技術領域

本實用新型涉及一種深度脫氧裝置，屬于化學反應脫氧裝置制備技術領域。

背景技術

鋼鐵冶金生產工藝中，氧、硫、磷、氫、氮等是嚴重破壞鑄坯質量的幾大有害元素，將這類非金屬元素總含量降低在30ppm范圍內定為21世紀奮斗目標。其中，氧不僅降低了鋼的熱脆性能，而且能顯著降低鋼液表面張力。依據參考書目黃希祜編撰的《鋼鐵冶金原理》第3版第389頁，明確指出：沸騰鋼中溶解氧含量需降低到250～300ppm；鎮靜鋼中溶解氧含量應小于50ppm。致力于臥滴法研究鋼液、夾雜物體系潤濕行為，需要獲得低于與液態鋼水中氧含量平衡的氣態氧分壓。一般將氣氛中氧含量控制在鐵氧化物分解壓以下的范圍內(原因在于，鐵氧化物的存在導致鋼液表面張力急劇下降而在基底上鋪展)，方能全方位模擬微小鋼液滴潤濕夾雜物的行為。鋼樣穩定存在的區域，氣氛中平衡氧含量在10^-22～10^-13ppm內，且隨溫度升高而升高(具體計算參見《鋼鐵冶金原理》第3版250～251頁)。

目前，脫氧劑制備方法的申請專利及相關文獻中，主要包括以下四種脫氧方式：碳質脫氧劑；金屬及金屬氧化物脫氧劑；活性催化劑加氫除氧；常溫下采用有機酸鹽氧化脫氧(僅限于常溫常壓使用，例如公開號為CN1411905A公開了一種硅、酚類有機物的食品脫氧劑)。

公開號為CN103007880A的專利中，將91～93％活性炭，與4～8％的強堿KOH、NaOH浸漬后，經過烘干、去除灰分后，在300℃及更高溫度下表現出較高的脫氧活性。雖然該碳質脫氧劑高溫脫氧容量大，成本低廉，生產靈活，但文獻中并沒有指出其脫氧效果；且大量CO氣體和粉塵逸出需要完善尾氣排放、除塵等后序處理工藝，這無疑增加了工藝成本；隨著碳質不斷消耗，產生的灰分量將逐漸增加，容易堵塞氣體管道，污染爐膛環境；碳質材料屬消耗型材料，其消耗速度和更換頻率未知。綜上，此種脫氧方法不適合廣泛采用。

公開號為CN1090221A的專利中，采用稀有金屬鉬脫氧，在200℃以內能將普通惰性氣體或含烷烴的混合氣氛或含硫、CO氣氛中氧含量降至0.1ppm。貴金屬鉬可直接用于脫氧，既減少了復雜的處理過程，也避免了催化劑在含硫或CO的氣氛里中毒的可能性。公開號為CN1973994A、CN102850159A的專利中，采用低價錳氧化物作脫氧劑，分別獲得了低于1ppm及低于0.01ppm的殘氧含量。其適用溫度范圍分別在150～250℃及100℃以內，生成的高價錳氧化物能在含H₂的混合氣中得以還原，循環使用。采用金屬鉬或者低價錳氧化物可直接低溫下脫氧，盡管適用于一切含硫或一氧化碳的普通惰性氣體或者烷烴氣體脫氧，但金屬鉬成本高，且鉬、低價錳氧化物低溫脫氧效率較低，脫氧深度只能達到0.01ppm。

公開號為CN1130542A的專利中，以CuO、ZnO、Cr₂O₃三種混合氧化物催化氣態甲醇裂解為CO和H₂，溫度在150～550℃內，反應器壓力為0.01～1MPa內，能將含氧體積分數≤5％的惰性氣氛中氧含量降至1ppm以內。但經脫氧處理后的氣體中含體積分數1～10％的H₂與CO及低于5ppm的微量CO₂。此種方法的創新之處在于利用有機物高壓分解產生還原性氣氛，但該方法中脫氧產物中夾帶大量的H₂-CO，這既降低了還原性氣氛的利用率，又不利于連續穩定地控制氣氛中的氧含量。另外，采用該方法所得氣體產物中的殘氧含量太高(1ppm)，從而大大限定了其應用范圍。

公開號為CN1631530A的專利中，以硫化鉑(PtSx)催化含氫惰性氣氛，可在溫度為25～450℃，壓力為1～15MPa的條件下，將含羰基硫、氧體積分數不超過5％的氣氛中氧含量降低到1ppm。公開號為CN1070128A的專利結合低價錳氧化物及貴金屬Pt催化H₂雙重脫氧的優勢，在室溫到450℃的溫度范圍內，使最終殘氧含量降低到0.003ppm以下。相比以上直接脫氧方式，催化加氫脫氧方式效果更佳，而殘氧含量仍然偏高；且鉑類催化劑成本昂貴，對含羰基硫、高氧含量的氣氛極其敏感，易中毒。

綜上所述，現有脫氧技術存在脫氧容量低，或脫氧精度不夠深，或脫氧效率偏低，或因催化還原性氣體脫氧的方式易中毒，或部分反應體系優選高壓條件下進行，導致安全系數偏低等一個或多個問題。因此亟需一種同時兼具脫氧精度深、使用壽命長、成本低廉而又能安全的脫氧技術。

發明內容