箱式气氛炉结构与原理

箱式气氛炉核心是在密封箱型炉膛中，通过电热转换实现精准控温，并协同气氛调控创造特定气体环境，满足材料在无氧 / 还原 / 反应性气氛下的热处理需求，其结构围绕 “密封、控温、气氛控制" 三大核心设计。以下从结构与原理两方面展开说明：

一、核心结构组成

结构模块核心部件关键功能与技术要点

炉体与炉膛双层密封壳体（碳钢 / 不锈钢外层 + 耐热合金内层）、保温层（硅酸铝纤维 / 氧化铝纤维）、耐火内衬（莫来石聚轻砖 / 陶瓷纤维）提供密闭腔体，双层壳体配合隔热材料降低表面温度，耐火内衬保证高温结构稳定，减少热损失

加热系统加热元件（电阻丝 < 1000℃、硅碳棒 1200-1600℃、硅钼棒 1600-1700℃、石墨加热器，需惰性气氛保护）、热电偶（K/B/S 型）、隔热结构通过焦耳热发热，多面布置（侧壁 / 炉底 / 炉顶）保证温场均匀，热电偶实时反馈温度信号

气氛控制系统进气口、出气口、气体质量流量计（MFC）、精密调节阀、真空泵（机械泵 / 分子泵）、压力表、气体切换阀通入 / 切换惰性（N₂、Ar）、还原（H₂）等气体，预抽真空置换空气，控制气氛流量（0-6L/min）与微正压（防止空气渗入）

炉门与密封水冷套、高温硅橡胶密封圈 / 金属密封、螺旋压紧机构、观察窗保证炉膛密封，水冷套降低密封处温度以延长密封件寿命，观察窗便于实时监控样品状态

温控与安全系统PLC / 单片机控制器、PID 调节器、程序控温模块（30-40 段）、过热 / 断偶 / 开门断电保护、报警装置精准控温（稳定度 ±1-5℃），按工艺曲线自动升降温，多重保护保障设备与操作安全

辅助系统水冷系统（炉门 / 加热元件冷却）、气体预热装置、排气处理单元冷却关键部件，预热进气保证气氛均匀，处理反应尾气（如 H₂O、CO₂）

二、工作原理

密封与气氛置换：炉门关闭后，通过预抽真空（可达 < 10⁻³ Pa）或通入惰性气体排出炉膛内空气，防止样品高温氧化；气氛控制系统通过流量计与调节阀，按工艺持续通入目标气体并维持微正压，确保气氛稳定。

电热转换与温度控制：加热元件通电产生焦耳热，经热辐射与热对流传递使炉膛升温；热电偶实时采集温度信号反馈至控制器，通过 PID 调节加热功率，按预设程序（如升温速率 1-20℃/min）精准控温，保证温场均匀性（有效工作区内 ±5℃）。

气氛 - 温度协同作用：高温下，炉内特定气氛（如 H₂还原氧化物、N₂保护金属）与样品发生预期反应或隔绝不良气体，实现烧结、退火、焙烧等工艺；过程中气氛流量与压力动态平衡，排气口持续排出废气，维持气氛纯度。

冷却与泄压：工艺结束后，停止加热，可通过水冷系统辅助降温；降温至安全温度后，关闭进气并缓慢泄压，打开炉门取出样品。