[发明专利]含一氧化碳氮基可控气氛的生产方法

说明书

本发明涉及含一氧化碳氮基可控气氛的生产方法，具体涉及含氧氮基气氛与炭质脱氧剂接触脱氧生产金属热处理用含一氧化碳氮基可控气氛的方法。

众所周知，在含一氧化碳氮基可控气氛下进行金属热处理，既可防止工件氧化还可防止脱炭，从而大大提高热处理工件的机械性能、强度和使用寿命。现有的含一氧化碳氮基可控气氛的生产方法有天然气法、木炭法等。天然气法是在工业氮中添加一定比例的天然气，使天然气与氧不完全燃烧生成一氧化碳和氢。该法需严格控制天然气的比例，过高会生产碳黑;过低，脱氧不完全并生成CO，因此操作比较困难，而且受天然气原料的限制，不易推广。木炭法（PO141，994;控制气氛的制取和应用，中国工业出版社）是将空分氮气与1000-1100℃的赤热的木炭接触，使其中的氧转化成CO。脱氧后的气体混合物经冷却、除尘净化、脱除CO₂并得到含CO的氮基可控气氛。采用木炭作为脱氧剂，反应器生产效率低，需经常更换木炭，劳动强度大，反应温度高，产品气中CO₂/CO也较大，而且由于木炭强度低，在燃烧过程中会产生大量粉尘和炭渣，因此能耗高，而且还需冷却、除尘净化、脱除CO₂等一系列后处理过程。

本发明的目的在于针对上述已有技术之不足提供一种反应温度低、设备比较简单、工艺流程短、操作方便的含一氧化碳氮基可控气氛的生产方法。

本发明所提供的金属热处理用含一氧化碳氮基可控气氛的生产方法，是将含有0.5-5.0%氧的氮基气氛在反应器内与炭质脱氧剂接触进行脱氧反应，得到含一氧化碳的氮基气氛，其特征在于所述的炭质脱氧剂是在炭质物料上浸渍有如铁、钴、镍、钾、钠、铜、铬、镁、锰或钙中至少一种金属组份的炭质脱氧剂，其中金属含量为0.05-15.2%（以炭质物料重量为基准），反应温度为550-700℃。

本发明所述的炭质物料是指以固体碳为基本组成的物料。它既是本发明金属活性组分的载体，又是氧的还原剂。本发明可以选用例如焦炭、半焦，也可以是活性炭，例如煤制活性炭，果壳活性炭，最好用例如硝酸、过氧化氢、高锰酸钾等进行氧化预处理，以增加上述炭质物料中的含氧官能团，以利用于CO的生成。炭质物料的适宜的比表面积为200-1400平方米/克，优先选用800-1400平方米/克。本发明推荐选用经硝酸氧化处理的表面积为900-1200平方米/克的果壳活性炭。

本发明的脱氧剂所含的金属组份，可以使炭与氧在较低的反应温度下选择性地转化为一氧化碳，从而得到高CO/CO₂的氮基可控气氛，不需脱CO₂即可直接用于金属热处理，所述的金属组份可以是一种如铁、钴、镍、钾、钠、铜、铬、镁、锰或钙等，也可以是一种以上所述组份，最好选用含有铁或铁与至少一种上述金属的铁系炭质脱氧剂。本发明推荐选用载于经氧化处理的果壳活性炭上的铁-镁脱氧剂以及铁-钾-铬脱氧剂。对于铁-镁脱氧剂，适宜的铁含量为1.3-10.5%（以果壳活性炭重量计），优先选用2.1-5.0%，适宜的镁含量为0.5-5.5%（以果壳活性炭重量计），优先选用1.5-3.5%。

对于铁-钾-铬脱氧剂，适宜的铁含量为1.0-15.2%，优先选用2.1-7.3%;适宜的钾含量，为0.5-5.5%，优先选用1.0-4.5%;适宜的铬含量为0.05-1.0%，优先选用0.1-0.5%。

本发明的脱氧剂的制备方法属于现有技术，是将上述炭质物料或经氧化处理的炭质物料浸泡到至少含有一种上述金属的可溶性化合物如硝酸盐、氢氧化物或醋酸盐的溶液或混合溶液中，烘干，置于分解炉内，在惰性气体保护下，在120-400℃分解2-6小时，冷却得到所述的脱氧剂。

本发明通常选用氧含量约为0.5-5%的空分工业氮作为气源，也可以选用钢铁厂氧气站的氧含量约为3-5%的副产氮，还可以是其它具有适宜氧含量的副产氮。若选用副产氮作为气源，反应前应脱除其中可能存在的有害杂质或水。

本发明可以选用任意的反应器，例如移动床、流化床或固定床。本发明脱氧反应极易进行，以选用固定床反应器为宜。本发明可以根据不同的热处理要求，分别采用间歇操作方式或连续操作方式。对于连续操作过程，本发明允许的原料气的空速达40000升/升·小时。实际生产可控气氛过程中，可以根据原料气的氧含量，随后的热处理过程所需的可控气氛的流量及一氧化碳含量等选定适宜的空速。