專利名稱：將大直徑預(yù)型件拉成光纖的方法和感應(yīng)爐的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及拉制光纖的爐子和方法，具體涉及用大的玻璃預(yù)型件拉制光纖的石墨感應(yīng)爐以及用這種大直徑預(yù)型件拉制光纖或較小直徑預(yù)型件的方法。
設(shè)計用于拉制光纖的爐子根據(jù)加熱方法可分成兩大類，加熱可以是導(dǎo)電加熱或感應(yīng)加熱。感應(yīng)加熱爐一般是最好的，主要是應(yīng)用具有靈活性。電感爐還可根據(jù)應(yīng)用是石墨作的還是氧化鋯作的加熱元件而分成兩類。
這些感應(yīng)爐一般包括圓筒感受器(石墨或氧化鋯)，該感受器形成爐子的加熱區(qū)域，并由絕熱件包圍，該絕熱件又由感應(yīng)線圈包圍。當(dāng)線圈激勵時便產(chǎn)生可耦合到感受器的電磁場(一般被預(yù)熱)，從而升高其溫度并產(chǎn)生要求的高溫區(qū)，使插入圓筒感受器的預(yù)型件熔化。在爐子加熱區(qū)的頂部(所謂上部氣道)和/或底部(所謂下部氣道)形成形為圓筒管的延伸部。
石墨爐使用超純石墨加熱元件。用這些爐子的典型問題是加熱元件的氧化。石墨加熱元件的反應(yīng)性也污染反應(yīng)區(qū)域。因此加熱元件的壽命短，經(jīng)常需要更換元件。一般，在爐子內(nèi)形成惰性保護(hù)性氣氛可以克服這些問題。為此目的通常應(yīng)用氬氣或氮?dú)?。在美國專利No.4 154 592中公開了應(yīng)用氦氣作調(diào)節(jié)氣。氦氣的高熱導(dǎo)率有助于提高溫度穩(wěn)定性和提高靠近預(yù)型件頭部的區(qū)域中的溫度均勻性。
若干文獻(xiàn)已討論了拉制光纖的爐子。例如IT 1077 118說明一種高頻電爐，該電爐包括管形石墨心，該心包圍待加熱的東西，并又由感應(yīng)繞組包圍，高頻電流加在該繞組上。包圍該石墨心的外殼具有壁，該壁由若干個一個放在另一個頂上的部分組成，并向壁的內(nèi)部送入惰性氣體。包圍石墨心的惰性氣體可防止在爐子操作時石墨心受氧化。氣體從爐子的中心引入，并使其逸散在外部分之間。該爐子能夠工作在約2000℃的溫度。
US 4 174 462說明一種大直徑的一般用途的石墨感應(yīng)爐。爐中不用調(diào)節(jié)氣體。代之以在爐中充滿物質(zhì)，以防止石墨感受器氧化受損。該感受器用粉末碳墨隔離，該碳黑裝在石棉或混凝土圓筒內(nèi)。
DE 3 025 680說明一種拉制光纖的石墨感應(yīng)爐。加熱元件上涂有一層10μm厚的即使在高溫下也不與玻璃反應(yīng)的保護(hù)層例如鉑層或銥層。該涂層可防止任何物質(zhì)在加熱元件和玻璃之間傳輸。
US 4 154 592說明一種將預(yù)型件配置在馬弗爐中的成形光纖的方法。馬弗爐用電阻加熱元件加熱到足以使坯件第一端部達(dá)到預(yù)型件拉伸溫度的溫度。光纖從預(yù)型件的第一端部拉出，同時使氦調(diào)節(jié)氣沿這樣一個方向流過馬弗爐，使得該調(diào)節(jié)氣從光纖絲拉出的馬弗爐端部排出。
US 4 400 190說明一種拉制光纖的石墨電阻爐。石墨加熱元件大體為圓筒形，橫截面積減小的加熱室位于中部，在加熱室各個端部上為大直徑區(qū)域。進(jìn)氣管和排氣管插入大直徑區(qū)域。中間加熱室的內(nèi)直徑和進(jìn)氣與排氣管的內(nèi)直徑基本上相等。在加熱元件內(nèi)從中間加熱室到大直徑區(qū)的過渡區(qū)為錐形。
然而，這種端部開放使調(diào)節(jié)氣體流過的爐子的方法其一個問題是，預(yù)型件和剛拉出光纖周圍的渦流可能使光纖直徑變化而影響光纖性能。產(chǎn)生這種渦流的一個可能原因是周圍空氣的上升氣流，如美國專利No.5284 499和歐洲專利0 329 898說明的，這些專利提出在容器底部插入擋氣板來防止上升氣流。
產(chǎn)生渦流的另一原因涉及圍繞預(yù)型件的調(diào)節(jié)氣體橫截面積的差別。美國專利No.4 400 180提出通過適當(dāng)調(diào)節(jié)加熱元件直徑和加熱元件延伸部直徑之間的比值可將這種渦流生成原因減小到最小。
美國專利No.5 545 246提出為了減小此區(qū)域中沿預(yù)型件流動的調(diào)節(jié)氣體中產(chǎn)生的渦流可在預(yù)型的拉制區(qū)域引入附加的調(diào)節(jié)氣流。
在M.Rajala等的論文“高速拉伸光纖大預(yù)型件的聯(lián)合爐(Interhational Wire & Cables Symposium 1998)中公開一種石墨感應(yīng)爐。其中感受器是內(nèi)徑為80mm的石墨元件。
其它類型爐子即感應(yīng)加熱二氧化鋯爐其結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，能在空氣中操作是其主要優(yōu)點。感應(yīng)爐中加熱元件是用Y2O3穩(wěn)定的惰性ZrO2圓管。
應(yīng)用二氧化鋯爐子的一個問題是，二氧化碳具有相當(dāng)高的溫度惰性。這造成在兩次連續(xù)拉制操作之間需要停頓很長時間，因為二氧化鋯感受器必須自然冷卻，然后才能插入新的預(yù)型件。事實上，由于加熱元件溫度快速變化造成的熱沖擊形成二氧化鋯感應(yīng)加熱爐的嚴(yán)重問題，因此需要在兩次接連拉制操作之間防止?fàn)t子的強(qiáng)迫冷卻。另外，當(dāng)爐子例如因動力事故或電源問題而停機(jī)時，二氧化鋯便以結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、破裂的形式冷卻，這樣便必須更換。這造成爐子長時期不能操作，因為二氧化鋯感受器在開始拉制之前必須進(jìn)行加熱和穩(wěn)定。
美國專利No.4 450 333說明一種用預(yù)型件拉制光纖的二氧化鋯感應(yīng)爐。該爐子具有居中的管狀感受器，在至少一部分感受器內(nèi)表面上具有預(yù)型件材料(例如硅)的薄涂層。在感受器上的這種薄涂層可制止污染粒子從感受器內(nèi)表面上的小裂紋遷移到預(yù)型件上。圍繞感受器同心地配置一圓筒，并與圓筒隔開一定距離，該圓筒又由絕熱顆粒物包圍。該圓筒可防止從絕熱顆粒物射出的小粒子穿過感受器上的大裂縫射到預(yù)型件和/或光纖上。
美國專利No.4 608 473說明一種用石英預(yù)型件拉制光纖的二氧化鋯感應(yīng)爐。該爐子包括沿軸向定位的管形二氧化鋯感受器。使用前，在至少一部分感受器內(nèi)表面上加上蒸氣沉積的石英“碳黑”。然后在高溫下固結(jié)該石英碳黑。這種方法基本上可消除二氧化鋯粒子從感受器遷移到預(yù)型件和/或纖維上。
美國專利No.5 284 499說明一種拉制光纖的二氧化鋯感應(yīng)爐。在爐子頂部引入的氣體形成鄰接纖維的邊界層。該邊界層隨同光纖一起穿過爐子，進(jìn)入管子。該管子使光纖與外界氣體隔離，使得在爐子中形成的邊界層氣體基本上保持均勻，直到光纖包覆層的粘度高到足以使圍繞纖維外周的差致應(yīng)變減少到最小。在管子底部配置平的擋氣板，以防止外界大氣進(jìn)入管子底部。
歐州專利849 232說明一種拉制光纖的二氧化鋯感應(yīng)爐。分開的氣體源向爐子噴入調(diào)節(jié)氣體，噴在預(yù)型件和爐壁之間。第一氣源配置在爐子空間的入口端，在第二氣源配置出口端的拉制錐形區(qū)。
拉制光纖爐的其它例子包括法國專利2 368 677，說明一種石墨感應(yīng)爐，該爐具有許多穿過感受器的孔；歐州專利329898，說明一種感應(yīng)爐，該爐具有圓盤形的封閉底端的擋氣板；英國專利1 521 231，說明一種石墨感應(yīng)爐，具有二氧化鋯內(nèi)套；英國專利1 575 299，說明一種具有涂層感受器的石英感應(yīng)爐；美國專利4 142 063，說明一種二氧化鋯感應(yīng)爐；和美國專利5 017 209，說明一種爐子，具有由各向異性圓筒絕熱件包圍的圓筒加熱器。
可以從例如下列制造商Astro(美國)、Centorr(美國)、Heathway(英國)、Lepel(美國)和Stanelco(英國)買到適合于拉制光纖的商品石墨爐和商品二氧化鋯爐。
用在商品爐中的常規(guī)預(yù)型件一般約40～50mm直徑(用改型化學(xué)沉積工藝(MCVD)生產(chǎn)的)，并高到70～80mm(用外蒸氣沉積法(OVD)或蒸氣軸向沉積法(VAD)生產(chǎn)的預(yù)型件)。根據(jù)預(yù)型件直徑，常規(guī)感受器直徑一般約70mm(MCVD預(yù)型件)或約100mm(OVD或VAD預(yù)型件)。
對光纖不斷增長的需求要求改進(jìn)光纖生產(chǎn)工藝，這種改進(jìn)涉及工藝的多個方面，例如增加光纖拉制速度或減小一次拉伸操作和下次拉伸操作之間的停機(jī)時間。
例如，采用直徑大于常規(guī)直徑的預(yù)型件(例如直徑100mm或以上的預(yù)型件)可以提高光纖的生產(chǎn)率，因為用一個預(yù)型件便可生產(chǎn)更長的光纖。一個預(yù)型件拉制的結(jié)束到開始下一個預(yù)型件拉制所需的時間取決爐子的容量和材料，一般需要約1～2h。減小拉制過程中的停機(jī)次數(shù)便可提高光纖生產(chǎn)率。
本申請人對在常規(guī)感應(yīng)爐中加熱大直徑預(yù)型件所觀察到的一個問題是，在進(jìn)入爐子的調(diào)節(jié)氣體和外圍大氣中存在渦流。事實上在預(yù)型件的頸縮區(qū)域即預(yù)型件拉伸成光纖的區(qū)域中在爐壁和預(yù)型件之間的自由空間逐漸增大，并在形成了光纖的區(qū)域達(dá)到最大。
如果預(yù)型件直徑相當(dāng)小，則可顯著減小頸縮區(qū)域的自由空間，可以更容易地防止調(diào)節(jié)氣流中的渦流，如上述先有技術(shù)提出的。然而，本申請人已觀察到，增加預(yù)型件的直徑也增加了頸縮區(qū)域的自由空間，因而控制通過爐子的調(diào)節(jié)氣流中的渦流以及控制由外圍大氣有害侵入引起的渦流變得更為困難。
本申請人還觀測到，當(dāng)調(diào)節(jié)氣體通過爐子的流速增加，以滿足提高光纖拉制速度(例如約20m/s速度)有關(guān)要求時上述缺點變得更為明顯。
事實上，可以認(rèn)為(見美國專利No.5 284 499)，沿光纖流動的調(diào)節(jié)氣體形成鄰接上述光纖的邊界層，該邊界層可以對稱地逐漸地冷卻光纖的外部分(所謂外覆層)，由此可防止在上述光纖上產(chǎn)生差致應(yīng)變。
然而本申請人已觀察到，在常規(guī)爐子中，當(dāng)調(diào)節(jié)氣體在爐子內(nèi)的流量為每分幾升時，調(diào)節(jié)氣流在上述爐子出口的速度僅為每秒幾毫米。例如，在美國專利5 284 499中7cm內(nèi)直徑的爐子內(nèi)的氣體流量約為3.1L/min，此時在1.25cm直徑的出口處形成約4mm/s的線速度。本申請人注意到，氣體的這種速度與纖維的拉制速度(例如美國專利5 284 499公開的9m/s)相比是很低的。本申請人認(rèn)為，特別在拉制速度相當(dāng)高的情況下(例如約15m/s和高達(dá)約20m/s)低的氣流速度可能不希望地破壞包圍光纖的調(diào)節(jié)氣體邊界層，由此造成拉出光纖的有害的非對稱冷卻。另外，在某些情況下，低速調(diào)節(jié)氣體也不能充分形成為避免外部外圍空氣的上升氣流所必需的過壓；特別是，當(dāng)爐子出口的直徑相當(dāng)大時，氣體的上述速度將進(jìn)一步降低，由此進(jìn)一步降低與外圍大氣上升氣流相對立的氣體壓力。
然而本申請人注意到，在先有技術(shù)爐子中完全沒有注意到有效控制爐子中的調(diào)節(jié)氣流方向。根據(jù)先有技術(shù)(見美國專利No.4 154 592(三欄50～54行)和美國專利No.5 284 499(五欄26～33行))，氣體事實上從爐子上端引入該爐，引入方向大體垂直于預(yù)形件縱軸，并簡單地使其向底端擴(kuò)散，爐子的頂端是封閉的。眾所周知的其它爐子(見例如日本專利申請No.01-19274或英國專利No.2 212 151)其調(diào)節(jié)氣進(jìn)氣管對預(yù)型件軸是傾斜的；如上述專利的有關(guān)數(shù)字所示，上述進(jìn)氣管相對于預(yù)型件軸傾斜約45°。雖然上述進(jìn)氣管是傾斜的，但流出該管的氣體分成上部氣流和下部氣流，如上述日本專利申請No.01-192471所述。上部氣流起氣封作用，用于氣封爐子上端。
本申請人已觀測到，對于爐子內(nèi)低流速的調(diào)節(jié)氣體，不可能有效控制調(diào)節(jié)氣體的流向，很少造成使渦流流到預(yù)型件縮頸區(qū)域的問題。為了既增加爐內(nèi)上述氣體的流速又能更好地保持鄰接拉出纖維的氣體邊界層，利用增加拉制速度(例如增加到約20m/s)和應(yīng)用較大的用于拉伸加工的預(yù)型件的方法來增加爐內(nèi)調(diào)節(jié)氣體的流率仍是最好的。本申請人已經(jīng)觀察到，在上述常規(guī)爐中，為相應(yīng)增加出口的氣體速度而增加流率將會增加爐子入口區(qū)的氣體渦流，具有使這種渦流傳送到預(yù)型件縮頸部分的危險，由此造成拉出纖維直徑的有害變化，并可能吸入感受器放出的石墨粒子，該粒子可能粘附在拉出的光纖表面上。
在常規(guī)石墨感應(yīng)爐中本發(fā)明人觀察到的另一問題涉及配置在感受器四周的隔熱件。上述隔熱件一般是碳或石墨氈材料，形為柔性的可壓縮片，它需要連接于爐中用的剛性支承件。通常這種氈式材料包裹在感受器上，繞許多圈。因此感受器可用作絕熱件的支承件。
本申請人還發(fā)現(xiàn)，上述氈式隔熱材料可能造成一些問題。特別是當(dāng)這些氈式材料為片形，需要在感受器上繞許多圈時，為保持絕熱材料的最好均勻性，必須非常仔細(xì)地執(zhí)行將上述絕熱件包覆在感受器的工作。另外，在將片狀氈裹在感受器上期間，該氈狀料可能放出顆粒物，這種顆粒物在拉制過程的高溫下可能沾污光纖預(yù)型件或光纖。本發(fā)明人已經(jīng)觀察到，如果需要增加絕熱層的絕熱性能，通過增加爐子尺寸便可增加絕熱片的上述卷繞層數(shù)，結(jié)果上述問題變得更為明顯。另外，當(dāng)例如在使用期間由于感受器的損耗而需要更換感受器時，也需要除去繞卷在上面的絕熱件，并將新的絕熱片包卷在新的感受器上。這樣，使感受器-絕熱件組件的特性保持基本恒定便成為一個問題。
本申請人現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，特別是在采用很高流量時，通過控制拉絲爐中調(diào)節(jié)氣進(jìn)入流量以及使連接于上述爐子的上部氣道和下部氣道適當(dāng)?shù)叵嗯浜媳憧蓽p小調(diào)節(jié)氣流中的渦流。
因此本發(fā)明人已開發(fā)出一種特別適于拉伸大預(yù)型件(直徑大于80mm，可高達(dá)例如約130mm的預(yù)型件)的感應(yīng)爐，該感應(yīng)爐可有效地控制通過爐子的調(diào)節(jié)氣流中的渦流和由于外界大氣有害侵入引起的渦流。上述爐子具體是石墨感應(yīng)爐。
本發(fā)明的方法和爐子適合于拉伸直徑大于常規(guī)預(yù)型件的大直徑預(yù)型件，因而可減小插入新預(yù)型件時必須停機(jī)的次數(shù)，并可增加從一個單一預(yù)型件拉出的纖維量，從而減小拉制成本。
另外，應(yīng)用于本發(fā)明爐子的特殊絕熱件使得在爐子的結(jié)構(gòu)、維修以及操作性能的穩(wěn)定性方面得到了改進(jìn)。
本發(fā)明的一個方面涉及將大直徑的光纖預(yù)型件拉成光纖或拉成較小直徑預(yù)型件的方法，上述方法包括以下步驟將上述光纖預(yù)型件經(jīng)連接于上述爐子的上部氣道引入上述拉伸爐；機(jī)械密封上述上部氣道的上部分；將進(jìn)入上述爐子的上述預(yù)型件的底端部加熱到其軟化溫度；將調(diào)節(jié)氣流引入上述上部氣道。
其中，將調(diào)節(jié)氣流引入的步驟包括使進(jìn)入上部氣道的上述調(diào)節(jié)氣流沿著傾斜向下的方向。
上述傾斜向下方向優(yōu)選地與拉伸爐的縱軸線形成小于約45°角，形成約40°～20°角更好，最好形成約30°角。
上述調(diào)節(jié)氣流最好是環(huán)狀的。
按照優(yōu)選實施例，上述爐子還包括連接于上述爐子底部的下部氣道，而上述方法還包括以下步驟使上述氣體從上述爐子主體流到上述下部氣道，然后從上述爐子流到外邊。在上述下部氣道的至少下部分中的調(diào)節(jié)氣流速度具有基本上恒定的梯度或稍許的逐漸增大的梯度。
氣體在上述下部分內(nèi)的速度增量約為進(jìn)入上述下部分內(nèi)的氣體流速的1/10～1/100每毫米上述下部分高度。
本發(fā)明的另一方面涉及將光纖預(yù)型件拉成光纖或拉成另一種較小直徑預(yù)型件的拉伸爐，上述爐子包括爐子主體，具有上端部和下端部，包括至少一個感受器、感應(yīng)線圈和配置在上述感受器和上述感應(yīng)線圈之間的絕熱件；連接于上述爐體上端部分的上部氣道，上述上部氣道包括用于避免大氣進(jìn)入爐子的機(jī)械密封裝置；其中上述上部氣道的上部分包括配氣件，調(diào)節(jié)氣經(jīng)該配氣件均勻引入上部氣道，并迫使該調(diào)節(jié)氣沿向下方向流向上述爐體。
按照優(yōu)選實施例，上述配氣件包括環(huán)形配氣室；連接于上述配氣室的向下傾斜環(huán)形出口，該出口與頂部氣道內(nèi)部流體相通；上述環(huán)形出口形成從上述上部氣道內(nèi)部流向爐子加熱區(qū)的向下傾斜流路。
上述環(huán)形出口相對于爐子縱軸優(yōu)選地形成小于45°的向下傾斜角α，較好的是40°～20°的角度，最好約為30°角。
從調(diào)節(jié)氣體源輸送到上述環(huán)形室的輸送管子最好與上述室相切。
按照特別優(yōu)選實施例，在上述環(huán)形出口內(nèi)徑向配置許多翼片。
多孔過濾器可選擇地配置在上述配氣件內(nèi)，并放在環(huán)形配氣室和向下傾斜環(huán)形出口之間。
本發(fā)明爐子的上部氣道還可選擇地包括支承卡環(huán)，該卡環(huán)可接收和牢固固定光纖預(yù)型件的一端或連接于爐子中上述預(yù)型件的母桿的一端。上述支承卡環(huán)最好可自由地在上述配氣件的頂上滑動。在支承卡環(huán)的內(nèi)壁上最好配置大體環(huán)形的彈性密封件，上述密封件可防止外圍大氣進(jìn)入爐子，同時又能從爐子內(nèi)部經(jīng)上述支承卡環(huán)取出預(yù)型件或母桿，而不會卡在上述密封件上。具體是，上述密封件形成一個密封高度，并包括具有座高度的密封座和兩個相對的密封壁，各個密封壁從密封座伸出，使得座高度與密封高度之比約小于2，最好小于約2～1.4。上述兩個密封壁其厚度最好約1mm。
本發(fā)明另一方面涉及將光纖預(yù)型件拉成光纖或拉成另一種較小直徑預(yù)型件的拉伸爐，該爐子包括爐子主體，具有上端和下端，包括至少一個感受器、感應(yīng)線圈和配置在上述感受器和上述感應(yīng)線圈之間的絕熱件；下部氣道，連接于上述爐子的下端；上述下部氣道包括形成大體為截頭圓錐噴口的圓錐下部，其中上述截頭圓錐噴口的壁與爐子的縱軸線形成約12°～15°的角。
上述角度最好約為14°角。
按照優(yōu)選實施例，上述下部氣道特別適合于連接于包括上述上部氣道的爐子主體下端。
按照優(yōu)選實施例，上述截頭錐形噴口在下部裝有連接于上述噴口下端的擋氣部分，形成一個出氣孔，該孔可調(diào)節(jié)而限制出氣口的尺寸。
本發(fā)明爐子的下部氣道或者作為一個整體或者在其一部分上包括橫截面逐漸減小的內(nèi)壁和外壁，這些內(nèi)外壁共同形成冷卻空間，流體經(jīng)該空間流動而冷卻由上述冷卻空間包圍的下部氣道內(nèi)部。
本發(fā)明的另一方面涉及一種如上所述的拉伸爐，該爐還包括絕熱件，該絕熱件大體為圓筒包覆層，用剛性石墨材料制作，能夠承受自身的重量而不會坍塌在感受器上。上述剛性石墨材料最好用平行于絕熱圓筒包覆層軸線的石墨纖維組成。具體是，上述圓筒包覆層最好是用單片上述剛性石墨材料作的絕熱圓筒，該單片的兩個相對端部被彎曲成保持互相接觸，形成圓筒。上述單片的厚度最好約為45～60mm。
本發(fā)明的另一方面涉及一種如上所述的拉伸爐，該爐的特征在于，感受器的內(nèi)徑大于100mm，最好超過120mm，可達(dá)到約150mm。
在本說明中，當(dāng)提到術(shù)語“拉伸爐”，意在上述爐子可用于將光纖預(yù)型件拉成光纖，或?qū)⒋笾睆降墓饫w預(yù)型件(例如約120mm的預(yù)型件)拉成另一種較小直徑(例如約50mm)的預(yù)型件。
包含在本發(fā)明中并作為其一部分的附圖例示出本發(fā)明的一個實施例，該附圖與說明相結(jié)合可解釋本發(fā)明的原理。
只要可能，所有附圖中的同一編號代表相同或類似的部件。


圖10示意地示出用光纖預(yù)型件拉制光纖102的常規(guī)系統(tǒng)，上述系統(tǒng)通常配置在所謂拉伸塔上。該拉制系統(tǒng)一般包括拉伸爐101，其中光纖預(yù)型件的底部被加熱到軟化溫度；用于測量拉出纖維102直徑的裝置103；冷卻裝置104，用于在涂布光纖前冷卻光纖；涂布裝置105，用于將保護(hù)涂層涂布在光纖上。光纖預(yù)型件一般連接運(yùn)動裝置，以便在拉制光纖時逐漸將預(yù)型件向下移到爐子的加熱區(qū)。涂布裝置包括其中裝有可固化液體樹脂組分(例如尿烷-丙烯酸酯基樹脂)的涂布模具，隨后是紫外線固化裝置106(例如紫外線爐)和裝置107，此裝置用于測量已涂布光纖的直徑以及測量上述涂層的同心性。在需要時可在第一涂布裝置之后配置另一涂布裝置，以便在光纖上再涂一層不同的涂劑。
可在涂布裝置的下游配置牽引輥108，以便可控地從預(yù)型件拉出光纖，再后是收集拉出光纖的卷線輪109。
圖1是沿一個平面截取的高位示意截面圖，該平面穿過本發(fā)明用于拉制光纖的爐子直徑。圖1是不按比例的，沒有詳細(xì)示出爐子的所有部件。該爐子總的包括爐子主體F、上部氣道T和下部氣道B。預(yù)型件通過上部氣道引入爐子主體，當(dāng)預(yù)型件被拉成光纖后，光纖經(jīng)爐子下部氣道出來。
圖2示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例，該圖是沿穿過爐子直徑的一個平面截取的詳細(xì)橫截面圖。爐子主體F包括圓筒形感受器2，該感受器裝在圓筒絕熱件3的內(nèi)部。絕緣件3最好又裝在圓筒石英杯4內(nèi)。兩個環(huán)形石英板25和27保持圍繞感受器2的石英杯4的準(zhǔn)直。最好在感受器2的外表面和絕熱件3的內(nèi)表面之間形成約3mm～5mm的間隙。在絕緣件3的外表面和石英杯4的內(nèi)表面之間最好也形成類似的間隙。形成這些間隙使得更容易裝配爐子主體組件，容易除去和替換爐子的單個部件，而不會牽涉到組件的其它部件。
爐子主體高度被定為與上部氣道和下部氣道一起可包含預(yù)型件的整個長度。爐子主體高度應(yīng)當(dāng)充分高，使得可以加熱預(yù)型件的下端，從而從預(yù)型件拉出光纖，但是也應(yīng)當(dāng)充分短，使得可以避免預(yù)型件其余部分不必要的過熱。該高度約為600～850mm，最好約750mm。
線圈6圍繞石英杯4，與石英杯4的外表面相距約5～6mm的距離。線圈6產(chǎn)生電場，該電場又產(chǎn)生渦流，由此將感受器2加熱到約2200℃的高溫。所有這些主要部件即線圈6、石英杯4、絕熱件3和感受器2均封裝在外殼1內(nèi)。
外殼1用金屬制作，例如用銅、黃銅或最好用鋁制作，該外殼的頂端和底端用環(huán)形端板15和16封閉，各個端板具有居中孔。這些端板和外殼1用例如鋁制作。端板上的孔與上部氣道T和下部氣道B配合。該端板和外殼1的內(nèi)壁1b形成爐子內(nèi)部。
在圖1和2所示的實施例中，外殼1包括兩個壁即外壁1a和內(nèi)壁1b，這兩個壁共同形成環(huán)形冷卻腔12。在所示實施例中，外壁1b的外直徑為620mm，而內(nèi)壁1a的外直徑約580mm，外殼1的高度約740mm。為了冷卻外部外殼1，使冷卻流體流過冷卻腔12。例如，壁1a和1b之間的空間由水流冷卻。冷卻水經(jīng)許多供水管11流入腔12。例如，可沿外殼1的外周配置三個供水管11，每管間隔120°角，冷卻水然后經(jīng)排水管13排出腔12。供水管11和排水管13的數(shù)目最好是相同的，而且供水管11和排水管13配置在外殼1的相對側(cè)，使得冷卻水可均勻冷卻外殼1。
線圈6經(jīng)通道23電連接于高頻電流源(未示出)。線圈6中的電流可導(dǎo)致顯著的電阻加熱。為控制這種熱量，線圈6可用例如銅管制造，使?fàn)t子工作期間冷卻流體例如水可流過線圈6。電流流過線圈6產(chǎn)生的電場在感受器2上感應(yīng)出渦流。最好在裝入線圈的空間43中流過調(diào)節(jié)氣體例如氮?dú)?，以防止絕熱件和/或感受器受到可能的氧化。這種氣體的典型流量約為20～30L/min。供氣管44和排氣管45形成在外殼1上，以便上述氣體流入外殼1，其配置方式與管子11和管子13的方式相同。
將線圈6支承在外殼1內(nèi)部的構(gòu)件不應(yīng)當(dāng)傳導(dǎo)顯著的電流。在圖9所示的實施例中，由絕緣陶瓷材料作的三個腿18分布在外殼1內(nèi)，間隔120°角，用于支承靠近石英杯4(圖9中未示出)的線圈6。在線圈6已由固定線圈的支承件18定中在爐子內(nèi)后，通過調(diào)節(jié)銷釘70可使線圈6的中心軸線準(zhǔn)確準(zhǔn)直爐子的中心軸線，該銷釘插入形成在支承件18上的相應(yīng)垂直槽口中；一當(dāng)達(dá)到準(zhǔn)確準(zhǔn)直，便將各個銷釘例如用螺母固定在支承件18上，由此使線圈固定在此位置?；蛘呷鐖D8所示，可用若干水平槽口72取代支承件18上的垂直槽口，每個水平槽口72配置在線圈銷釘預(yù)定要固定的相應(yīng)高度。采用后一種實施例，安裝和準(zhǔn)直操作一般更為容易，線圈的定中也更為準(zhǔn)確，而且在時間過程中更為穩(wěn)定。
本發(fā)明爐子的感受器2通過用石墨制作。特別是，石墨感受器材料應(yīng)具有相當(dāng)高的熱導(dǎo)率，最好高于約50W/m·k，例如約100W/m·k，以及具有相當(dāng)?shù)偷谋入娮瑁詈眉s為1.0×10-5Ωm或更低。由Morganite公司制造的商標(biāo)為Grede IG110的商品化的優(yōu)選感受器材料的熱特性和電特性列于下面表1。
在優(yōu)選實施例中，感受器2約6mm厚，內(nèi)徑為150mm，可拉伸大直徑預(yù)型件(大到直徑約130mm)。
調(diào)節(jié)氣體從上部氣道進(jìn)入圓筒接受器，從而在爐子內(nèi)形成可控的加熱氣氛，防止感受器表面因爐子外邊空氣偶然進(jìn)入爐內(nèi)而造成的可能氧化。任何惰性氣體均適合作調(diào)節(jié)氣體，包括氦、氬和氮，以氦最佳，但不限于這些氣體。上述調(diào)節(jié)氣體通常進(jìn)入爐子的流量約為15～20L/min。上述調(diào)節(jié)氣體經(jīng)感受器擴(kuò)散進(jìn)入感受器和絕熱件之間的間隙，然后滲入絕熱件。由于上述間隙寬度減小，所以上述間隙內(nèi)的調(diào)節(jié)氣體基本上是靜止的，即在此間隙內(nèi)基本上完全不強(qiáng)制氣體流動。
適合本發(fā)明爐子的絕熱材料也可以是石墨基材料，以便改進(jìn)感受器和絕熱件之間的相容性。該絕熱材料主要在密度(或孔隙率)、熱導(dǎo)率和電阻率方面不同于用作感受器的石墨基材料。具體是，石墨絕熱材料的密度低于約0.4g/cm3，最好低于約0.2g/cm3(相比之下，石墨感受器材料的典型密度至少為1.5g/cm3)。與絕熱材料低密度相關(guān)的是其表觀孔隙率較高，該孔隙率高于約70％，最好高于約85％(而感受器材料孔隙率的典型值約為20％)。由于孔隙率相當(dāng)高，所以上述石墨絕熱材料具有很好的絕熱性。這些材料的熱導(dǎo)率與感受器材料的熱導(dǎo)率相比相當(dāng)?shù)汀＞唧w是，上述熱導(dǎo)率在2000℃的氬氣氛中一般低于約1.5W/m·k，最好低于約1.2W/m·k，而在400℃的氬氣氛中低于約0.6W/m·k，最好低于約0.4W/m·k。為限制與線圈發(fā)生的可能電磁耦合，石墨絕熱材料應(yīng)具有顯著高于感受器比電阻的比電阻，最好約為1.0×10-3Ωm或更高。
商品碳?xì)只蚴珰挚捎米鞅景l(fā)明爐子中的絕熱材料，例如用SGL公司(如Sigratherm KFA5或KFA10)或Union Carbide公司(例如National Grade VDG、Grade WDF或Grade GRI-1)的制品。如前所述，這些氈式材料形成柔性的片，它需要配用剛性支承件。這種氈式材料片的厚度通常約為5～10mm，它包卷在感受器上，包卷的圈數(shù)足以形成要求的絕熱性，而感受器用作絕熱件的支承件。
對于本發(fā)明爐子的絕熱件，最好用剛性石墨絕熱材料，上述材料具有充分的硬度，以便容易成形為自立的圓筒。這些材料通常包括石墨纖維，大多數(shù)纖維沿優(yōu)選方向彼此平行。為達(dá)到充分硬度和承受其自身重量，上述材料在纖維的縱方向應(yīng)具有至少0.1Mpa的抗壓模量，最好至少約為0.5Mpa，并可達(dá)到約10Mpa。特別優(yōu)選約1Mpa的抗壓模量。絕熱圓筒一般用所需厚度的單片板材制作。將片材彎曲形成圓筒，利用焊接或縫線方法使彎曲片材的兩個相對端部彼此保持接觸。由此制成的絕熱圓筒能夠承受自身重量，不會坍塌在感受器上，從而可以在絕熱件和感受器之間保持要求的間隙(最好約3～5mm)。在需要替換感受器圓筒的情況下例如由于感受器受到損耗時，可以容易地從爐子主體上取下上述感受器而不會改變結(jié)構(gòu)的幾何尺寸，由此可保持絕熱圓筒在原處。
具有所需特性的適合材料的例子是Morganite公司生產(chǎn)的(SGL中的)Sigratherm PR-200-16、PR-201-16或PR-202-16、CBCF(碳粘接的碳纖維)以及Union Carbide公司生產(chǎn)的UCAR Graphite RIGIDInsulation。絕熱件3的優(yōu)選材料是CBCF。CBCF很硬，有均勻孔隙，容易加工和裝配。如前所述，這些材料由沿優(yōu)選方向彼此平行配置的石墨纖維組成。在本發(fā)明實施例中，材料被形成為圓筒，使得石墨纖維平行絕熱圓筒的軸線。
本發(fā)明的剛性石墨絕熱圓筒其厚度約為45～60mm，內(nèi)直徑約為150～160mm。按照優(yōu)選實施例，其厚度約為52mm，內(nèi)直徑約為156mm。在下面表2中列出優(yōu)選絕熱材料的某些特性。
石英杯4是一個圓筒石英管，其外直徑約為265～285mm，在例示實施例中約為275mm，它圍繞絕熱件3，并使圓筒感受器2內(nèi)的調(diào)節(jié)氣體與包圍線圈6的調(diào)節(jié)氣體分開，只要這些氣體是不同的。水平石英板25具有中央孔和在其下表面上的三個同心槽。水平石英板27也具有中央孔28和其上表面上的三個同心槽，此板配置在杯4的下端部。感受器2、絕熱件3和杯4的端部均裝在板25和27的同心槽內(nèi)，使得這些部件可相對于其它部件牢固準(zhǔn)確地定位，并可容易地單獨(dú)卸下來。定位感受器2、絕熱件3和杯4的方法可確保造出的爐子一個一個具有一致的性能。在兩個板25和27的中央槽內(nèi)插內(nèi)絕熱件端部上形成的脊部29、30。該環(huán)形脊部29、30同心地準(zhǔn)直圍繞感受器2的絕熱件3。感受器2的端部裝在兩個板25和27的最里面一個同心槽內(nèi)。
孔46穿過石英杯4、絕熱件3和外殼1，使得可以用高溫計測量感受器外表面的溫度，該高溫計經(jīng)通道39進(jìn)入爐子中。由于絕熱件的可加工性，所以很容易在上面穿孔。高溫計測量的溫度可用作反饋參數(shù)來控制爐子的電源。
圖3示出線圈6的截面，該線圈明顯是空心線圈，有孔51。為將線圈6的溫度控制在低于所用材料熔點的溫度，可使冷卻水流過線圈6。
圖4是沿一個穿過上部氣道T直徑的平面截取的該上部氣道T的立視橫截面圖。如圖1所示，上部氣道T提供適于預(yù)型件32的熱環(huán)境和化學(xué)環(huán)境，該預(yù)型件32在進(jìn)入爐子主體之前在制備預(yù)型件期間由母桿35支承。桿35采用例如鉤和鎖閂裝置或銷子等接合裝置連接于預(yù)型件32。如圖1和4所示，上部氣道T包括引入預(yù)型件32的石英套筒33。該石英套筒33最好長到足以在操作過程的起始階段只有預(yù)型件32的下端部鄰接感受器2最熱區(qū)域時包圍整個預(yù)型件32。
石英套筒33的直徑最好大體等于感受器2的直徑，例如在例示實施例中為150mm。套筒33和感受器2的直徑相同可以盡量減小調(diào)節(jié)氣體中的渦流，因為套筒33和感受器2形成平滑的內(nèi)壁。
如圖1所示，環(huán)形分配器34配置在套筒33的上面。分配器的環(huán)形形狀使得可以均勻地將調(diào)節(jié)氣流引入爐子中。任何惰性氣體均適合作調(diào)節(jié)氣體，包括氦、氬和氮，氦是最好的，但不限于這些氣體。應(yīng)用這些調(diào)節(jié)氣體可以確保在爐子主體F的感受器2、上部氣道T和下部氣道B的內(nèi)部形成惰性的不發(fā)生反應(yīng)的氣氛。
圖4是沿一個包含分配器34直徑的平面截取的橫截面詳圖。分配器34一般為圓筒體，該圓筒體形成在頂部圍繞母桿35而在底部圍繞套筒33大體封閉的內(nèi)部。調(diào)節(jié)氣體引入到此內(nèi)部，在該處氣體向下流入爐子主體F感受器的內(nèi)部，然后從下部氣道B流出。分布器34基本上用不銹鋼制作，最好用鋁制作。
在圖4和5所述的實施例中，分布器34包括連接環(huán)105、調(diào)節(jié)氣體分配件37和用于在爐子操作期間支承母桿35的支承環(huán)38。連接環(huán)固定在套筒33四周，包括上表面105a，該表面上固定于調(diào)節(jié)氣體分配件37。在連接環(huán)上配置與套筒33接觸的密封件116。
調(diào)節(jié)氣體分配件37包括分配箱頂部103，該頂部具有上表面103a，在爐子操作期間支承環(huán)38可滑動地置于該表面上。下面更詳細(xì)說明連接環(huán)105、調(diào)節(jié)氣體分配件37和支承環(huán)38。
調(diào)節(jié)氣體分配件37的分配箱底部104用螺釘固定于連接環(huán)105。分配箱頂部103用螺釘連接于分配箱底部104。分配環(huán)107位于分配箱底部104和分配箱頂部103之間，上述分配環(huán)107通過其翼片靠在分配箱底部104。環(huán)形分配室109形成在分配箱底部104和連接環(huán)105之間。
參考圖5，該圖是分配器34的平面橫截面圖，使調(diào)節(jié)氣體(從未示出的外部輸氣系統(tǒng)進(jìn)入)經(jīng)兩個管子29進(jìn)入分配室109。該管子29與分配室109相切。管子29的切向進(jìn)入可使調(diào)節(jié)氣體基本上無渦流地進(jìn)入分配室109。分配室109起貯存室作用，可消除進(jìn)入室122氣流的不均勻性。
如果需要，可設(shè)置多孔過濾器106，形成分配室109內(nèi)部的內(nèi)壁。在進(jìn)入室122之前，調(diào)節(jié)氣體穿過上述選擇性過濾器106，上述過濾器還可改進(jìn)調(diào)節(jié)氣體流動的均勻性。適于用作過濾器106的過濾器包括金屬纖維作的過濾器，但不限于此種過濾器，該金屬纖維可為FIBERME1AO系列過濾器，由MEMTEC公司(Memtec Applied Mechanics，1750 MemtecDrive，Deland，F(xiàn)lorida，USA)制作。
調(diào)節(jié)氣體通過選擇性過濾器106后，分配環(huán)107平滑地偏轉(zhuǎn)其流向。分配環(huán)的錐形下表面加上分配箱底部104形成傾斜向下的環(huán)形通道110。調(diào)節(jié)氣體沿路徑150流過該通道。因此調(diào)節(jié)氣體流轉(zhuǎn)到向下流向套筒33。為盡量減小調(diào)節(jié)氣體流中的渦流，本申請人已發(fā)現(xiàn)，環(huán)形通道110應(yīng)當(dāng)與爐子縱軸線至少成45°角，最好成40°～20°角，約30°的α角是特別優(yōu)選的。如角度α大于45°，則氣流充分地轉(zhuǎn)到朝下流，特別是在高流量的情況下，很可能由于進(jìn)入上部氣道氣流有過大的徑向分量而造成有害的氣體渦流。另一方面，就過程動力學(xué)而言需要0°角(即平行于爐子縱軸線的軸向氣流)，但難于通過裝置來實現(xiàn)，因為在這種情況下，分配件相對于上部氣道的其余部分應(yīng)具有減小的橫截面。
本申請人已注意到，當(dāng)在本發(fā)明的爐子中應(yīng)用高流量的調(diào)節(jié)氣體(例如約100標(biāo)準(zhǔn)升/分或更高)，而上述氣流入口配置成與爐子的縱軸線形成30°角時，氣體中有害程度的渦流不會傳送到預(yù)型件的拉絲區(qū)域。
調(diào)節(jié)氣體還沿路徑150在翼片108之間流動，該翼片徑向配置在上述環(huán)形通道110內(nèi)。最好對應(yīng)上述通道的出口。在通道110出口配置上述翼片有助于顯著消除氣流中的環(huán)狀旋流分量。
分配環(huán)107其上表面還可選擇地成形為錐形，使得少量氣體可以流過由分配環(huán)107上表面和分配箱頂部103形成的向上傾斜環(huán)形路徑152，然后流入室122。這種選擇性調(diào)節(jié)氣體流152應(yīng)當(dāng)是很低流量的，以避免在上部氣道中產(chǎn)生任何氣體渦流，該氣流152在上部氣道中產(chǎn)生氣體緩沖作用，該緩沖氣體壓力大于外界大氣壓力，由此可進(jìn)一步防止(除下面說明的機(jī)械密封件114防止)外部空氣進(jìn)入室122，進(jìn)而進(jìn)入套管33。
支承件38的支承法蘭102可在分配箱頂部103的上表面103a的上面滑動。密封環(huán)101用螺釘連接于支承法蘭102。套筒112插入支承法蘭102內(nèi)表面內(nèi)的通道內(nèi)。套筒112用低摩擦材料最好用聚四氟乙烯(例如Teflon)制作，以減少預(yù)型件32和支承件38內(nèi)表面之間的摩擦力。套筒112的直徑定為可以牢固固定母桿35，該母桿起預(yù)型件32把手的作用，或者在拉制期間該預(yù)型件32可由該母桿35支承。因此在爐子操作期間支承件38可以準(zhǔn)確地導(dǎo)向母桿35和預(yù)型件32。在爐子操作期間可利用支承件38來水平移動母桿35和預(yù)型件32，以便防止預(yù)型件32和母桿35在爐子操作期間碰到分配器34的任何部分。改變套筒112便可接納不同直徑的預(yù)型件和母桿。從支承件38伸向外邊的母桿用例如卡盤(未示出)鎖住，該卡盤牢固地卡住預(yù)型件。預(yù)型件在拉絲操作期間可向下移動，使得可以將預(yù)型件的熔化區(qū)域穩(wěn)定地定位在爐子中。
密封件114裝在密封環(huán)101內(nèi)壁的通道內(nèi)。密封件114維持爐內(nèi)的惰性氣氛。常規(guī)密封件(例如Advanced的EnerSeal密封件)在其頂表面具有淺凹槽，所以常常在母桿35或預(yù)型件32上施加過大的密封力。當(dāng)使用這種常規(guī)密封件時，經(jīng)常發(fā)生，在提升預(yù)型件32時支承件38可能通過上述密封件保持與預(yù)型件緊緊接觸，并相對于調(diào)節(jié)氣體分配件37上升。在進(jìn)一步提升預(yù)型件時，這種支承件很可能由上述密封件突然松開，使得預(yù)型件落在調(diào)節(jié)氣體分配件37上，因而可能損壞下面的分配件37。
密封件114應(yīng)被設(shè)計成可將足夠的密封力作用在母桿35或預(yù)型件32上，以防止大氣進(jìn)入室122。然而密封件在徑向應(yīng)比常規(guī)密封件更有彈性，使得可以平滑地從支承件38中抽出母桿35或預(yù)型件32。將密封件成形為Y形結(jié)構(gòu)便可增加密封件114的附加彈性，如圖7所示，在密封件114上形成Y形結(jié)構(gòu)的座115比常規(guī)密封件中的深。具體是，當(dāng)密封件壁116的厚度約為1mm時，高度H2與密封件總高度H1之比小于約2，最好約在2～1.4之間。所示的實施例中，密封件114的壁厚約1mm，密封件的總高度約10mm，而從座子115開始的高度約為5.8mm。上述密封件用可耐爐子高溫的惰性彈性材料制作。最好應(yīng)用氟橡膠例如Viton制作。
如圖1示意示出和圖2詳細(xì)示出的，下部氣道B連接于爐子主體F的下部。下部氣道B包括凸出于爐子底部的水冷圓筒管40。該圓筒管40的內(nèi)部分用石英管制造。錐部41也可以是水冷的，連接于圓筒40的下端。錐形氣門42連接于錐部41的下部分。氣門42由分開的兩半組成，在開始拉伸操作時是間隔開的，以形成較大通道，便于通過預(yù)型件的開始時的玻璃液滴。在拉伸過程期間，氣門的兩半靠近配置，從而在下部氣道的底部形成約20mm直徑的出口。
采用常規(guī)恒定橫截面的下部氣道時，當(dāng)調(diào)節(jié)氣體流過下部氣道時調(diào)節(jié)氣體中可能存在的渦流可能造成光纖直徑的不希望的波動。下部氣道B端部分的錐部41的錐形使得通過調(diào)節(jié)氣體的橫截面積逐漸變化。因此當(dāng)調(diào)節(jié)氣體流過下部氣道B時其速度也逐漸變化，從而將渦流減小到最小。調(diào)節(jié)氣體平滑地流過下部氣道可以盡可能減小纖維直徑的有害波動。
因為氣門42形成很窄的調(diào)節(jié)氣體通道，所以錐部41特別適于減小由于氣體碰在氣門阻擋部分上產(chǎn)生氣體再循環(huán)所形成的氣體渦漩，從而避免形成氣體渦流。利用圖6和圖6A的流路圖可以明顯看出這種效果。圖6示出氣體流過本發(fā)明下部氣道一個實施例的流路。所有流路均會聚于下部氣道的出口。流動是有序的，幾乎沒有渦流。
圖6A示出氣體流過常規(guī)下部氣道的流路，該下部氣道沿其高度具有基本上恒定的直徑，而且在氣門處的出口直徑顯著小于氣門緊上面氣道的直徑。如圖所示，氣流中在氣流的側(cè)部分可能產(chǎn)生渦流，這種渦流將會導(dǎo)致在爐子內(nèi)形成有害的氣體渦漩。
事實上，調(diào)節(jié)氣體流過下部氣道的錐部分41其中的速度是逐漸增加的，因此逐漸達(dá)到流出下部氣道的要求的出口速度，在下部氣道內(nèi)不產(chǎn)生任何渦流。因此，上述下部氣道的上述錐形使得調(diào)節(jié)氣體可以形成基本上恒定的速度梯度或稍微增加的速度梯度。
氣體在上述錐部分41內(nèi)的速度增量最好為流入上述錐部內(nèi)氣體流速的約1/10～1/100每毫米上述錐部高度。例如，以流速0.2m/s流入高度約180mm錐部的調(diào)節(jié)氣體在上述錐部的出口處(即氣門42的入口處)的流速將達(dá)到約1.25m/s。
為產(chǎn)生上述調(diào)節(jié)氣體的速度梯度，使下部氣道的錐形端部與爐子的縱軸線形成約12°～16°的傾斜角，最好形成約14°的角。低于12°的角度雖然對于更平穩(wěn)增加調(diào)節(jié)氣體速度更可取，然而如要出口直徑保持不變這要求很長的下部氣道錐形部分(由此不利地增加拉伸塔的高度)，或者如要錐部的長度保持不變則要增加出口直徑(由此不利地減小出口速度和氣體壓力)。另一方面，大于16°的角度則更容易在流過下部氣道的調(diào)節(jié)氣體中產(chǎn)生有害的渦流。
當(dāng)流過氣門42時，調(diào)節(jié)氣體的速度進(jìn)一步增加，其梯度更陡。因而氣體壓力增加，這樣便可避免不希望有的外部大氣上升氣流進(jìn)入爐子。
下部氣道的錐形端部41其高度約在100～250mm之間，最好約為175mm。氣門42的高度約為60～90mm，最好約為75mm。
氣門42可沿垂直于預(yù)型件長軸的方向滑動，以便在拉伸初始階段通過熔化物。
當(dāng)位于此打開位置，在氣門42的兩半之間存在間隙。一當(dāng)熔化物已流過氣門42，便可使這兩半滑動，合在一起，形成錐部41的延伸部以及氣門底部的開口，該開口可以小到緊緊包圍拉出的光纖。
本專業(yè)技術(shù)人員可以明顯看出，在本發(fā)明的感應(yīng)爐上以及此爐的結(jié)構(gòu)上可以進(jìn)行各種變型和改變而不超出本發(fā)明的范圍和精神。例如，具體用于石墨感應(yīng)爐的上、下氣道也可用于二氧化鋯感應(yīng)爐上。技術(shù)人員可以根據(jù)對本文件說明的理解以及本發(fā)明的實踐明顯看出本發(fā)明的其它實施例。
權(quán)利要求
1.一種將大直徑光纖預(yù)型件拉成光纖或拉成較小直徑預(yù)型件的方法，上述方法包括以下步驟將上述光纖預(yù)型件通過上部氣道引入拉伸爐，該上部氣道連接于上述爐子；機(jī)械密封上述上部氣道的上部分；加熱放入爐子中的上述預(yù)型件的底端，加熱到其軟化溫度；將調(diào)節(jié)氣流引入上述上部氣道；其中，將調(diào)節(jié)氣流引入的步驟包括使進(jìn)入上述上部氣道的上述調(diào)節(jié)氣流沿著傾斜向下的方向。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，上述傾斜向下方向與拉伸爐的縱軸線形成小于45°的角度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，上述傾斜向下方向與拉伸爐的縱軸線形成40°～20°的角度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，上述爐子還包括連接于上述爐子底部的下部氣道，上述方法還包括使上述氣體從上述爐子主體流到上述下部氣道，然后流出上述爐子，至少在上述下部氣道下部分內(nèi)的調(diào)節(jié)氣體流速具有基本上恒定的或稍微增加的梯度。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在上述下部分內(nèi)的氣體流速增量約為進(jìn)入上述下部分氣體流速的1/10～1/100每毫米上述下部分高度。
6.一種將光纖預(yù)型件拉成光纖或拉成另一種較小直徑預(yù)型件的拉伸爐，上述爐子包括爐子主體，具有上端和下端，包括至少一個感受器、感應(yīng)線圈和配置在上述感受器和上述感應(yīng)線圈之間的絕熱件；上部氣道，連接于上述爐子主體的上端，上述上部氣道包括阻止外圍空氣進(jìn)入爐子的機(jī)械密封件；其中，上述上部氣道的上部分包括分配件，調(diào)節(jié)氣體可經(jīng)該分配件均勻進(jìn)入上部氣道，并受迫沿向下方向流向爐子主體。
7.如權(quán)利要求6所述的拉伸爐，其特征在于，上述向下方向與拉伸爐的縱軸形成小于45°的角度。
8.如權(quán)利要求6所述的拉伸爐，其特征在于，上述向下方向與拉伸爐的縱軸形成約40°～20°的角度。
9.如權(quán)利要求6所述的拉伸爐，其特征在于，上述分配件包括環(huán)形分配室；向下傾斜的環(huán)形出口，連接于上述環(huán)形室并與上部氣道內(nèi)部流體相通；上述環(huán)形出口形成向下傾斜的氣流路徑，該路徑從上部氣道通向爐子的加熱區(qū)。
10.如權(quán)利要求9所述的拉伸爐，還包括從調(diào)節(jié)氣體源到上述環(huán)形室的輸氣管，上述輸氣管相切于上述室。
11.如權(quán)利要求9所述的拉伸爐，其特征在于，許多翼片沿徑向配置在環(huán)形出口內(nèi)。
12.如權(quán)利要求9所述的拉伸爐，其特征在于，多孔過濾器配置在分配件內(nèi)，位于環(huán)形分配室和向下傾斜環(huán)形出口之間。
13.如權(quán)利要求9所述的拉伸爐，其特征在于還包括支承環(huán)，該環(huán)適于接收和牢固固定插入爐中的光纖預(yù)型件的一端或連接于上述預(yù)型件的母桿的一端。
14.如權(quán)利要求13所述的拉伸爐，其特征在于，上述支承環(huán)可自由地在分配件的頂上滑動。
15.如權(quán)利要求13所述的拉伸爐，其特征在于，大體環(huán)形彈性密封件配置在支承環(huán)的內(nèi)壁上，上述密封件可防止外面大氣進(jìn)入爐子中，同時還允許從爐子內(nèi)部經(jīng)該支承環(huán)取出預(yù)型件或母桿而不卡在上述密封件上。
16.如權(quán)利要求15所述的拉伸爐，其特征在于，上述密封件形成密封高度，包括具有座高度的密封座和兩個密封壁，各個密封壁從密封座伸出，座高度與密封件高度之比小于2，最好在約2～1.4之間。
17.如權(quán)利要求7所述的拉伸爐，還包括連接于上述爐子下端的下部氣道，上述下部氣道包括至少一個下部分，該下部分在垂直于縱軸線的平面上的橫截面積從下部氣道的頂部到底部逐漸減小。
18.如權(quán)利要求17所述的拉伸爐，其特征在于，上述下部氣道包括至少一個錐形下部分，形為大體截頭圓錐形噴口，上述截頭圓錐噴口的壁與爐子的縱軸線傾斜約12°～16°角。
19.如權(quán)利要求18所述的拉伸爐，其特征在于，上述截頭圓錐形噴口的高度約為200～300mm。
20.如權(quán)利要求18所述的拉伸爐，其特征在于，上述截頭圓錐形噴口的底端具有連接于上述噴口的氣門部分，該氣門部分形成一個出口，該出口可被調(diào)節(jié)而控制該出口的大小。
21.如權(quán)利要求18所述的拉伸爐，其特征在于，下部氣道還包括內(nèi)壁和外壁，這些壁共同形成冷卻空間，冷卻流體可經(jīng)該空間循環(huán)而冷卻由上述冷卻空間包圍的下部氣道內(nèi)部。
22.如權(quán)利要求1所述的拉伸爐，其特征在于，上述絕緣件是硬的石墨材料作的，成形為大體空心圓筒件，該圓筒件能夠承受自身的重量而不會坍塌在感受器上。
23.如權(quán)利要求22所述的拉伸爐，其特征在于，上述硬石墨材料由取向平行于圓筒件軸線的石墨纖維構(gòu)成。
24.如權(quán)利要求22所述的拉伸爐，其特征在于，上述圓筒件用單片上述硬石墨材料制作，彎曲該片的兩個相對端部，使其彼此保持接觸，從而形成圓筒。
25.如權(quán)利要求24所述的拉伸爐，其特征在于，上述單片硬石墨材料的厚度約45～60mm。
26.如上述權(quán)利要求中任一項所述的拉伸爐，其特征在于，感受器的內(nèi)直徑大于100mm。
全文摘要
提出一種可拉伸直徑高達(dá)130mm大直徑預(yù)型件的感應(yīng)爐,該爐包括在爐子操作期間由惰性調(diào)節(jié)氣體包圍整個預(yù)型件的上部和下部氣道;該調(diào)節(jié)氣體進(jìn)入上部氣道,向下流過爐子主體和下部氣道而不產(chǎn)生顯著紊流。在上部氣道內(nèi)的分配環(huán)可將氣流方向從周邊方向變成向下方向。上部氣道還包括可松開地固定預(yù)型件頂部的彈性密封件。下部氣道具有均勻減小的可防止在爐子出口形成紊流的橫截面積。爐子絕熱件最好是硬的自持石墨圓筒。還申請和公開一種用這種爐子拉伸大直徑預(yù)型件的方法,將該預(yù)型件或者拉成光纖或者拉成較小直徑預(yù)型件。
文檔編號C03B37/02GK1354731SQ00808618
公開日2002年6月19日 申請日期2000年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月10日
發(fā)明者賈科莫·S·羅巴, 馬西莫·努蒂尼, 佛朗哥·韋羅內(nèi)利 申請人:皮雷利·卡維系統(tǒng)有限公司