SU858294A1 - Furnace for drawing fibre of high-melting glass - Google Patents

Abstract

1-. ПЕЧЬ ДЛЯ ВЫТЯгаВАНИЯ ВОЛОКНА ИЗ ТУГОПЛАВКИХ СТЕКОЛ, включающа  футерованный корпус, высокотемпературный резистивный нагреватель из высокоогнеупорных оксидов, выполненный в виде установленных одна под другой с зазором пластин с отверсти ми , расположенными соосно и образующими рабочий канал печи, электроды и пусковой нагреватель, о т л и ч а ю щ а   с   тем, что, с целью повышени  ее надежности, близлежащие пластины развернуты вокруг оси рабочего канала на угол 45-90 2о Печь поп.1,о тличающ а   с   тем, что, с целью предотвращени  электрического пробо  между пластинами и период включени  их при последовательном соединении, она снабжена шунтами. (Л Сone-. FURNACE FOR EXTRACTION OF FIBER FROM REFRACTORY GLASSES, including a lined casing, a high-temperature resistive heater of high refractory oxides, made in the form of plates installed one below the other with a gap and having openings coaxially forming the furnace working channel, the electrodes and the starting heater, and the hoses, which are equipped with holes for the furnace, electrodes and starting heaters, and the hoses of the furnace, which are installed, below the other. so that, in order to increase its reliability, nearby plates are rotated around the axis of the working channel by an angle of 45-90 2о. The furnace pop.1, just like with the fact that, in order to prevent electric Since the breakdown between plates and the period of their inclusion in series, it is equipped with shunts. (Ls

Description

Изобретение относитс  к области производства оптического волокна из тугоплавких материалов, например, кварцевого стекла, примен емого в кокмуникационньк лини х оптической св зи, в оптоэлектронике и вычислительной технике.The invention relates to the production of optical fibers from refractory materials, for example, quartz glass used in an optical communication communication line, in optoelectronics and computer technology.

Известно устройство дл  выт гивани  волокна из тугоплавкого материала, вклю(чающее корпус печи, футерованный огнеупорной керамикой, высокотемпературный резистивный оксидный нагреватель , например, из модифицированного добавками оксида циркони , вьшолненный в виде пластины со сквозным отверстием , образующим рабочий канал, расположенный перпендикул рно оси, соедин ющей электроды, пусковой нагреватель .A device for drawing fiber from a refractory material is known, including (furnace body, lined with refractory ceramics, high-temperature resistive oxide heater, for example, from modified zirconium oxide, effected in the form of a plate with a through hole forming a working channel located perpendicular to the axis, connecting electrodes, starting heater.

00 СП00 SP

Работа печи устройства происходит следующим образом. После предварительного нагревани  до температуры 1100° The operation of the furnace device is as follows. After preheating to a temperature of 1100 °

0000

ю постепенно подают электрическое питание на высокотемпературный резистивсо ный нагреватель, поднима  в .рабочем The electric power is gradually supplied to the high-temperature resistive heater, raised in

4 канале температуру до величины необходимой дл  выт жки волокна. Затем в канал ввод т заготовку например , кварцевый цилиндрический стержень и после прогревани  его до разм гчени  стекла выт гивают нить.4 channel temperature to the value required for drawing the fiber. Then, a blank, for example, a quartz cylindrical rod, is introduced into the channel and, after heating it, until the glass is softened, the thread is pulled.

Печь имеет р д конструктивных недостатков , понижающих ее надежность во врем  работы, про вл ющихс  особенно при выт жке волокна из заготовок увеличенного диаметра. Дл  прогрева заготовки увеличенного диаметра требуетс  увеличение рабочей темпе 8 ратуры поверхности рабочего канала, что св зано с необходимостью подават на нагреватель дополнительную электри ческую нагрузку. Увеличение электрической нагрузки, а следовательно, и температуры способствует более быстрому износу электродов и приэлектрод ной части нагревател , вплоть до расплавлени , а также способствует пластической высокотемпературной деформации нагревател  в области рабочего канала о Установлено, что дл  выт жки квар цевого волокна из заготовок диаметром более 10 мм, оптимальньш режим экспл атации по удельной плотности электрического тока, скорости прогрева заготовки, формы луковицы и температурному режиму на стенке рабочегоKaH ла достигаетс  гфи отношении высоты ра бочего канала к его диаметру в преде лах от 2 до 5о Печь с нагревателем, вьтолненным в виде одной толстой пластины, удовлетвор ющей указанному оптимальному отношению, осарактеризуетс  резким снижением ее надежности в работе, вследствие разрушени  электродов и образовани  расплава внутренних участков нагревател  по центральной оси, соедин ющей электро ды. Это объ сн етс  спецификой свойст конструкционных материалов нагревате лей, в том числе низкой теплопроводностью и экспоненциальной зависимость температурного коэффициента электропроводности . Наиболее близким к изобретению рейением по. технической сущности и дост гаемому результату  вл етс  печь дл  выт гивани  волокна из тугоплавких стекол, содержаща  корпус, футерованный огнеупорными материалами, электро ды, пусковой нагреватель и высокотемпературный резистивный нагреватель из высокотемпературных оксидов, выпол ненный в виде расположенных одна над другой пластин, отверсти  которых образуют рабочий канал печи, а оси, сое дин ющие электроды, параллельны. Печь позвол ет вьщержать оптимальное соотношение высоты рабочего канала к его диаметру, что обеспечивает необходимый дл  выт жки волокна рабочий температурный, режим без электри ческих и тепловых перегрузок на элект родах и активной частио Недостатком, св занным с параллельностью расположени  осей, соедин ющих электроды,  вл етс  электрический пробой между пластинами в процессе работы и в период включени , прогибани  пластин при высокой температуре , а также трудности, св занные с точным регулированием температуры. В известной печи предполагаетс  независимое регулирование -электрического питани  на каждой пластине. При этом электроды одной стороны нагревател  запитывают на обитую фазу,,тогда как противолежащие электроды присоедин ют к нулю или второй фазе По сн   сказанное,, отметим, что оксидные нагреватели при высокой температуре характеризуютс  большим потреблением электрического тока при низком электрическом сопротивлении. Так, например, дл  пластины служащей нагревателем из модифицированного оксида циркони  высотой 20 мм и шириной 30 мм с поперечным отверстием диаметром 20 мм в первоначальный период включени  электросопротивление составл ет около 1 КОм, тогда как при 2050 оно пал ает-менее 2 Ом при токе до 50А. V Рассмотренна  Вьш1е система подсоединени  приводит к снижению .точности регулировани  температуры нагревател  и вызывает отрицательные побочные проблемы, св занные с переносом фаз g питающей электросети Поэтому наиболее рациональным  вл етс  последовательное подсоединение пластин нагревател , однако на известной печи его невозможно осуществить, так как неизбежен электрической пробой в области близко расположенных электродов Кроме того, в этом случае повышаетс  опасность пробо  пластин в начальный период, так как именно в пусковой период из-за высокого сопротивлени  цепи при последовательном соединении требуетс  высокое рабочее напр жение на электродахо Другой недостаток известной конструкции заключаетс  в том, что указанное расположение пластин преп тствует оснащению печи дополнительными опорами под них дл  уравновешивани  веса отдельных участков пластин с целью предотвращени  их прогибани  под собственным весом при высоких температурах ,, При прогибании пластин наушаетс  контакт между ее приэлектродной частью: и электродами, атакже по вл етс  веро тность замыка ни  пластин, что снижает в целом надежность работы Ггечи, Целью изобретени   вл етс  повышение надежности печи. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в печи дл  выт гивани  волокна из тугоплавких стекол, включа ющей футерованный корпус, высокотем пературный резистивный нагреватель из высокоогнеупорных оксидов. Выпол ненный в виде установленных одна под другой с зазором пластин с отверсти ми , расположенными соосно и образующими рабочий канал печи, электроды и пусковой нагреватель, близлежащие пластины развернуты вокруг оси рабоче-го канала на угол 45-90 , С целью предотвращени  элек рического про.бо  между пластинами в период включени  их при последовате ном соединении, печь снабжена шунтаThe furnace has a number of design flaws that reduce its reliability during operation, especially when the fiber is drawn from larger diameter blanks. To warm up a billet of increased diameter, an increase in the operating temperature of the working channel surface is required, which is connected with the need to apply an additional electrical load to the heater. An increase in the electrical load, and hence the temperature, contributes to a more rapid wear of the electrodes and the near-electrode part of the heater, up to melting, and also contributes to plastic high-temperature deformation of the heater in the working channel area. It was found that for drawing quartz fiber from blanks with a diameter greater than 10 mm, the optimal mode of operation according to the specific density of electric current, the heating rate of the workpiece, the shape of the bulb and the temperature regime on the working wall The ratio of the height of the working channel to its diameter in the range from 2 to 5 °. The furnace with a heater, filled in the form of one thick plate, satisfying the specified optimal ratio, is characterized by a sharp decrease in its reliability in operation, due to the destruction of the electrodes and the formation of a melt of internal sections a heater along the central axis connecting the electrodes. This is explained by the specific properties of structural materials of heaters, including low thermal conductivity and the exponential dependence of the temperature coefficient of electrical conductivity. The closest to the invention by the technical essence and the result is a furnace for drawing fiber from refractory glasses, comprising a body lined with refractory materials, electrodes, a starting heater and a high-temperature resistive heater made of high-temperature oxides, made in the form of plates arranged one above the other, the holes of which form the working channel of the furnace, and the axes connecting the electrodes are parallel. The furnace makes it possible to hold the optimum ratio of the height of the working channel to its diameter, which provides the working temperature necessary for the fiber drawing, the mode without electric and thermal overloads on the electrodes and the active part. The disadvantage associated with the parallel arrangement of the axes connecting the electrodes is The electrical breakdown between the plates during operation and during the period of incorporation, deflection of the plates at high temperatures, and the difficulties associated with precise temperature control. In the known furnace, an independent regulation of the electrical supply on each plate is contemplated. In this case, the electrodes of one side of the heater are fed to an upholstered phase, while the opposite electrodes are attached to zero or second phase. We shall note, at a high temperature, that the oxide heaters at high temperature are characterized by a high electrical current consumption and low electrical resistance. For example, for a plate serving as a heater of modified zirconium oxide with a height of 20 mm and a width of 30 mm with a transverse hole with a diameter of 20 mm in the initial turn-on period, the electrical resistance is about 1 KΩ, while at 2050 it falls to less than 2 Ohms at a current to 50A. V The above considered connection system leads to a decrease in the accuracy of heater temperature control and causes negative side problems associated with the phase transfer g of the supply mains. Therefore, sequential connection of heater plates is the most rational, however, it is impossible to implement it in a known furnace in the region of closely spaced electrodes. In addition, in this case, the danger of sample strikes increases in the initial period, since it is in the launches This period, due to the high resistance of the circuit when connected in series, requires a high operating voltage on the electrode. Another disadvantage of the known construction is that the arrangement of the plates prevents the furnace from being equipped with additional supports for them to balance the weight of individual sections of the plates in order to prevent them from bending. with its own weight at high temperatures,. When the plates are bent, contact between its near-electrode part is heightened: and the electrodes, and tnost audio closure plates, which reduces the overall reliability of Ggechi, object of the invention is to increase the reliability of the oven. This goal is achieved by the fact that in a furnace for drawing fiber from refractory glasses, including a lined casing, there is a high-temperature resistive heater made of high refractory oxides. Made in the form of plates installed one below the other with a gap, with holes arranged coaxially and forming the working channel of the furnace, the electrodes and the starting heater, the adjacent plates are rotated around the axis of the working channel at an angle of 45-90, in order to prevent electrical pro. Bo between the plates in the period of their inclusion in a serial connection, the furnace is equipped with a shunt

МИоMyo

При такой расположении пластин по вл етс  р д преимуществ:With this arrangement of the plates, a number of advantages appear:

1Ф Возможно установить дополнительные опоры под пластины дл  предотвращени  прогибани  их во врем  работы при высоких температурах над собственным весом1F It is possible to install additional supports under the plates to prevent them from bending during operation at high temperatures above its own weight.

2. Возможно последовательное электрическое подсоединение пластин нагревател  ввиду того, что опасность пробо  между ними сведена к минимуму , так как разность потенциалов в области их пересечени  меньше таковой на электродах2. It is possible that the heater plates are electrically connected in series due to the fact that the danger of breakdown between them is minimized, since the potential difference in the area of their intersection is less than that on the electrodes

Кроме того, при последовательном соединении пластин увеличиваетс  общее сопротивление цепи нагревател , что облегчает надежное регулирование. электрического питани  и температуры печи, а также позвол ет использовать один регулирующий источник питани , что упрощает систему питани  и обслулсивание печи. Дл  повьшени  надежности печи пу- Q кими тем предотвращени  электрического пробо  в период включени  высокотемпературного нагревател  печь оснащена дополнительными шунтами, подсоединенными поочередно к каждой из последовательно соединенных пластин наг- ревател  в период его включени , Шун- . тирование отдельных пластин во врем  включени  нагревател  понижает егоIn addition, when plates are connected in series, the total resistance of the heater circuit increases, which facilitates reliable adjustment. electric power and furnace temperature, and also allows the use of a single regulating power source, which simplifies the power supply system and the maintenance of the furnace. In order to increase the reliability of the furnace by means of preventing electrical breakdown during the period of switching on the high-temperature heater, the furnace is equipped with additional shunts connected alternately to each of the series-connected heater plates during the period of its activation, Shun-. tating individual plates while turning on the heater lowers it

Кажда  пластина расположена между подвижным и неподвижным электродами из пластины.Each plate is located between the movable and stationary electrodes of the plate.

Подвижные электроды 4 и 7 соединены с прижимными устройствами 8 и 9. Нижн   пластина 1 установлена на катки 10, опирающиес  на теплоизол ционную керамику пода печи. Катки выполнены из материала аналогично составу нагревательного элемента. Сверху на выводные части пластины 1 установлены тепловые экраны 11 из материала аналогичного составу пластины. Верхн   пластина 2 установленаThe movable electrodes 4 and 7 are connected to the clamping devices 8 and 9. The lower plate 1 is mounted on the rollers 10 supported on the heat insulating ceramic of the furnace. The rollers are made of material similar to the composition of the heating element. On top of the outlet part of the plate 1 installed thermal screens 11 of a material similar to the composition of the plate. Upper plate 2 is installed

на катки 12, которые опираютс  наon rollers 12 that rest on

сто щие на подовой футеровке лодставки 13., выполн ющие одновременно роль нижних тепловык экранов,standings on the bottom lining of the stand 13., simultaneously performing the role of lower heat shields,

Таким образом, обе пластины не имеют пр мого контакта ме ду собой и занимают устойчивое положение в печи. Пусковые нагреватели 14, например, силитовые стержни, запщщены керамичесобщее сопротивление и позвол ет включить нагреватель при более низких температурах, чем не шунтированный нагреватель. На фиг,1 приведен общий вид печи в горизонтальном разрезе; на фиг,2, 3 - общий вид печи во взаимно перпен- дикул рньк вертикальных pa3pe3axj на фиг.4 - пластина нагревател . В центральной части .печи расположен высокотемпературный нагреватель в виде двух фигурных пластин 1 и -2, расположенных под другой с воздушным зазором между ними таким образом, что вертикальные оси отверстий пластин совпадают с осью 3 рабочего канала , а оси 4 и 5, соедин ющие противолежащие электроды 6 и 7 пластин расположены под углом Od (90 ). Высокотемпературна  часть рабочего канала, образованна  отверсти ми пластин нагревател , имеет отношение высоты к внутреннему диаметру канала равное 3. кольцевыми экранами 15 и размещены вертикально между вьшодными част ми пластин нагревател .. Высокотемпературна  футеровка 16 образует камеру, в которой расположен высокотемпературный нагреватель из двух пластин и пусковые нагреватели 14 с экранами 15. Между высокотемпературной футе- ровкой 16 и корпусом печи 17 р.асположен слой высокоэффективной теплоизол ции 18 из прессованной каолиновой ваты о Дл  оформлени  и защиты рабочего канала печи от загр знени  материало футеровки в крышке и подовой части кечи установлены керамические трубки 19 и 20 Электроды укреплены на электроизо л цйонных высокоогнеупорных корундовых или периклазовых, трубках 21 .и 22 , и подсоединены к выводным клеммам 23-26, к .которым присоедин ют источник -электрического .питани  и шун ты на период запуска высокотемпературного нагревател . По оси, соедин ющей -электроды., в лластинах имеютс  сквозные или как это показано на рисунках, несквозные отверсти  27, закрытые со стороны электродов пробками 28. Отверсти , сечение которых по экспери ментальным данным не должно превышать 25% ипощади торцов пластин, способствуют выравниванию температу ры на электродах. Пробки экранируют электроды от пр мого получени . При отверсти х, на закрытых пробками , в электродах должны делатьс  сквозные отверсти  дл  предахранени их от пр мого излучени . Печь работает следующим образом. Включают пусковой -электронагрева тель и, регулиру  подаваемую электр ческую мощность, разогревают оксидньй нагреватель до температуры 1000° со скоростью до 5 град/мин. При этой, температуре материал оксид ного нагревател  становитс  достато но электропроводные. После .предварительного нагрева на платиновые электроды подают регулируемый по величине переменный ток промышленной частоты, при этом одну из пластин нагревательного элемента шунтируют проводником с сопротивлением ниже 10Мо При прохождении электрического тока по нагревателю происходит его разогрев о В процессе разогрева необходимо следить: чтобы скорость из менени  температуры в рабочем канале печи не превышала 5 град./мин., чтобы избежать разрушающих внутрен . них механических напр жений из-за неравномерности нагрева. По достиж НИИ температ-;/ры на внутренней поверхности нагревател  на 150-200 С вьппе первоначальной в период пускового разогрева шунт переключают на другую пластину нагревательного элемента и начинают совместный нагрев обеи-х пластин нагревател  при их последовательном включении При достижении в рабочем канале печи температуры, достаточной дл  выт жки волокна, в канал печи ввод т заготовку в виде стержн  из кварцевого стекла (на чертеже не показано). После разм гчени  стекла и образовани  луковицы на заготовке, производ т выт гивание нити,. По мере срабатывани  стержн  в процессе выт гивани  нити, стержень непрерывно опускают в печь. Опытный макет печи, вьшолненный в соответствии с описанием, испытан в режиме выт жки кварцевого волокна на заготовке диаметром 9 мм. Нагреватель состо л из двух пластин, форма которых по сн етс  на фиг.4. Размеры пластин: длина -120 мм., высота26 мм, диаметр рабочего канала 20 мм, площадь торца - 760 мм, площадь приэлектродного отверсти  120 мм2. Внепшие габариты корпуса .макета печи: длина - 290 мм, ширина - 290мм высота - 200 мм. В режиме выт жки при температуре на заготовке 2050с, напр жение на нагревателе 200в, .электрический ток 25А, М01цность 5 квт. После работы печи в течение 20 ч видимых изменений на электродах и нагревателе не обнаружено о При циклическом нагреве и охлаждении продолжительность работы нагревател  по сравнению-с печью, оснащенной нагревателем, выполненным в соответствии с прототипом, увеличилась в два раза, Использование изобретени  позволит увеличить производительность печи за счет сокращени  времени на ее обслуживание, ремонт и замену вьш1ед- : ших из стро  элементов печи, что даст существенную экономию за счет долговременного использовани  дорогосто щих изделий из дефигштных материалов оThus, both plates do not have direct contact between themselves and occupy a stable position in the furnace. Start-up heaters 14, for example, silicon rods, have a ceramic total resistance and allow the heater to be turned on at lower temperatures than the non-shunted heater. Fig, 1 shows a general view of the furnace in horizontal section; FIGS. 2, 3 - a general view of the furnace in the mutually perpendicular pnp vertical pa3pe3axj in figure 4 - heater plate. In the central part of the furnace, there is a high-temperature heater in the form of two figured plates 1 and -2, located under the other with an air gap between them in such a way that the vertical axes of the holes of the plates coincide with the axis 3 of the working channel, and the axes 4 and 5 connecting the opposite the electrodes 6 and 7 plates are located at an angle Od (90). The high-temperature part of the working channel formed by the apertures of the heater plates has a ratio of height to the internal diameter of the channel equal to 3. ring screens 15 and placed vertically between the upper parts of the heater plates. The high-temperature lining 16 forms a chamber in which a high-temperature heater of two plates is located and starting heaters 14 with screens 15. Between the high-temperature lining 16 and the furnace body 17 p. there is a layer of highly efficient heat insulation 18 made of pressed kaolin Cotton wool For shaping and protecting the working channel of the furnace from contamination of the material of the lining, ceramic tubes 19 and 20 are installed in the lid and bottom part of the ketch. Electrodes are fixed on electrical insulation of high-refractory corundum or periclase tubes 21 and 22, and connected to output terminals 23 -26, to which are attached a source of electric power and shunts for the period of starting the high-temperature heater. The axis connecting the electrodes., In the plates, are end-to-end or, as shown in the figures, non-through holes 27, which are closed from the side of the electrodes by plugs 28. Holes, the cross section of which according to experimental data should not exceed 25% of the plate ends, promote alignment temperatures on the electrodes. The plugs shield the electrodes from direct reception. When the holes are closed with stoppers, through holes should be made in the electrodes to prevent them from direct radiation. The furnace works as follows. The starting electric heater is switched on and, by adjusting the supplied electric power, the oxide heater is heated to a temperature of 1000 ° at a rate of up to 5 K / min. At this temperature, the oxide heater material becomes sufficiently electrically conductive. After preheating, platinum electrodes are supplied with adjustable frequency alternating current of industrial frequency, while one of the plates of the heating element is shunted with a conductor with a resistance below 10Mo. When electric current passes through the heater, it is heated up. During the heating process in the working channel of the furnace did not exceed 5 degrees / min., to avoid destroying the internal. mechanical stress due to uneven heating. Upon reaching the Scientific Research Institute of Temperatures; / ry on the inner surface of the heater for 150–200 ° C, the initial shunt is switched to another plate of the heating element during the initial heating and the combined heating of both heater plates is started when they are turned on. sufficient for drawing the fiber, the billet in the form of a quartz glass rod (not shown) is introduced into the furnace channel. After the glass is softened and the bulb forms on the workpiece, the thread is pulled. As the rod operates during the thread pulling, the rod is continuously lowered into the furnace. The experimental prototype of the furnace, which was made in accordance with the description, was tested in a mode of drawing out quartz fiber on a workpiece with a diameter of 9 mm. The heater consisted of two plates, the shape of which is illustrated in Fig. 4. The dimensions of the plates: length -120 mm., Height 26 mm, diameter of the working channel 20 mm, butt area - 760 mm, area of the near-electrode hole 120 mm2. The outer dimensions of the furnace housing are: length - 290 mm, width - 290 mm height - 200 mm. In the exhaust mode, at a temperature on the workpiece 2050s, the voltage on the heater 200V, electric current 25A, M5 5 kW. After the furnace has been working for 20 hours, no visible changes on the electrodes and the heater are detected. During cyclic heating and cooling, the duration of the heater operation as compared to the furnace equipped with a heater made in accordance with the prototype doubled. by reducing the time for its maintenance, repair and replacement of the above-mentioned: of the furnace components, which will provide significant savings due to the long-term use of expensive items from the defiggy materials about

Фиг. 2FIG. 2

В-вIn-in

11201120

Claims (2)

1. ПЕЧЬ ДЛЯ ВЫТЯГИВАНИЯ ВОЛОКНА ИЗ ТУГОПЛАВКИХ СТЕКОЛ, включающая футерованный корпус, высоко температурный резистивный нагреватель из высокоогнеупорных оксидов, выполненный в виде установленных одна под другой с зазором пластин с отверстиями, расположенными соосно и образующими рабочий канал печи, электроды и пусковой нагреватель, отличающаяся тем, что, с целью повышения ее надежности, близлежащие пластины развернуты вокруг оси рабочего канала на угол 45-90^д _с 1. FURNACE FOR EXTRACTING FIBER FROM REFLECTIVE GLASSES, including a lined body, a high-temperature resistive heater made of high refractory oxides, made in the form of plates mounted one below the other with a gap with holes located coaxially and forming the working channel of the furnace, electrodes and a starting heater, characterized in that, in order to increase its reliability, nearby plates are deployed around the axis of the working channel at an angle of 45-90 ^d _s 2о Печь по п.1,о тличающ а я с я тем, что, с целью предотвращения электрического пробоя между пластинами В период включения их при последовательном соединении, она снабжена шунтами.2о The furnace according to claim 1, characterized by the fact that, in order to prevent electrical breakdown between the plates. When they are switched on in series, it is equipped with shunts.