Печь для вытягивания волокна из тугоплавких стекол

 

1-. ПЕЧЬ ДЛЯ ВЫТЯгаВАНИЯ ВОЛОКНА ИЗ ТУГОПЛАВКИХ СТЕКОЛ, включающая футерованный корпус, высокотемпературный 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, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения ее надежности, близлежащие пластины развернуты вокруг оси рабочего канала на угол 45-90 2о Печь поп.1,о тличающ а я с я тем, что, с целью предотвращения электрического пробоя между пластинами и период включения их при последовательном соединении, она снабжена шунтами. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСГ1УБЛИН

„,SUÄÄ 85829 (jg)g С 03 B 37/09

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОтнРытиям

IlPH ГННТ СССР (21) 2905446/.33 (22) 04.04.80 (46) 23.09.91. Бюл. Р 35 (71) Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промьппленности (72) IO.Ñ. Торопов, Г.А. Таксис, С.10. Плинер, Д;С. Рутман, Д.К. Саттаров, С.С. Сафиулина, Л.И. Алейникова, А.В. Самуйлов и А.В. Гончаров (53) 666.189.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 689972, кл. С 03 В 37/02, 1976.

Авторское свидетельство СССР

11 662512, кл. С 03 В 37/00, 1977. (54)(57) 1„ ПЕЧЪ ДЛЯ ВЫТЯГИВАНИЯ

ВОЛОКНА ИЗ ТУГОПЛАВКИХ СТЕКОЛ, включающая футерованный корпус, высокоИзобретение относится к области производства оптического волокна из тугоплавких материалов, например, кварцевого стекла, применяемого в коммуникационных линиях оптической связи, в оптоэлектронике и вычислительной технике.

Известно устройство для вытягивания волокна из тугоплавкого материала, включающее корпус печи, футерованный огнеупорной керамикой, высокотемпературный резистивный оксидный нагреватель, например, из модифицированного добавками оксида циркония, выполненный в виде пластины со сквозным отверстием, образующим рабочий канал, расположенный перпендикулярно оси, соединяющей электроды, пусковой нагреватель.

2 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, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения ее надежности, близлежащие пластины развернуты вокруг оси ра6пчего канала на угол 45-90 о

2. Печьпоп.1, отличающ а я с я тем, что, с целью предотвращения электрического пробоя между пластинами в период включения их при последовательном соединении, она снабжена шунтами.

Работа печи устройства происходит QQ следующим образом. После предваритель- (;Д ного нагревания до температуры 1100 Я(1 постепенно подают электрическое пи- ф тание на высокотемпературный резистивный нагреватель, поднимая в рабочем канале температуру до величины необходимой для вытяжки волокна. 3атем в канал вводят заготовку» например, кварцевый цилиндрический стержень и после прогревания его до размягчения стекла вытягивают нить.

Печь имеет ряд конструктивных недостатков, понижающих ее надежность во время работы, проявляющихся особенно при вытяжке волокна из заготовок увеличенногодиаметра. Для прогрева заготовки увеличенного диаметра требуется увеличение рабочей темпе858294 ратуры поверхности рабочет о канала, что связано с необходимостью подавать на нагреватель дополнительную электрическую нагрузку. Увеличение -электри5 ческой нагрузки, а следовательно, и температуры способствует более быстрому износу электродов и приэлектродной части нагревателя, вплоть до расплавления, а также способствует пластической высокотемпературной деформации нагревателя в области рабочего канала.

Установлено, что для вытяжки кварцевого волокна из заготовок диаметром 15 более 10 мм, оптимальный режим эксплуатации по удельной плотности электрического тока, скорости прогрева заготовки, формы луковицы и температурному Режиму на стенке рабочегоканала достигается при отношении высоты раI бочего канала к его диаметру в пределах от 2 до 5. Печь с нагревателем, выполненным в виде одной толстой пластины, удовлетворяющей указанному оптимальному отношению, характеризуется резким снижением ее надежности в работе, вследствие разрушения электродов и образования расплава внутренних участков нагревателя по центральной оси, соединяющей электроды.

Это объясняется спецификой свойств конструкцибнных материалов нагревателей, в том числе низкой теплопроводностью и экспоненциальной зависимостью 5 температурного коэффициента электропроводности.

Наиболее близким к изобретению реШением по. технической сущности и дости40

ràåèîèó результату является печь для вытягивания волокна из тугоплавких стекол, содержащая корпус, футерованный огнеупорными материалами, электроды, пусковой нагреватель и высокотем45 пературный резистивный нагреватель из высокотемпературных оксидов, выполненный в виде расположенных одна над другой пластин, отверстия которых образуют рабочий канал печи, а оси, сое50 диняющие электроды, параллельны.

Печь позволяет выдержать оптимальное соотношение высоты рабочего канала к его диаметру, что обеспечивает с5 необходимый для вытяжки волокна рабочий температурный, режим без электрических и тепловых перегрузок на электродах и активной части.

Недостатком, связанным с параллельностью расположения осей, соединяющих электроды, является электрический пробой между пластинами в процессе работы и в период включения, прогибания пластин при высокой температуре, а также трудности, связанные с точным Регулированлем температуры.

В известной печи предполагается независимое регулирование электрического питания на каждой пластине. При этом электроды одной стороны нагревателя запитывают на общую фазу,.тогда как противолежащие:электроды присоединяют к нулю или второй фазе.

Поясняя сказанное, отметим, что оксидные нагреватели при высокой температуре характеризуются большим потреблением электрического тока при низком электрическом сопротивлении.

Так, например, для пластины служащей нагревателем из модифицированного оксида циркония высотой 20 мм и шириной 30 мм с поперечным отверстием диаметром 20 мм в первоначальный период включения электросопротивление составляет около 1 КОм, тогда как при 2050 оно падает. менее 2 Ом при токе дс 50А. v"

Рассмотренная вьппе система подсоединения приводит к снижению, точности регулирования температуры нагревателя и вызывает отрицательные побочные проблемы, связанные с переносом фаз в питающей электросети. Поэтому наиболее рациональным является последовательное подсоединение пластин нагревателя, однако на известной печи его невозможно осуществить, так как неизбежен электрической пробой в области близко расположенных электРодов. Кроме того, в этом случае повышается опасность пробоя пластин в начальный период, так как именно в пусковой период из-за высокого сопротивления цепи при последовательном соединении требуется высокое рабочее напряжение на электродах.

Другой недостаток известной конструкции заключается в том, что указанное расположение пластин препятствует оснащению печи дополнительными опорами под них для уравновешивания веса отдельных участков пластин с целью предотвращения их прогибания под собственным весом при высоких температурах. При прогибании пластин наРушается контакт между ее приэлектродной частью и электродами, атакже появляется вероятность замыкания пластин, что снижает в целом надежность работы t".очи.

Целью изобретения является повышение надежности лечи.

Поставленная цель достигается тем, что в печи для вытягивания волокна из тугоплавких стекол, включающей футерованный корпус, высокотемпературный 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, близлежащие пластины развернуты вокруг оси рабочего канала на угол

45-90 . С целью предотвращения злекто рического пробоя между пластинами в период включения их .при последовательном соединении, печь снабжена шунтами о

При таком расположении пластин появляется ряд преимуществ:

1. Возможно установить дополнительные опоры под пластины для предотвращения прогибания их во время работы при высоких температурах над собственным весом.

2. Возможно последовательное электрическое подсоединение пластин нагревателя ввиду того, что опасность пробоя между нимй сведена к минимуму, так как разность потенциалов в области их пересечения меньше таковой на электродах.

Кроме того, при последовательном соединении пластин увеличивается общее сопротивление цепи нагревателя, что облегчает надежное регулирование. электрического питания и температуры печи, а также позволяет использовать один регулирующий источник питания, что упрощает систему питания и обслуживание печи.

Для повьппения надежности печи путем предотвращения электрического пробоя в период включения высокотемпературного нагревателя печь оснащена дополнительными шунтами, подсоединенными поочередно к каждой из последовательно соединенных пластин наг-. ревателя в период его включения. Шунтирование отдельных пластин во время включения нагревателя понижает его

8294 общее сопротивление и позволяет вклю-. чить нагреватель при более низких температурах, чем не шунтированный

5 нагреватель, На фиг.1 приведен общий вид печи в горизонтальном разрезе; на фиг.2, 3 — общий вид печи во взаимно перпендикулярных вертикальных разрезах, на фиг.4 — пластина нагревателя.

В центральной части .печи расположен высокотемпературный нагреватель в виде двух фигурных пластин t и 2, расположенных под другой с воздушным

15 зазором между ними таким образом, что вертикальные оси отверстий пластин совпадают с осью 3 рабочего канала, а оси 4 и 5, соединяющие противолежащие электроды 6 и 7 пластин

20 расположены под углом 0С (90 }. о

Высокотемпературная часть рабочего канала, образованная отверстиями пластин нагревателя, имеет отношение высоты к внутреннему диаметру канала, равное 3.

Каждая пластина расположена между подвижным и неподвижным электродами из пластины.

Подвижные электроды 4 и. 7 соедине30 ны с прижимными устройствами 8 и 9.

Нижняя пластина 1 установлена на катки 10, опирающиеся на теплоизоля- 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.

Верхняя пластина 2 установлена

40 на катки 12, которые опираются на стоящие на подовой футеровке .подставки 13, выполняющие одновременно роль нижних тепловых экранов.

45 Таким образом, обе пластины не имеют прямого контакта между собой и занимают устойчивое положение в печи.

Пусковые нагреватели 14,.например, - силитовые стержни, защищены керамическими кольцевыми экранами 15 и разме- щены вертикально межцу выводными частями пластин нагревателя.

Высокотемпературная футеровка 16 образует камеру, в которой располо55 жен высокотемпературный нагреватель из двух пластин и пусковые нагреватели 14 с экранами 15.

Между высокотемпературной футеровкой 16 и корпусом печи 17 располо858294 жен слой высокоэффективной теплоизоляции 18 из прессованной каолиновой ваты. Для оформления и защиты рабочего кайала печи от загрязнения материалом футеровки в крышке и подовой части печи установлены керамические трубки 19 и 20.

Электроды укреплены на -электроизо- 10 ляционных высокоогнеупорных корундовых или периклазовых трубках 21.и 22, и подсоединены к выводным клеммам

23-26, к,которым присоединяют источник .электрического .питания и шунты на .период запуска высокотемпературного нагревателя.

По оси, соединяющей .электроды, в пластинах имеются сквозные или как это показано на рисунках, несквозные отверстия 27, закрытые со стороны электродов пробками 28. Отверстия, сечение которых по экспериментальным данным не должно превышать 25 площади торцов пластин, 25 способствуп1т выравниванию температуры на электродах. Пробки:экранируют электроды от прямого лолучения.

При отверстиях, на закрытых пробками, в электродах должны делаться 30 сквозные отверстия для предохранения иж от прямого излучения.

Печь работает следующим образом.

Включают пусковой .электронагреватель и, регулируя подаваемую:электрическую мощность, разогревают оксидный нагреватель до температуры

1000 со скоростью до 5 град/мин.

При этой. температуре материал оксидного нагревателя становится достаточ- 40 но электропроводньм. После .предва рительного нагрева на платиновые электроды подают регулируемый по величине переменный ток промьпппенной частоты, при этом одну из плас- 45 тин нагревательного элемента шунтируют проводником с сопротивлением ниже 10И.

При прохождении электрического тока по нагревателю происходит его

50 разогрев. В процессе разогрева необходимо следить: чтобы скорость изменения температуры в рабочем канале печи не превышала 5 град./мин., чтобы избежать разрушающих внутрен. них механических напряжений из-за

55 неравномерности нагрева. По достижении температуры на внутренней поверхности нагревателя на 150-200 С вьппе первоначальной в период пускового разогрева шунт переключают на другую пластину нагревательного -элемента и начинают совместный нагрев обеих пластин нагревателя при их последовательном включении.

При достижении в рабочем канале печи температуры, достаточной для вытяжки волокна, в канал печи вводят заготовку в виде стержня из кварцевого стекла (на чертеже не показано).

После размягчения стекла и образования луковицы на заготовке, производят вытягивание нити, По мере срабатывания стержня в процессе вытягивания нити, стержень непрерывно опускают в печь.

Опытный макет .печи, выполненный в соответствии с описанием, испытан в режиме вытяжки кварцевого волокна на заготовке диаметром 9 мм. Нагреватель состоял из двух пластин, форма которых поясняется на фиг.4. Размеры пластин: длина — 120 мм, высота—

26 мм, диаметр рабочего канала—

20 мм, площадь торца — 780 мм, площадь приэлектродного отверстия

120 мм .

Внешние габариты корпуса, макета печи: дл — 290 рина — 290 ó высота - 200 мм.

В режиме вытяжки при температуре на заготовке 2050 С, напряжение на нагревателе 200в, .электрический ток

25А, мощность 5 квт. После работы печи в течение 20 ч видимых изменений на электродах и нагревателе не обнаружено.

При циклическом нагреве и охлаждении продолжительность работы нагревателя по сравнению- с печью, оснащенной нагревателем, выполйенным в соответствии с прототипом, увеличилась в два раза.

Использование изобретения позволит увеличить производительность печи за счет сокращения времени на ее обслуживание, ремонт и замену вьппед-: ших из строя элементов печи, что даст существенную .экономию за счет долговременного использования дорогостоящих изделий из дефицитных материалов.

858294

Корректор Л. Пилипенко

Техред Д. Сердюкова

Редактор Е. Гир инская

Тираж

Заказ 3727

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101