CN118375915A - 一种火加工用火焰控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石英加工装置技术领域，且公开了一种火加工用火焰控制装置，包括灯芯和灯罩组成的石英火头，并由气管向灯芯输送气体燃料，石英火头中心处设置有第一磁场发生组件，第一磁场发生组件能够产生环形磁场，从灯芯处喷射出的火焰，高温下产生电离，电离后的正负电荷受第一磁场发生组件产生磁场作用下，正负电荷受洛伦兹力形成内分离，灯罩外圈设有沿灯罩边缘阵列的第二磁场发生组件，第二磁场发生组件产生的环形磁场对因为第一磁场发生组件而向外分离的电荷产生向内的力，使电荷向内减少分散距离，工作时，通过调整第二磁场发生组件产生的磁场强度，能够对灯芯处喷射的火焰扩散或者聚集程度进行调整，使石英火头匹配需要的加工的区域。

Description

一种火加工用火焰控制装置

技术领域

本发明涉及石英加工装置技术领域，具体为一种火加工用火焰控制装置。

背景技术

石英火加工通过高温石英火将石英材料加热至一定温度，使其熔融，并在熔融状态下进行加工，这种加工方法能够实现对石英材料的高精度和高质量加工，石英火加工利用石英火产生的高温将石英材料加热至熔融状态，然后通过特定的工艺进行加工，由于石英材料的特殊性质，如高熔点（约1713℃）、小热膨胀系数、高硬度和脆性大，因此需要采用特殊的工艺和设备来完成加工，石英火加工技术广泛应用于半导体、化工、生物医药等领域，在半导体行业中，石英晶体被用作基片、衬底、配件等材料，如LED、太阳能电池、集成电路等器件的生产；在光学行业中，石英材料因其良好的透光性、抗散射性和低色散系数而被广泛应用于光学仪器、镜片、棱镜、光纤等领域；在电子行业中，石英晶体可用作振荡器和滤波器的基本材料，石英火加工技术能够实现高精度的加工，满足各种精密仪器和光学元件的需求，加工后的石英材料表面光滑、质量优良，具有良好的物理和化学性能，由于需要特殊的高温设备和复杂的工艺流程，石英火加工的设备投入成本较高，在实际生产中，石英火加工技术能够提高加工效率，降低生产成本。

火焰的产生伴随着电离过程，即空气中的氧气分子及可燃物分子被电离，在火焰中，尤其是外焰区域，温度极高，气体分子运动剧烈，碰撞频繁，当分子的运动剧烈到一定程度时，气体分子就会解体，分离成带正电和带负电的几部分，从而形成了等离子体，当电子与气体分子发生碰撞时，会传递能量给气体分子，使其激发到高能级，激发态的气体分子具有较高的能量，经过一段时间后会退激发，释放出激发态的能量，这些能量以光的形式辐射出来，形成了可见光谱区域的光线，由于等离子体是由带电粒子（包括离子、质子和电子等）构成的，这些运动的带电粒子会在磁场的作用下发生偏转，当火焰受到外部磁场的影响时，火焰中的等离子体就会发生偏转，从而影响火焰的形状，火焰的温度也会影响等离子体的形成和运动，高温等离子体中，电子温度和离子温度相等，此时火焰中的等离子体更加活跃，对磁场的响应也更加强烈，等离子体是由许许多多不断运动的带正电和负电的粒子（包括离子、质子和电子等）构成，而运动的带电粒子会在磁场的作用下发生偏转，这就使得等离子体受磁场的作用发生变化。在高温的火焰加工中，其大部分为充分燃烧的火焰外层，因此，在高温火焰中，磁场对火焰形状的影响更加显著。

传统石英火加工中，想要改变喷射火焰的形状需要更换石英火头，改变灯芯形状，才能对喷射的火焰进行形状的改变，对于工人来说是极为麻烦的，在石英物品加工的过程中，有时需要火焰较为集中，对焊接的缝隙进行快速接合，有时需要火焰较为扩散，对石英的表面进行抛光，现在的石英火加工车间所使用的加工设备大部分都需要人工对石英火头的形状、燃料量进行调整，无法对所需加工的加工件进行自感应自动调整，增加了操作步骤，降低了加工效率，有必要针对原有的石英火头进行改进。

发明内容

（一）解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提供了一种火加工用火焰控制装置，具备火焰形状能够通过磁场的强度变化进行调整的优点，解决了石英加工过程中需要不同形状的火焰进行加工的问题。

（二）技术方案：为实现上述火焰形状能够通过磁场的强度变化进行调整的目的，本发明提供如下技术方案：一种火加工用火焰控制装置，包括灯芯和灯罩组成的石英火头，并由气管向灯芯输送气体燃料，所述石英火头中心处设置有第一磁场发生组件，所述第一磁场发生组件能够产生环形磁场，从灯芯处喷射出的火焰，高温下产生电离，电离后的正负电荷受第一磁场发生组件产生磁场作用下，正负电荷受洛伦兹力形成内分离；所述灯罩外圈设有沿灯罩边缘阵列的第二磁场发生组件，所述第二磁场发生组件产生的环形磁场对因为第一磁场发生组件而向外分离的电荷产生向内的力，使电荷向内减少分散距离；工作时，通过调整第二磁场发生组件产生的磁场强度，能够对灯芯处喷射的火焰扩散或者聚集程度进行调整，使石英火头匹配需要加工的区域。

优选的，所述第一磁场发生组件内部设有竖直圆周阵列的第一磁场导线并且能够控制电流大小和电流方向。

优选的，所述第二磁场发生组件内部分隔为上下两层，每层中设有竖直的第二磁场导线并且能够分别控制电流大小和电流方向，中间分隔处为隔磁材料，由于上下两层导线具有不同的电流方向，它们各自产生的磁场方向也会不同，这种设计允许更精细地调整火焰中正负电荷的运动轨迹，从而增强了对火焰形态的调控能力。

优选的，所述灯芯圆周分布在灯罩内部，第一磁场发生组件设置在轴心处，所述灯芯顶端位置位于第二磁场发生组件内部下层导体磁场影响范围内，灯芯圆周分布在第一磁场发生组件外侧，形成环状，喷出的火焰能够更容易受到第一磁场发生组件形成的环状磁场影响，使得内部电离的电荷进行内外圈的分层。

优选的，所述第一磁场发生组件内的第一磁场导线下方设有转轴，转轴可以带动圆周阵列的第一磁场导线整体旋转，当第一磁场导线旋转时，它们产生的磁场也会相应地发生变化，使得各方向上的磁场强度更为均匀，避免因为距离导线位置较远磁场强度较弱，使得火焰形状产生塌陷，这种动态变化的磁场有助于稳定火焰的形态和位置，减少火焰的波动和闪烁，在火加工过程中，稳定的火焰能够确保热量均匀分布，提高加工质量和效率，通过使用转轴来驱动圆周阵列的第一磁场导线旋转，可以简化设备的结构，减少不必要的机械部件和复杂性，这有助于降低设备的制造成本和维护成本。

优选的，所述第一磁场发生组件外壳由隔热陶瓷制成。

优选的，所述第一磁场发生组件向下延伸，穿过设置有灯芯的底座，并在穿出部分外圈设有散热用的翅片。

（三）有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种火加工用火焰控制装置，具备以下有益效果：1、该火加工用火焰控制装置，通过石英火头中心处设置有第一磁场发生组件，所述第一磁场发生组件能够产生环形磁场，从灯芯处喷射出的火焰，高温下产生电离，电离后的正负电荷受第一磁场发生组件产生磁场作用下，正负电荷受洛伦兹力形成内分离，所述灯罩外圈设有沿灯罩边缘阵列的第二磁场发生组件，所述第二磁场发生组件产生的环形磁场对因为第一磁场发生组件而向外分离的电荷产生向内的力，使电荷向内减少分散距离，当气体燃料在石英火头中燃烧时，火焰中的原子和分子在高温下发生电离，形成带电粒子，这些带电粒子在磁场中会受到洛伦兹力的作用，其运动方向会发生偏转，通过第一磁场发生组件和第二磁场发生组件产生的不同方向和强度的磁场，可以精确控制火焰中正负电荷的运动轨迹，从而实现火焰形态的精确控制，洛伦兹力的大小和方向取决于电荷的运动速度、磁场的磁感应强度以及电荷与磁场之间的夹角，通过调整第一磁场发生组件和第二磁场发生组件中的电流大小和电流方向，可以改变磁场的强度和方向，进而调整洛伦兹力的大小和方向，从而控制火焰形态，这种精确的火焰形态控制可以确保在加工过程中，热量能够准确地传递到加工区域，避免了热量的浪费和加工质量的不稳定，同时，这种控制方式还可以根据加工需求实时调整火焰形态，提高了加工的灵活性和效率。

2、该火加工用火焰控制装置，通过磁场调控，可以使火焰更加集中地作用于加工区域，提高加热效率，同时，由于火焰形态的精确控制，可以确保加工区域的温度分布更加均匀，避免了局部过热或过冷导致的加工质量问题，火焰的集中加热可以加速材料的熔化和加工速度，而温度分布的均匀性则可以确保加工质量的一致性和稳定性，此外，磁场调控还可以减少热量在空气中的散失，提高了能量的利用率，相比传统的火焰加工方式，这种磁场调控的火焰加工可以大大提高加工效率，缩短加工周期，同时，由于加工质量的一致性和稳定性，还可以降低废品率，提高产品质量，通过磁场调控，可以精确控制火焰形态和热量分布，减少不必要的热量损失和能源消耗，同时，优化加工过程还可以减少废气排放和噪音污染，磁场调控可以使火焰更加集中地作用于加工区域，减少热量在空气中的散失，此外，通过优化加工过程，可以减少不必要的加工步骤和能源消耗，降低废气排放和噪音污染，这种火焰控制装置符合现代工业对节能环保的要求，有助于企业降低生产成本并提升社会形象，同时，这种节能环保的技术也有助于推动工业生产的可持续发展，磁场调控可以精确控制石英火头中火焰的形态和大小，满足不同加工需求，通过调整磁场参数，可以实现火焰的扩散、聚集、旋转等多种形态变化，满足复杂的加工需求，通过优化火焰形态和热量分布，可以提高石英材料的加工质量，精确控制的火焰可以确保加工区域的温度分布均匀，避免了局部过热或过冷导致的加工质量问题，同时，磁场调控还可以减少火头磨损和损坏的风险，从而延长其使用寿命，磁场调控可以确保火焰在加工过程中保持稳定和安全的状态，通过精确控制火焰形态和热量分布，可以避免火焰失控导致的火灾等安全事故，此外，磁场调控还可以减少废气排放和噪音污染，提高了加工过程的安全性。

3、该火加工用火焰控制装置，通过第二磁场发生组件中设置有上下两个不同电流方向的竖直导线，由于上下两层导线具有不同的电流方向，它们各自产生的磁场方向也会不同，这种设计允许更精细地调整火焰中正负电荷的运动轨迹，从而增强了对火焰形态的调控能力，无论是需要火焰更加集中还是扩散，都可以通过调整两层导线的电流方向和强度来实现，通过上下两层导线的共同作用，可以产生更为稳定和均匀的磁场分布，这种稳定的磁场有助于保持火焰的稳定性和均匀性，减少火焰的波动和闪烁，从而提高了加工过程的稳定性和可靠性，精细的火焰形态调控能力使得加工过程更加精确，操作员可以根据加工需求精确调整火焰的形状和大小，确保热量能够准确地传递到加工区域，从而提高加工精度和产品质量。

4、该火加工用火焰控制装置，通过第一磁场发生组件内的第一磁场导线下方设有转轴，当第一磁场导线旋转时，它们产生的磁场也会相应地发生变化，使得各方向上的磁场强度更为均匀，避免因为距离导线位置较远磁场强度较弱，使得火焰形状产生塌陷，这种动态变化的磁场有助于稳定火焰的形态和位置，减少火焰的波动和闪烁，在火加工过程中，稳定的火焰能够确保热量均匀分布，提高加工质量和效率，通过使用转轴来驱动圆周阵列的第一磁场导线旋转，可以简化设备的结构，减少不必要的机械部件和复杂性，这有助于降低设备的制造成本和维护成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明结构剖切示意图。

图3为本发明剖切横截面示意图。

图4为本发明转轴处细节示意图。

图5为本发明俯视示意图。

图6为本发明电流方向和磁场方向示意图。

图7为本发明第一磁场发生组件磁场方向俯视图。

图8为本发明电荷分布示意图。

图9为本发明电荷移动示意图。

图中：1、石英火头；11、第一磁场发生组件；12、第二磁场发生组件；101、灯芯；102、灯罩；111、第一磁场导线；113、翅片；114、转轴；121、第二磁场导线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图3，火加工用火焰控制装置，包括灯芯101和灯罩102组成的石英火头1，并由气管向灯芯101输送气体燃料，所述石英火头1中心处设置有第一磁场发生组件11，所述第一磁场发生组件11能够产生环形磁场，从灯芯101处喷射出的火焰，高温下产生电离，电离后的正负电荷受第一磁场发生组件11产生磁场作用下，正负电荷受洛伦兹力形成内分离，所述灯罩102外圈设有沿灯罩102边缘阵列的第二磁场发生组件12，所述第二磁场发生组件12产生的环形磁场对因为第一磁场发生组件11而向外分离的电荷产生向内的力，使电荷向内减少分散距离，工作时，通过调整第二磁场发生组件12产生的磁场强度，能够对灯芯101处喷射的火焰扩散或者聚集程度进行调整，使石英火头1匹配需要加工的区域。

所述第一磁场发生组件11内部设有竖直圆周阵列的第一磁场导线111并且能够控制电流大小和电流方向，所述第二磁场发生组件12内部分隔为上下两层，每层中设有竖直的第二磁场导线121并且能够分别控制电流大小和电流方向，中间分隔处为隔磁材料，参阅图6-图7，第一磁场发生组件11内部设有竖直的通电导线，电流自上而下流经导线时，根据安培定律，会形成环形磁场，图6中X号代表磁场方向向里，圆点代表磁场方向向外，这个磁场的方向根据右手螺旋定则，自上而下看为顺时针方向，在环形磁场中，火焰中的正电荷和负电荷将受到洛伦兹力的作用，洛伦兹力是电荷在磁场中受到的力，其大小与电荷的电量、速度以及磁场的磁感应强度成正比，方向由电荷的运动方向和磁场的方向共同决定，即F=qvB，此时利用洛伦兹力左手定则根据电荷运动方向和磁场方向，正电荷受到力向外侧，负电荷相反，即正电荷向石英火头1外圈运动，负电荷向石英火头1内圈运动，参阅图8-图9，使得火焰形成扩散状，并在灯罩102外圈设有环形阵列的第二磁场发生组件12，第二磁场发生组件12中设置有上下两个不同电流方向的竖直导线，下方导线的电流方向与第一磁场发生组件11中导线电流方向相反，使得形成的磁场，对正电荷为吸引，负电荷为排斥，使得因为第一磁场发生组件11分层的正负电荷扩散更为明显，而第二磁场发生组件12中上方的导线电流通过方向与第一磁场发生组件11中导线相同，使得产生的磁场都会将正电荷向外排斥，对负电荷向内吸引，但是因为第一磁场发生组件11已经将负电荷吸引到了内圈，使得第二磁场发生组件12因为距离相较于第一磁场发生组件11更远对负电荷的影响降低，但是相对于第一磁场发生组件11与正电荷的距离更近，使得第二磁场发生组件12对正电荷的影响更为显著，将正电荷向远离第二磁场发生组件12的方向排斥，参阅图9，通过第二磁场发生组件12上方的导线形成的磁场影响，将因为第一磁场发生组件11影响而向外圈移动的正电荷又像内圈移动，使得本来扩散状的火焰，开始集中，根据公式F=qvB，通过改变导线通过的电流强度，使得磁场强度B改变，就能够对火焰发散集中程度进行改变，使得通过改变电流就能对火焰形状进行调整。

参阅图5，所述灯芯101圆周分布在灯罩102内部，第一磁场发生组件11设置在轴心处，所述灯芯101顶端位置位于第二磁场发生组件12内部下层导体磁场影响范围内，灯芯101圆周分布在第一磁场发生组件11外侧，形成环状，喷出的火焰能够更容易受到第一磁场发生组件11形成的环状磁场影响，使得内部电离的电荷进行内外圈的分层。

参阅图4，所述第一磁场发生组件11内的第一磁场导线111下方设有转轴114，转轴114可以带动圆周阵列的第一磁场导线111整体旋转，当第一磁场导线旋转时，它们产生的磁场也会相应地发生变化，使得各方向上的磁场强度更为均匀，避免因为距离导线位置较远磁场强度较弱，使得火焰形状产生塌陷，这种动态变化的磁场有助于稳定火焰的形态和位置，减少火焰的波动和闪烁，在火加工过程中，稳定的火焰能够确保热量均匀分布，提高加工质量和效率，通过使用转轴来驱动圆周阵列的第一磁场导线旋转，可以简化设备的结构，减少不必要的机械部件和复杂性，这有助于降低设备的制造成本和维护成本。

所述第一磁场发生组件11外壳由隔热陶瓷制成，利用隔热陶瓷，避免外部火焰热量向内部的导线传递，避免影响，所述第一磁场发生组件11向下延伸，穿过设置有灯芯101底座，并在穿出部分外圈设有散热用的翅片113，同时，利用翅片113，加大散热面积。

工作原理: 燃烧是一种化学反应，其中燃料与氧化剂反应，产生能量、光以及燃烧产物，这个反应释放出大量的热能，使火焰区域的温度迅速升高，随着温度的升高，火焰中的气体分子和原子获得足够的能量，开始发生热运动加剧，在高温条件下，火焰中的气体分子和原子由于热运动加剧，由于石英加工中需要的火焰温度极高，灯芯101处燃烧的火焰一般在几百甚至上千度，其内部的电子开始获得足够的能量来克服原子核的束缚，当电子获得足够的能量时，它们会从原子或分子中逸出，形成带正电的离子和带负电的电子，这个过程称为热电离，除了热电离外，火焰中的光电离也是一个重要的过程，当火焰中的原子或分子被高能光子照射时，它们可以吸收光子的能量，使内部的电子获得足够的能量而逸出，这些高能光子来自于火焰中的化学反应和火焰自身的辐射，在火焰中，高速运动的离子和电子可以与其他原子或分子发生碰撞，在碰撞过程中，可以使被撞击的原子或分子中的电子逸出，形成新的离子和电子，这个过程称为碰撞电离，随着热电离、光电离和碰撞电离的不断进行，火焰中的离子和电子数量逐渐增加，气体逐渐从气体状态过渡到部分电离的状态，当电离程度足够高时即离子和电子的数量足够多时，火焰中的气体就形成了等离子体，这时，离子和电子可以自由移动，并在空间中形成电场和磁场，从而表现出等离子体的特性，此时火焰就是能够导电的气体，在接触到电场是会被其吸引，此时火焰的形状便于燃烧过程中正负离子的运动状态相关，在石英火头1轴心处设置有第一磁场发生组件11，第一磁场发生组件11内部设有竖直的通电导线，电流自上而下流经导线时，根据安培定律，会形成环形磁场，这个磁场的方向根据右手螺旋定则，自上而下看为顺时针方向，在环形磁场中，火焰中的正电荷和负电荷将受到洛伦兹力的作用，洛伦兹力是电荷在磁场中受到的力，其大小与电荷的电量、速度以及磁场的磁感应强度成正比，方向由电荷的运动方向和磁场的方向共同决定，即F=qvB，此时利用洛伦兹力左手定则根据电荷运动方向和磁场方向，正电荷受到力向外侧，负电荷相反，即正电荷向石英火头1外圈运动，负电荷向石英火头1内圈运动，使得火焰形成扩散状，并在灯罩102外圈设有环形阵列的第二磁场发生组件12，第二磁场发生组件12中设置有上下两个不同电流方向的竖直导线，下方导线的电流方向与第一磁场发生组件11中导线电流方向相反，使得形成的磁场，对正电荷为吸引，负电荷为排斥，使得因为第一磁场发生组件11分层的正负电荷扩散更为明显，而第二磁场发生组件12中上方的导线电流通过方向与第一磁场发生组件11中导线相同，使得产生的磁场都会将正电荷向外排斥，对负电荷向内吸引，但是因为第一磁场发生组件11已经将负电荷吸引到了内圈，使得第二磁场发生组件12因为距离相较于第一磁场发生组件11更远对负电荷的影响降低，但是相对于第一磁场发生组件11与正电荷的距离更近，使得第二磁场发生组件12对正电荷的影响更为显著，将正电荷向远离第二磁场发生组件12的方向排斥，通过第二磁场发生组件12上方的导线形成的磁场影响，将因为第一磁场发生组件11影响而向外圈移动的正电荷又像内圈移动，使得本来扩散状的火焰，开始集中，根据公式F=qvB，通过改变导线通过的电流强度，使得磁场强度B改变，就能够对火焰发散集中程度进行改变，使得通过改变电流就能对火焰形状进行调整。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种火加工用火焰控制装置，包括灯芯（101）和灯罩（102）组成的石英火头（1），并由气管向灯芯（101）输送气体燃料，其特征在于：所述石英火头（1）中心处设置有第一磁场发生组件（11），所述第一磁场发生组件（11）能够产生环形磁场，从灯芯（101）处喷射出的火焰，高温下产生电离，电离后的正负电荷受第一磁场发生组件（11）产生磁场作用下，正负电荷受洛伦兹力形成内分离；所述灯罩（102）外圈设有沿灯罩（102）边缘阵列的第二磁场发生组件（12），所述第二磁场发生组件（12）产生的环形磁场对因为第一磁场发生组件（11）而向外分离的电荷产生向内的力，使电荷向内减少分散距离；工作时，通过调整第二磁场发生组件（12）产生的磁场强度，能够对灯芯（101）处喷射的火焰扩散或者聚集程度进行调整，使石英火头（1）匹配需要加工的区域。

2.根据权利要求1所述的一种火加工用火焰控制装置，其特征在于：所述第一磁场发生组件（11）内部设有竖直圆周阵列的第一磁场导线（111）并且能够控制电流大小和电流方向。

3.根据权利要求1所述的一种火加工用火焰控制装置，其特征在于：所述第二磁场发生组件（12）内部分隔为上下两层，每层中设有竖直的第二磁场导线（121）并且能够分别控制电流大小和电流方向，中间分隔处为隔磁材料。

4.根据权利要求3所述的一种火加工用火焰控制装置，其特征在于：所述灯芯（101）圆周分布在灯罩（102）内部，第一磁场发生组件（11）设置在轴心处，所述灯芯（101）顶端位置位于第二磁场发生组件（12）内部的下层导体磁场影响范围内。

5.根据权利要求2所述的一种火加工用火焰控制装置，其特征在于：所述第一磁场发生组件（11）内的第一磁场导线（111）下方设有转轴（114），转轴（114）能带动圆周阵列的第一磁场导线（111）整体旋转。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种火加工用火焰控制装置，其特征在于：所述第一磁场发生组件（11）外壳由隔热陶瓷制成。

7.根据权利要求6所述的一种火加工用火焰控制装置，其特征在于：所述第一磁场发生组件（11）向下延伸，穿过设置有灯芯（101）的底座，并在穿出部分外圈设有散热用的翅片（113）。