Индукционная печь для получения оптического волокна Советский патент 1991 года по МПК C03B37/00 

е

Изобретение относится к устройствам нагрева, применяемым, в частности, при производстве оптического волокна. Изобретение направлено на повышение надежности и долговечности печи путем снижения перепада температур в нагревательном элементе в радиальном направлении. В индукционной печи для получения оптического волокна нагреватель выполнен с распределением удельного электрического сопротивления по толщине, определяемым по формуле /5 (г) . +1,6 г+МО 2, где г - радиальная координата, м. 5 ил.

Изобретение относится к устройствам нагрева, применяемым, в частности, при производстве оптического волокна.

Целью изобретения является повышение надежности и долговечности печи за счет снижения перепада температур в нагревательном элементе в радиальном направлении.

На фиг. 1 представлена индукционная циркониевая печь для вытяжки оптического волокна; на фиг. 2 - график распределения удельного электрического сопротивления стабилизированного диоксида циркония внутри стенки нагревательного элемента (НЭ): прямая 1 отражает постоянное значение удельного электрического сопротивления в НЭ в радиальном направлении, а кривая 2 - распределение, предложенное в данном изобретении; на фиг. 3 - графики расчетных радиальных распределений источников тепла в НЭ при индукционном нагреве: кривая 1 соответствует постоянному по толщине НЭ удельному электрическому сопротивлению, а прямая 2 - переменному (см. кривая 2 на фиг. 2): оба распределения рассчитаны для поперечного сечения, расположенного на середине высоты НЭ; на фиг. 4 - графики радиальных распределений температуры в НЭ для поперечного сечения, расположенного на середине его высоты: кр вая 1 соответствует НЭ с постоянным по толщине стенки значением удельного электрического сопротивления, а кривая 2 - для НЭ с предложенным в изобретении распределением (кривая 2 на фиг. 2);расчет произведен для НЭ из стабилизированного диоксида циркония в виде полого цилиндра высотой 0,1 м, с толщиной стенки 0,004 м при внутреннем радиусе 0,018 м для диапазона температур, соответствующего минимуму термомеханической прочности; в сл учае радиального распределения удельо со о

CJ

со

ного члекфического сопротивления, соответствующего кривой 2 на фиг. 2. перепад температур уменьшается не менее чем на 10 К; на фиг. 5 - расчетная вероятность разрушения НЭ из стабилизированного диоксида циркония в зависимости от перепада температур ДТ В случае перехода от распределения температуры, заданного кривой 1, к распределению температуры, заданного кривой 2 (см. фиг. 4) вероятность разруше- ния снижается с 0,75 до 0,27.

Нагревательный элемент 1 в виде полого цилиндра установлен между фиксирующими втулками 2 и окружен теплоизоляцией 3. Теплоизоляцию удерживает кварцевый стакан 4. который охвачен индуктором 5. Вся конструкция размещена внутри медного водоохлаждаемого корпуса 6, служащего одновременно экраном высокочастотного поля индуктора. НЭ имеет внутренний п и наружный Г2 радиусы соответственно.

Нагревательный элемент из стабилизированного диоксида циркония в виде полого цилиндра с предложенным в изобретении распределением удельного электрического сопротивления изготавливают наплавлени- ем в струе низкотемпературной плазмы. НЭ с толщиной стенки 0,004 м наплавляют на удаляемыйзатравочный стержень послойно (6 10 слоев), вводя в аргоновую плазменную струю диоксид циркония и стабилизирующую добавку оскида иттрия. Известно, что твердый раствор диоксида циркония имеет кубическую структуру, обеспечивающую наиболее стабильные электриче- ские и механические свойства материала, при содержании стабилизирующего оксида иттрия от 8 до 40 мол.%. При этом максимальная электропровод - ность стабилизированного диоксида цирко- ния наблюдается при добавке 8-10 мол.% оксида иттрия. При увеличении содержания стабилизирующего оксида электропроводность твердого раствора снижается. Для получения в изобретении распределения

удельного электрического сопротивления в НЭ при нанесении каждого слоя в плазменную струю вводят разное количество оксида иттрия. Для первого слоя содержание оксида иттрия должно быть 8 мол.%, которое в последующих слоях увеличивают и доводят в последнем слое до 20 мол,%. При этом удельное электрическое сопротивление при рабочих температурах НЭ в первом слое составляет Ом.м и затем увеличивается до 1, Ом.м в последнем слое.

Полученный таким образом НЭ при индукционном способе нагрева обеспечивает меньший перепад температур в стенке полого цилиндра, снижает вероятность растрескивания керамики и увеличивает тем самым его долговечность и надежность. .

Индукционная циркониевая печь для вытяжки оптического волокна с предложенным в изобретении нагревательным элементом помимо повышенной надежности обеспечивает снижение вероятности образования при растрескивании пылевидных частиц, увеличивая тем самым чистоту атмосферы печи, а следовательно, прочность вытягиваемых оптических волокон.

Формула изобретения Индукционная печь для получения оптического волокна, содержащая нагревательный элемент из стабилизированного диоксида циркония в виде полого цилиндра, фиксирующие втулки и теплоизоляцию, удер чиваемую кварцевым стаканом, охватывающий последний индуктор и водоох- лаждаемый корпус, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности печи путем снижения перепада температур в нагревательном элементе в радиальном направлении, нагреватель выполнен с распределением удельного электрического сопротивления по толщине, определяемым по формуле

/OfrHЛ0- ,6 10 . г+ 1 1 , где г - радиальная координата, м.

«ч

с

о

/

-

/ П(Ь

Г| 1 J1

R Вт

г,к

1650}hOt

Hazpeba тельный s элемент

Ъ

1,N

Pu 4

О

20

SO лТ,К

Фиг. 5