Печь для вытягивания волокна из тугоплавких материалов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 280377(21) 24 бб 711/29-33с присоединением заявки Мо(51)М. Кл. С 03 В 37/00 Государственный ком нтет СССР по делам изобретений н открытнй(54) ПЕЧЬ ДЛЯ ВЫТЯГИВАНИЯ ВОЛОКНА ИЗ ТУГОПЛАВКИХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к стекольной промышленности, а именно к изготовлению оптического волокна из тугоплавких материалов, например из кварцевого стекла, применяемого в коммуникационных линиях оптической связи, в электронике, в вычислительной технике.Известна печь сопротивления, содержащая окисный электронагреватель из двуокиси циркония, выполненные в виде полого цилиндра с постоянной толщиной стенки 1. Печь предназначена для термообработки изделий из тугоплавких окисных материалов 15 и характеризуется минимальным температурным градиентом.Существенным недостатком печи является значительная разница между достигаемой максимальной рабочей температурой и температурой плавления материала нагревателя. Так максимально достижимая рабочая температура на нагревателе из двуокиси циркония, стабилизированного окисью иттрия не превышает 2100 С, в то время как температура плавления материала нагревателя 2500-2700 С, Ограничение по температуре объясняется появлением пластической деформации под действи- З 0 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 материаловнапример из кварцевого стекла, содержащая камеру, внутри которой установлен высокотемпературный электро- нагреватель из окисных тугоплавких материалов в виде тела вращения с отверстием вдоль оси, токоподводящие электроды с двусторонним присоединением и холодильник 2).Недостатком известной печи является ограничение верхнего температурного предела на нагревателе (2100 С) 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 соответственно6609и перегревом самого нагревателя. Вто же время перегревание материаланагревателя снижает его надежностьтак как приводит к необратимой деформации нагревателя.Целью изобретения является повышение рабочей температуры и на дежности работы печи для вытягивания волокна с электронагревателями из высокотемпературных окисных материалов, например, двуокиси циркония или гафния. 0Эта цель достигается за счет того что в известной печи нагреватель выполнен в виде тела, полученного вращением фигуры, .органиченной двумя замкнутыми, эквидистантно расположен ными контурами, вокруг оси, лежащей в плоскости этой Фигуры, вне ее, а холодильник расположен вокруг нагревателя или в стенах камеры, или в ее крышке и днище. Печь может быть снабжена керамическими экранами, установленными по ее оси над и под нагревателем.На фиг,1 схематически изображена описываемая печь, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-й фиг.1; на фиг.3-8 - нагреватели, выполненные в виде тел, образованных вращением различных фигур, разрезы.Внутри корпуса 1 печи расположен высокотемпературной электронагрева тель 2. В качестве материала нагревателя могут быть использованы высоко- огнеупорные окисные материалы, напри-, мер модифицированная двуокись циркония или гафния. Между корпусом 1 и 35 электронагревателем 2 вокруг наружной поверхности последнего расположено холодильное устройство 3 с регулируемым теплоотводомПо обе стороны с торцов нагреватель закрыт круглыми 40 переходными шайбами 4 и 5 с отверстиями по середине для ввода в рабочую камеру печи заготовки 6 и вывода вытягиваемой нити. В сквозном отверстии вдоль оси вращения образуется высокотемпературная и высокоградиентная рабочая камера, высота которой ограничивается переходными шайбами 4 и 5, выполняющих роль тепловых экранов и предназначенных для облегчения работы токоподводящих платиновых электродов 7 и 8. Шайбы 4 и 5 изготовлены из материала нагревателя 2 или из материала нагревателя, содержащего добавки, увеличивающие электропроводность кера мики. Электроды 7 и 8, выполненные в виде тонких платиновых колец с отводами для присоединения к источнику питания, плотно прилегают к платинированной поверхности переходных. 60 шайб 4 и 5.Нижний платиновый электрод 7 расположен на нижней злектроизаляционной шайбе 9, укрепленной на днище водоохлаждаемого корпуса печи. В металлическом корпусе 49 4печи (в днище, крышке 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 возмо)кно 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.3 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 отверстие для ввода заготовки после подсоединения электродов 7 и 8 к источнику питания и подачи воды в корпус печи и холодильное устройство, вводят средства предварительногЬ 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, 900- 10000 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 мил660949 15 Фиг. лиампер, чтобы предотвратить резкие перепады температуры в керамике. Затем, добавляя электрическую нагрузку повышают температуру на окисном нагревателе 2 до 1300 ОС, после чего стартовый нагреватель выводится из рабочей камеры и на его место уста навливается исходная заготовка б для вытягивания волокна. После этого температура в рабочей камере печи может быть доведена до температуры 2300 С. 10Преимущество предлагаемой конструкции нагревателя заключается в повышении температуры в рабочей камере 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 внешним диаметром 120 мм, была получена температура 2310 С. При этом температура наружной поверхности нагревателя, обращенной в сторону холодильного устройства не превысила 1870 С. Раз ница температур внутренней высокотемпературной и наружной охлаждаемой частей нагревателя составила 440 ОС. Возможная ошибка измерения температур не превышала 425 С, 30Формула изобретения1. Печь для вытягивания волокна из тугоплавких материалов, преимущественно 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, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения рабочей температуры печи и надежности работы, электронагреватель выполнен в виде тела, полученного вращением фигуры ограниченной двумя замкнутыми, эквидистантно расположенными контурами, вокруг оси, лежащей в плоскости этой Фигуры, вне ее, а холодильник расположен вокруг нагревателя.2, Печь по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что холодильник расположен в стенах камеры.3. Печь по п.1, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что холодильник установлен в крышке и днище камеры,4. Печь по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что она снабжена керамическими экранами, установленными по ее оси над и под электронагревателем. Источники информации, принятыево внимание при экспертизе1. Патент СШЬ У 3155759,кл. 13-25, 1962.2. Авторское свидетельствоР 560841, кл. С 03 В 5/02, 1975.660949 Редактор Заказ 23 енного етений филиал ППП фПатентф, г.ужгород, ул,Проектная,4 Составитель Т,Кру/18 Тираж 555ЦЙИИПИ Государствпо делам иэобр 13035 Москва ЖРа оваКорректорВ.ПаПодписноекомитета СССРи открытийнаб с д.45