Nghiên cứu khả năng quay vòng của khí thải của công nghệ thấm cacbon thế khí sử dụng khí gas việt nam

giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - TRầN VĂN NAM NGHIÊN CứU KHả NăNG QUAY VòNG CủA KHí THảI CủA CÔNG NGHệ THấM CACBO THể KHí GAS VIệT NAM Bộ MÔN: VậT LIệU HọC, Xử Lý NHIệT Và Bề MặT luận văn thạc sÜ KHOA HäC Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: NGUN V¡N TƯ NGUYễN ANH SƠN Hà NộI - 2010 MC LC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Thấm cacbon thể khí 1.1.1 Khái niệm thấm cacbon 1.1.2 Các thơng số q trình thấm cacbon 1.1.2.1 Nhiệt độ thấm 1.1.2.2 Thời gian thấm 1.1.2.3 Thế cacbon (CP) 10 1.1.2.4 Thời gian lưu 12 1.1.3 Một số phương pháp thấm tiên tiến 13 1.1.3.1 Thấm cacbon môi trường áp suất thấp 13 1.1.3.2 Thấm cacbon môi trường ion hóa (Plasma) 15 1.1.4 Mơi trường thấm cacbon thể khí 16 1.1.5 Tạo môi trường thấm ngồi lị 17 1.1.5.1 Khí Endo 17 1.1.5.2 Khí Exo-gas 20 1.1.6 Môi trường thấm tạo trực tiếp lò thấm 21 1.1.6.1 Hỗn hợp metanol N2 21 1.1.6.2 Hỗn hợp khí thấm khác 23 1.2 Mơi trường thấm sử dụng khí gas Việt Nam 23 1.2.1 Đặc điểm khí gas Việt Nam 23 1.2.2 Giới thiệu chung chất thấm sử dụng khí Gas Việt Nam 24 1.2.2 Sự hình thành mơi trường khí thấm sở khí gas Việt nam 25 1.2.3 Thế cacbon môi trường điều khiển trình thấm 26 1.3 Quan hệ thành phần, lưu lượng khí thấm thành phần, lưu lượng khí thải 28 1.3.1 Thành phần lưu lượng khí thấm 28 1.3.2 Thành phần lưu lượng khí thải 29 1.4 Mục tiêu ý nghĩa quay vịng khí thải 30 1.4.1 Lý quay vịng khí thải 30 1.4.2 Mục tiêu quay vịng khí thải 31 1.4.3 Ý nghĩa quay vịng khí thải 32 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 33 2.1 Sơ đồ thực nghiệm 33 2.1.1 Sơ đồ quy trình thực nghiệm quay vịng khí thải 33 2.1.2 Quy trình thí nghiệm mẫu nghiên cứu 34 2.2 Hệ thống quay vịng khí thải 35 2.2.1 Lò thấm 37 2.2.2 Mỏ đốt 38 2.2.3 Buồng làm nguội 39 2.2.4 Bơm nén 40 2.2.5 Bình tích áp 41 2.2.6 Đường ống dẫn khí quay ngược lị 42 2.2.7 Các thiết bị phân tích 42 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ GIẢI THÍCH 46 3.1 Quan hệ thành phần lưu lượng khí thấm đến thành phần lưu lượng khí thải 46 3.2 Xử lý khí thải 48 3.4 Thành phần tỷ lệ khí thải sau xử lý nén 57 3.5 Giới hạn quay vòng theo lý thuyết thực tế 58 3.5.1 Đốt hồn tồn hyđrơ CO 59 3.5.2 Khi đốt chủ yếu hyđro bảo tồn CO để tái sử dụng 61 3.6 Kết thấm quay vịng khí thải với phương pháp khác 66 3.6.1 Đốt hoàn toàn hyđrô CO 66 3.6.2 Đốt chủ yếu hyđro bảo tồn CO để tái sử dụng 69 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 76 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan : Luận văn “Nghiên cứu khả quay vịng khí thải cơng nghệ thấm cacbon thể khí sử dụng khí gas việt nam” cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu luận văn sử dụng trung thực Kết nghiên cứu trình bày luận văn chưa cơng bố cơng trình khác Tơi xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Tư thầy Nguyễn Anh Sơn thuộc Bộ môn Vật liệu học, xử lý nhiệt bề mặt tận tình giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Hà nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010 Tác giả luận văn Trần Văn Nam DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Bảng 1.4 Bảng 1.5 Bảng 1.6 Bảng 1.7 Bảng 2.1 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 3.10 Bảng 3.11 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Bảng 3.15 Bảng 3.16 Bảng 3.17 Bảng 3.18 Bảng 3.19 Bảng 3.20 Bảng 3.21 Bảng 3.22 Bảng 3.23 Bảng 3.24 Bảng 3.25 Nội dung Đặc điểm thấm cacbon áp suất thấp Khí thấm Nga Khí thấm Hoa Kỳ Thành phần khí exo-gas sản xuất từ khí thiên nhiên Một số đặc điểm khí Gas Việt Nam Bảng tính tốn tỷ lệ gas phản ứng Thành phần khí thải thấm 9200C Bảng thành phần hóa học mác thép sử dụng Chế độ thực nghiệm tỷ lệ phần trăm khí ban đầu Lượng mol khí trước phản ứng Tỷ lệ khí sau phản ứng tính tốn theo thermo-calc Kết đo thành phần khí thải Bảng nhiệt độ bắt lửa khí Số mol khí thải trước đốt Thành phần khí thải sau đốt Thành phần khí thải sau đốt với lưu lượng oxy khác Số mol khí thải trước đốt Thành phần khí thải sau đốt sử dụng phần mềm thermo-calc Kết đo H2, CO khí thải sau đốt Số mol khí thải trước đốt Thành phần khí thải sau đốt Kết đo H2, CO khí thải sau đốt Thành phần khí trước sau nén Lưu lượng khí vào bình tích áp Thành phần khí sau nén Lưu lượng khí thấm lưu lượng khí thải xử lý Bảng tỷ lệ quay vịng khí thải Lưu lượng khí vào bình tích áp Thành phần khí sau nén Tính tốn cân đương lượng ngun tử gam với tỷ lệ quay vịng 60% Tính tốn cân đương lượng nguyên tử gam với tỷ lệ quay vịng 75% Tính tốn cân đương lượng ngun tử gam với tỷ lệ quay vịng 80% Tính tốn cân đương lượng nguyên tử gam với tỷ lệ quay vòng 60% Bảng 3.26 Bảng 3.27 Bảng 3.28 Bảng 3.29 Tính tốn cân đương lượng ngun tử gam với tỷ lệ quay vịng 69% Tính tốn cân đương lượng nguyên tử gam với tỷ lệ quay vòng 70% Tính tốn cân đương lượng ngun tử gam với tỷ lệ quay vịng 35% Tính tốn cân đương lượng nguyên tử gam với tỷ lệ quay vòng 38% DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Nội dung Mối quan hệ nhiệt độ thấm, thời gian thấm chiều sâu lớp thấm Sơ đồ thiết bị chế tạo khí Enđo Khí Exo-gas sản phẩm khơng khí khí thiên nhiên Kết phân hủy metanol hỗn hợp khí 40% N2 60% metanol Hình ảnh mơ tả q trình thấm Đồ thị thể q trình thấm với hỗn hợp CO-N2 nhiệt độ 9250C Sơ đồ khối quy trình thực nghiệm quay vịng khí thải Sơ đồ quy trình thí nghiệm quay vịng khí thải Kích thước mẫu mỏng (a) mẫu khối (b) Mơ hình thực nghiệm Hình ảnh hệ thống thiết bị quay vịng khí thải Lị thí nghiệm Cấu tạo mỏ đốt Cấu tạo buồng làm nguội Bơm bén khí mơ hình điều chỉnh lưu lượng hút Cấu tạo bình tích áp Sensor Oxy Bộ thu tín hiệu AC20 Sơ đồ nối AC20 Sensor Hyđrô Sơ đồ thiết bị xác định CO CO2 Thiết bị phân tích khí CO CO2 Van từ điều chỉnh lưu lượng khí vào lị Bảng điều chỉnh lưu lượng khí thấm Đồ thị thể q trình đốt khí thải theo tỷ lệ oxy Tỷ lệ đốt cháy hyđro CO theo lưu lượng oxy Đồ thị thể trình đốt khí thải theo tỷ lệ oxy Tỷ lệ đốt cháy hyđro CO theo lưu lượng oxy Đồ thị thể q trình đốt khí thải theo tỷ lệ oxy Tỷ lệ đốt cháy hyđro CO theo lưu lượng oxy Ảnh mẫu C20 (x100) sau thấm ủ Ảnh lõi mẫu C20 (x500) sau thấm ủ Đồ thị phân bố độ cứng từ bề mặt vào lõi, mm Ảnh mẫu 20CrMo (x200) sau thấm Đồ thị phân bố độ cứng từ bề mặt vào lõi, mm Ảnh lõi mẫu C20 (x500) sau thấm ủ Ảnh bề mặt mẫu C20 (x100) sau thấm ủ Ảnh lõi mẫu SCM420 (x500) sau thấm ủ Ảnh bề mặt mẫu SCM420 (x500) sau thấm ủ Đồ thị phân bố độ cứng từ bề mặt vào lõi, mm CHƯƠNG MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Thấm cacbon nguyên công nhiệt luyện phương pháp xử lý bề mặt cho thép kết hợp với xử lý nhiệt, có tác dụng tăng độ cứng bề mặt cho thép tăng khả chống mài mòn Phương pháp áp dụng rộng rãi quy trình sản xuất chi tiết khí, đảm bảo độ bền tuổi thọ chi tiết làm việc Tuy nhiên, q trình sử dụng khí thấm bao gồm khí có chứa cacbon, dùng cho thấm với lượng nhỏ (vài phần trăm) chủ yếu thải mơi trường lượng khí thừa chủ yếu H2 CO2 Các khí khí gây nhiễm mơi trường Chính điều góp phần làm tăng lượng CO2 khơng khí, làm tăng hiệu ứng có hại mơi trường tới người Mỗi xưởng ngày thải môi trường hàng trăm mét khối CO2 hàng ngàn mét khối hyđrơ Do đó, biện pháp để giảm thiểu tác hại trình thấm cacbon cần hạn chế tối đa lượng khí thải sau thấm đưa ngồi mơi trường, chí tái sử dụng khí thải sau thấm vào q trình thấm Ở Việt nam có cở sở tiến hành nghiên cứu cơng nghệ thấm cacbon thể khí sử dụng khí gas việt nam kết hợp với khí khác CO2, N2 cho kết thấm ổn định, nhiên chưa có nơi nghiên cứu việc tái xử lý khí thải để giảm thải vào mơi trường mà cịn tái quay vịng nhằm giảm nguồn khí cung cấp ban đầu Từ khoá 49 ngành Vật liệu học, xử lý nhiệt bề mặt đến trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tiến hành thử nghiệm xử lý khí thải bước đầu cho kết khả quan sở cho việc nghiên cứu hoàn thiện việc xử lý quy mô công nghiệp sau MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Đề tài tiến hành nghiên cứu đánh giá thành phần khí thải chế độ đốt hợp lý nhằm mục đích hạn chế phát thải mơi trường chế độ quay vịng hợp lý qua khơng làm giảm chi phí sử dụng nguồn khí thấm cung cấp ban đầu mà đảmt bảo cho môi trường thấm ổn định ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Luận văn nghiên cứu khí thấm sở khí gas việt nam với khí mang oxy CO2 khí độn N2 Luận văn thực môn Vật liệu hoc, xử lý nhiệt bề mặt Là nơi có nghiên cứu cơng nghệ thấm cacbon sử dụng khí gas việt nam PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Trên sở việc tham khảo nghiên cứu tài liệu liên quan đển thấm cacbon thể khí tính tốn lý thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiêm thiết bị thí nghiệm tiến hành nghiên cứu thành phần hỗn hợp khí mơi trường thấm từ xây dựng quy trình xử lý khí thải tái sử dụng khí sau xử lý Nhằm hạn chế phát thải khí mơi trường đảm bảo công nghệ thấm ổn định Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN: Lượng khí thải mơi trường lớn quy mơ cơng nghiệp tiến hành xử lý quay vịng khí thấm khơng giảm chi phí nhiên liệu đầu vào mà cịn góp phần làm giảm phát thải khí độc hại ngồi mơi trường KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN: Luận văn nghiên cứu chia làm chương gồm có: Chương mở đầu Chương Tổng quan Chương Thực nghiệm Chương Kết thực nghiệm giải thích Chương Kết luận kiến nghị Trong trình thực luận văn, học viên giúp đỡ Thầy, cô Bộ môn Vật liệu học Nhiệt luyện, đặc biệt thầy Nguyễn Văn Tư tận tình giúp đỡ học viên hồn thành luận văn tốt nghiệp Tuy nhiên điều kiện thực tế cịn nhiều khó khăn nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý để luận văn hồn thiện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Thấm cacbon thể khí 1.1.1 Khái niệm thấm cacbon Hóa nhiệt luyện phương pháp nhiệt luyện làm thay đổi tổ chức tính chất lớp bề mặt vật liệu cách đưa vào sâu bề mặt hay nhiều nguyên tố khác theo cách định, qua cải thiện tổ chức tính chất lớp bề mặt toàn chi tiết Thấm cacbon phương pháp Thấm cacbon phương pháp hóa nhiệt luyện có tác dụng làm tăng hàm lượng cacbon bề mặt chi tiết thép có hàm lượng cacbon thấp (0.1 đến 0.25%C) lên 0.8 đến 1.2%C với chiều dày vài milimét.[1] Sau thấm cacbon chi tiết cần ram thấp để bề mặt (với hàm lượng cacbon cao) có độ cứng cao, lõi (với hàm lượng cacbon thấp) giữ độ dẻo dai 1.1.2 Các thơng số q trình thấm cacbon 1.1.2.1 Nhiệt độ thấm Nhiệt độ ảnh hưởng lớn tới khả khuếch tán cacbon vào thép Sự khuếch tán tăng nhanh nhiệt độ thấm tăng Một số kết cho thấy tỷ lệ cacbon 9250C tăng khoảng 40% so với 8700C Hiện giới nhiệt độ thường tiến hành để thấm cacbon 920 ÷ 9300C Đây khoảng nhiệt độ cho phép thấm cacbon nhanh mà không làm hạt tinh thể to lên Nhiệt độ thấm cacbon đơi tăng tới 9550C hay 9800C để rút ngắn thời gian thấm mà đạt chiều sâu lớp thấm theo yêu cầu Tuy nhiên với trường hợp chiều sâu lớp thấm nhỏ thường tiến hành làm nhiệt độ thấp với chiều sâu kiểm sốt cách xác mà hạt tinh thể khơng bị q thơ to 1.1.2.2 Thời gian thấm Cũng ảnh hưởng nhiệt độ thấm, ảnh hưởng thời gian thấm lên chiều sâu lớp thấm thể hình 1.1 Khi tăng thời gian thấm chiều sâu lớp thấm tăng lên Tuy nhiên thời gian thấm phụ thuộc vào phương pháp Với tỷ lệ Gas : CO2 = 1:3 ta có giá trị quay vịng sau Bảng 3.22 Tính tốn cân đương lượng ngun tử gam với tỷ lệ quay vòng 60% Thành phần khí khơng quay vịng Lưu lượng khí vào lị Tổng Gas CO2 N2 Thành phần khí cung cấp 41.10 2.40 7.30 31.40 - 22.97 20.80 2.15 7.32 0.36 C 15.70 8.40 7.30 - 6.23 9.47 - 2.15 7.32 - O 14.60 - 14.60 - 2.98 11.62 - 4.30 7.32 - N 62.80 - - 62.80 21.20 - 41.60 - - - H 21.60 21.60 - - 4.85 - - - - 0.72 Thành phần khí quay vịng Tổng N2 CO2 CO H2 Bảng 3.23 Tính tốn cân đương lượng nguyên tử gam với tỷ lệ quay vòng 75% Thành phần khí khơng quay vịng Lưu lượng khí vào lị Tổng Gas CO2 N2 41.10 2.40 7.30 31.40 Thành phần khí cung cấp - C 15.70 8.40 7.30 - 3.87 11.84 2.69 9.15 - O 14.60 - 14.60 - 0.08 14.52 5.37 9.15 - N 62.80 - - 62.80 10.80 - 52.01 - - - H 21.60 21.60 - - 10.76 - - - - 0.90 Thành phần khí quay vòng Tổng N2 CO2 CO H2 22.97 26.00 2.69 9.15 0.45 Bảng 3.24 Tính tốn cân đương lượng ngun tử gam với tỷ lệ quay vòng 80% Thành phần khí khơng quay vịng Lưu lượng khí vào lị Tổng Gas CO2 N2 Thành phần khí cung cấp 41.10 2.40 7.30 31.40 - 22.97 27.74 2.86 9.76 0.48 C 15.70 8.40 7.30 - 3.08 12.62 - 2.86 9.76 - O 14.60 - 14.60 - -0.89 15.49 - 5.73 9.76 - N 62.80 - - 62.80 7.33 - 55.47 - - - H 21.60 21.60 - - 12.73 - - - - 0.96 Thành phần khí quay vịng Tổng N2 CO2 CO H2 Khi quay vịng tới 80% khí thải (bảng 3.25) lượng oxy vượt giá trị cân với chế độ quay vịng tối đa 75% (bảng 3.24) 63 Với tỷ lệ Gas : CO2 = 1:2.4 ta có giá trị quay vịng sau Bảng 3.25 Tính tốn cân đương lượng nguyên tử gam với tỷ lệ quay vòng 60% Thành phần khí khơng quay vịng Lưu lượng khí vào lị Thành phần khí cung cấp - Tổng N2 CO2 CO H2 22.97 15.91 3.46 5.72 1.90 8.84 9.17 - 3.46 5.72 - Thành phần khí quay vịng Tổng Gas CO2 N2 C 38.56 18.01 3.06 10.71 7.3 7.30 28.2 - O 14.60 - 14.60 - 1.97 12.63 - 6.91 5.72 N 56.40 - - 56.40 24.59 - 31.81 - - - H 27.54 27.54 - - 1.03 - - - - 3.79 Bảng 3.26 Tính tốn cân đương lượng nguyên tử gam với tỷ lệ quay vòng 69% Thành phần khí khơng quay vịng Tổng Gas CO2 N2 C 38.56 18.01 3.06 10.71 7.3 7.30 28.2 - O 14.60 - 14.60 N 56.40 - H 27.54 27.54 Lưu lượng khí vào lị Thành phần khí cung cấp Thành phần khí quay vịng Tổng N2 CO2 CO H2 22.97 18.29 3.97 6.58 2.18 7.46 10.55 - 3.97 6.58 - - 0.08 14.52 - 7.95 6.58 - - 56.40 19.82 - 36.58 - - - - - 4.00 - - - - 4.36 Bảng 3.27 Tính tốn cân đương lượng nguyên tử gam với tỷ lệ quay vòng 70% Thành phần khí khơng quay vịng Lưu lượng khí vào lị Thành phần khí cung cấp Tổng N2 CO2 CO H2 Thành phần khí quay vịng Tổng Gas CO2 N2 3.06 10.71 7.3 7.30 28.2 - - 22.97 18.56 4.03 6.67 2.21 C 38.56 18.01 7.31 10.70 - 4.03 6.67 - O 14.60 - 14.60 - -0.14 14.74 - 8.06 6.67 - N 56.40 - - 56.40 19.29 - 37.11 - - - H 27.54 27.54 - - 4.33 - - - - 4.42 Với tỷ lệ quay vịng tới 70% khí thải (bảng 3.28) lượng oxy vượt giá trị cân với chế độ quay vịng tối đa 69% (bảng 3.27) 64 Với tỷ lệ Gas : CO2 = 1:2.5 ta có giá trị quay vịng sau Bảng 3.28 Tính tốn cân đương lượng ngun tử gam với tỷ lệ quay vịng 35% Thành phần khí khơng quay vịng Lưu lượng khí vào lị Thành phần khí cung cấp - Tổng N2 CO2 CO H2 22.97 4.69 13.21 3.66 0.51 23.39 16.88 - 13.21 3.66 - Thành phần khí quay vịng Tổng Gas CO2 N2 C 36.47 40.27 6.72 23.52 16.75 16.75 13 - O 33.50 - 33.50 - 3.41 30.09 - 26.43 3.66 - N 26.00 - - 26.00 16.62 - 9.38 - - - H 60.48 60.48 - - -0.70 - - - - 1.03 Bảng 3.29 Tính tốn cân đương lượng ngun tử gam với tỷ lệ quay vịng 38% Thành phần khí khơng quay vịng Lưu lượng khí vào lị Thành phần khí cung cấp - Tổng N2 CO2 CO H2 22.97 5.09 14.35 3.98 0.56 21.95 18.32 - 14.35 3.98 - Thành phần khí quay vịng Tổng Gas CO2 N2 C 36.47 40.27 6.72 23.52 16.75 16.75 13 - O 33.50 - 33.50 - 0.83 32.67 - 28.69 3.98 - N 26.00 - - 26.00 15.82 - 10.18 - - - H 60.48 60.48 - - 2.93 - - - - 1.12 Bảng 3.30 Tính tốn cân đương lượng ngun tử gam với tỷ lệ quay vòng 39% Thành phần khí khơng quay vịng C O N H Tổng Gas CO2 N2 36.47 40.27 33.50 26.00 60.48 6.72 23.52 60.48 16.75 16.75 33.50 - 13 26.00 - Lưu lượng khí vào lị Thành phần khí cung cấp - Tổng N2 CO2 CO H2 22.97 5.2-3 14.72 4.08 0.57 21.46 -0.03 15.55 4.14 18.81 33.53 - 10.45 - 14.72 29.45 - 4.08 4.08 - 1.15 Thành phần khí quay vịng Với tỷ lệ quay vòng quay vòng 38% khí thải (bảng 3.29), tăng hay giảm tỷ lệ khí thải làm thay đổi cân đương lượng nguyên tử (bảng 3.28 bảng 3.30) 65 3.6 Kết thấm quay vịng khí thải với phương pháp khác 3.6.1 Đốt hồn tồn hyđrơ CO Với chế độ thấm GAS : CO2 = : 2.4 khí thải đốt cháy hồn tồn H2 thành H2O, CO thành CO2 quay vòng với tỷ lệ tối đa 42% bảng Bảng 3.31 Bảng tỷ lệ khí thấm Lưu lượng khí thấm sau quay vịng Lưu lượng khí thấm trước quay vịng [l/h] Tổng Gas CO2 38.56 3.06 7.3 N2 Lưu lượng khí quay Lưu lượng khí thấm cung vịng [l/h] cấp từ bình khí [l/h] Tổng CO2 N2 Tổng Gas N2 28.2 25.99 7.3 13.53 10.01 3.06 14.68 Bảng 3.32 Tỷ lệ giảm tiêu thụ khí thấm sử dụng khí quay vòng CO2 [l/h] Gas [l/h] N2 [l/h] 7.3 13.52 100% 0% Kết thấm mẫu C20 SCM420 Mẫu khối C20 Hình 3.12 Ảnh lõi mẫu C20 (x500) sau thấm ủ 66 Bề mặt Lõi Hình 3.13 Ảnh bề mặt mẫu (C20 x100) sau thấm ủ Nhận xét: Nhìn vào ảnh mẫu ủ bề mặt lõi thấy khác tổ chức bề mặt lõi Quá trình quay vịng tạo mơi trường thấm bề mặt có lớp thấm tổ chức lớp bề mặt Peclit Mẫu khối 20CrMo Hình 3.14 Ảnh lõi mẫu SCM420 (x500) sau thấm ủ 67 Lõi Bề mặt Hình 3.15 Ảnh bề mặt mẫu SCM420 (x100) sau thấm ủ Nhận xét: Cũng thép C20 tổ chức thép SCM420 sau thấm cho tổ chức bề mặt Peclit có khác biệt với tổ chức lõi Tiến hành đo phân bố độ cứng tế vi mẫu SCM420 sau cho kết thể hình 3.16 Hình 3.16 Đồ thị phân bố độ cứng từ bề mặt vào lõi, mm 68 Nhận xét: Theo đồ thị phân bố độ cứng từ bề mặt vào lõi mẫu tơi thấy phân bố độ cứng giảm dần từ bề mặt vào lõi Độ cứng cao lớp bề mặt khoảng 930 HV (tương đương 67.6 HRC) chiều sâu lớp thấm 500µm Qua kết luận mơi trường khí quay vịng thấm cho kết mong muốn 3.6.2 Đốt chủ yếu hyđro bảo tồn CO để tái sử dụng Quay vòng khí thải theo tỷ lệ cho bảng ta có: Bảng 3.33 Lưu lượng khí quay vịng sử dụng 38% lượng khí thải Lưu lượng khí thấm trước quay vịng [l/h] Tổng Gas CO2 Lưu lượng khí thấm sau quay vịng Lưu lượng khí thấm cung cấp từ bình khí [l/h] N2 Tổng Gas CO2 36.47 6.72 16.75 13 9.8 N2 Lưu lượng khí quay vịng [l/h] Tổng N2 CO2 CO H2 6.61 0.27 2.92 22.97 5.09 14.35 3.98 0.56 Bảng 3.34 Tỷ lệ giảm tiêu thụ khí thấm sử dụng khí quay vịng CO2 [l/h] Gas [l/h] N2 [l/h] 16.48 0.11 10.08 Bảng 3.35 Kết đo cacbon quay vịng 38% lượng khí thải Mơi trường khơng quay vịng Mơi trường quay vịng CP H2 [%] CP H2 [%] 0.91 42.19 0.95 40 Nhận xét: - Thế cacbon môi trường không quay vịng mơi trường sử dụng khí quay vịng có chênh lệch không đáng kể Như môi trường tạo sử dụng khí quay vịng thấm được, 69 - Tỷ lệ H2 môi trường trước sau quay vịng có sai khác Tuy nhiên, lưu lượng khí khơng đổi nên ngun nhân sai số phép đo H2 hay việc điều chỉnh lưu lượng khí thấm khơng xác Thấm thử mẫu khối C20 20CrMo với thời giam thấm 1h Mẫu khối C20 Bề mặt Lõi Hình 3.7 Ảnh mẫu C20 (x100)ấu thấm ủ Hình 3.8 Ảnh lõi mẫu C20 (x500) sau thấm ủ Nhận xét: - Nhìn vào ảnh mẫu ủ bề mặt lõi thấy khác tổ chức bề mặt lõi - Như kết luận có lớp thấm chiều sâu lớp thấm nhỏ thời gian thấm ngắn 70 Hình 3.9 Đồ thị phân bố độ cứng từ bề mặt vào lõi, mm Nhận xét: - Theo đồ thị phân bố độ cứng từ bề mặt vào lõi mẫu tơi thấy phân bố độ cứng giảm dần từ bề mặt vào lõi Độ cứng cao lớp bề mặt khoảng 800 HV (tương đương 63 HRC) - Chiều sâu lớp thấm khoảng 400µm, theo ảnh tổ chức mẫu ủ lớp thấm phân bố từ bề mặt vào lõi Mactenxit Mẫu khối 20CrMo Hình 3.10 Ảnh mẫu 20CrMo (x200) sau thấm tơi 71 Hình 3.11 Đồ thị phân bố độ cứng từ bề mặt vào lõi, mm Nhận xét: Tương tự mẫu C20, mẫu 20CrMo có chiều sâu lớp thấm khoảng 500µm với độ cứng cao bề mặt xấp xỉ 900 HV( tương đương 66 HRC) 72 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua kết thực nghiệm tính tốn lý thuyết rút kết luận kiến nghị sau: Hệ thống thiết bị lị thấm có trang bị phận đốt quay vịng khí thải làm việc ổn định, thực q trình đốt quay vịng khí thải với tỷ lệ chất thấm khác Hệ thống sở để hồn thiện thiết bị thấm quay vịng khí thải áp dụng vào sản xuất sau Kết nghiên cứu cho thấy đốt hyđro bị oxy hóa trước, lượng hyđro bi đốt cháy gần hồn tồn lại khoảng từ 1.7÷13% Thì CO bắt đầu bị đốt cháy lượng khoảng 4÷5%do ta chủ động hồn tồn đốt cháy hyđro CO với tỷ lệ khác để thực hiên chế độ quay vòng khác Sử dụng có ích khí thải, giảm tiêu thụ khí thấm: Khi đốt chủ yếu hyđro cịn bảo tồn CO để tái sử dụng: Với tỷ lệ Gas : CO2 = 1:3 quay vịng tối đa khí thải 75%, giảm tiêu thụ gas 54% Với tỷ lệ Gas : CO2 = 1:2.4 quay vòng tối đa khí thải 69%, giảm tiêu thụ gas 30% Với tỷ lệ Gas : CO2 = 1:2.5 quay vịng tối đa khí thải 38%, giảm tiêu thụ gas 7% Đốt hồn tồn hyđrơ CO: Khi đốt hoàn toàn hyđro thành nước CO thành CO2, nước loại bỏ hoàn toàn CO2 tái sử sụng kết nghiên cứu cho thấy lượng khí gas sử dụng khơng đổi Với tỷ lệ Gas : CO2 = 1:3 quay vòng tối đa khí thải 45% Do quay vịng 45% khí thải ta phải bổ sung thêm 51 % Nitơ Với tỷ lệ Gas : CO2 = 1:2.4 quay vịng tối đa khí thải 50.8% Do quay vịng 42% khí thải ta phải bổ sung thêm 52 % Nitơ Với tỷ lệ Gas : CO2 = 1:2.5 quay vòng tối đa khí thải 40% Do quay vịng 40% khí thải ta phải bổ sung thêm 42 % Nitơ 73 Kết thấm quay vòng khí thải lên loại thép C20 SCM420 hồn tồn giống thấm khơng quay vịng với cacbon Phương hướng tăng tỷ lệ quay vòng khí thải: nhằm tăng tỷ lệ khí quay vịng đốt cháy chủ yếu hyđrô bảo tồn CO để tái sử dụng cần nghiên cứu sử dụng dung dịch hấp phụ để loại trừ CO2 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO ASM Handbook Committee (2002), Volume 04 - Heat Treating, pp.721-737, pp.795-826 G Parrish, G.S Happer (1985), Production Gas Carburising, Pegamon Press Bùi Hải, Trần Thế Sơn (1998),Kỹ thuật nhiệt, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà nội Thomas H Lotze, Ziconia Sensor Theory, SSi Super System Inc Vũ Thị Phương Thu (2009), Nghiên cứu khả tái sử dụng khí thải từ lị thấm Cacbon, Đại học Bách Khoa Hà nội Ngô Văn Trúc, Nguyễn Xuân Trường (2008), Ứng dụng Sensor Oxy cơng nghệ thấm cacbon thể khí sử dụng khí Gas Việt Nam, Đại học Bách Khoa Hà nội Nguyễn Văn Tư, Nguyễn Minh Tuấn (6/2006), “Điều khiển cácbon cảm biến ơxit zircon”, tạp chí Cơng nghiệp, tr14 Jason Jossart, “endothermic gas production overview”, www.atmoseng.com J H Kasperma, R H Shay, Carburization of Iron by CO-Based Mixtures in Nitrogen at 9250C, 10 www.vngas.vn, Đặc trưng kỹ thuật LPG 75 PHỤ LỤC Phụ lục 1: tính tốn cân mơi trường thấm Thermo-calc SYS: goto database TDB_PKP: switch database user TDB_USER: define-system elements C H O N TDB_USER: get TDB_USER: goto poly-3 POLY_3: set-condition t=1193 p=1.03e5 POLY_3: set-input-amounts Quantily: n(C3H8)=*** n(C4H10)=*** n(C1O2)=*** n(N2)=*** (***: số mol khí) POLY_3: list-condition POLY_3: compute-equilibrium POLY_3: list-equilibrium Output to screen or file/screen/: (xuất kết hình file) Opition/VWCS/:n (liệt kê phần mol) Phụ lục 2: tính tốn cân mỏ đốt phần mềm Thermo-calc SYS: goto-database TDB_PKP: switch-database user TDB_USER: define-system elements C H O N TDB_USER: get TDB_USER: goto poly-3 POLY_3: set-condition t=1273 p=1.03e5 POLY_3: set-input-amounts Quantily: n(C1O1)=*** n(H2)=*** n(N2)=*** n(O2)=*** (***: số mol khí) POLY_3: list-condition POLY_3: compute-equilibrium POLY_3: list-equilibrium 76 Output to screen or file/screen/: (xuất kết hình file) Opition/VWCS/:n (liệt kê phần mol) Phụ lục 3: tính tốn cân làm nguội hỗn hợp khí xuống 250C nén áp suất 2at SYS: goto-database TDB_PKP: switch-database user TDB_USER: define-system elements C H O N TDB_USER: get TDB_USER: goto poly-3 POLY_3: set-condition t=298 p=1.03e5 POLY_3: set-input-amounts Quantily: n(C1O2)=*** n(H2O1)=*** n(N2)=*** (***: số mol khí) POLY_3: list-condition POLY_3: compute-equilibrium POLY_3: list-equilibrium Output to screen or file/screen/: (xuất kết hình file) Opition/VWCS/:n (liệt kê phần mol) POLY_3: set-condition p=2e5 POLY_3: list-condition POLY_3: compute-equilibrium POLY_3: list-equilibrium Output to screen or file/screen/: (xuất kết hình file) Opition/VWCS/:n (liệt kê phần mol) 77 ... lượng khí thải sau thấm đưa ngồi mơi trường, chí tái sử dụng khí thải sau thấm vào q trình thấm Ở Việt nam có cở sở tiến hành nghiên cứu công nghệ thấm cacbon thể khí sử dụng khí gas việt nam kết... nghiên cứu khí thấm sở khí gas việt nam với khí mang oxy CO2 khí độn N2 Luận văn thực môn Vật liệu hoc, xử lý nhiệt bề mặt Là nơi có nghiên cứu công nghệ thấm cacbon sử dụng khí gas việt nam PHƯƠNG... hành nghiên cứu sử dụng chất thấm dựa hỗn hợp khí gas Việt nam, khí mang Oxy CO2 khí độn Nitơ 1.2.2 Sự hình thành mơi trường khí thấm sở khí gas Việt nam Khi ta đưa hỗn hợp khí thấm bao gồm khí gas