[发明专利]一种光纤拉丝装置及其拉丝方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤制造技术领域，具体的是一种光纤拉丝装置及其拉丝方法。

背景技术

光纤拉丝就是将光纤预制棒加热软化并拉制成合适尺寸的光导纤维并涂覆涂层的过程。由于光纤预制棒的软化需要2000℃的高温，目前主要采用感应炉和电阻炉，这两种拉丝炉的加热元件主要都为石墨，而石墨件在高温下容易氧化，从而造成所拉光纤的强度变差的问题，为防止石墨加热元件的氧化，需要在拉丝炉内保持惰性气体氛围，目前普遍采取的方法是在拉丝过程中，在拉丝炉内通入一定量的氩气、氮气、氦气等气体，结合拉丝炉上下口与光纤预制棒之间的密封，阻止外界环境中的氧气进入拉丝炉内部。

随着光纤预制棒制造工艺的发展，光纤预制棒尺寸的规格越来越多，由于大直径或超大直径的光纤预制棒在提高预制棒的利用率、增加设备效率等方面的优势，基于降低光纤生产成本的考虑，大尺寸或超大尺寸的光纤预制棒越来越受到欢迎。随着光纤预制棒尺寸的增加，拉丝炉加热元件的内径也随之增大，光纤预制棒与加热元件之间的间隙也随之增大，研究表明，加热元件与光纤预制棒之间的导热过程存在辐射导热和对流导热两部分，随着加热元件和光纤预制棒之间的间隙的增加对流导热的均匀性变差，光纤的包层不圆度和裸光纤外径的波动变得难以控制，由于氦气的传热性能较为优异，增加He的流量能够有效的改善对流导热的均匀性，进而改善拉丝炉内温场分布的均匀性，故在光纤的拉丝生产中也广泛使用到氦气。但是氦气是不可再生资源，随着氦气在工业生产中的广泛应用，氦矿资源的日益减少，氦气的使用成本持续增加，而近年来各采购商的光纤采购价格持续走低，因此如何降低光纤拉丝生产过程中氦气的成本成为近年来光纤行业的研究热点。

光纤拉丝过程中各种类型的预制棒所需的工艺气的总量和各气体的比例各不相同，目前已公开的专利都是以同一流量和比例持续通入工艺气体，还没有专利根据加热元件的尺寸不同和光纤预制棒的类型的不同确定所需的工艺气体的总量和各工艺气体的配比，也没有专利根据拉丝各阶段加热元件与光纤预制棒之间的间隙的不同改变工艺气体的流量及比例。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种根据拉丝炉石墨加热元件的内径尺寸确定正常拉丝用氦气气体流量、不同工艺阶段设定不同的氦气气体流量、节约能源、降低成本的光纤拉丝装置及其拉丝方法。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种光纤拉丝装置，其包括拉丝炉炉体和气体控制装置，所述的炉体内设置石墨加热元件、加热线圈和惰性保护气体通道，所述的控制装置与惰性保护气体通道相连且控制其气体流量，炉体上方设置吊棒平台，光纤预制棒尾端通过石英玻璃尾管与吊棒平台相连，炉体出口下方依次设置冷却管、涂覆器、固化单元和牵引装置。

上述的一种光纤拉丝装置，其所述的惰性保护气体通道包括氩气或氮气和氦气通道。

一种光纤拉丝的方法主要是拉丝炉中的加热元件将光纤预制棒软化，拉出所需直径的光纤，经过冷却管冷却，在涂覆器中涂上具有保护作用的涂层，经固化单元对涂层进行固化后，再经牵引装置绕到光纤缠绕筒上，直到光纤预制棒的有效沉积部分全部拉成光纤，关闭拉丝炉；在拉丝过程的各阶段，控制装置自动控制通入惰性气体中氦气的量，其包括以下步骤：

1)根据光纤预制棒外径选择合适的石墨加热元件，根据石墨加热元件的尺寸计算正常拉丝阶段氦气的气体流量，以保证拉丝炉炉体的光纤成型区的氦气气体流速大于等于0.10m/min；

2)安装阶段：将接有石英玻璃尾管的光纤预制棒吊装到吊棒平台，并将光纤预制棒对中，光纤预制棒前端缓慢进入拉丝炉炉体的加热腔，安装阶段拉丝炉温度小于待机温度，气体控制装置通入氩气或氮气，关闭氦气通入，开启拉丝炉；

3)起头与升速阶段：当拉丝炉温度大于待机温度，且拉丝速度小于等于目标速度时，气体控制装置保持步骤2)中氩气或氮气的气体流量，通入氦气气体流量大于等于步骤1)确定的正常拉丝阶段氦气的气体流量；

4)正常拉丝阶段：当拉丝炉温度大于待机温度，拉丝速度达到目标速度时，气体控制装置保持步骤2)中氩气或氮气的气体流量，逐步降低拉丝炉内的氦气气体流量至步骤1)确定的正常拉丝阶段氦气的气体流量；

5)拉丝收尾阶段：拉丝炉温度小于待机温度，且拉丝速度降为0，气体控制装置保持步骤2)中氩气或氮气的气体流量，并逐步将拉丝炉内氦气气体流量降为0。