一种光纤拉丝炉及光纤拉丝方法与流程

本发明涉及光纤生产设备技术领域，特别涉及一种光纤拉丝炉及光纤拉丝方法。

背景技术：

光纤的拉丝是将大直径的光纤预制棒在线熔融并拉制成直径符合要求的光导纤维。对光纤预制棒进行熔融的加热装置(通常成为拉丝炉)是拉丝工艺最关键的设备之一，该设备直接影响着光纤的多项技术指标，如裸光纤的直径波动、光纤断点率、衰减、pmd及光纤几何参数等。

目前工艺上常用的光纤拉丝炉有两种：直流电阻加热炉和交流感应加热炉。其中，直流电阻加热炉的主要工作原理是：低阻值石墨加热体通入直流电加热，通过热传导加热石墨中心管，再热传导给预制棒，预制棒被加热到熔融状态后再拉制成光纤。直流电阻加热往往存在技术问题：(1)当预制棒棒径变大，需要的加热功率和加热体尺寸也要随着变大，在电源电压一定的情况下加大功率需要减少加热器的阻值，而加热体尺寸变大又会造成阻值变大，就是说电阻加热炉尺寸存在极值，在必须保证加热炉一定功率的情况下，不利于炉体体积的小型化；(2)由于加热预制棒需要经过石墨加热体和石墨中心管的两层热传导，能量损失大，不利于提高能源利用率和节约能源消耗。交流感应加热炉的主要工作原理是：(水冷)铜质螺旋线圈通入中频交流电，产生交变的感应磁场，优质导电体石墨中心管在交变感应磁场中产生的涡流发热被加热，热传导给预制棒，预制棒被加热到熔融状态后再拉制成光纤。尽管交流感应加热炉不存在电阻增大导致的炉体尺寸极值问题，但确存在以下技术缺陷：(1)铜线圈的电阻损耗使得加热装置效率降低，有实践证明某些情况下加热效率只能达到50％-60％；(2)为防止线圈加热炉壳等部件而导致的过多能耗，往往需要设计复杂的结构。这是因为，在线圈外侧与不锈钢炉壳之间需要采取几个措施来防止线圈加热炉壳：两者之间的必须保证足够的安全距离，越远越好，最好不小于线圈的内径；在炉壳内壁增加隔磁装置，以上都会造成拉丝炉体积大，空腔多，又引来成本增加、炉体热量保温工作难度增加，同时由于炉体体积变大，需要使用较多的工艺气体，不利于热场的稳定。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种光纤拉丝炉及光纤拉丝方法。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种光纤拉丝炉，包括炉体、隔热体、加热体、驱动旋转装置以及加热器，所述隔热体设于所述炉体内并包裹所述加热体，所述驱动旋转装置用于驱动所述加热体旋转，所述加热器设于所述炉体外围，所述加热器包括加热线圈，光纤拉丝时光纤预制棒穿过所述加热体内部的中空空间进行拉制。

优选地，所述驱动旋转装置包括：中空旋转台和驱动电机，所述加热体设于所述中空旋转台上，所述驱动电机用于驱动所述中空旋转台带动所述加热体旋转。

优选地，所述驱动旋转装置还包括plc控制系统。通过该plc控制系统可以根据预设要求控制驱动电机驱动中空旋转台进行相应旋转，并可以根据光纤预制棒拉丝的相关要求调节旋转速度等，便于实现对光纤拉丝炉的实时调节控制。

优选地，所述加热线圈为高温超导体材质线圈，由于其良好的超导性能，在一定温度下通电后变为一个超导磁体，形成一个强磁场，由所述加热体与所述加热线圈的相对运动，超导线圈的强磁场与所述加热体的磁场共同作用，最终形成一个强交变磁场；所述光纤拉丝炉还设有制冷机，所述制冷机用于为所述加热线圈制冷降温，使得满足超导线圈的工作温度。

优选地，所述加热线圈为螺旋管形。

优选地，所述加热器固定于支架上。

优选地，所述加热器与直流电源连接。由于不用接通交流电光纤拉丝炉自身就可以形成能够产生电磁感应涡流加热的交变磁场，所述加热器可以直接通入直流电，将所述加热器与直流电源连接，降低了电力成本。

另一方面，提供了一种根据前述方案的光纤拉丝炉的光纤拉丝方法，包括：

在光纤拉丝炉开启之前，作好光纤拉丝前的准备工作，包括光纤拉丝炉内部的惰性气体通入工作以及密封工作；

开启光纤拉丝炉，开启加热器进行加热；

开启驱动旋转装置，炉体内的加热体在驱动旋转装置的驱动进行旋转；

当测定光纤拉丝炉内的拉丝条件符合要求时，进行光纤预制棒的拉丝。

优选地，开启驱动旋转装置，炉体内的加热体在驱动旋转装置的驱动进行旋转，包括：

开启驱动旋转装置，在plc控制系统的控制下，驱动电机驱动中空旋转台带动加热体进行旋转。

优选地，所述光纤拉丝方法还包括：

开启制冷机，将所述加热器的加热线圈制冷至预设加热温度。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)该中光纤拉丝炉在光纤拉丝过程中，加热器与光纤预制棒完全分离，可以减少炉体(金属容器或炉壳)的尺寸，因为炉体需要保证密封性，对加工的精度要求很高，较小尺寸的炉体可以减少炉体的材料和降低炉体的制造加工难度。

(2)较小的炉腔，通入少量惰性保护气体就可以保护石墨件高温下烧损，减少石墨件和气体的消耗，降低成本；

(3)较小体积的拉丝炉可以保证热量的均匀分布和及时响应，形成均匀的热场；

(4)由于可以根据需求通过调节相应装置及时调整炉温等性能指标，这种拉丝炉加热器形成的磁场较传统的拉丝炉更均匀，这样形成的热场也更均匀稳定，有利于光纤生产的稳定；

(5)相同工况下，这种拉丝炉相比原来的拉丝炉节约至少30％电耗，电能源利用率提升到90％以上，减少了能源消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的光纤拉丝炉的结构示意图。

附图标记说明：

1-炉体，2-隔热层，3-加热体，4-驱动旋转装置，5-加热器，6-光纤预制棒。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明关于“正下方”、“上”等方向上的描述均是基于附图所示的方位或位置的关系定义的，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所述的装置必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例提供了一种光纤拉丝炉，由于该光纤拉丝炉这种结构设置，将加热器设置在炉体外部，并通过驱动加热体旋转形成稳定的强磁场，与炉体外部的加热线圈共同作用，即便在通入直流电源时也可以实现电磁感应的涡流加热，从而在炉体内形成相对稳定又可调的热场。该光纤拉丝炉一方面减小了炉体体积，简化了结构，使得通入的惰性气体量减少，减少了能耗，节约了成本；另一方面，这种光纤拉丝炉结构同时还能形成均匀而稳定的热场，提高了光纤生产的稳定性，便于生产性能良好的光纤，可广泛应用于光纤生产技术领域中。

下面将结合具体实施例及附图对本发明实施例提供的光纤拉丝炉及光纤拉丝方法作进一步描述。

图1是本发明实施例提供的光纤拉丝炉的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的光纤拉丝炉，包括炉体1、隔热体2、加热体3、驱动旋转装置4以及加热器5，由内到外依次是：加热体3、隔热体2和炉体1。光纤拉丝时光纤预制棒6穿过加热体3内的中空空间进行拉制。优选地，加热体3采用高纯石墨材质的加热体，因为其具有耐高温、电阻小的特性，加热体3也可以由现有技术中其他任何可能的材料制成，本发明实施例不对其加以特别限制。另外，隔热体2设于炉体1内并包裹加热体3，起到隔热保温的作用，优选地隔热体2由碳纤维断热材制作而成，隔热体2也可以由现有技术中其他任何可能的材料制成，本发明实施例不对其加以特别限制。优选地，炉体1为非金属材质，具有耐高温、绝缘、不导磁的特性，同样地炉体1也可以由现有技术中其他任何可能的材料制成，本发明实施例不对其加以特别限制。炉体1、隔热体2和加热体3共同组成了光纤拉丝炉的加热室，在进行光纤拉丝时，该加热室通入相应的惰性气体以确保内部满足要求的气体氛围，并处于密封状态。优选地，加热室内通入氩气(ar)、氦气(he)、氮气(n)等惰性保护气体。

驱动旋转装置4用于驱动加热体3旋转，优选地，驱动旋转装置4包括：中空旋转台和驱动电机，中空旋转台内部具有一中空结构，中空旋转台保持与炉体同轴地安装在炉体1的正下方，加热体3设于中空旋转台上，驱动电机用于驱动中空旋转台带动加热体旋转。在另一种实施方式中，为了便于整体结构设置或保障炉体1内的密封性，也可以采用以下结构设置方式：将由炉体1、隔热体2、加热体3组成的加热室整体安装在中空旋转台上，并保证在旋转时炉体1、隔热体2和加热体3一起与中空旋转台发生同轴旋转。进一步优选地，驱动旋转装置还包括plc控制系统(图中未示出)。通过该plc控制系统可以根据预设要求控制驱动电机驱动中空旋转台进行相应旋转，并可以根据光纤预制棒拉丝的相关要求调节旋转速度等，便于实现对光纤拉丝炉的实时调节控制。

加热器5设于炉体1外围，优选地加热器5固定于支架(图中未示出)上。具体地，加热器5包括加热线圈。优选地，加热线圈为螺旋管形，另外优选地，加热线圈为高温超导体材质线圈，即线圈由高温超导体(hts)材料制成，由于其良好的超导性能，在一定温度下通电后变为一个超导磁体，形成一个强磁场，由加热体3与加热线圈的相对运动，超导线圈的强磁场与加热体3的磁场共同作用，最终形成一个强交变磁场，由该交变磁场产生电磁感应的涡流加热，热传导至加热体3，从而实现光纤预制棒6的拉丝工序。为了满足上述超导线圈的工作温度要求，除了加热器5与炉体1内加热体3中间布置的隔热体2和炉体1可以防止拉丝产生的热量影响超导线圈外，光纤拉丝炉的相应位置还设有制冷机，制冷机用于为超导线圈制冷降温，使得满足超导线圈的工作温度。

另外，优选地，由于不用接通交流电光纤拉丝炉自身就可以形成能够产生电磁感应涡流加热的交变磁场，加热器可以直接通入直流电，将加热器与直流电源连接，降低了电力成本。

综上所述，本发明实施例提供的光纤拉丝炉通过将包含加热线圈的加热器设置在炉体外部，并通过驱动旋转装置驱动炉体内的加热体旋转，由于具有良好导电性的加热体随着旋转，与外部加热线圈共同作用形成交变的磁场，内部产生涡流发热被加热，从而实现光纤拉丝工作。基于这种结构的光纤拉丝炉至少可以实现以下三种调节：(1)通过调整加热器与加热室的相对位置可以便捷的实现对热区的调整；(2)由于加热体旋转速度越大产生的交变磁场频率越高，对被加热物体感应加热渗透的距离就小，从而可以通过调节旋转速度来调节控制加热的范围；(3)根据光纤拉丝工艺所需工艺条件，包括工艺温度和工艺气体等指标，综合调节加热器功率、加热体旋转速度、加热器与加热室相对位置关系以及通入惰性气体量等指标，在拉丝炉内形成较均匀的磁场，这样形成的热场也更均匀稳定，有利于维持光纤拉丝工序的稳定。

另外，本发明实施例还提供了一种利用上述方案所述的光纤拉丝炉的光纤拉丝方法，包括以下步骤：

在光纤拉丝炉开启之前，作好光纤拉丝前的准备工作，包括光纤拉丝炉内部的惰性气体通入工作以及密封工作；

开启光纤拉丝炉，开启加热器进行加热；

开启驱动旋转装置，炉体内的加热体在驱动旋转装置的驱动进行旋转；

当测定光纤拉丝炉内的拉丝条件符合要求时，进行光纤预制棒的拉丝。

在一优选实施方式中，开启驱动旋转装置，炉体内的加热体在驱动旋转装置的驱动进行旋转，这一过程按如下方式进行：

开启驱动旋转装置，在plc控制系统的控制下，驱动电机驱动中空旋转台带动加热体进行旋转。

另外，当加热器的加热线圈采用高温超导体材质线圈时，为了对加热器的加热线圈进行制冷降温，上述光纤拉丝方法还包括：

开启制冷机，将加热器的加热线圈制冷至预设加热温度。

本发明实施例提供的光纤拉丝炉及光纤拉丝方法具有以下有意效果：

(1)该中光纤拉丝炉在光纤拉丝过程中，加热器与光纤预制棒完全分离，可以减少炉体(金属容器或炉壳)的尺寸，因为炉体需要保证密封性，对加工的精度要求很高，较小尺寸的炉体可以减少炉体的材料和降低炉体的制造加工难度。

(2)较小的炉腔，通入少量惰性保护气体就可以保护石墨件高温下烧损，减少石墨件和气体的消耗，降低成本；

(3)较小体积的拉丝炉可以保证热量的均匀分布和及时响应，形成均匀的热场；

(4)由于可以根据需求通过调节相应装置及时调整炉温等性能指标，这种拉丝炉加热器形成的磁场较传统的拉丝炉更均匀，这样形成的热场也更均匀稳定，有利于光纤生产的稳定；

(5)相同工况下，这种拉丝炉相比原来的拉丝炉节约至少30％电耗，电能源利用率提升到90％以上，减少了能源消耗。

需要说明的是：上述实施例提供的光纤拉丝炉在进行光纤拉丝工作时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的光纤拉丝方法与光纤拉丝炉实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。