坩堝式拉絲技術應用

坩堝法拉絲作為我國特有的玻璃纖維生產技術，其投資少，生產調整靈活，在我國中小型玻纖企業(yè)應用廣泛。近年來，坩堝法拉絲在增產增效、節(jié)能降耗等方面有了明顯的進步，但在產品質量上，與池窯拉絲產品的差距越來越大，尤其體現(xiàn)在纖維基本性能上，如線密度、浸潤劑涂覆的均勻性等方面。其原因不僅在于坩堝法生產固有的熱容量小、工藝不易穩(wěn)定的缺陷，而且與所采用的落后的生產過程控制技術有很大關系，尤其是目前坩堝法拉制的細紗產品，控制技術對產品質量的影響更大。

坩堝式拉絲技術又稱“坩堝式饋料拉絲技術”。制造光纖用材料在坩堝容器內重新熔融并從坩堝底部的噴嘴流出拉制成纖維的拉絲技術。制造無包層和塑料包層光纖時用單只坩堝饋送玻璃料拉絲。制造自聚焦型或梯度型光纖時，用兩只同心套裝的坩堝，中心坩堝饋送纖芯玻璃料，外層坩堝饋送包層玻璃料，拉絲時打開噴嘴，兩種玻璃熔體一起由嘖嘴流出并拉成纖維。

由于中心坩堝的噴嘴位于外層坩堝噴嘴的上方，兩種玻璃熔體相互接觸，玻璃內活動性離子就可滲透或擴散從而形成折射率分布的光纖。雙坩堝拉絲技術與固態(tài)管棒法拉絲技術相比，制造的光纖的芯和包層界面質量高，容易制造梯度(漸變)型光纖。雙坩堝拉絲技術已廣泛用于制造多組份玻璃光纖、氟化物玻璃光纖和硫族玻璃光纖。

傳統(tǒng)的坩堝拉絲控制對象主要包括：漏板控制、電熔控制、加球控制三方面。其控制方式對應為：漏板控制一般采用恒壓控制，也有少數(shù)采用恒溫控制方式；電熔控制基本是恒流儀表控制；加球控制多是不連續(xù)的間斷式加球控制。這些控制方式雖然可以滿足基本生產要求，但對于高質量要求的玻纖細紗來說，仍存在以下主要缺陷：(1)漏板電流電壓控制精度不高，漏板溫度波動大，紗的線密度波動較大。(2)各種現(xiàn)場應用的儀器儀表與生產工藝結合性較差，沒有針對坩堝法玻璃熔制的特點進行生產過程的控制。(3)故障率較高，穩(wěn)定性差等。因而需要生產過程進行精密控制，以提高產品質量及穩(wěn)定性。

坩堝法玻璃纖維拉絲精密控制技術與現(xiàn)有技術相比，拉制過程的控制對象范圍和控制要求精度更高，穩(wěn)定性和可靠性更高?？刂茖ο蠓秶黾樱ǎ?

(1)漏板恒溫恒壓控制。

(2)電熔控制與坩堝爐型的合理集合。

(3)加球控制要求采用連續(xù)式加球，以減小間斷式加球對系統(tǒng)液位及溫度的沖擊而引起固有缺點。

(4)涂油器也要求變頻調速控制以使內外層浸潤濟一致。

(5)拉絲機控制與漏板溫度變化規(guī)律的結合等。不僅對以上控制對象增加要求，而且控制精度和控制效果也有更高要求。

采用恒壓、恒溫及無擾動切換控制裝置，采用性能、控制調節(jié)質量和穩(wěn)定性更好的移相功率調節(jié)器調節(jié)漏板變壓器的輸出功率，取代傳統(tǒng)的可控硅觸發(fā)回路;采用5位高精度溫度控制器，確保漏板溫度精度高，周期震蕩幅度小；電壓信號的采樣也使用獨立的高精度真有效值電壓變送器，保證電壓采樣信號不失真，這樣即使是恒壓控制時,系統(tǒng)也具有很好的穩(wěn)定性。

與傳統(tǒng)的恒壓儀表控制相比，在電壓信號采樣、控制儀表的控制精度和輸出功率觸發(fā)等諸多環(huán)節(jié)上完全提高一大步，系統(tǒng)具有恒溫、恒壓與它們的串級控制，使得系統(tǒng)在信號抗干擾、信號漂移、觸發(fā)穩(wěn)定性和控制精度上都獲得很大提高和改進。在系統(tǒng)升溫和拉絲過程中方便地使用恒壓控制和恒溫控制的無擾動切換功能。

通常采用的封閉式鎂合金熔煉坩堝的結構與普通的敞開式坩堝有較大的區(qū)別。為了通入保護氣體，坩堝必須具有封閉的結構（非密閉會有保護氣體泄漏）。下圖所示為坩堝的結構示意圖。

坩堝蓋具有非常重要的功能。一方面，在它上面有加料口、清理口和熔池熱電偶的入口，另一方面，它阻隔了金屬鎂液與周圍的空氣。坩堝蓋的密封作用可防止空氣進入熔化狀態(tài)的鎂液中，加上在坩堝內部通入保護性氣體，從而避免了鎂的氧化和燃燒，減少了金屬鎂的損失。

鎂合金的熔爐大多采用雙層坩堝結構。坩堝內層為耐熱低合金鋼板，外層為高鎳鉻不銹鋼板。兩層鋼板最好是緊密結合的復合材料結構。這樣，與鎂液接觸的內—層坩堝不含Ni等降低耐腐蝕性的元素，避免了對鎂液的污染；另一方面，外層坩堝具有高溫抗氧化性，雖然與空氣接觸，但不會產生氧化皮的脫落，沒有劇烈的氧化，從而具有較長的壽命。

雙層坩堝的另一突出優(yōu)點是保證了安全性。即使內層坩堝產生裂紋等破壞現(xiàn)象而發(fā)生鎂液泄漏時，由于有外層坩堝的阻擋作用，也不會發(fā)生鎂液的燃燒。但是不足之處是傳熱效率會降低。

坩堝式電阻爐系周期作業(yè)式，坩堝式電阻爐的爐殼由優(yōu)質鋼板焊接而成圓柱體，內爐襯由碳化硅或聚輕高鋁耐火材料制成。爐襯內加熱元件由合金絲燒制而成，坩堝式電阻爐的電爐門通過鉸鏈固定在電爐面板上，爐門開啟靈活。坩堝式電阻爐的額定溫度有1000~1600℃內的多種選擇。

鎂熔體不會像鋁熔體一樣與鐵發(fā)生反應，因此可以用鐵坩堝熔化鎂合金并盛裝熔體。通常采用低碳鋼坩堝來熔煉鎂合金和澆注鑄件，特別是在制備大型鎂合金鑄件時，大多采用低碳鋼坩堝，

熔煉鎂合金的坩堝容量一般在50~350kg范圍內。小型坩堝常常采用w<0.12%的低碳鋼焊接件制作；鎳和銅嚴重影響鎂合金的耐蝕性，因此鋼坩堝中這兩種元素的（質量分數(shù)）應分別控制在0. 10%以下。熔煉鎂合金之前，按下圖要求準備坩堝。

舊坩堝可繼續(xù)使用的最小壁厚要求見下圖。

在鎂合金的熔煉過程中，特別是采用熔劑熔煉工藝時，通常會在坩堝底部形成熱導率較低的殘渣。如果不定期清除這些殘渣，則會導致坩堝局部過熱，并且坩堝表面會生成過量的氧化皮。坩堝壁上沉積過量的氧化物也會導致坩堝局部過熱。因此，記錄每個坩堝熔化爐料的次數(shù)應當作為一項日常安全措施。坩堝必須定期用水浸泡，去除所有的結垢。通常無熔劑熔煉方法的結垢比較少。