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

..

bộ giáo dục và 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 sĩ KHOA HọC

Ngời hớng dẫn khoa học: NGUYễN VĂN TƯ
NGUYễN ANH SƠN

Hà NộI - 2010


MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................................ 1
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................................. 3
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................. 6
CHƯƠNG MỞ ĐẦU............................................................................................................ 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................... 9
1.1. Thấm cacbon thể khí ..................................................................................................9
1.1.1. Khái niệm thấm cacbon.................................................................................... 9
1.1.2. Các thơng số chính của quá trình thấm cacbon............................................. 9

1.1.2.1. Nhiệt độ thấm ............................................................................................. 9
1.1.2.2. Thời gian thấm ........................................................................................... 9
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 mơi trường ion hóa (Plasma) .......................................... 15
1.1.4. Mơi trường thấm cacbon thể khí................................................................... 16
1.1.5. Tạo mơi 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 được tạo ra trực tiếp trong lò thấm ................................ 21
1.1.6.1. Hỗn hợp metanol và 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 của khí gas Việt Nam..................................................................... 23
1.2.2. Giới thiệu chung về chất thấm sử dụng khí Gas Việt Nam......................... 24
1.2.2. Sự hình thành mơi trường khí thấm trên cơ sở khí gas Việt nam.............. 25
1.2.3. Thế cacbon của môi trường và điều khiển quá trình thấm ........................ 26
1.3. Quan hệ giữa thành phần, lưu lượng khí thấm và thành phần, lưu lượng khí
thải....................................................................................................................................... 28

1


1.3.1. Thành phần và lưu lượng khí thấm .............................................................. 28
1.3.2. Thành phần và lưu lượng khí thải................................................................. 29
1.4. Mục tiêu và ý nghĩa của quay vịng khí thải.......................................................... 30
1.4.1. Lý do quay vịng khí thải................................................................................ 30
1.4.2. Mục tiêu quay vịng khí thải .......................................................................... 31

1.4.3. Ý nghĩa của 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 và 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 về 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 giữa thành phần và lưu lượng khí thấm đến thành phần và lưu lượng
khí thải ................................................................................................................................ 46
3.2. Xử lý khí thải............................................................................................................ 48
3.4. Thành phần và tỷ lệ khí thải sau khi xử lý và nén................................................ 57
3.5. Giới hạn quay vòng theo lý thuyết và thực tế........................................................ 58
3.5.1. Đốt hồn tồn hyđrơ và CO ........................................................................... 59
3.5.2. Khi đốt chủ yếu là hyđro còn bảo tồn CO để tái sử dụng ........................... 61
3.6. Kết quả thấm khi quay vịng khí thải với các phương pháp khác nhau............. 66
3.6.1. Đốt hồn tồn hyđrơ và CO ........................................................................... 66
3.6.2. Đốt chủ yếu là hyđro còn bảo tồn CO để tái sử dụng.................................. 69
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................. 75
PHỤ LỤC............................................................................................................................ 76

2

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan : Luận văn “Nghiên cứu khả năng quay vịng của khí
thải của cơng nghệ thấm cacbon thể khí sử dụng khí gas việt nam” là cơng trình
nghiên cứu riêng của tơi.
Các số liệu trong luận văn được sử dụng trung thực. Kết quả nghiên cứu
được trình bày trong luận văn này chưa từng được cơng bố tại bất kỳ cơng trình nào
khác.
Tơi xin chân thành cảm ơn các Thầy Nguyễn Văn Tư và thầy Nguyễn Anh
Sơn thuộc Bộ môn Vật liệu học, xử lý nhiệt và bề mặt đã tận tình giúp đỡ tơi hoàn
thành luận văn này .
Hà nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010
Tác giả luận văn

Trần Văn Nam

3


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 của Nga
Khí thấm của Hoa Kỳ
Thành phần khí exo-gas sản xuất từ khí thiên nhiên

Một số đặc điểm của khí Gas Việt Nam
Bảng tính tốn tỷ lệ gas phản ứng
Thành phần khí thải khi thấm tại 9200C
Bảng thành phần hóa học các mác thép sử dụng
Chế độ thực nghiệm và tỷ lệ phần trăm các khí ban đầu
Lượng mol của các khí trước khi phản ứng
Tỷ lệ khí sau khi phản ứng tính tốn theo thermo-calc
Kết quả đo thành phần khí thải
Bảng nhiệt độ bắt lửa của các khí chính
Số mol khí thải trước khi đốt
Thành phần khí thải sau đốt
Thành phần khí thải sau khi đốt với lưu lượng oxy khác nhau
Số mol khí thải trước khi đốt
Thành phần khí thải sau đốt sử dụng phần mềm thermo-calc
Kết quả đo H2, CO trong khí thải sau khi đốt
Số mol khí thải trước khi đốt
Thành phần khí thải sau đốt
Kết quả đo H2, CO trong khí thải sau khi đốt
Thành phần các khí trước và sau khi nén
Lưu lượng khí đi vào bình tích áp
Thành phần khí sau nén
Lưu lượng khí thấm và lưu lượng khí thải đã xử lý
Bảng tỷ lệ quay vịng khí thải
Lưu lượng khí đi vào bình tích áp
Thành phần khí sau nén
Tính tốn cân bằng đương lượng ngun tử gam với tỷ lệ quay
vịng 60%
Tính tốn cân bằng đương lượng ngun tử gam với tỷ lệ quay
vịng 75%
Tính tốn cân bằng đương lượng nguyên tử gam với tỷ lệ quay

vịng 80%
Tính tốn cân bằng đương lượng ngun tử gam với tỷ lệ quay
vòng 60%

4


Bảng 3.26
Bảng 3.27
Bảng 3.28
Bảng 3.29

Tính tốn cân bằng đương lượng ngun tử gam với tỷ lệ quay
vịng 69%
Tính tốn cân bằng đương lượng nguyên tử gam với tỷ lệ quay
vòng 70%
Tính tốn cân bằng đương lượng ngun tử gam với tỷ lệ quay
vịng 35%
Tính tốn cân bằng đương lượng ngun tử gam với tỷ lệ quay
vòng 38%

5


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 giữa nhiệt độ thấm, thời gian thấm và chiều sâu lớp thấm
Sơ đồ thiết bị chế tạo khí Enđo
Khí Exo-gas là sản phẩm của khơng khí và khí thiên nhiên
Kết quả phân hủy metanol trong hỗn hợp khí 40% N2 và 60% metanol
Hình ảnh mơ tả q trình thấm
Đồ thị thể hiện quá trình thấm với hỗn hợp CO-N2 tại 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) và 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 và mơ hình điều chỉnh lưu lượng hút
Cấu tạo bình tích áp
Sensor Oxy
Bộ thu tín hiệu AC20 và Sơ đồ nối của AC20
Sensor Hyđrô
Sơ đồ thiết bị xác định CO và CO2
Thiết bị phân tích khí CO và CO2
Van từ điều chỉnh lưu lượng khí vào lị
Bảng điều chỉnh lưu lượng khí thấm

Đồ thị thể hiện q trình đốt khí thải theo tỷ lệ oxy
Tỷ lệ đốt cháy hyđro và CO theo lưu lượng oxy
Đồ thị thể hiện quá trình đốt khí thải theo tỷ lệ oxy
Tỷ lệ đốt cháy hyđro và CO theo lưu lượng oxy
Đồ thị thể hiện q trình đốt khí thải theo tỷ lệ oxy
Tỷ lệ đốt cháy hyđro và CO theo lưu lượng oxy
Ảnh mẫu C20 (x100) sau khi thấm và ủ
Ảnh lõi mẫu C20 (x500) sau khi thấm và ủ
Đồ thị phân bố độ cứng từ bề mặt vào lõi, mm
Ảnh mẫu 20CrMo (x200) sau khi thấm và tôi
Đồ thị phân bố độ cứng từ bề mặt vào lõi, mm
Ảnh lõi mẫu C20 (x500) sau thấm và ủ
Ảnh bề mặt mẫu C20 (x100) sau thấm và ủ
Ảnh lõi mẫu SCM420 (x500) sau khi thấm và ủ
Ảnh bề mặt mẫu SCM420 (x500) sau khi thấm và ủ
Đồ thị phân bố độ cứng từ bề mặt vào lõi, mm

6


CHƯƠNG MỞ ĐẦU
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Thấm cacbon là một trong các nguyên công nhiệt luyện là phương pháp xử
lý bề mặt cho thép kết hợp với xử lý nhiệt, có tác dụng tăng độ cứng bề mặt cho
thép và tăng khả năng chống mài mòn. Phương pháp này được áp dụng rộng rãi
trong quy trình sản xuất các chi tiết cơ khí, đảm bảo độ bền và tuổi thọ của chi tiết
khi làm việc. Tuy nhiên, quá trình này sử dụng khí thấm bao gồm các khí có chứa
cacbon, dùng cho thấm chỉ với lượng rất nhỏ (vài phần trăm) cịn chủ yếu thải ra
mơi trường một lượng khí thừa trong đó chủ yếu là H2 và CO2. Các khí này là khí
gây ơ nhiễm mơi trường. Chính điều này góp phần làm tăng lượng CO2 trong khơng

khí, làm tăng các hiệu ứng có hại của mơi trường tới con người. Mỗi xưởng một
ngày thải ra môi trường hàng trăm mét khối CO2 và hàng ngàn mét khối hyđrô. Do
đó, một trong những biện pháp để giảm thiểu tác hại này trong quá trình thấm
cacbon là cần hạn chế tối đa lượng khí thải sau khi thấm đưa ra ngồi mơi trường,
thậm chí có thể tái sử dụng khí thải sau thấm vào quá trình thấm tiếp theo.
Ở Việt nam hiện nay đã có các cở sở tiến hành nghiên cứu cơng nghệ thấm
cacbon thể khí sử dụng khí gas việt nam kết hợp với các khí khác như CO2, N2 cho
những kết quả thấm ổn định, tuy nhiên chưa có nơi nào đi nghiên cứu về việc tái xử
lý khí thải để có thể 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 và bề
mặt đến nay của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tiến hành thử nghiệm xử lý
khí thải và bước đầu cho những kết quả khả quan là cơ sở cho việc nghiên cứu hoàn
thiện việc xử lý trên quy mô công nghiệp sau này.
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:
Đề tài tiến hành nghiên cứu đánh giá thành phần khí thải và chế độ đốt hợp
lý nhằm mục đích hạn chế phát thải ra mơi trường và chế độ quay vịng hợp lý qua
đó khơng những làm giảm chi phí sử dụng nguồn khí thấm cung cấp ban đầu mà
vẫn đảmt bảo cho môi trường thấm ổn định.

7


ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:
Luận văn nghiên cứu khí thấm trên cơ sở khí gas việt nam với khí mang oxy
là CO2 và khí độn là N2. Luận văn được thực hiện tại bộ môn Vật liệu hoc, xử lý
nhiệt và bề mặt. Là nơi có những nghiên cứu cơ bản về cơng nghệ thấm cacbon sử
dụng khí gas việt nam.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Trên cơ sở việc tham khảo các nghiên cứu và tài liệu liên quan đển thấm
cacbon thể khí và các tính tốn lý thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiêm trên

các thiết bị thí nghiệm đã tiến hành nghiên cứu thành phần hỗn hợp khí trong mơi
trường thấm từ đó xây dựng được quy trình xử lý khí thải và tái sử dụng khí sau xử
lý. Nhằm hạn chế phát thải khí ra mơi trường nhưng vẫn đảm bảo được công nghệ
thấm ổn định.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN:
Lượng khí thải ra mơi trường là rất lớn trên quy mô công nghiệp do đó nếu
có thể tiến hành xử lý quay vịng khí thấm khơng những có thể giảm chi phí nhiên
liệu đầu vào mà cịn góp phần làm giảm phát thải khí độc hại ra ngồi mơi trường.
KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN:
Luận văn nghiên cứu chia làm 5 chương gồm có:
Chương mở đầu
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Thực nghiệm
Chương 3. Kết quả thực nghiệm và giải thích
Chương 4. Kết luận và kiến nghị
Trong quá trình thực hiện luận văn, học viên đã được sự giúp đỡ của Thầy,
cô trong Bộ môn Vật liệu học và Nhiệt luyện, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Tư đã
tận tình giúp đỡ học viên hồn thành bản luận văn tốt nghiệp này. Tuy nhiên do điều
kiện thực tế cịn nhiều khó khăn nên luận văn khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất
mong nhận được góp ý để bản luận văn hoàn thiện hơn.

8


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Thấm cacbon thể khí
1.1.1. Khái niệm thấm cacbon
Hóa nhiệt luyện là phương pháp nhiệt luyện làm thay đổi tổ chức và tính chất
lớp bề mặt của vật liệu bằng cách đưa vào sâu bề mặt một hay nhiều nguyên tố khác
nhau theo một cách nhất định, qua đó cải thiện hơn nữa tổ chức và tính chất của lớp

bề mặt cũng như toàn bộ chi tiết. Thấm cacbon là một trong những phương pháp đó.
Thấm cacbon là phương pháp hóa nhiệt luyện có tác dụng làm tăng hàm
lượng cacbon trên bề mặt của 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 khi thấm cacbon chi tiết cần được tôi và ram thấp để bề mặt (với hàm
lượng cacbon cao) có độ cứng cao, cịn lõi (với hàm lượng cacbon thấp) vẫn giữ
được độ dẻo dai.
1.1.2. Các thơng số chính của q trình thấm cacbon
1.1.2.1. Nhiệt độ thấm
Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn tới khả năng khuếch tán của cacbon vào trong
thép. Sự khuếch tán này tăng rất nhanh khi nhiệt độ thấm tăng. Một số kết quả cho
thấy tỷ lệ cacbon tại 9250C tăng khoảng 40% so với tại 8700C.
Hiện nay trên thế giới nhiệt độ thường tiến hành để thấm cacbon là 920 ÷
9300C. Đây là khoảng nhiệt độ cho phép thấm cacbon nhanh mà không làm hạt tinh
thể to lên. Nhiệt độ thấm cacbon đơi khi có thể tăng tới 9550C hay 9800C để rút
ngắn thời gian thấm mà vẫn đạt được chiều sâu lớp thấm theo yêu cầu. Tuy nhiên
với trường hợp chiều sâu lớp thấm nhỏ thì thường tiến hành làm tại nhiệt độ thấp
bởi vì với chiều sâu này có thể được kiểm sốt một cách chính xác mà hạt tinh thể
không bị quá thô to.
1.1.2.2. Thời gian thấm
Cũng như ảnh hưởng của nhiệt độ thấm, ảnh hưởng của thời gian thấm lên
chiều sâu lớp thấm được thể hiện trong hình 1.1. Khi tăng thời gian thấm thì chiều
sâu lớp thấm cũng tăng lên. Tuy nhiên thời gian thấm phụ thuộc vào phương pháp

9


thấm, yêu cầu về chiều dày lớp thấm và khả năng khuếch tán của cacbon trong thép
thấm.

Hình 1.1. Mối quan hệ giữa nhiệt độ thấm, thời gian thấm và chiều sâu lớp thấm
1.1.2.3. Thế cacbon (CP)
Hoạt độ cacbon của môi trường thấm (ac)
Trong quá trình thấm cacbon, sau khi phân hủy khí để tạo mơi trường thấm
sẽ cho ta cacbon hoạt tính cần thiết cho giai đoạn tiếp theo-giai đoạn hấp thụ cacbon
hoạt tính lên bề mặt chi tiết thấm. Quá trình hấp thụ xảy ra rất nhanh, vì vậy để
lượng cacbon hoạt tính cần thiết cho q trình thấm nói chung được liên tục thì mơi
trường phải được xác định bằng một yếu tố công nghệ để biểu thị khả năng cung
cấp cacbon cho thép. Người ta đưa ra khái niệm hoạt độ cacbon của môi trường là
đại lượng đặc trưng cho khả năng cung cấp cacbon của môi trường đó cho thép khi
thấm. Ký hiệu hoạt độ cacbon của môi trường thấm là (ac)
Xu hướng của vật chất là đi từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp.
Vì thế, để tăng tốc độ thấm và tăng hàm lượng cacbon trong lớp thấm thì phải tăng
hoạt độ cacbon. Tuy nhiên chỉ có thể tăng hoạt độ cacbon đến một giá trị giới hạn.
Nếu vượt quá giá trị này thì q trình thấm cacbon sẽ khơng xảy ra hoặc là xảy ra
chậm hơn, một nguyên nhân là tạo muội làm cản trở quá trình thấm.

10


Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt độ cacbon của mơi trường là nhiệt độ, áp suất,
thành phần khí thấm.
Nhiệt độ
Áp suất
Thành phần khí ban đầu
Để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt độ cacbon môi trường, ta
xét các phản ứng xảy ra chủ yếu trên bề mặt thép:
2CO → [C] + CO2

(1)

CO + H2 → [C] +H2O

(2)

Từ các phản ứng (1) và (2) có thể viết:
3CO +H2 → 2[C] + CO2 + H2O (3)
Hoạt độ cacbon được xác định theo công thức:
(ac ) =

3
PCO
.PH 2

PCO2 .PH 2O

Trong đó: PCO , PH , PCO , PH O lần lượt là áp suất riêng phần của các khí CO, H2,
2

2

2

CO2 và hơi nước. Nếu biết các giá trị này ta có thể xác định được (ac).
Bằng các thiết bị phân tích như máy phân tích khí CO, CO2, dùng sensor oxy
và sensor hyđrơ ta có thể xác định được phần trăm các khí, mặt khác áp suất trong
lị được giữ cố định và do đó xác định được áp suất riêng phần của từng loại khí. Ta
có thể xác định được hoạt độ cacbon trong môi trường thấm
Thế cacbon của môi trường thấm là thông số công nghệ phản ánh hoạt độ của
môi trường thấm và được định nghĩa như sau:

“ Thế cacbon của môi trường thấm là nồng độ cacbon lớn nhất mà một lá
thép có thể hấp thụ được sau một thời gian đủ dài để cân bằng được thiết
lập”.[1]
Trong đó:
Nồng độ C lớn nhất: thể hiện khả năng cung cấp cacbon của môi trường và
khả năng tiếp nhận cacbon của thép.

11


Khi cân bằng trong mơi trường được thiết lập: Có bao nhiêu nguyên tử C vào
bề thép sẽ có bấy nhiêu nguyên tử C ra khỏi bề thép.
Thế cacbon (Cp) thường được xác định với lá thép mỏng 1010 theo tiêu
chuẩn của Mỹ (thép cacbon với hàm lượng C=0,1%).
Bởi vì đối với lá thép mỏng ta có thể bỏ giai đoạn khuếch tán của C vào
trong thép và khi đó trên toàn bộ lá thép mỏng %C là như nhau, chính vì vậy mà ta
có thể dùng lá thép mỏng để xác định giá trị Cp của môi trường.
1.1.2.4. Thời gian lưu
Thời gian lưu của khí trong lị được hiểu là thời gian khí thấm tồn tại trong
mơi trường thấm được xác định là khoảng thời gian của hỗn hợp khí từ lúc bắt đầu
đi vào mơi trường thấm cho đến khi ra khỏi lò thấm. Trong khoảng thời gian này
xảy ra các q trình: hỗn hợp khí phản ứng với nhau tạo ra môi trường thấmkhuếch tán đến bề mặt chi tiết- phân hủy tạo ra cacbon nguyên tử hấp thụ vào trên
bề mặt chi tiết cuối cùng đi ra khỏi môi trường thấm. Thời gian lưu được xác định
theo cơng thức:

τ=

Vlo − Vga + mau
Qluuluong

Trong đó:
Vlị [l]: Thể tích của lị thấm
Vgá + mẫu[l] : thể tích của mẫu và gá mẫu
Qlưu lượng [l/h]: lưu lượng khí thấm đưa vào lò
Thời gian lưu ảnh hưởng tới khả năng thấm của mơi trường. Khi hỗn hợp khí
thấm đưa vào lị phải cần một thời gian nhất định để khí thấm có thể phản ứng với
nhau tạo ra khí mang chất thấm và khuếch tán tới bề mặt chi tiết. Tại bề mặt chi tiết
xảy ra phản ứng: CO + Fe(γ) → Feγ(C) + CO2
Như vậy sau một khoảng thời gian thì nồng độ khí mang C là CO sẽ giảm
dần và khí CO2 tăng lên, tác dụng thấm sẽ giảm xuống. Vì vậy việc lựa chọn thời
gian lưu thích hợp không những đảm bảo được môi trường thấm luôn ổn định mà

12


cịn có thể đảm bảo việc hỗn hợp khí cung cấp ban đầu đã phản ứng với nhau tạo
khí mơi trường khí thấm với hiệu quả về kinh tế.
1.1.3. Một số phương pháp thấm tiên tiến
Thấm cacbon thể khí có nhiều phương pháp khác nhau như thấm cacbon áp
suất thấp, thấm plasma(ion)... và có các ưu điểm nổi bật như:
9 Chất lượng lớp thấm tốt, đồng đều,
9 Dễ cơ khí hóa, tự động hóa,
9 Mơi trường thấm là khí nên dễ dàng điều chỉnh các yếu tố cơng nghệ, thích
hợp cho sản xuất dây chuyền,
9 Ít gây ơi nhiễm mơi trường,
1.1.3.1. Thấm cacbon môi trường áp suất thấp
Thấm cacbon trong áp suất khí quyển có 1 số nhược điểm như: gây nhiệt độ
cao xung quanh lị, oxy hóa bề mặt, cần rửa dầu sau khi tơi,.. những nhược điểm đó
được khắc phục khi thấm cacbon trong áp suất thấp [1].
Bảng 1.1. Đặc điểm thấm cacbon áp suất thấp

Ưu điểm

Nhược điểm

Dễ dàng phân tích

Thiết bị đắt tiền

Có thể điều khiển hồn tồn tự động

Cần tinh chỉnh theo kinh nghiệm

Có khả năng đạt nhiệt độ cao hơn, sử
dụng các chu trình linh hoạt hơn

Xuất hiện muội với 1 số loại khí thấm

Có thể sử dụng máy tính mơ phỏng q
trình điều khiển

Tơi ở áp suất cao có thể làm chi tiết
sai lệch

Dễ dàng làm nguội lị

Khơng đo được thế C

Thấm cacbon áp suất thấp là q trình thấm khơng cân bằng, tăng cường
khuếch tán của thép ở trạng thái Austenit trong chân khơng thơ. Q trình thấm tiến
hành trong áp suất riêng phần của khí Hyđrơ Cacbon, q trình khuếch tán xảy ra

trong áp suất thấp, sau đó chi tiết được đem tơi trong dầu hoặc khí. So với thấm
cacbon trong các môi trường truyền thống khác, thấm cacbon trong áp suất thấp đạt
được sự đồng đều và khả năng quay vòng rất nhanh do điều khiển trong lò chân

13


khơng có độ chính xác cao, cơ tính của vật liệu tốt hơn do khơng bị oxy hóa, rút
ngắn q trình thấm do có thể tiến hành thấm ở nhiệt độ cao hơn so với các mơi
trường khác.
Các giai đoạn:
•

Nung nóng và giữ nhiệt để đảm bảo nhiệt đồng đều toàn bộ chi tiết.

Đối với thấm cacbon áp suất thấp có thể đưa nhiệt độ chi tiết lên tới 10400C , nhiệt
độ càng cao càng rút ngắn quá trình thấm. Nhưng giữ ở nhiệt cao sẽ làm to hạt
Austenit do vậy cần tốn thêm nguyên công làm nhỏ hạt.
Trong quá trình này, để chống oxy hóa, áp suất trong lị sẽ được giữ ở mức thấp
khoảng 13 đến 40 Pa (0.1-0.3 torr).
•

Khuếch tán ngun tử thấm từ mơi trường lên bề mặt thép.

Trong giai đoạn này hàm lượng Cacbon được hấp thụ trên bề mặt thép có thể đạt tới
giới hạn hòa tan Cacbon trong Austenit ở nhiệt độ thấm. Áp suất trong lị bằng áp
suất riêng phần của khí thấm (mêtan, propan,..) hoặc áp suất hỗn hợp của khí thấm
và khí trơ (nitơ,..). Phản ứng hấp thụ trên bề mặt thép đối với khí mêtan và propan
như sau:
CH4 + Fe = Fe(C) + 2H2

C3H8 + 3Fe = 3Fe(C) + 4H2
Tại nhiệt độ thấm, phản ứng xảy ra rất nhanh theo chiều từ trái sang phải.
Oxy khơng có mặt trong phản ứng nên không thể dùng những phương pháp đo thế
Cacbon như đối với đo trong môi trường thấm là khí quyển. Áp suất khí thấm tối
thiểu để đảm bảo q trình thấm xảy ra được tính tốn dựa trên nhiệt độ thấm, thành
phần khí thấm và cấu trúc lị. Áp suất tối đa trong quá trình này thường được giữ
dưới 40 kPa (300 torr).
•

Khuếch tán cacbon từ bề mặt vào trong lõi.

Quá trình khuếch tán trong thấm cacbon áp suất thấp cũng giống như trong thấm
cacbon mơi trường khí quyển. Nhiệt độ thấm càng tăng thì qua trình khuếch tán xảy
ra càng nhanh. Áp suất trong lò được giữ ở chân khơng thơ (0.5-1 torr)
•

Tơi trong khí trơ hoặc dầu.

14


Mơi trường nguội phụ thuộc vào u cầu cơ tính của vật liệu. Nếu nhiệt độ thấm
cao trên 9250C cần thêm ngun cơng làm nhỏ hạt (có thể làm nguội trong khí trơ
đến 5400C sau đó nâng nhiệt và tơi trong dầu ở 8500C).
Thấm cacbon áp suất thấp là công nghệ thấm phức tạp nhưng rất hiệu quả
với độ đồng nhất tuyệt vời của lớp thấm, khả năng quay vòng cao, hơn nữa bề mặt
chi tiết rất sạch và không sai lệch về hình dáng kích thước sau nhiệt luyện. Thấm
cacbon áp suất thấp được ứng dụng nhiều trong nhiệt luyện chính xác, ví dụ như các
chi tiết trong hộp số, ổ bi,..
Với khả năng rút ngắn thời gian thấm do tiến hành ở nhiệt độ cao, tiết kiệm

một số nguyên công nhiệt luyện như tẩy rửa chi tiết, làm nguội lị, cơng nghệ thấm
này ngày càng được sử dụng nhiều trong công nghiệp. Theo thống kê của nền công
nghiệp tại Bắc Mỹ, trong thị trường các sản phẩm thấm cacbon năm 2000, thấm
cacbon áp suất thấp chỉ chiếm có 1% nhưng tới năm 2010 con số đó ước tính lên tới
13% cho thấy công nghệ khá mới mẻ này ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong
ngành nhiệt luyện thế giới.
1.1.3.2. Thấm cacbon mơi trường ion hóa (Plasma)
Thấm cacbon mơi trường ion hóa sử dụng cơng nghệ phóng điện để tạo ra
các ion mang cacbon cung cấp cho bề mặt thép. Q trình ion hóa dưới điện áp cao
làm cho cacbon hoạt tính được tạo ra gần như tức thì, do vậy trong cơng nghệ này
giai đoạn khuếch tán thể khí và hấp thụ cacbon hoạt tính lên bề mặt thép được rút
ngắn [1].
Hơn nữa so với công nghệ thấm cacbon truyền thống khác, thấm cacbon mơi
trường ion hóa có thể đạt được nhiệt độ cao hơn do trong mơi trường thấm khơng có
oxy. Đây là đặc điểm giống với thấm cacbon áp suất thấp, nhưng thấm cacbon ion
hóa vẫn có ưu điểm hơn, vì thấm cacbon trong áp suất thấp tốc độ truyền cacbon từ
môi trường tới bề mặt thép rất chậm, thế cacbon tại những chỗ lõm hoặc lỗ hổng
trong chi tiết sẽ nhanh bị thiếu hụt, cách khắc phục là tăng thêm áp suất lò nhưng
khi đó trong mơi trường thấm sẽ dễ hình thành cacbon tự do gây muội. Vì thế đối
với những chi tiết phức tạp, thấm cacbon trong mơi trường ion hóa sẽ ưu việt hơn.

15


Những đặc điểm nổi bật của thấm cacbon ion hóa:
• Khơng bị oxy hóa, bề mặt chi tiết rất sạch và sáng.
• Khơng có muội
• Tốc độ thấm rất nhanh, tuy nhiệt độ cao nhưng thời gian ngắn nên
không bị thơ hạt, ứng suất dư rất nhỏ.
• Có thể thấm cacbon trên từng phần của chi tiết với độ chính xác cao.

• Giảm ơ nhiễm mơi trường, tiết kiệm nhiên liệu.
Q trình phân hủy khí Metan trong mơi trường thấm cacbon ion hóa xảy ra
như sau: đối với thấm cacbon thể khí trong mơi trường khí quyển phản ứng phân
hủy để tạo thành cacbon hoạt tính được diễn ra tuần tự theo các phản ứng:
(a)

CH4 (khí) → CH4 (hấp thụ)

(b)

CH4 (ht) → CH3 (ht) + H (ht)

(c)

CH3 (ht) → CH2 (ht) + H (ht)

(d)

CH2 (ht) → CH (ht) + H (ht)

(e)

CH (ht) → C (ht) + H (ht)

(f)

C (ht) → C (hòa tan)

Trong chuỗi phản ứng trên, phản ứng (c) xảy chậm nhất, nó quyết định tốc
độ của chuỗi phản ứng do vậy cũng quyết định tốc độ hấp thụ của cacbon lên bề

mặt thép. Nhưng trong môi truường ion hóa, dưới tác dụng của dịng plasma cacbon
hoạt tính được tạo ra gần như ngay lập tức, tốc độ phân hủy cacbon cũng như hấp
thụ cacbon lên bề mặt thép xảy ra nhanh hơn rất nhiều.
1.1.4. Môi trường thấm cacbon thể khí
Hỗn hợp thấm gồm: Với mỗi phương pháp thấm mà hỗn hợp chất thấm có
thể khác nhau. Tuy nhiên trong cơng nghệ thấm cacbon thể khí thì có thể coi thành
phần khí thấm bao gồm hai loại khí:
9 Khí mang chất thấm (CO hoặc các hyđro cacbon như CH4, C3H8, C4H10)
(Khí xúc tác thường là các khí chứa CO2, khơng khí…)
9 Khất độn (thường là các loại khí trơ như Ar hoặc N2): với mục đích điều
chỉnh nống độ khí thấm trong mơi trường thấm.

16


Sau khi tạo ra mơi trường thấm với khí mang là CO thì quá trình thấm do
phân hủy CO tạo ra Cacbon nguyên tử và được hấp thụ vào bề mặt chi tiết theo
phản ứng:
2CO + Fe(γ) → Feγ(C) + CO2
Hiện nay có 2 loại phương pháp tạo khí thấm cacbon thông dụng:
9 Môi trường thấm được tạo ra bên ngồi bởi một thiết bị chun dụng sau đó
mới được đưa vào lị thấm.
9 Mơi trường thấm được tạo ra trực tiếp trong lị khi đưa một hỗn hợp khí xác
định vào lị. (phương pháp in-situ)
1.1.5. Tạo mơi trường thấm ngồi lị
Các mơi trường thấm cacbon thể khí thường áp dụng cho các xưởng thấm
cơng nghiệp, ở đó một thiết bị tạo khí thấm cho nhiều lị thấm đảm bảo mơi trường
thấm ổn định và giống nhau bao gồm:
1.1.5.1. Khí Endo
Hiện nay các nước phát triển chủ yếu sử dụng các nguồn cung cấp cacbon là

các loại khí như khí tự nhiên, khí cơng nghiệp (khí lị cao, khí lị cốc) và một số loại
khí hóa lỏng khác (LPG). Ngồi các nguồn khí trên người ta cũng dùng thiết bị tạo
khí cho q trình thấm. Thiết bị này có tên là - Endogas generator và loại khí này
cho thành phần tương tự như các loại khí endogas nên được gọi là thiết bị tạo khí
thấm endo cho khí thấm cacbon. Khí này cũng được sử dụng kết hợp với một khí
khác như là khí tự nhiên, propan, hay khơng khí. Ở nhiều nơi người ta sử dụng khí
mang khác như khí exothermic hoặc các khí cơng nghiệp khác. Nhưng nói chung,
đa số vẫn sử dụng khí endo, bởi vì khí endo có thể cho chất lượng xử lý tốt hơn.
Tuy nhiên nếu là khí endo cơng nghiệp tận dụng từ lị luyện cốc thì rẻ, cịn phải tự
sản xuất thì đắt tiền hơn.
Hầu hết khí endo là sản phẩm phản ứng của khơng khí với khí tự nhiên với tỷ
lệ khá cao (2,5 đến 5,5 lần) hoặc lấy phía trong lị luyện cốc. Khi nung nóng sẽ thu
nhiệt, từ đây mới có thuật ngữ endothermic, có nghĩa là sự hút nhiệt.

17


Tùy mỗi quốc gia có phương pháp sản xuất khí endo khác nhau và thành
phần khác nhau đôi chút tuy nhiên vẫn có một số điểm chung là:
ƒ

Với khí Endo là sản phẩm của khơng khí và khí mêtan.Tại nhiệt độ

xác định, trong lò xảy ra phản ứng:
2CH4 + O2 + 3,74N2 → 2CO + 4H2 + 3,74N2
Ta xác định được tỷ lệ khơng khí cần thiết cho 2 thể tích mêtan là 4,8. Vì 2 thể
tích mêtan cần 1 thể tích oxy mà trong khơng khí chỉ có 21% oxy do đó 2 mêtan cần
1/0,21=4,8 khơng khí. Trong khơng khí bao gồm 21% oxy và 78% nitơ. Oxy là 1 thì
nitơ cịn 3,74.
Từ phản ứng trên, thành phần khí quy ra ĐKTC ta có:

%CO =

2
.100 = 20,5%
9,74

4
.100 = 41%
9,74
3,74
%N 2 =
.100 = 38,5%
9,74
%H 2 =

ƒ

Với khí Endo là sản phẩm của khơng khí và propan. Từ phương trình

phản ứng:
2C3H8 + 3O2 + 11,14 N2 → 6CO + 8H2 + 11,14 N2
Ta xác định được tỷ lệ khơng khí cần thiết cho 2 thể tích propan là:
3/0,21=14,29, trong đó có 3 phần oxy và 11,14 nitơ.
Theo tỷ lệ trên thì thành phần khí tạo thành quy ra ĐKTC như sau:
6
.100 = 23,86%
25,14
8
%H 2 =
.100 = 31,82%

25,14
11,14
%N2 =
.100 = 44,32%
25,14

%CO =

Trong các tính tốn này ta đã bỏ qua các khí có tỷ lệ thấp như cabua hyđrơ
cịn lại, hyđrơ và các tạp chất khác trong khơng khí, khí CO2,...

18


Nhìn chung, thành phần khí endo tự tạo ra tương tự nhau: khoảng 20% CO,
40% N2, 40% H2 một lượng rất nhỏ là CO2 và các khí tạp chất khác đã bỏ qua. Để
tăng năng suất tạo thành endogas, ngoài việc dùng nhiệt, người ta còn dùng xúc tác
để tăng tốc phản ứng và điều chỉnh thành phần mong muốn.
Dưới đây là bảng thành phần khí thấm của Nga và Hoa Kỳ :
Bảng 1.2. Khí thấm của Nga
Tên khí

Thành phần (% thể tích ở ĐKTC )

(Ký hiệu)

CO

CnH2n+2

CO2

N2

H2

Khí khác

Endogas

23

3,8

0,4

45,7

30

0,9H2O

Bảng 1.3. Khí thấm của Hoa Kỳ
Tên khí

Thành phần (% thể tích ở ĐKTC)

Ký hiệu

CO

CH4

CO2

N2

H2

Endothermic

20,7

0,8

-

39,8

38,7

Trong đó CO là khí giữ vai trị là chất thấm chính.
H2 là khí tham gia vào q trình thấm. Khi có mặt H2 tốc độ q trình thấm
tăng lên đáng kể do đó mà q trình thấm diễn ra nhanh hơn. Tuy nhiên sự có mặt
H2 gây trở ngại khơng nhỏ cho q trình thấm. H2 gây giịn một số loại vật liệu, dễ
gây nổ, gây ô nhiễm khi thải ra mơi trường,…
N2 đóng vai trị là khí độn nó giúp ổn định mơi trường khí và đuổi các khí
Oxy hóa nên bảo vệ được cho sản phẩm. Cũng như H2, N2 cũng là vị khách không
mời mà đến, chúng không thể vắng mặt khi dùng cacbua hyđrô và khơng khí trong
q trình thấm.

CnH2n+2 là chất cung cấp C đồng thời mang theo cả H2 khi phân hủy.

19


Hình 1.2. Sơ đồ thiết bị chế tạo khí Enđo
1.1.5.2. Khí Exo-gas
Khí Exo-gas (hay cịn gọi là Exothermic) là một loại khí thấm chi phí thấp
ứng dụng cho nhiều quá trình xử lý nhiệt khác nhau như ram hoặc hàn có khí bảo
vệ… Đây cũng là một loại khí đã được tạo sẵn môi trường thấm trước khi cung cấp
vào lị thấm cacbon.
Khí Exo-gas là sản phẩm của của q trình luyện cốc. Tùy thuộc vào thành
phần khác nhau mà chia ra làm khí Exo-gas nghèo và Exo-gas giàu. Khí exo-gas
cũng có thể được chế tạo cho việc thấm cacbon. Dưới đây là đồ thị biểu diễn thành
phần khí Exo-gas là sản phẩm của khơng khí và khí thiên nhiên với các tỷ lệ khác
nhau. [4]

Hình 1.3. Khí Exo-gas là sản phẩm của khơng khí và khí thiên nhiên

20


Từ đồ thị cho thấy với tỷ lệ khơng khí/khí thiên nhiên trong khoảng 5,5 ÷ 7,8
sẽ được khí Exo-gas giàu.
Ví dụ với khơng khí/CH4 = 5,7/1 phản ứng xảy ra như sau:
CH4 + 1,2O2 + 4,5N2 → 0,25 CO2 + 0,7CO + 2H2 + 4,5N2+0.05CH4
Để được khí Exo-gas nghèo thì tỷ lệ khơng khí/khí thiên nhiên trong khoảng 7,0 ÷
9,4
Ví dụ với khơng khí/CH4 = 9,0/1 phản ứng xảy ra như sau:
CH4 + 2O2 + 7N2 → CO2 + 2H2O + 7N2

Khí Exo-gas được sản xuất từ khí thiên nhiên có thành phần như sau:
Bảng 1.4. Thành phần khí exo-gas sản xuất từ khí thiên nhiên
H2 (%)

N2 (%)

CO (%)

CO2 (%)

H2O (%)

CH4 (%)

7

79

5

8

0.5

≤ 0.1

Khí có thành phần trên bảng với thành phần khí CO rất thấp nên chưa có khả
năng cho q trình thấm cacbon do vậy để có thể thấm được thì phải tiến hành pha
trộn thêm với khí chứa cacbon nữa.
1.1.6. Môi trường thấm được tạo ra trực tiếp trong lò thấm

1.1.6.1. Hỗn hợp metanol và N2
Khác với khí Endo-gas và Exo-gas là loại khí có thành phần rất ổn định trước
khi cung cấp vào lò thấm nhưng phải sản xuất ra nên giá thành cao. Metanol được
sử dụng để thấm cacbon do nó được cung cấp ở dạng chất lỏng. Đây là một trong
các loại khí thấm tạo ra mơi trường thấm trực tiếp trong lị. Khí metanol khi phân
huỷ sẽ tạo trực tiếp ra CO theo phản ứng:
CH3OH → CO + 2H2
Khi thấm chỉ cần sử dụng hỗn hợp khí Nitơ - Metanol có thể dễ dàng điều
khiển bởi thiết bị đo lưu lượng khí, có thể giải quyết được vấn đề và cải thiện chất
lượng lớp thấm. Với thiết bị điều khiển lưu lượng khí, người ta có thể thay đổi tỷ lệ
CO trong lị. Ưu việt rất cơ bản của nhóm các cồn sinh học sử dụng cho quá trình

21


thấm cacbon là ít tạo muội khi thấm. Hiện nay việc sử dụng các loại cồn sinh học
đang được phát triển mạnh dưới tên công nghệ tiên tiến là MOCVD.
Thành phần mơi trường thấm sử dụng metanol CH3OH có thể điều chỉnh
theo nguyên tắc sau:
CH3OH + xN2 → CO + 2H2 + xN2
Tỷ lệ CO có thể xác định theo cơng thức: %CO =

1
3+ x

Với x = 2 thì tỷ lệ CO là:

%CO =

1

= 0,2 = 20%
3+ 2

x = 1 thì tỷ lệ CO là:

%CO =

1
= 0,25 = 25%
3 +1

Để tăng tỷ lệ CO ta chỉ việc giảm x
Khi x = 0,5 thì :

%CO =

1
= 0,2857 = 28,57%
3 + 0,5

Hình 1.4. Kết quả phân hủy metanol trong hỗn hợp khí 40% N2 và 60% metanol

22


Với hỗn hợp khí trên có thể tạo ra 20%CO tương đương với lượng %CO
trong khí Endo-gas. Tuy nhiên, người ta có thể tạo ra %CO lên tới 33% với hỗn hợp
methanol/N2 bằng cách thay đổi lượng N2.
1.1.6.2. Hỗn hợp khí thấm khác
9 Hỗn hợp toluen, metanol và N2

9 Hỗn hợp etanol và N2
9 Dầu hỏa
9 Một số cơ sở của Việt Nam đã nghiên cứu khí thấm cacbon trên nền tảng khí
gas Việt Nam kết hợp với một số khí mang oxy và khí độn.
1.2. Mơi trường thấm sử dụng khí gas Việt Nam
1.2.1. Đặc điểm của khí gas Việt Nam
Khí gas Việt Nam có rất nhiều loại. Tuy nhiên loại khí này bao gồm hai
thành phần chính: 50%C3H8 và 50%C4H10.
Bảng 1.5. Một số đặc điểm của khí Gas Việt Nam [9]
Đặc tính
Tỷ trọng tại 150C (g/cm3)
Áp suất hơi tại 37.80C kPa
Etan
Thành phần
Propan
(% khối
Butan
lượng)
Thành phần khác
Nhiệt lượng
Kj/Kg
(ở 150C, 760
Kcal/m3
mmHg)
Nhiệt độ
Trong khơng khí
cháy (0C)
Trong Oxy
Tỷ lệ hóa hơi: lỏng → hơi
Giới hạn cháy trong khơng khí (%

thể tích)

Khí Gas Việt Nam
Nhỏ nhất
Đặc trưng
Lớn nhất
0.55
0.55
0.575
420
460
1000
2
40
50
60
40
50
60
2
50000
-

Một số tính chất vật lý của LPG :

23

-

26000

-

-

1900
2900
250 lần

-

-

2 - 10

-


Ở nhiệt độ lớn hơn 00C trong môi trường không khí bình thường với áp suất
bằng áp suất khí quyến, LPG bị biến đổi từ thể lỏng thành thể hơi theo tỉ lệ thể tích
1 lít LPG thể lỏng hố thành khoảng 250 lít ở thể hơi.
Vận tốc bay hơi của LPG rất nhanh, dễ dàng khuyếch tán, hòa trộn với khơng
khí thành hỗn hợp cháy nổ.
Tỉ trọng LPG nhẹ hơn so với nước là: Butane từ 0,55 – 0,58 lần, Propane từ
0,5 – 0,53 lần; Ở thể hơi (gas) trong mơi trường khơng khí với áp suất bằng áp suất
khí quyển, gas nặng hơn so với khơng khí: Butane 2,07 lần; Propane 1,55 lần. Do
đó hơi LPG thốt ra ngồi sẽ bay là là trên mặt đất, tích tụ ở những nơi kín gió,
những nơi trũng, những hang hốc của kho chứa, bếp…
Màu sắc: LPG ở trạng thái nguyên chất khơng có mùi, nhưng dễ bị phát hiện
bằng khứu giác khi có rị rỉ do LPG được pha trộn thêm chất tạo mùi Mercaptan với

tỉ lệ nhất định để có mùi đặc trưng.
Nhiệt độ của LPG khi cháy rất cao từ 1900 ÷19500C, có khả năng đốt cháy
và nung nóng chảy hầu hết các chất.
1.2.2. Giới thiệu chung về chất thấm sử dụng khí Gas Việt Nam
Hiện nay trên thị trường Việt Nam khí petro Việt nam gas cơng nghiệp có
hàm lượng cacbon lớn và có thể làm chất thấm nếu có tỷ lệ trộn hợp lý với các chất
là khí cấp O2 (để tạo CO) và khí độn (để điều chỉnh nồng độ chất thấm và làm môi
trường bảo vệ tránh oxy hóa).
Khí cấp O2 có thể là khơng khí, CO2 hoặc O2
9

Khơng khí: phương pháp này sử dụng máy nén khơng khí và đưa

vào lị. Phương án này giúp giảm chi phí sản xuất vì sử dụng khí có sẵn. Tuy nhiên
dùng khơng khí thì chỉ có xấp xỉ 21%O2 còn lại là một lượng lớn N2 và một phần
nhỏ các khí khác.
9

Khí O2: phương án này có chi phí cao hơn khi sử dụng khơng khí và

mức độ an tồn khơng cao nhưng Oxy lại có hoạt tính lớn do đó làm giảm thiểu
lượng muội cacbon khi thấm.

24