箱式气氛炉两种典型进出气方式的设计对比

结论建议

1. 对氧含量要求严苛、工件易氧化或需定向冷却的场合，优先选“顶部进气-底部出气”。

2. 对结构简单、成本低、维护方便且氧含量要求中等的常规热处理，可选“顶部进气-顶部出气”。

3. 无论哪种方式，都应在炉顶安装微压表（0–0.02 MPa）并在底部或顶部设置安全泄压阀，保证炉膛始终处于微正压

箱式气氛炉的进气/出气孔设计需兼顾“气流均匀、排氧高效、安全可控”三大目标。综合主流厂商的成熟方案与实验室操作规程，可把设计要点归纳如下，可直接作为图纸或技术协议的条款使用。

一、总体思路

1. 先排氧、后控压：先用大流量惰性气体“扫膛”排空气，再关小出气维持 0.005-0.02 MPa 微正压，防止外部空气渗入。

2. 上进下出或下进上出：气体密度差异大时（H₂、Ar），优先低密度气体上进；密度接近或重气体（N₂），可采用底部进、顶部出，保证置换充分。

3. 一进多出或多进一出：炉膛≥50 L 时，建议多路进气（2-3 组对称布置）+ 单点集中排气，避免死角。

二、孔位与管路布置

1. 进气口
   • 数量：常规 1-3 个，由针阀或质量流量控制器（MFC）独立调节；高温炉（≥1500 °C）推荐 2 组，一组预混，一组补偿。
   • 位置：炉膛后壁下方 1/3 高度，距炉门≥150 mm；多路进气时采用“梳形”母管+小支管向两侧均匀送气。
   • 管径：DN6-DN10（1/4″-3/8″），壁厚≥1.5 mm，材质 316L 或 Inconel；内衬陶瓷套管防止高温氧化。
   • 接头：进炉端为 Swagelok VCR 或 KF16 真空快卸，便于拆装。

2. 出气口
   • 数量：1-2 个，主排气口设在炉顶中央或前墙上方；副排气口（安全泄压）可设在炉顶偏后位置，连接爆破片或弹簧式背压阀（开启压力 0.03 MPa）。
   • 管径：≥DN15（1/2″），减少排气阻力；弯头采用大 R 弯或 L 型转弯，避免直接吹向样品。
   • 阀门：主排气口用针阀/球阀 + 手动/电动陶瓷插板阀；副排气口用弹簧背压阀，确保超压自动泄放。
   • 排气延伸：尾端接油雾过滤器 + 阻火器（氢气炉必备），再通室外或尾气处理。

三、流量与压控

1. 流量计：进气标配浮子流量计（0.2-5 L·min⁻¹）或 MFC（精度 ±1%FS），触摸屏按段设定流量。

2. 压力监测：炉体背部预留 KF16 测压口，安装 0-0.1 MPa 绝压传感器，信号接入 PLC；超压声光报警并切断加热。

3. 快速降温旁路：进气-排气之间加旁路电磁阀，全开时实现 ≥5 °C min⁻¹ 强制冷却。

四、安全细节
• 所有阀门手柄/执行器远离炉体高温区，必要时加延长杆或水冷支架。
• 进出气口与炉壳间采用石墨/陶瓷纤维垫片+金属压环，耐受 10⁴ 次热循环不漏。
• 氢气工况：进气口前加阻火器，排气口后加自动点火装置，确保废氢及时燃烧。
• 快插接头处贴流向箭头及气体标签，防止误接。

五、典型尺寸速查表（经验值）

按上述参数设计，可满足 1200-1700 °C 箱式气氛炉在 Ar、N₂、H₂、混合气等多种工况下的安全、高效运行。