1200℃氢气还原炉
1200℃氢气还原炉（炉膛500 mm×500 mm×600 mm，氮氢混合）
详细技术方案（2025 版）
详细技术方案（2025 版）
1 简介
本设备为间歇式高温气氛还原炉，专用于在 1200 ℃及以下温度区间，以 H₂/N₂ 混合气为工作介质，对金属氧化物、粉末冶金件、电池材料、半导体陶瓷等进行还原、退火、脱脂一体化处理。炉膛有效容积 150 L，可满足 50–80 kg/炉（视物料密度）批量生产或科研中试需求。
本设备为间歇式高温气氛还原炉，专用于在 1200 ℃及以下温度区间，以 H₂/N₂ 混合气为工作介质，对金属氧化物、粉末冶金件、电池材料、半导体陶瓷等进行还原、退火、脱脂一体化处理。炉膛有效容积 150 L，可满足 50–80 kg/炉（视物料密度）批量生产或科研中试需求。
2 遵循标准
• GB/T 10067.4-2021 电热装置安全 第 4 部分：气氛炉
• GB/T 5959.1-2021 电热设备 通用安全
• GB 3836.14-2021 爆炸性环境 第 14 部分：氢气危险场所分类
• JB/T 8195.13-2020 氢气烧结炉 技术条件
• EU Directive 2014/68/EU PED 压力容器指令（选配压力模块时）
• SEMI S2-2023 半导体制造设备安全（可选认证）
• GB/T 10067.4-2021 电热装置安全 第 4 部分：气氛炉
• GB/T 5959.1-2021 电热设备 通用安全
• GB 3836.14-2021 爆炸性环境 第 14 部分：氢气危险场所分类
• JB/T 8195.13-2020 氢气烧结炉 技术条件
• EU Directive 2014/68/EU PED 压力容器指令（选配压力模块时）
• SEMI S2-2023 半导体制造设备安全（可选认证）
3 用途
• 3D 打印金属件脱脂+还原一步完成
• 钨、钼、钴、镍、铁、铜等氧化物还原
• 锂电正极材料（NCM、LFP）除氧增密
• 半导体封装合金框架退火
• 稀有金属粉末（钽、铌）脱氧提纯
• 3D 打印金属件脱脂+还原一步完成
• 钨、钼、钴、镍、铁、铜等氧化物还原
• 锂电正极材料（NCM、LFP）除氧增密
• 半导体封装合金框架退火
• 稀有金属粉末（钽、铌）脱氧提纯
4 工作原理
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真空置换：机械泵+充 N₂ 三次循环洗膛，O₂＜50 ppm
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升温：多区 PID 控温，N₂ 保护至 600 ℃
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还原：通入 5–75 %H₂（体积比）的 N₂/H₂ 混合气，流量 5–30 NL/min，炉压 3–8 kPa（微正压）
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保温：1200 ℃ 恒温 30–240 min，H₂ 与 MeO 反应生成 H₂O 被带出
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冷却：关闭 H₂，切换纯 N₂，循环水冷+风冷双重降温，降温斜率 8–12 ℃/min（700 ℃以上）
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结束：温度＜60 ℃，蜂鸣提示，可开炉取样
5 主要技术参数
额定温度：1200 ℃长期使用：≤1150 ℃
炉膛尺寸：500×500×600 mm（W×H×D）
有效容积：150 L
温区数：3 区独立（左、中、右）
控温精度：±1 ℃（稳态）
温度均匀性：±5 ℃（九点测温，1050 ℃）
升温速率：0–15 ℃/min 可设
降温速率：700–400 ℃段 ≥10 ℃/min（水冷增强型）
额定功率：24 kW（380 V 50 Hz 五线制）
加热元件：Fe-Cr-Al 高温合金螺旋丝，表面涂覆抗氧化涂层
炉膛材料：真空成型高纯氧化铝多晶纤维 1600 级，厚度 80 mm
冷面温度：≤室温+25 ℃（连续运行）
气氛范围：N₂、H₂、Ar、干/湿混合，H₂ 最大允许 80 %
炉压范围：0–20 kPa 可调，超压 25 kPa 防爆膜破裂
氧含量监测：≤10 ppm（进口电化学 O₂ 分析仪）
氢含量监测：热导式 H₂ 传感器 0–100 %LEL
露点：可选在线露点仪，-80–+20 ℃
冷却水：去离子水，压力 0.2–0.4 MPa，流量 15 L/min
外形尺寸：约 1400×1800×2100 mm（含顶部法兰）
整机重量：≈ 1.2 t
6 可增选配置
A. 湿氢模块：鼓泡法+质量流量闭环，露点 0–20 ℃可调
B. 真空预抽：旋片泵+罗茨泵，极限真空 5×10⁻² Pa
C. 快速冷却：炉膛内置 304 不锈钢换热器，降温时间缩短 30 %
D. 尾气燃烧+自动点火：防止 H₂ 直排，带阻火器
E. 记录仪：无纸记录仪，数据 10 年追溯
F. 样品旋转台：Φ400 mm，0–10 rpm，承重 30 kg
H. 金属内胆：310S 焊接结构，提高气密性，减少纤维粉尘
A. 湿氢模块：鼓泡法+质量流量闭环，露点 0–20 ℃可调
B. 真空预抽：旋片泵+罗茨泵，极限真空 5×10⁻² Pa
C. 快速冷却：炉膛内置 304 不锈钢换热器，降温时间缩短 30 %
D. 尾气燃烧+自动点火：防止 H₂ 直排，带阻火器
E. 记录仪：无纸记录仪，数据 10 年追溯
F. 样品旋转台：Φ400 mm，0–10 rpm，承重 30 kg
H. 金属内胆：310S 焊接结构，提高气密性，减少纤维粉尘
7 结构特点（模块化设计）
7.1 炉壳模块
• 双层 Q235 钢板，中间 40 mm 对流风冷通道；外表面静电喷塑，耐蚀等级 C4
• 前部铰链门+四点压紧手轮，门芯水冷夹层；门框硅橡胶 O 型圈，耐温 250 ℃
• 顶部设防爆口 Φ100 mm，爆破压力 25 kPa，更换式铝箔防爆膜
• 底部 4 只福马轮，带水平调节及刹车
7.1 炉壳模块
• 双层 Q235 钢板，中间 40 mm 对流风冷通道；外表面静电喷塑，耐蚀等级 C4
• 前部铰链门+四点压紧手轮，门芯水冷夹层；门框硅橡胶 O 型圈，耐温 250 ℃
• 顶部设防爆口 Φ100 mm，爆破压力 25 kPa，更换式铝箔防爆膜
• 底部 4 只福马轮，带水平调节及刹车
7.2 加热模块
• 3D 网格布丝：电阻丝镶嵌于纤维板沟槽，自由伸缩，热辐射效率高
• 分区独立可控硅调功，移相触发，谐波≤5 %
• 超温保护：每区主控+监控双热电偶，监控表独立固态继电器，硬件断路
• 3D 网格布丝：电阻丝镶嵌于纤维板沟槽，自由伸缩，热辐射效率高
• 分区独立可控硅调功，移相触发，谐波≤5 %
• 超温保护：每区主控+监控双热电偶，监控表独立固态继电器，硬件断路
7.3 气氛模块
• 316L 不锈钢气路，VCR 接头，氦质谱检漏≤1×10⁻⁹ Pa·m³/s
• 三级减压：瓶压→管道压→微压，带 N₂ 应急吹扫电磁阀（断电常开）
• 流量控制：进口品牌质量流量控制器（MFC），重复精度 ±0.5 %F.S
• 尾气处理：阻火器+自动点火燃烧嘴，燃烧温度 750 ℃，残留 H₂＜5 ppm
• 316L 不锈钢气路，VCR 接头，氦质谱检漏≤1×10⁻⁹ Pa·m³/s
• 三级减压：瓶压→管道压→微压，带 N₂ 应急吹扫电磁阀（断电常开）
• 流量控制：进口品牌质量流量控制器（MFC），重复精度 ±0.5 %F.S
• 尾气处理：阻火器+自动点火燃烧嘴，燃烧温度 750 ℃，残留 H₂＜5 ppm
7.4 冷却模块
• 炉壳风冷：轴流风机 2×200 mm，变频调速，噪音≤65 dB(A)
• 水冷换热器：可选内置盘管，水压低报警停机
• 尾气冷凝：304 螺旋盘管+冷凝捕集器，回收 90 % 以上水蒸气
• 炉壳风冷：轴流风机 2×200 mm，变频调速，噪音≤65 dB(A)
• 水冷换热器：可选内置盘管，水压低报警停机
• 尾气冷凝：304 螺旋盘管+冷凝捕集器，回收 90 % 以上水蒸气
7.5 电控模块
• 西门子 S7-1200 PLC+7" 彩色触摸屏，中文图形界面
• 50 段可编程序，支持梯度升温、恒温、斜率降温、循环、跳转
• USB 口：工艺曲线导出/配方导入
• 三级权限：操作员/工艺员/管理员，符合 FDA 21 CFR Part11（可选）
• 西门子 S7-1200 PLC+7" 彩色触摸屏，中文图形界面
• 50 段可编程序，支持梯度升温、恒温、斜率降温、循环、跳转
• USB 口：工艺曲线导出/配方导入
• 三级权限：操作员/工艺员/管理员，符合 FDA 21 CFR Part11（可选）
8 标准配置清单
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主机（含炉膛、加热、壳体、控制系统） 1 套
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陶瓷纤维承烧板 2 块（10 mm 厚，带定位槽）
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N 型热电偶（主控） 3 支
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超温热电偶（监控） 3 支
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质量流量控制器 N₂ 0–30 L/min 1 路
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质量流量控制器 H₂ 0–20 L/min 1 路
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防爆电磁阀 H₂ 切断阀（常闭） 1 只
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机械真空泵 8 m³/h 1 台（含油雾过滤器）
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阻火器+自动点火器 1 套
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无水纸记录仪 1 台
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工具包：高温手套 2 双，炉钩 1 把，六角扳手 1 套
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中文说明书、电气图、出厂检验报告、合格证 各 1 份
9 易损件与寿命
• 加热元件：≥2000 h（1150 ℃连续），可现场更换，30 min 完成
• 陶瓷纤维板：≥5 年（正常升降），出现粉化＞3 mm 需更换
• O 型圈：1 年/500 次循环，备件 10 只
• 热电偶：≥1 年，建议每年校准一次
• 防爆膜：爆破后一次性更换，备件 5 片
• 加热元件：≥2000 h（1150 ℃连续），可现场更换，30 min 完成
• 陶瓷纤维板：≥5 年（正常升降），出现粉化＞3 mm 需更换
• O 型圈：1 年/500 次循环，备件 10 只
• 热电偶：≥1 年，建议每年校准一次
• 防爆膜：爆破后一次性更换，备件 5 片
10 使用寿命
炉体结构≥10 年，加热元件≥2 年，电控系统≥8 年，在正常使用、定期维护条件下，整机 MTBF≥5000 h。
炉体结构≥10 年，加热元件≥2 年，电控系统≥8 年，在正常使用、定期维护条件下，整机 MTBF≥5000 h。
11 售后质保
• 整机保修 12 个月（消耗品除外），加热元件保修 6 个月
• 质保期内免费更换故障零件，含差旅费
• 终身技术支持，软件免费升级
• 接到报修 2 h 响应，国内 48 h 到场，海外 72 h 提供方案
• 安装调试+操作培训 2 天，颁发合格证书
• 整机保修 12 个月（消耗品除外），加热元件保修 6 个月
• 质保期内免费更换故障零件，含差旅费
• 终身技术支持，软件免费升级
• 接到报修 2 h 响应，国内 48 h 到场，海外 72 h 提供方案
• 安装调试+操作培训 2 天，颁发合格证书
12 包装运输
• 主机：缠绕膜+珍珠棉+五合板全封闭木箱，底部叉车孔，满足 GB/T 13384 出口标准
• 配件：独立纸箱，内附减震泡沫，同主机木箱托盘打包
• 运输标识：向上、防潮、防爆、重心标识，符合 IMDG Code 4.1
• 毛重：≈1.4 t，体积 2.1 m³，可用 20 GP 集装箱拼装
• 随机文件：装箱单、质保证书、安全数据表（MSDS，氢气）
• 主机：缠绕膜+珍珠棉+五合板全封闭木箱，底部叉车孔，满足 GB/T 13384 出口标准
• 配件：独立纸箱，内附减震泡沫，同主机木箱托盘打包
• 运输标识：向上、防潮、防爆、重心标识，符合 IMDG Code 4.1
• 毛重：≈1.4 t，体积 2.1 m³，可用 20 GP 集装箱拼装
• 随机文件：装箱单、质保证书、安全数据表（MSDS，氢气）
13 使用注意事项（含加热元件）
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首次使用≥200 ℃ 烘炉 2 h，排除纤维吸附水
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升温速率≤10 ℃/min，禁止超温冲击，以免电阻丝蠕变
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氢气阶段炉压必须保持微正压（≥0.5 kPa），严禁负压运行
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冷却阶段先停 H₂ 再停 N₂，尾气燃烧嘴确认熄灭后方可关机
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炉门密封圈每 50 炉涂一次高温硅脂，防止硬化龟裂
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加热元件更换后需重新校准温场，九点测温合格方可生产
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禁止含 S、Cl、P 元素物料进入，避免腐蚀合金丝
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真空泵油每 500 h 更换，防止氢脆乳化
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长期停用再次启用前，执行“真空+氮洗”循环 3 次
14 操作方法（SOP 级，示例：3 h 还原铜粉）
步骤 0 准备
• 检查冷却水、压缩空气、氮气、氢气压力正常
• 穿戴阻燃工作服、防静电鞋、护目镜
• 确认炉膛清洁，放置铜粉 20 kg（≤2 L 坩埚 4 只）
步骤 0 准备
• 检查冷却水、压缩空气、氮气、氢气压力正常
• 穿戴阻燃工作服、防静电鞋、护目镜
• 确认炉膛清洁，放置铜粉 20 kg（≤2 L 坩埚 4 只）
步骤 1 装炉
• 承烧板居中，坩埚 V 型排布，间隙≥30 mm
• 关闭炉门，对角压紧手轮，确认密封圈无夹丝
• 承烧板居中，坩埚 V 型排布，间隙≥30 mm
• 关闭炉门，对角压紧手轮，确认密封圈无夹丝
步骤 2 真空置换
• 启动真空泵，抽至-0.08 MPa
• 充 N₂ 至 0 kPa，重复 3 次，O₂ 读数＜50 ppm
• 启动真空泵，抽至-0.08 MPa
• 充 N₂ 至 0 kPa，重复 3 次，O₂ 读数＜50 ppm
步骤 3 升温
• 调用程序 P-Cu-1200：
20 ℃→600 ℃ 10 ℃/min N₂ 10 L/min
• 600 ℃保温 10 min，仪表自动提示“H₂ Ready”
• 调用程序 P-Cu-1200：
20 ℃→600 ℃ 10 ℃/min N₂ 10 L/min
• 600 ℃保温 10 min，仪表自动提示“H₂ Ready”
步骤 4 还原
• 缓慢打开 H₂ 阀，设定 H₂/N₂=30 %/70 %，总流量 15 L/min
• 炉压稳定 5 kPa，点火器自动点燃尾气
• 继续升温 600→1200 ℃ 8 ℃/min
• 1200 ℃保温 60 min，记录氧含量＜10 ppm
• 缓慢打开 H₂ 阀，设定 H₂/N₂=30 %/70 %，总流量 15 L/min
• 炉压稳定 5 kPa，点火器自动点燃尾气
• 继续升温 600→1200 ℃ 8 ℃/min
• 1200 ℃保温 60 min，记录氧含量＜10 ppm
步骤 5 冷却
• 关闭 H₂，切换纯 N₂ 20 L/min
• 程序降温 1200→600 ℃ 10 ℃/min（风机+水冷）
• 600 ℃以下关闭风机，自然冷却至 60 ℃
• 关闭 H₂，切换纯 N₂ 20 L/min
• 程序降温 1200→600 ℃ 10 ℃/min（风机+水冷）
• 600 ℃以下关闭风机，自然冷却至 60 ℃
步骤 6 取样
• 确认温度＜60 ℃，炉压 0 kPa
• 打开炉门缝隙 10 mm，30 s 后完全开启，防止骤冷扬尘
• 称重、测氧＜2000 ppm，判定合格
• 确认温度＜60 ℃，炉压 0 kPa
• 打开炉门缝隙 10 mm，30 s 后完全开启，防止骤冷扬尘
• 称重、测氧＜2000 ppm，判定合格
步骤 7 关机
• 关闭气瓶总阀，系统保压 5 kPa
• 退出程序，断电，填写《运行记录表》
• 关闭气瓶总阀，系统保压 5 kPa
• 退出程序，断电，填写《运行记录表》
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