石英玻璃棒拉丝装置和方法

技术领域

本公开的实施例一般涉及石英玻璃纤维原丝制作技术领域，并且更具体地，涉及石英玻璃棒拉丝装置和方法。

背景技术

连续生产石英玻璃纤维的生产方法目前有三种：棒拉丝法、熔融拉丝法和溶胶-凝胶法。基于实用性和经济成本的考虑，工业上以棒拉丝法生产石英玻璃纤维。棒拉丝法是将φ1.8～4mm左右的石英玻璃棒加热熔融，并从熔融处引丝，集成一束，经过集束轮涂浸润剂，由高速旋转的拉丝机牵引，连续的由排线轮绕在绕丝机构上，成为连续石英玻璃纤维原丝。

棒拉丝法目前行业内所使用的石英玻璃棒直径一般为φ1.8～4mm左右，因引丝部分和剩余尾棒无法参与生产，导致拉丝出成率在一定程度上很难得到提升，无法有效降低生产成本，提高作业效率。

发明内容

根据本公开的实施例，提供了一种石英玻璃棒拉丝装置和方法，实现了直径大于4mm的石英玻璃棒材的纤维拉丝，避免了原材的实际生产中的浪费，有效降低生产成本，提高作业效率。

在本公开的第一方面，提供了一种石英玻璃棒拉丝装置。该装置包括：依次设置的下棒机构、对火熔棒器和集束机构，

所述下棒机构，其包括导轨和夹棒装置，由所述夹棒装置夹持石英玻璃棒沿导轨的延伸方向移动；

所述对火熔棒器，其具有在石英玻璃棒的两侧对置设置的火头，并且，两侧对置设置的火头设置在同一水平面上，

在对置的两个所述火头之间设置石英玻璃棒，进行石英玻璃棒熔融处理，以生成石英玻璃纤维；

所述集束机构，其用于对石英玻璃纤维进行集束。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，石英玻璃棒排布设置有多个，所述对火熔棒器每侧的所述火头分别沿石英玻璃棒的排布方向设置有多个，对置的所述两个火头与石英玻璃棒一一对应。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在所述火头的进气端侧形成气腔，所述气腔沿多个所述火头的排布方向延伸，通过所述火头的进气端与所述气腔连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在多个所述火头的进气端相对应地具有多个气体管道，多个所述火头与所述多个气体管道一一连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，与所述对火熔棒器接触设置有冷却液循环装置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述下棒机构的下端在所述对火熔棒器的轴向上设置有隔热板。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，从所述隔热板向所述对火熔棒器延伸形成有对火熔棒器支撑部，通过对火熔棒器支撑部连接所述下棒机构和所述对火熔棒器。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在所述隔热板的上端面设置有定位板，所述定位板与所述夹棒装置平行设置，

所述夹棒装置形成有均匀排布的夹棒孔，

所述定位板形成有与所述夹棒孔对应的定位孔，

所述石英玻璃棒穿过所述定位孔装夹于所述夹棒孔，沿第一方向设置。

在本公开的第二方面，提供了一种石英玻璃棒拉丝方法。该方法包括：采用如上所述的石英玻璃棒拉丝装置，其特征在于，

石英玻璃棒的直径大于4mm。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，包括如下步骤：

a、下棒：将石英玻璃棒装夹到下棒机构，使石英玻璃棒沿第一方向设置；

b、熔融引丝：打开对火熔棒器火头处的气体开关，点火将对火熔棒器处喷出的气体点燃，对向熔融石英玻璃棒的底端，使用引棒在石英玻璃棒熔融处抽丝；

c、连续拉丝：打开下棒机构开关，然后开始下棒，向对火熔棒器供给石英玻璃棒，通过对火熔棒器的对向熔融，形成石英玻璃纤维原丝；

d、集束：石英玻璃纤维原丝在集束机构集束成石英玻璃纤维束；

e：收丝：利用绕丝机构，将石英玻璃纤维束卷绕收集。

本发明基于依次设置的下棒机构、对火熔棒器和集束机构，实现连续的石英纤维拉丝，下棒机构夹持石英玻璃棒，带动石英玻璃棒向下棒机构的导轨延伸方向移动，对火熔棒器对石英玻璃棒进行熔融处理，引出石英玻璃纤维，再通过集束机构将石英玻璃纤维收拢成束。

其中，对火熔棒器构成对置设置的火头，石英玻璃棒设置在对置设置的两个火头之间，从而对向地对石英玻璃棒进行熔融处理，使得石英玻璃棒加热熔融更加均匀，并且，设置结构简单，简化操作。

尤其的，对于直径大于4mm的石英玻璃棒粗棒，加热熔融的均匀性和熔融充分程度的提高更加显著，同时，在飞丝、卷曲、纤维的均匀度等等纤维品质要求上均有明显改善和提高。从而，通过本发明可实现直径大于4mm的石英玻璃棒材的纤维拉丝，在行程长度固定且产量一致的情况下，粗棒拉丝重复性操作更少，有效减少了引丝和尾棒浪费，并提高了粗棒拉丝的品质质量，有效降低了生产成本。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了本发明的实施方式提供的石英玻璃棒粗棒拉丝装置的结构示意图；

图2示出了本发明的实施方式提供的石英玻璃棒粗棒拉丝装置的局部结构示意图。

其中，图1至图2中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1下棒机构，1-1安装架，1-2导轨，1-3滑块，1-4电机，1-5电机输出轴，1-6齿轮，1-7齿条，1-8限位器，1-9限位片，1-10移动板，1-11隔热膜，1-12夹棒装置，1-13隔热板，1-14定位板，1-15定位孔；

2对火熔棒器，2-1火头；

3气体流量计；

4第一集束组件，4-1第一集束轮，4-2双头浸润剂喷嘴；

5第二集束组件，5-1第二集束轮，5-2单头浸润剂喷嘴；

6浸润剂回收槽；

7排线轮；

8绕丝机构。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面参照图1至图2来描述本发明的实施方式提供的石英玻璃棒粗棒拉丝装置和方法。

本实施方式中，采用石英玻璃棒粗棒进行拉丝工艺，石英玻璃棒粗棒为直径大于4mm的石英玻璃棒，优选地，石英玻璃棒直径的范围为4～10mm。

如图1所示，本发明的实施方式提供的石英玻璃棒粗棒拉丝装置，包括从上至下依次设置的下棒机构1、对火熔棒器2、气体流量计3、第一集束组件4、第二集束组件5、浸润剂回收槽6、排线轮7、绕丝机构8。

下棒机构1设有安装架1-1；夹棒装置1-12通过移动板1-10与安装架1-1连接；移动板1-10通过滑块1-3进行上下移动，与滑块1-3配合的导轨1-2垂直安装在安装架1-1上。由夹棒装置1-12夹持石英玻璃棒沿导轨1-2的延伸方向移动。

滑块1-3通过电机组件在导轨1-2上移动；电机组件包括电机1-4、齿轮1-6和齿条1-7；电机1-4设置在移动板1-10上，电机1-4安设在移动板1-10一侧，电机输出轴1-5穿过移动板1-10，输出轴末端在移动板1-10另一侧；电机输出轴1-5末端设置有齿轮1-6，与齿轮1-6啮合的齿条1-7垂直固定在安装架1-1上；电机1-4带动齿轮1-6在齿条1-7上移动，从而使移动板1-10在安装架1-1上移动。

电机1-4与PLC控制系统电性连接，通过电机1-4的正反转动带动齿轮1-6在齿条1-7上正反转动，从而带动移动板1-10进行上下的移动。结合导轨1-2和滑块1-3的设置，实现移动板1-10在安装架1-1上实现平滑的上下移动。

在移动板1-10的滑块1-3下方设置有限位片1-9，限位片1-9固定在移动板1-10的侧边，向安装架1-1的方向延伸后，向安装架1-1的水平方向的外侧延伸。与之配合的限位器1-8安装在安装架1-1上，且与限位片1-9位于同一侧。限位片1-9与限位器1-8相抵时，移动部停止下移或上移，决定移动板1-10的移动位移。限位器1-8可以根据实际拉丝作业的需要进行上下的移动，以匹配移动板1-10的不同位移，保证在拉丝结束的时候，起到限位固定的作用。

在移动板1-10与对火熔棒器2之间设置折叠的隔热膜1-11；下棒机构1的下端在对火熔棒器的轴向上设置有隔热板1-13。

在隔热板1-13的上端面设置有定位板1-14。定位板1-14与夹棒装置1-12在第一方向方平行设置，本实施方式中，定位板1-14与夹棒装置1-12在纵向上平行设置。夹棒装置1-12形成有均匀排布的夹棒孔，夹棒孔形成为盲孔，利用硅胶垫片将石英玻璃棒固定于夹棒孔；定位板1-14形成有与夹棒孔一一对应的定位孔1-15，定位孔1-15设置为通孔，石英玻璃棒可穿过定位孔1-15上下移动，定位孔1-15对石英玻璃棒起到定位作用，防止石英棒大幅晃动。

在夹棒装置1-12夹持处夹棒孔数量为1～100孔，夹棒孔孔心距为5～15mm；在定位板1-14上有定位孔1-15，定位孔1-15数量为1～100孔，定位孔1-15孔心距为5～15mm；夹棒孔和定位孔1-15一一对应且中心在同一铅垂线上。

在安装石英玻璃棒时，石英玻璃棒穿过定位孔1-15装夹于夹棒孔，沿第一方向设置。

隔热膜1-11在移动板1-10上下移动的过程中进行展开和折叠，以防止对火熔棒器2的高温损坏安装架1-1上的导轨1-2、齿条1-7等传动机构，增加装置的使用寿命。通过在定位板1-14与对火熔棒器2之间设置的隔热板1-13。

对火熔棒器2进行石英玻璃棒熔融处理，以生成石英玻璃纤维。本实施方式中优选对直径为4～10mm的粗棒进行处理。

如图1示出的石英玻璃棒粗棒拉丝装置的整体结构示意图和图2示出的石英玻璃棒粗棒拉丝装置对火熔棒器2的一侧的火头2-1，对火熔棒器2具有在石英玻璃棒的两侧对置设置的火头2-1，并且，两侧对置设置的火头2-1设置在同一水平面上，且两侧对置设置的火头2-1之间间隔规定的距离，在对置的两个火头2-1之间设置石英玻璃棒，进行石英玻璃棒熔融处理。

本实施方式中，石英玻璃棒排布设置有多个，对火熔棒器2每侧的火头2-1分别沿石英玻璃棒的排布方向设置有多个，对置的两个火头2-1与石英玻璃棒一一对应。

从而，在两排火头2-1间的内侧形成一定区域的熔融区，形成熔融温度均匀、稳定的温度场。石英玻璃棒粗棒在下棒机构1的带动下进入熔融区，熔融更加均匀、更加充分，并对后续引丝、拉丝的质量提供了有益的效果。

火头2-1的排布方式依据石英玻璃棒的排布方式而定，比如，在其他一些实施方式中，火头2-1可以环形、双排等方式排布。

在对火熔棒器的轴向上设置有隔热板1-13，从隔热板1-13向对火熔棒器2延伸形成有对火熔棒器支撑部，并且，从隔热板1-13的两侧部分别向相应侧的对火熔棒器2延伸，形成“L”型，通过对火熔棒器支撑部连接下棒机构1和对火熔棒器2，对对火熔棒器2构成稳定支撑。

在每侧的火头2-1的进气端侧分别形成气腔，气腔沿多个火头2-1的排布方向延伸，通过火头2-1的进气端与气腔连接。气腔与氢氧气等可燃气体存储输送装置连接，向气腔内输送预先混合的可燃气体，或者，或者向气腔分别输送氢气、氧气，在气腔内对氢气和氧气进行混合。对火熔棒器2还连接有气体流量计3，气体流量计3与气腔连接。

或者，在其他一些实施方式中，在每侧的多个火头2-1的进气端相对应地形成多个气体管道，多个火头2-1与多个气体管道一一连接。气体管道与氢氧气等可燃气体存储输送装置连接，向气体管道输送预先混合的可燃气体。

从而，对火头2-1的输气管道构成整齐有序且尽量简化的排布，有利于结构布置简化，以及实际生产操作中的便捷性。

并对火熔棒器2对在火头2-1设置气体开关，气体开关可设置在气腔或者气体管道的上游侧。或者，设置在气体开关可设置在气腔或者气体管道的下游侧，靠近火头2-1的进气端进行设置。

对火熔棒器2上还设置有冷却液循环装置，冷却液循环装置与对火熔棒器2接触设置。依据实际对火熔棒器火头2-1和进气结构情况和散热需要，进行设置。可围绕火头2-1内壁面形成冷却液腔体，每个冷却液腔体具有进液口和出液口，与冷却液进出液管路连接，可将每个冷却液腔体串联，从而冷却液腔体和冷却液进出液管路，构成围绕火头2-1或者围绕火头2-1、火头2-1和气腔/气体管路连接处的冷却液循环装置。从而，有效地给火头2-1降温，防止火头2-1温度过高变形堵塞火头孔。并且，对于多火头2-1且对置设置火头2-1的熔棒器结构而言，结构简便，控制方便，降温效果好。

第一集束组件4和第二集束组件5构成集束机构，其用于对石英玻璃纤维进行集束。第一集束组件4安设于定位板1-14中心点正下方，第一集束轮4-1在相反的两侧表面设置多个集束槽，石英玻璃纤维原丝被分为两组分别经两侧的集束槽而被集束成两组。

第一集束轮4-1上方安设有双头浸润剂喷嘴4-2，下方安设有浸润剂回收槽6。采用双头浸润剂喷嘴4-2，作用是涂覆更均匀，降低里层纤维原丝涂覆效果差的问题。设置浸润剂回收槽，作用是实现了浸润剂的重复利用，有利于节约生产成本。

第二集束组件5安设于第一集束轮4-1下方，在一侧表面设置多个集束槽，石英玻璃纤维原丝经由集束槽而被集束成一组，第二集束轮5-1上方安设有单头浸润剂喷嘴5-2，下方安设有浸润剂回收槽6。

排线轮7安设于第二集束轮5-1右下方。绕丝机构8安设于排线轮7左下方。绕丝机构7与PLC控制系统电性连接，由控制系统调节转速，根据下棒机构1上升，夹棒装置1-12下降时来调整绕丝速度，防止飞丝和断丝的产生。绕丝机构8的转速与下棒机构1的速度、夹棒装置1-12的速度成配比关系，可以保证绕丝速度在抬升过程中不会发生变化，从而保证单丝直径的一致性。

在本实施方式中，拉丝装置沿纵向方向依次设置下棒机构1、对火熔棒器2、集束机构、排线轮7和绕丝机构8。然而，在其他实施方式中，还可以沿横向方向依次设置下棒机构1、对火熔棒器2、集束机构、排线轮7和绕丝机构8。

或者，还可以设置两组以上的集束组件，或者多个排线轮，或者集束组件和排线轮组合设置，在此不做限定。

本发明还提供一种用于石英玻璃棒拉丝方法，采用如上所述的石英玻璃棒拉丝装置，石英玻璃棒的直径大于4mm。

具体包括如下步骤：

a、下棒：将石英玻璃棒装夹到下棒机构1，使石英玻璃棒沿第一方向设置；

b、熔融引丝：打开对火熔棒器2火头2-1的气体开关，点火将对火熔棒器2处喷出的气体点燃，对向熔融石英玻璃棒的底端，使用引棒在石英玻璃棒熔融处抽丝；

c、连续拉丝：打开下棒机构1开关，然后开始下棒，向对火熔棒器2供给石英玻璃棒，通过对火熔棒器2的对向熔融，形成石英玻璃纤维原丝；

d、集束：石英玻璃纤维原丝在集束机构集束成石英玻璃纤维束；

e：收丝：利用绕丝机构8，将石英玻璃纤维束卷绕收集。

具体的，将石英玻璃棒穿过定位板1-14，之后再装夹到夹棒装置1-12对应的小孔处，用硅胶垫片在夹棒装置1-12处固定。打开下棒机构1开关，先将夹棒装置1-12上升至程序设定处，然后开始下棒。夹棒装置1-12向下移动带动石英玻璃棒下移。打开火头2-1的气体开关，点火将对火熔棒器2处喷出的气体点燃，通过气体流量计调节流量范围为1～5cfm，使用引棒在石英玻璃棒熔融处抽丝。原丝束在第一集束轮4-1两侧第一次涂覆浸润剂，在第二集束轮5-1处合股后第二次涂覆浸润剂，后经排线轮7排线，最后卷绕在绕丝机构8上。

基于上述石英玻璃棒拉丝装置和拉丝方法，设置实施例和比较例，以验证本发明对石英玻璃棒进行拉丝加工生产得到的纤维的品质质量。各实施例和比较例具有不同直径、相同长度的石英玻璃棒，并通过不同的熔棒器以对向或者单向熔融方式来对石英玻璃棒进行熔融处理。各实施例和比较例的情形如表1所示。

表1

表1中，实施例1～5，通过对火熔棒器对向熔融石英玻璃棒；比较例1通过单向火熔棒器对向熔融石英玻璃棒。比较例2通过对火熔棒器对向熔融石英玻璃棒。比较例3～7通过单向火熔棒器对向熔融石英玻璃棒。

各实施例和比较例的石英玻璃棒均通过2000摄氏度的熔融温度，2.5cfm的熔棒器气体流量，4000r/min的拉丝速度的工艺条件，生产直径7μm的石英玻璃纤维原丝。

对各实施例和比较例，基于飞丝、均匀度和平均连续拉丝长度的品质衡量标准，对生产的石英玻璃纤维原丝进行检测。检测结果如表2所示。

表2

可以看出，当使用对火燃烧器2时，对石英玻璃棒粗棒的熔融效果更好。

实现了大尺寸直径的石英玻璃棒的拉丝，优选地，石英玻璃棒直径为4～10mm，品质质量更加优异。

这样，减少了停止拉丝换棒的频率和次数，相较于同等长度的直径在4～10mm的石英玻璃棒，同等长度的直径为2mm的石英玻璃棒需要换棒引丝大约4～25倍次。根据实践，引丝部分的耗费量成倍数减少，比如直径在4～10mm的石英玻璃棒相较于直径为2mm的同等长度的石英玻璃棒，引丝部分的耗费量降低了约4～25倍之多，原材浪费明显减少。并且，对于尾棒部分更易于控制，残留尾棒更少。

并且，本发明在满足粗棒熔融充分的同时，可实现多棒同时进行处理，提高了生产效率。

本发明基于依次设置的下棒机构1、对火熔棒器2、集束机构、排线轮7和绕丝机构8，实现连续的石英纤维拉丝，下棒机构1夹持石英玻璃棒，带动石英玻璃棒向下棒机构1的导轨延伸方向移动，对火熔棒器2对石英玻璃棒进行熔融处理，引出石英玻璃纤维，再通过集束机构将石英玻璃纤维收拢成束，经排线轮7排线，最后卷绕在绕丝机构8上。

其中，对火熔棒器2构成对置设置的火头2-1，石英玻璃棒设置在对置设置的两个火头2-1之间，从而对向地对石英玻璃棒进行熔融处理，使得石英玻璃棒加热熔融更加均匀，并且，设置结构简单，简化操作，提高了生产效率。

尤其的，对于直径大于4mm的石英玻璃棒粗棒，加热熔融的均匀性和熔融充分程度的提高更加显著，同时，在飞丝、卷曲、纤维的均匀度等等纤维品质要求上均有明显改善和提高。优选地，石英玻璃棒直径为4～10mm。

从而，通过本发明可实现直径大于4mm的石英玻璃棒材的纤维拉丝，在行程长度固定且产量一致的情况下，粗棒拉丝重复性操作更少，有效减少了引丝和尾棒浪费，并提高了粗棒拉丝的品质质量，有效降低了生产成本。

在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。