CN108218195B - 一种石英玻璃棒的缩径装置及其缩径方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种石英玻璃棒的缩径装置及其缩径方法，包括熔炉和牵引装置，牵引装置用于缩径拉棒，熔炉内包括三个气路，惰性气体被引入熔炉后，按照预定的气路进行导向，然后从上排气口和挡气管排出，气流没有逆转撞击的情况发生，避免了对撞涡流对拉棒工艺的影响。

Description

一种石英玻璃棒的缩径装置及其缩径方法

技术领域

本发明涉及石英棒的加工，具体属于利用高温加热原材进行拉棒缩径装置和方法。

背景技术

现有技术中，在熔炉中石英砣成为可塑状态，通过牵引使石英玻璃棒（管）达到所要求的尺寸，石英棒的拉棒工艺是将大直径的石英砣熔融并缩径拉制成预定尺寸的工艺。对石英砣进行熔融的加热装置（通常称为熔拉）是拉棒工艺最关键的设备之一，该设备直接影响着产品的多项技术指标。当前熔拉***常规的结构及工作原理是：熔炉的位置不变，将石英砣装入熔拉中，待加热熔融后在熔炉的下口，牵引拉制成预定尺寸的石英棒。熔炉下口和上口在石英砣熔融前都不是密封的，因此在加热过程中大量的空气从下口进入从上口排出导致加热用的石墨材料氧化。现有技术中也出现了在熔炉的上端加设密封环来防止空气进入熔炉中，但密封装环将整个熔炉的气路阻断本身就是对层流气流的干扰，这种干扰导致熔炉内气流的运动非常复杂，在气流撞击密封装置而折返时与之后的气流对撞并产生涡流气流，这种涡流气流对缩径拉棒是一种严重的干扰。如何提供平整的惰性的保护气流对熔拉进行保护，这是领域长期需要解决的技术问题。

有鉴于此，提出本发明。

发明内容

本发明提出一种石英玻璃棒的缩径装置，包括熔炉和牵引装置，牵引装置用于缩径拉棒，熔炉包括圆柱体的外壳体和圆柱体的内壳体，外壳体与内壳体的上端由上盖板连接，下端由下盖板连接，外壳体和内壳体之间为环形的配气室用于分配保护气体，上盖板中心处设有上排气口，下盖板中心固定设有挡气管，内壳体从上盖板向下盖板一侧依次设有第三气路口、第二气路口、第一气路口，内壳体内侧还固定设有隔层板和承载板，还包括感应加热管，感应加热管固定在承载板的内侧端部的下表面，上盖板与隔层板之间为第三气路，第三气路对上排气口气体保护，第三气路口将配气室与第三气路连通；隔层板与承载板之间为第二气路，第二气路口将配气室与第二气路连通，第二气路对感应加热管内壁气体保护；承载板、感应加热管外表面及内壳体内表面共同限定第一气路，第一气路口将配气室与第一气路连通，第一气路口与感应加热管的上端相对应，第一气路对感应加热管外壁气体保护，线圈位于配气室内并与感应加热管位置相对应。

配气室内还具有导风叶片，导风叶片上间隔设置有限位部和避让部，限位部和避让部为多个，线圈螺旋盘绕在内壳体外侧并在限位部被导风叶片限位，在避让部悬空通过。

多个导风叶片依内壳体的圆心放射状分布，导风叶片一端固定在外壳体的内壁，另一端用于固定线圈。

外壳体外侧靠近下盖板一侧设有供风室，供风室具有环形供风腔，供风腔通过供风口与配气室连通，供风室具有第一进风管和第二进风管，第一进风管和第二进风管以内壳体的圆心为中心呈中心对称布置，且第一进风管和第二进风管的轴线互相平行，第一进风管通过第一进风口与供风腔连通，第二进风管通过第二进风口与供风腔连通。

供风口为供风室内壁上的弧形缺口，导风叶片靠近下盖板一端将弧形缺口分为等弧长的两的缺口。

隔层板的内侧下方设有环形的锁风环，锁风环与隔层板一体成型，锁风环的上端与隔层板固定。

感应加热管位于挡气管外侧，感应加热管的下端边沿低于挡气管的上端边沿，感应加热管的直径大于挡气管的直径，感应加热管与挡气管之间形成环形间隙，挡气管的直径大于锁风环的直径。

供风口、导风叶片、第一气路口、第二气路口、第三气路口形成一组供气通路，石英玻璃棒的缩径装置具有多组供气通路并沿周向均匀分布。

一种石英玻璃棒的缩径方法，其使用石英玻璃棒的缩径装置，并对上排气口和挡风管的出风风压进行检测，如果风压不足，则增大第一进风管、第二进风管的风压。

有益效果

1)本发明第一个有益效果就是惰性气体被引入熔炉后，按照预定的气路进行导向，然后从上排气口和挡气管排出，气流没有逆转撞击的情况发生，首先避免了对撞涡流对拉棒工艺的影响。

2)其次，采用了三路气流对熔炉内部的感应加热管进行保护，第一气路口对应着感应加热管的上端部，气流从感应加热管外侧的上端部进入第一气路，向下运行，遇到下盖板后向上折返，保护气流从感应加热管内侧下端部向上运动，第二气路的是锁风气路，惰性气体进入第二气路在隔层板作用下被引向预型件供给部外表面，然后向下运动，一方面保护感应加热管内侧上端，另一方向与第一气路的惰性气体汇合一起形成平整的气流从挡风管排出；第三气路是对熔炉上部上排气口供风的气路，其能有效阻止空气从上部进入熔炉，三路气流使得排气制度明确和可控。

3）本申请在内壳体外设有外壳体，并设有配气室，配气室内设有导风叶片。导风叶片的作用有两点，第一点是导风；第二点就是固定线圈，线圈螺旋盘绕在内壳体外侧并在限位部被导风叶片限位，在避让部悬空通过。因此线圈在整个纵向和轴向的变形可控，而且还有***的线圈螺旋来防止应力的产生。另外，气流在通过导风叶片两侧时，对线圈也具有强烈的冷却效应，特别是气流在避让部对悬空的线圈冷却效果更佳，因此间隔设置的限位部和避让部同时满足了冷却和气流导向的功能。

4）石英玻璃棒的缩径装置具有多组供气通路并沿周向均匀分布。因此，导风叶片可以使得两个进风管输入的气流止旋，然后平整的向上流动形成分配气流T1，并在此过程中发生线圈与气流的热交换。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明图1虚线的向下剖视图。

图3为本发明风路示意图。

附图标记说明

为进一步清楚的说明本发明的结构和各部件之间的连接关系，给出了以下附图标记，并加以说明。

外壳体1，上盖板11，上排气口12，内壳体2，第一气路口21，第二气路口22，第三气路口23，隔层板24，锁风环25，承载板26，供风室3，供风腔31，供风口32，第一进风口33，第二进风口34，挡气管4，导风叶片5，限位部51，避让部52，线圈6，缩径产品7，预型件供给部71，预型件供给部外表面72，石英玻璃棒73，感应加热管8，分配气流T1，第三气流T2，第二气流T3，第一气流T4。

通过上述附图标记说明，结合本发明的实施例，可以更加清楚的理解和说明本发明的技术方案。

具体实施方式

参见图1，一种石英玻璃棒的缩径装置，其包括熔炉和牵引设备，牵引设备用于拉棒，熔炉包括圆柱体的外壳体1和圆柱体的内壳体2，外壳体1与内壳体2的上端由上盖板11连接，下端由下盖板连接，外壳体1和内壳体2之间为环形的配气室用于分配保护气体，上盖板11中心处设有上排气口12，下盖板中心固定设有挡气管4，内壳体2从上盖板11向下盖板一侧依次设有第三气路口23、第二气路口22、第一气路口21，内壳体21内侧还固定设有隔层板24和承载板26，还包括感应加热管8，感应加热管8固定在承载板26的内侧端部的下表面，上盖板11与隔层板24之间为第三气路，第三气路口23将配气室与第三气路连通，隔层板24与承载板26之间为第二气路，第二气路口22将配气室与第二气路连通，承载板26、感应加热管8外表面及内壳体2内表面共同限定第一气路，第一气路口21将配气室与第一气路连通，线圈6位于配气室内并与感应加热管8位置相对应。

本发明第一个有益效果就是惰性气体被引入熔炉后，按照预定的气路进行导向，然后从上排气口12和挡气管4排出，气流没有逆转撞击的情况发生，首先避免了对撞涡流对拉棒工艺的影响。

其次，采用了三路气流对熔炉内部的感应加热管8进行保护，第一气路口对应着感应加热管8的上端部，气流从感应加热管8外侧的上端部进入第一气路，向下运行，遇到下盖板后向上折返，保护气流从感应加热管8内侧下端部向上运动，第一气路口不可以对应感应加热管8外侧的中部，否则部分气流向上撞击承载板26折返后也会形成涡流。第二气路的是锁风气路，惰性气体进入第二气路在隔层板24作用下被引向预型件供给部外表面72，然后向下运动，一方面保护感应加热管8内侧上端，另一方向与第一气路的惰性气体汇合一起形成平整的气流从挡风管4排出；第三气路是对熔炉上部上排气口12供风的气路，其能有效阻止空气从上部进入熔炉。不能缺少任意一种气流，三路气流对拉棒工艺有重要影响。特别是不能没有隔层板和第二气路，否则第一气路的气流会与第三气路的气流对撞，上排气口12和挡气管4的排气分配将会变得随机而不可控制，熔炉内的气体环境也将变得复杂。因此，采用隔层板和第二气路有效的将上排气口12和挡气管4的排气制度明确和可控。

优选的是，可以在隔层板24的内侧下方设有环形的锁风环25，锁风环25与隔层板24一体成型，锁风环25的上端与隔层板24固定。锁风环可以进一步有效的将第二路气流向下引导，感应加热管8位于挡气管4外侧，感应加热管8的下端边沿低于挡气管4的上端边沿，感应加热管8的直径大于挡气管4的直径，感应加热管8与挡气管4之间形成环形间隙。其中挡气管4的直径大于锁风环25的直径是必要的，如果挡气管4的直径小于锁风环25的直径，向下引导的第二路气流直接与第一路向上折返的气流对撞，无法形成平整的汇合气流。但挡气管4的直径大于锁风环25的直径，第二气流的大部分会被直接引导入挡气管，根据流体力学的流体的粘滞性，第一气流也会被第二气流引导进入挡气管，从而形成良好的平整汇合气流。

配气室内还具有导风叶片5，导风叶片5上间隔设置有限位部51和避让部52，限位部51和避让部52为多个，线圈6螺旋盘绕在内壳体外侧并在限位部51被导风叶片5限位，在避让部52悬空通过。多个导风叶片5依内壳体2的圆心放射状分布，导风叶片一端固定在外壳体1的内壁，另一端用于固定线圈6。外壳体1外侧靠近下盖板一侧设有供风室3，供风室3具有环形供风腔31，供风腔通过供风口32与配气室连通，供风室3具有第一进风管和第二进风管，第一进风管和第二进风管以内壳体2的圆心为中心呈中心对称布置，且第一进风管和第二进风管的轴线互相平行，第一进风管通过第一进风口33与供风腔连通，第二进风管通过第二进风口34与供风腔连通。供风口32为供风室3内壁上的弧形缺口，导风叶片5靠近下盖板一端将弧形缺口分为等弧长的两的缺口。中心对称的第一进风口33、第二进风口34将惰性气体均匀的送入配气室。

在附图内未示出隔热结构。由于本申请在熔炉内设置了三条气路，因此隔热结构的安装就非常有限，这使得线圈特别容易产生高温，而线圈的高温和低温的交替变换使线圈像弹簧一样拉伸和收缩，这是严重的热震效应。因此，本申请在内壳体外设有外壳体，并设有配气室，配气室内设有导风叶片5。导风叶片5的作用有两点，第一点是导风，这点在后文详述；第二点就是固定线圈6，线圈6螺旋盘绕在内壳体外侧并在限位部51被导风叶片5限位，在避让部52悬空通过。如果线圈每一螺旋都被导风叶片5限位的话在线圈冷热形变时就会产生非常大的应力，这些应力会使线圈发生损坏。但采用间隔的限位部51对线圈固定时，线圈的应力会被避让部52悬空通过的螺旋吸收，因此线圈在整个纵向和轴向的变形可控，而且还有***的线圈螺旋来防止应力的产生。另外，气流在通过导风叶片两侧时，对线圈也具有强烈的冷却效应，特别是气流在避让部52对悬空的线圈6冷却效果更佳，但也会发生一定的气流扰动，因此间隔设置的限位部51和避让部52同时满足了冷却和气流导向的功能。

在同一纵向截面内，单个的供风口32、单个的导风叶片5、单个的第一气路口21、单个的第二气路口22、单个的第三气路口23形成一组供气通路，石英玻璃棒的缩径装置具有多组供气通路并沿周向均匀分布。尽管缩径装置有第一进风管和第二进风管同压送风，但实际送风时发现，两个进风管会产生旋风效应，使得进入第一、二、三气路的风发生旋转。因此，导风叶片5可以使得两个进风管输入的气流止旋，然后平整的向上流动形成分配气流T1，并在此过程中发生线圈6与气流的热交换。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种石英玻璃棒的缩径方法，其使用石英玻璃棒的缩径装置，并对上排气口和挡气管的出风风压进行检测，如果风压不足，则增大第一进风管、第二进风管的风压；

所述石英玻璃棒的缩径装置，包括熔炉和牵引装置，牵引装置用于缩径拉棒，其特征在于：熔炉包括圆柱体的外壳体（1）和圆柱体的内壳体（2），外壳体与内壳体的上端由上盖 板（11）连接，下端由下盖板连接，外壳体和内壳体之间为环形的配气室用于分配保护气体，上盖板（11）中心处设有上排气口（12），下盖板中心固定设有挡气管（4），内壳体从上盖板向下盖板一侧依次设有第三气路口（23）、第二气路口（22）、第一气路口（21），内壳体内侧还固定设有隔层板（24）和承载板（26），还包括感应加热管（8），感应加热管固定在承载板（26）的内侧端部的下表面，上盖板与隔层板（24）之间为第三气路，第三气路对上排气口气体保护，第三气路口将配气室与第三气路连通；隔层板（24）与承载板（26）之间为第二气路，第二气路口将配气室与第二气路连通，第二气路对感应加热管（8）内壁气体保护；承载板（26）、感应加热管（8）外表面及内壳体内表面共同限定第一气路，第一气路口（21）将配气室与第一气路连通，第一气路口与感应加热管（8）的上端相对应，第一气路对感应加热管外壁气体保护，线圈位于配气室内并与感应加热管位置相对应；

配气室内还具有导风叶片（5），导风叶片上间隔设置有限位部（51）和避让部（52），限位部（51）和避让部（52）为多个，线圈螺旋盘绕在内壳体外侧并在限位部被导风叶片限位，在避让部悬空通过。

2.根据权利要求1所述的一种石英玻璃棒的缩径方法，其特征在于：多个导风叶片依内壳体 的圆心放射状分布，导风叶片一端固定在外壳体的内壁，另一端用于固定线圈。

3.根据权利要求2所述的一种石英玻璃棒的缩径方法，其特征在于：外壳体外侧靠近下盖板一侧设有供风室（3），供风室（3）具有环形供风腔（31），供风腔通过供风口（32）与配气室连 通，供风室（3）具有第一进风管和第二进风管，第一进风管和第二进风管以内壳体（2）的圆心为中心呈中心对称布置，且第一进风管和第二进风管的轴线互相平行，第一进风管通过 第一进风口（33）与供风腔连通，第二进风管通过第二进风口（34）与供风腔连通。

4.根据权利要求3所述的一种石英玻璃棒的缩径方法，其特征在于：供风口（32）为供风室内 壁上的弧形缺口，导风叶片靠近下盖板一端将弧形缺口分为等弧长的两个缺口。

5.根据权利要求4所述的一种石英玻璃棒的缩径方法，其特征在于：隔层板（24）的内侧下方设有环形的锁风环（25），锁风环（25）与隔层板（24）一体成型，锁风环（25）的上端与隔层板（24）固定。

6.根据权利要求5所述的一种石英玻璃棒的缩径方法，其特征在于：感应加热管位于挡气管 外侧，感应加热管的下端边沿低于挡气管的上端边沿，感应加热管的直径大于挡气管的直 径，感应加热管与挡气管之间形成环形间隙，挡气管的直径大于锁风环的直径。

7.根据权利要求6所述的一种石英玻璃棒的缩径方法，其特征在于：供风口（32）、导风叶片（5）、第一气路口（21）、第二气路口（22）、第三气路口（23）形成一组供气通路，石英玻璃棒的 缩径装置具有多组供气通路并沿周向均匀分布。

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