半导体气氛炉炉衬升级

降壳温、稳温场、降能耗

应用场景

客户使用的是半导体制造相关的高温气氛炉,用于退火/扩散/氧化等热处理工序,长期在中高温区运行,工艺气体以氮气、惰性气体与形成气(氢氮混合气)为主,温度范围覆盖到约 1100 °C 这一档。

这种炉型的核心诉求很明确:温度分布稳定、运行波动小、维护干净利落,外壳温升要压住,避免热点与能耗被结构缺陷“固定化”。

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改造前的典型问题

  • 壳体局部热点明显,集中在门框、观察孔、气体接口/法兰附近;同一位置反复出现,属于结构热桥。
  • 炉膛温差拉大,控温系统补偿幅度变大,超调/回稳时间变长。
  • 启停与批次切换频繁,炉墙热容量偏大,拉温慢、待机损失高。
  • 炉衬表面稳定性要求高,任何粉化/碎屑/掉落都会把维护成本和风险拉高。

鑫辉落地方案

方案只做三件事:热面可靠、背衬隔热、热桥清零。

热面工作层(承载与气氛冲刷)

选用致密耐火体系(砖/浇注料)做热面层,把机械强度、抗冲刷、抗热震放在第一位;热面结构优先保证“长期不掉渣、不松动”。

背衬保温层(控壳温与降热损)

背衬采用莫来石体系轻质保温砖做主保温层,目标是把外壳散热压下去,同时降低炉衬热容量,让启停更利索。材料选型按我们以往同温区炉型经验走“分级匹配”:温度余量够用的前提下,优先选更低导热、更低蓄热的组合,避免为追求更高耐温把导热和热容量一起抬高。

陶瓷纤维保温与密封(解决复杂部位与连续性)

门体、检修口、观察孔、接口周边用纤维毯/板/模块与密封绳/纸做连续保温和多道密封,解决几何复杂、热胀冷缩、拆装频繁带来的缝隙与漏热点。

热桥专项(门框/观察孔/接口法兰)

把门框、观察孔、接口法兰当成单独的小项目处理:断热结构、隔热垫层、密封压紧、搭接连续性逐点清掉。热桥不清掉,堆再厚的保温层也会被局部短路抵消。

现场迭代方式

  • 先用三类数据定位:温度曲线(各区设定/实测)、功率曲线(升温/保温/待机分段)、壳温点位(门框/接口/角部/壳体中部,热像或定点测温)。
  • 用“热点位置 × 补偿最强温区”叠加找根因:热桥、缝隙、搭接不连续、贯穿件短路。
  • 改动顺序固定:先处理热桥与密封连续性,再微调背衬分层与厚度,最后把施工细节与烘炉曲线固化成统一做法。

投运后的变化

  • 壳温热点明显收敛:门框、接口、检修口周边的局部高温区缩小,壳体温升更均匀。
  • 功率曲线更顺:保温段的补偿波动下降,温区之间“互相拉扯”的情况减少。
  • 拉温与回稳更快:启停阶段对炉墙蓄热的“填坑”变小,批次切换更利落。
  • 维护节奏变长:热面结构更稳,密封更可靠,清理与修补频次下降。

炉衬结构示意

炉体结构(示意) 炉膛 / 工艺区 分层:热面致密层 → 过渡层 → 莫来石轻质保温层 → 纤维保温与密封(门体/接口/检修口) 门框/门体 接口/法兰 观察孔/检修口 热桥先清零,再谈厚度微调