Нагревательный элемент устройства для вытягивания волокна из тугоплавкого материала

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических республик

« > 662512 (6I) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.0377 (21) 2466712/29-33 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 150579. Бюллетень № 18

С 03 В 37/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК . 666. 18 9 ° 2 (088.8) Дата опубликования описания 15. 05. 79 (72) Авторы изобретения

Ю.С.Торопов, Д.К.Саттаров, Г.А.Таксис, С.С.Сафиулина, Д.С.Рутман, С.Ю.Плинер, А.Ф.Маурин и Г.С.Матвейчук (71) Заявитель (54) НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВЫТЯГИВАНИЯ

ВОЛОКНА ИЗ ТУГОПЛАВКОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к области производства оптических волокон, а именно к изготовлению волокна из тугоплавких материалов, например, кварцевого стекла, применяемого в коммуникационных линиях оптической связи.

Известно устройство для вытягивания волокна из расплава стекла, включающее ванну для расплава стекла, в донной части которой установлены нагревательные элементы из высоко - огнеупорного электропроводного материала с фильерами для формования . волокна (1J . 15

В известном устройстве можно получить расплав стекла с температурой не выше 1700 С, что делает невозможным получение волокна из тугоплавкого материала. Кроме того, прямой 20 контакт расплава стекла с нагревателем вызывает загрязнение материала стекла материалом нагревателя.

Наиболее близким к предложенному иэобрЕтению является нагревательный элемент устройства для вытягивания волокна иэ тугоплавкого материала, иэ высокоогнеупорного электропроводного материала, например, Zr О>

ИЕО,ThOg, выполненный в виде пластины с центральным отверстием, в котором формируется температурное поле с заданным градиентом (2) .

Недос та тк ом дан ного ус т ройс тв а является невозможность изменения градиента температуры по высоте печи в процессе ее эксплуатации беэ замены самого нагревателя. Градиент температуры задается выбранным нагревателем, а именно соотношением высоты и диаметра нагревательной камеры.

Однако в случае вытягивания волокон иэ заготовок различного диаметра и иэ различных марок стекол при выборе оптимального режима вытя гивания осущес твляе тс я индив идуальный подбор температурного градиента по высот@ печи с учетом ди- аметра заготовки, а также фиэикохимических и технологических свойств стекол (температурно-вязкостной характеристики, кристаллизационной способности, летучести и т.д.).

Другим недостатком данного устройства является недостаточно высокая надежность работы нагреватЕльного элемента и недостаточно высокая температура его. Для обеспече3 66251 ния требуемой температуры в рабочей камере нагревателя высота последней выбирается не менее чем в два раза превосходящей диаметр камеры.

В результате габариты пластинча1 того нагревательного элемента увеличиваются, нагреватель становится 5 толстостенным. В период разогрева ус тройства, когда на нагрев ателе выделяется наибольшее количество тепла, из-за плохой теплопроводности материала нагревателя и достаточно 10 больших его размеров в теле нагревателя возникают области, имеющие температуру выше температуры плавления. Последнее может привести к дополнительному перегреву центральной части нагревателя и выходу его из строя.

Цель из обре те йи я — получение тугопИавкйх волокон за счет повышения максимально достижимой температуры и увеличение надежности нагревательного элемента. указаннаг цель достигается тем, что нагревательный элемент снабжен дополнительными пластинами с отверстиями, расположенными эквидистантно одна над другой, причем материал наружных пластин имеет электропроводность ниже материала внутренней пластины, каждая пластина снабжена отдельной системой регулирования мощности и смонтирована с возможностью перемещения ее по высоте; устройство снабжено дополнительной пластиной из материала с электропроводностью при низких температурах, диаметры отверстий наружных пластин больше диаметра отверстий внутренней пластины.

На фиг. 1 схематически показан продольный разрез устройства для вы- 40 тягивания волокна из тугоплавких материалов, где 1, 2 — пластины из стабилизированной двуокиси циркония с отверстиями для размещения заготовок; 3 - пластина из стабилизирован-, 45 ной двуокиси гафния с отверстиями для размещения заготовок; 4 — платиновый электрод; 5 - механизм вертикального перемещения нагревательных пластин; б — футеровка устройст- я; ва; 7 - отверстие в футеровке устройства для ввода заготовки; 8 отверстие в футеровке для вывода

Волокна; 9 - вытяжное намоточное устройство; 10 — заготовка для вытягивания волокна; 11 - вытягиваемое волокно.

Устройство состоит из нескольких (на фиг. 1 показано три) высокотемпературных нагревательных элементов, выполненных в виде пластин 1, 2 и 60

3, расположенных эквидистантно друг над другом с промежутками.

Крайние пластины 1 и 2 изготовлены, например, из двуокиси циркойия, стабилизированной двуокисью иттрия, 2 4 а центральная пластина 3, например, из более огнеупорной двуокиси гафния, стабилизированной двуокисью иттрия. В качестве материала центральной пластин . может быть исп льзована также стабилизированная двуокись тория.

Напряжение к высокоогнеупорным пластинам 1-3 подается с помощью платиновых электродов 4. Каждая пластина снабжена с амос тоя тельной системой автоматического регулирования мощности,выделяемой на пластине, а соответственно и температуры данного нагревательного элемента (на фиг. 1 не показаны) °

С помощью механизма вертикального перемещения 5 пластин осуществляется изменение взаимного располож ния пластин 1-3 друг относительно друга по высоте. В футеров— ке б устройства сделаны отверстия

7 и 8 для ввода заготовки 10 в рабочую нагревательную камеру устройства и вывода волокна 11, вытягиваемого из заготовки 10 с помощью вытяжного устройства 9.

В каждой пластине имеется отверстие для прохождения заготовки, причем центры отверстий пластин расположены на одной вертикальной оси.

В случае многоручьевого вытягивания волокон каждая пластина снабжена несколькими отверстиями по числу одновременно разогреваемых заготовок (на (flHI 1 не показаны).

Описываемое устрсйство работает следующим образом. Включают нагревательный элемент предварительного нагрева (на фиг. 1 не показан) и осуществляют разогрев пластин 1-3 из высокоогнеупорных материалов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления до температуры 900-11000, при которой двуокись циркония становится электропроводной. После этого на платиновые электроды 4 нагревателей 1 и 2 подают напряжение и производят дальнейший нагрев рабочей зоны до температуры 1 500 С . Затем подают напряжение на центральную пластину 3 из двуокиси гафния и нагревают рабочие поверхности нагревательных пластин

1-3 до требуемых температур. Максимально достижимая температура на пластине 3 может быть 2300 С. Нагревательный элемент предварительного разогрева выключают при температуре в рабочей зоне 1 500 С.

Изготовление отдельных пластин иэ огнеупорных материалов с различной электропроводностью и плотностью, также облегчает задачу получения более высокой температуры в зоне формования волокна (зоне луковицы) и изменения температурного градиента по высоте рабочей камеры в процессе эксплуатации устройства

Формула изобретения

5 без замены нагревателей. Так, например, изготовление центральной пластины устройства из более огнеупорной двуокиси гафния, а крайних - из менее огнеупорной двуокиси циркония позволяет получить с большей надежностью в узкой зоне более высокую температуру, чем в случае изготовления пластин из одного огнеупорного материала, например, из двуокиси циркония, гафния и тория.

При изменении расстояния между пластинами 1-3 меняется высота рабочей зоны и температурный градиент теплового поля. Задавая и поддерживая постоянной с помощью отдельных регуляторов температуры различное значение мощности на каждой пластине, можно непосредственно в процессе эксплуатации устройства без его выключения и без замены нагревателей менять градиент температуры по высоте рабочей камеры нагревательного ус тройс тв а .

Замена одной толстостенной пластины на несколько тонкостенных значительно снижает вероятность образования расплава в теле нагревателя при его разогреве до рабочей температуры из-за уменьшения толщины нагревателя и увеличения поверхности излучения, что повышает надежность работы устройства для вытяжки волокна иэ тугоплавкого материала.

Для зажигания нагревателей-пластин из высокоогнеупорных материалов в конструкции устройства предусматривается стартовый нагреватель, осуществляющий разогрев пластин до температуры их электропроводности.

Однако при выполнении одной или нескольких внешних нагревательных пластин из огнеупорного материала с электропроводностью во всем интервале температур, начиная-от комнатной температуры, например, карбида кремния, дисилицид молибдена,-платины и т.д., необходимость в специальном стартовом нагревателе отпадает.

Данные пластины выполняют роль стартового нагревателя и участвуют

66251 2 6 далее после зажигания пластин из высоко-огнеупорных материалов 2r О, HfO, ThOg в создании температурного поля при вытягивании волокон.

Посленее позволяет существенно упрос тить к онс трукцию ус тройс тв а.

1. Нагр вательный элемент устройства для вытягивания волокна из тугоплавкого материала, выполненный в виде пластины, из огнеупорного материала с центральным отверстием, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности получения тугоплавких волокон за счет повышения максимально достижимой температуры и увеличения надежности нагревательного элемента, он снабжен дополнительными пластин ми с отверстиями, расположенными эквидистантно одна над другой, причем материал наружных пластин ймеет электропроводность ниже материала внутренней

25 пластины.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ющ е е с я тем, что каждая пластина снабжена отдельной системой регулирования мощности и смонтирована с возможностью перемещения ее по высоте.

3 ° Устройство по пп.1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено дополнительной пластиной из материала с электропроводностью при низких температурах.

4. Устройство по пп. 1-3, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что диаметры отверстий наружных пластин больше диаметра отверстия внутренней пластины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Англии М 1320392, кл С 1 М, 1973.

15 2 . Заявка М 23 50118/33, кл. С03 В 37/00,,21.04.1976, по которой выдано положительйое решение.

66251 2

Составитель Т.Буклей

ТехредЭ .Чижик Корректор С кмаР

Тирам 555 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретениР и открытий

113035, Москва Ж-35, Раушская наб. g.4,Г5

Редактор В.Телухин

Закаэ 2633/27

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðîä, ул.Проектная,4