[实用新型]一种深度脱氧装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种深度脱氧装置，属于化学反应脱氧装置制备技术领域。

背景技术

钢铁冶金生产工艺中，氧、硫、磷、氢、氮等是严重破坏铸坯质量的几大有害元素，将这类非金属元素总含量降低在30ppm范围内定为21世纪奋斗目标。其中，氧不仅降低了钢的热脆性能，而且能显著降低钢液表面张力。依据参考书目黄希祜编撰的《钢铁冶金原理》第3版第389页，明确指出：沸腾钢中溶解氧含量需降低到250～300ppm；镇静钢中溶解氧含量应小于50ppm。致力于卧滴法研究钢液、夹杂物体系润湿行为，需要获得低于与液态钢水中氧含量平衡的气态氧分压。一般将气氛中氧含量控制在铁氧化物分解压以下的范围内(原因在于，铁氧化物的存在导致钢液表面张力急剧下降而在基底上铺展)，方能全方位模拟微小钢液滴润湿夹杂物的行为。钢样稳定存在的区域，气氛中平衡氧含量在10^-22～10^-13ppm内，且随温度升高而升高(具体计算参见《钢铁冶金原理》第3版250～251页)。

目前，脱氧剂制备方法的申请专利及相关文献中，主要包括以下四种脱氧方式：碳质脱氧剂；金属及金属氧化物脱氧剂；活性催化剂加氢除氧；常温下采用有机酸盐氧化脱氧(仅限于常温常压使用，例如公开号为CN1411905A公开了一种硅、酚类有机物的食品脱氧剂)。

公开号为CN103007880A的专利中，将91～93％活性炭，与4～8％的强碱KOH、NaOH浸渍后，经过烘干、去除灰分后，在300℃及更高温度下表现出较高的脱氧活性。虽然该碳质脱氧剂高温脱氧容量大，成本低廉，生产灵活，但文献中并没有指出其脱氧效果；且大量CO气体和粉尘逸出需要完善尾气排放、除尘等后序处理工艺，这无疑增加了工艺成本；随着碳质不断消耗，产生的灰分量将逐渐增加，容易堵塞气体管道，污染炉膛环境；碳质材料属消耗型材料，其消耗速度和更换频率未知。综上，此种脱氧方法不适合广泛采用。

公开号为CN1090221A的专利中，采用稀有金属钼脱氧，在200℃以内能将普通惰性气体或含烷烃的混合气氛或含硫、CO气氛中氧含量降至0.1ppm。贵金属钼可直接用于脱氧，既减少了复杂的处理过程，也避免了催化剂在含硫或CO的气氛里中毒的可能性。公开号为CN1973994A、CN102850159A的专利中，采用低价锰氧化物作脱氧剂，分别获得了低于1ppm及低于0.01ppm的残氧含量。其适用温度范围分别在150～250℃及100℃以内，生成的高价锰氧化物能在含H₂的混合气中得以还原，循环使用。采用金属钼或者低价锰氧化物可直接低温下脱氧，尽管适用于一切含硫或一氧化碳的普通惰性气体或者烷烃气体脱氧，但金属钼成本高，且钼、低价锰氧化物低温脱氧效率较低，脱氧深度只能达到0.01ppm。

公开号为CN1130542A的专利中，以CuO、ZnO、Cr₂O₃三种混合氧化物催化气态甲醇裂解为CO和H₂，温度在150～550℃内，反应器压力为0.01～1MPa内，能将含氧体积分数≤5％的惰性气氛中氧含量降至1ppm以内。但经脱氧处理后的气体中含体积分数1～10％的H₂与CO及低于5ppm的微量CO₂。此种方法的创新之处在于利用有机物高压分解产生还原性气氛，但该方法中脱氧产物中夹带大量的H₂-CO，这既降低了还原性气氛的利用率，又不利于连续稳定地控制气氛中的氧含量。另外，采用该方法所得气体产物中的残氧含量太高(1ppm)，从而大大限定了其应用范围。

公开号为CN1631530A的专利中，以硫化铂(PtSx)催化含氢惰性气氛，可在温度为25～450℃，压力为1～15MPa的条件下，将含羰基硫、氧体积分数不超过5％的气氛中氧含量降低到1ppm。公开号为CN1070128A的专利结合低价锰氧化物及贵金属Pt催化H₂双重脱氧的优势，在室温到450℃的温度范围内，使最终残氧含量降低到0.003ppm以下。相比以上直接脱氧方式，催化加氢脱氧方式效果更佳，而残氧含量仍然偏高；且铂类催化剂成本昂贵，对含羰基硫、高氧含量的气氛极其敏感，易中毒。

综上所述，现有脱氧技术存在脱氧容量低，或脱氧精度不够深，或脱氧效率偏低，或因催化还原性气体脱氧的方式易中毒，或部分反应体系优选高压条件下进行，导致安全系数偏低等一个或多个问题。因此亟需一种同时兼具脱氧精度深、使用寿命长、成本低廉而又能安全的脱氧技术。

发明内容