度的值大小，然后根據需要調節U6真空調節器來調節包層和芯之間空隙的真空度，以便抽真空時不讓包層破裂。通過規管2，U5DZA1將爐內氧的含量顯示出來，來調節加熱爐保護氣體流量，來控制尖銳溫度加熱區間。參見圖6，在本發明提供的發熱體設計圖，通過在石英管的周圍緊密圍著六個小電棒，澆注加熱環，或者包著耐火材料，然后在耐火材料刻上三個小槽，然后連三圈電阻絲來加熱加熱爐，形成預熱區間和尖銳溫度加熱區間。參見圖7，在本發明提供的發熱電極設計圖，通過控制爐子的加熱區間和預熱區間總為60mm，根據百度加熱區間的半徑的距離來決定加熱區間和預熱區間的長度，這對比較合適的尖銳溫度加熱區間很重要。參見圖8，在本發明提供的連接頭連接方式示意圖，通過圖8所示，水冷系統和保護氣體循環系統能清晰注意到，水冷系統和保護氣體循環系統在一定程度上影響加熱區間的溫度分布，而且保護氣體防止預制棒被氧化。參見圖9，在本發明提供的加熱爐的整體示意圖，從圖中展示石英管被小電棒，耐火材料上的電阻絲，或者加熱環進行加熱，然后通過真空系統，溫度控制系統，水冷系統和保護氣體循環系統來形成尖銳的溫度加熱區間。在加熱模式外面是棉花，作為保溫材料，在保溫材料外面是透明的石英罩，可以觀察爐內的預制棒長度變化。整個加熱爐的尺寸設計及密封系統，水冷系統是根據形成尖銳溫度加熱區間設計的。
現有的很多加熱爐加熱區間溫場分布都很不均勻，無法精確控制溫度，拉制的預制棒形狀容易歪曲，拉制出光纖的絲徑不穩定，很難形成尖銳溫度加熱區。采用本發明形成的尖銳溫度加熱區，方法簡單，可調節溫度范圍大，精度高，保溫效果好，加熱均勻，密封性好，耗材少，消耗經費少，效率高，控制操作簡單，有效。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.ー種中低溫光纖拉絲塔用高精密電阻式加熱爐，其特征在于包括由均勻加熱模塊、惰性保護氣體循環系統、溫度控制系統、真空系統和水冷系統所形成的尖鋭溫度加熱區間。
2.如權利要求I所述的中低溫光纖拉絲塔用高精密電阻式加熱爐，其特征在于所述均勻加熱模塊包括石英管和六個小電棒，六個小電棒緊密堆積在石英管外面，六個小電棒與石英管之間緊密貼合，六個小電棒串聯，小電棒外面填充保溫材料。
3.如權利要求I所述的中低溫光纖拉絲塔用高精密電阻式加熱爐，其特征在于所述均勻加熱模塊包括石英管和在石英管外面緊密堆積的輕質耐火材料，耐火材料上刻有三個小槽，電阻絲穿過小槽并纏繞三圈；耐火材料外面填充有保溫材料。
4.如權利要求I所述的中低溫光纖拉絲塔用高精密電阻式加熱爐，其特征在于所述均勻加熱模塊包括石英管和在石英管外面澆注成倒喇叭形的加熱環；加熱環外面填充有保溫材料。
5.基于中低溫光纖拉絲塔用高精密電阻式加熱爐的尖銳溫度加熱區間形成方法，其特征在于 由均勻加熱模塊、惰性保護氣體循環系統、溫度控制系統、真空系統、水冷系統來形成一個尖銳溫度加熱區間； 通過均勻加熱模塊使加熱區間形成一個尖銳溫度分布，并且使溫度梯度緩慢升溫預熱，精確控制百度加熱區間的半徑；而且真空系統通過控制抽取爐子和預制棒的真空度間接改變爐子溫度分布，從而促使尖鋭加熱區間的形成；另外，通過溫度控制系統直接調節溫度變化，調節小電棒的加熱預制棒，保護氣直接改變加熱區間和預熱區溫度，水冷循環系統間接改變加熱區間的溫度。
6.如權利要求5所述的尖鋭溫度加熱區間形成方法，其特征在干，按下述步驟進行 (1)用六個小電棒緊密堆積在石英管外面，彼此之間緊密貼合； (2)采用串聯方式將小電棒鏈接，保證所有發熱體電流相同，故而發熱量相同； (3)小電棒外面填充保溫材料，保持加熱爐溫度并避免熱量散失； (4)連接好真空系統，通過真空控制系統間接控制和影響加熱區間的溫度； (5)連接好溫度控制接線，通過溫度控制系統來調節加熱區間溫度； (6)連接水冷系統和保護氣循環系統； (7)在最外面套上透明的石英罩以觀察里面預制棒長度變化。
7.如權利要求5所述的尖鋭溫度加熱區間形成方法，其特征在干，按下述步驟進行 (1)在石英管外面緊密堆積輕質耐火材料； (2)在耐火材料上刻上三個小槽，將電阻絲穿過小槽纏繞三圈； (3)耐火材料外面填充保溫材料保溫,保持加熱爐溫度； (4)連接好真空系統，通過真空控制系統間接控制和影響加熱區間的穩定； (5)連接好溫度控制接線，通過溫度控制系統來調節加熱區間溫度； (6)連接水冷系統和保護氣循環系統； (7)在最外面套上透明的石英罩以觀察里面預制棒長度變化。
8.如權利要求5所述的尖鋭溫度加熱區間形成方法，其特征在干，按下述步驟進行 (I)控制和計算各部分加熱環的金屬厚度以及喇叭區的傾斜角度，以此制造模具進行燒筑； (2)在石英管外面澆注成倒喇叭形的加熱環； (3)在加熱環外面填充保溫材料保溫，保持加熱爐溫度； (4)連接好真空系統，通過真空控制系統間接控制和影響加熱區間的穩定； (5)連接好溫度控制接線，通過溫度控制系統來調節加熱區間溫度； (6)連接水冷系統和保護氣循環系統； (7)在最外面套上透明的石英罩以觀察里面預制棒長度變化。
9.如權利要求6、7或8所述的尖鋭溫度加熱區間形成方法，其特征在干，按下述步驟進行所述保溫材料是石棉。
全文摘要
本發明公開了一種中低溫光纖拉絲塔用高精密電阻式加熱爐，包括由均勻加熱模塊、惰性保護氣體循環系統、溫度控制系統、真空系統和水冷系統所形成的尖銳溫度加熱區間。本發明與現有技術相比，通過小電棒，電阻絲，加熱環形成一個尖銳溫度加熱區，嚴格控制百度加熱區間距離。通過溫度控制系統，真空控制系統，氣體循環系統和水冷系統來間接“影響”加熱區的溫度分布，促使加熱爐形成尖銳加熱區。這樣做方法簡單，精度高，溫度可調范圍大，升溫呈現梯度，溫度控制精度高，光纖絲徑穩定，光纖析晶程度相比別的加熱爐少，使用壽命長。
文檔編號C03B37/092GK102775058SQ201210235330
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月9日 優先權日2012年7月9日
發明者林傲祥 申請人:西安思翰光電科技有限公司