Печь для вытягивания волокна из тугоплавких материалов Советский патент 1979 года по МПК C03B37/00 

Изобретение относится к стекольной промышленности, а именно к изготовлению оптического волокна из тугоплавких материалов, например из кварцевого стекла, применяемого в коммуникационньох линиях оптической связи, в электронике, в вычисли тельной технике. Известна печь сопротивления, содержащая окисный электронагреватель из двуокиси циркония, выполненные в виде полого цилиндра с постоянной толщиной стенки l. Печь предназначена для термообработки изделий из тугоплавких окисных материалов и характеризуется минимальным температурным градиентом. Существенным недостатком печи является значительная разница межд достигаемой максимальной рабочей т пературой и температурой плавления материала нагревателя. Так максима но достижимая рабочая температура на нагревателе из двуокиси циркони стабилизированного окисью иттрия н превышает 2100°С, в то время как температура плавления материала нагревателя 2ЬОО-2700°С. Ограничен по температуре объясняется появлен пластической деформации под действ ем высокой температуры и осевого давления на нагреватель, обусловленного прижатием токоподводящих электродов и весом вышерасположенных элементов нагревателя. Наиболее близкой к изобретению .является печь для вытягивания волокна из тугоплавких материалов, ,например из кварцевого стекла, содержащая камеру, внутри которой установлен высокотемпературный электронагреватель из окисных тугоплавких материалов в виде тела вращения с отверстием вдоль оси, токоподводящие электроды с двусторонним присоединением и холодильник . Недостатком известной печи является ограничение верхнего температурного предела на нагревателе (2100с) по причине пластической деформации. Печи для вытягивания волокна имеют открытый сквозной канал, через который неизбежны теплопотери, величина их превышает теплопотери в закрытых печах с хорошей теплоизоляцией. Поэтому достижение в открытом -канале печи для вытягивания волокна необходимой рабочей температуры связано с повышенным расходом мощности, а соответственно и перегревом самого нагревателя. В то же время перегревание материала нагревателя снижает его надежность так как приводит к необратимой деформации нагревателя. Целью изобретения является повышение рабочей температуры и надежности работы печи для вытягивани волокна с электронагревателями из высокотемпературных окисных материа лов, например, двуокиси циркония или гафния. Эта цель достигается за счет тог что в известной печи нагреватель вы полнен в виде тела, полученного вра щением фигуры, .органиченной двумя замкнутыми, эквидистантно расположе ными контурами, вокруг оси, лежащей в плоскости этой фигуры, вне ее, а холодильник расположен вокруг нагре вателя или в стенах камеры, или в ее крышке и днище. Печь может быть снабжена керамическими экранами, ус тановленными по ее оси над и под нагревателем. На фиг.1 схематически изображена описываемая печь, продольный разрез на фиг.2 - разрез А-А фиг.1; на фиг.3-8 - нагреватели, выполненные в виде тел, образованных вращением различных фигур, разрезы. Внутри корпуса 1 печи расположен высокотемпературный электронагреватель 2. В качестве материала нагрев теля могут быть использованы высоко огнеупорные окисные материалы, напр мер модифицированная двуокись цирко ния или гафния. Методу корпусом 1 И: электронагревателем 2 вокруг наружн поверхности последнего расположено холодильное устройство 3 с регулиру емым теплоотводом. По обе стороны с торцов нагреватель закрыт круглым переходными шайбами 4 и 5 с отверст ями по середине для ввода в рабочую камеру печи заготовки 6 и вывода вытягиваемой нити. В сквозном отверс тии вдоль оси вращения образуется высокотемпературная и высокоградиент ная рабрчая камера, высота которой ограничивается переходными шайбами 4 и 5, выполняющих роль тепловых экранов и предназначенных для облегчения работы токоподводящих платиновых электродс)В 7 и 8. Шайбы 4 и 5 изгот овлены из материала -нагревателя 2 или из материала нагревателя, содержащего добавки, увеличивающие электропроводность керамики. Электроды 7 и 8, выполненные в виде тонких платиновых колец с отводами для присоединения к источнику питания, плотно прилегают к плати нированной поверхности переходных, шайб 4 и 5. Нижний платиновый электрод 7 ЕУасположен на нижней; электроизоляционной шайбе 9, укрепле ной на днище водоохлаждаемого корпуса печи. В металлическом корпусе 94 печи (в днище, крьпике и боковой стенке) с наружной стороны расположена теплоизоляционная керамика, а с внутренней стороны,обращенной в сторону окисного нагревателя 2,могут быть установлен холодильник с регулируемым теплоотводом,выполненные например, в виде полостей для пропускания воды.В случае выполнения холодильных каналов в боковой стенке корпуса печи установление холодильника 3 между корпусом 1 и электронагревателем 2 необязательно. Шайба 9 выполнена из огнеупорной диэлектрической термостойкой керамики и служит нижней опорой всей нагревательной системы. На верхнем платиновом электроде 8 расположена изоляционная шайба 10, предназначенная для обеспечения плотного контакта между верхним электродом 8 и верхним переходным кольцом. Охлаждение последней возмоЖно за счет водоохлаждаемой верхней крышки корпуса. Возможные варианты конкретного исполнения высокотемпературных окисных электронагревателей в соответствии с предлагаемым изобретением представлены на фиг.3-8. На фиг.З представлен нагреватель в виде тонкостенного полого тора, образованного вращением кольца вокруг оси, лежащей в плоскости кольца и не пересекающей его. В целях улучшения работы токрподводящих электродов поверхность тора может быть образована вращением кольца, усеченного двумя перпендикулярными оси вращения прямыми, расположенными с противоположных сторон кольца без соприкосновения с внутренним кольцом, образующим внутреннюю поверхность полости тора. Описываемая печь работает следующим образом. Во внутреннюю рабочую камеру собранной, как показано на фиг.1, печи через отвер :тие для ввода заготовки после подсоединения электродов 7 и 8 к источнику питания к подачи воды в корпус печи и холодильное устройство, вводят средства пpeдвapитeльнoI b нагрева.Нагреватель предварительного нагрева может быть выполнен в виде навитой на керамическую трубу платиновой спирали или представлять собой силитовый стержень. После предварительного нагрева Внутренней поверхности высокотемпературного нагревателя 2, .образующей рабочую камеру печи/ а также нижней и верхней переходных шайб 4 и 5 до температуры, 9001000°С, при которой вся система нагревателя становится достаточно электропроводной, подают рабочее напряжение на платиновые электроды 7 и 8, ограничив при этом первоначальную силу тока до десятков миллиампер, чтобы предотвратить резкие перепады температуры в керамике. Затем, добавляя электрическую нагрузк повышают температуру на окисном нагревателе 2 до 1300°С, после чего стартовый нагреватель выводится из рабочей камеры и на его место устанавливается исходная заготовка 6 для вытягивания волокна. После это температура в рабочей камере печи может быть доведена до температуры 2300°С. Преимущество предлагаемой конструкции нагревателя заключается в по вышении температуры в рабочей камер нагревателя и повышении надежности нагревателя и печи в целом. Эксперимент показал, что в рабочей камере печи, изображенной, на фиг.1, содержащей нагреватель в виде полого тела с толщиной стенки 1,6 мм, высотой 50 мм, с внутренним проходным диаметром 20 мм и внещним диаметром 120 мм, была получена тем пература . При этом температура наружной поверхности нагревате обращенной в сторону холодильного устройства не превысила . Раз ница температур внутренней высокотем пературной и наружной охлаждаемой частей нагревателя составила 440°С. Возможная ошибка измерения температур не превышала . Формула изобретения 1. Печь для вытягивания волокна из тугоплавких материалов, преимуще венно из кварцевого стекла, содержащая камеру, внутри которой установлен высокотемпературный электронагреватель из окисных тугоплавких материалов, в виде тела вращения с отверстием вдоль оси, токоподводящие электроды с двусторонним присоединением к холодильник, отличающаяся тем, что, с целью повышения рабочей температуры печи и надежности работы, электронагреватель выполнен в виде тела, полученного вращением фигуры,, ограниченной двумя замкнутьми, эквидистантно расположенными контурами, вокруг оси, лежащей в плоскости этой фигуры, вне а холодильник расположен вокруг нагревателя. 2.Печь по п.1, отличающая с я тем, что холодильник расположен в стенах камеры. 3.Печь по п.1, отличающая с я тем, что холодильник установлен в крышке и днище камеры. 4.Печь по п.1, отличающая с я тем, что она снабжена керамическими экранами, установленными по ее оси над и под электронагревателем. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 3155759, кл. 13-25, 1962. 2.Авторское свидетельство 560841, кл. С 03 В 5/02, 1975.

А -А

.8