CÁC PHƯƠNG PHÁP NẤU CHẢY KIM LOẠI (Phần 2)

NẤU CHẢY VỚI LÒ ĐỐT BẰNG KHÍ

Lò đốt bằng khí gồm buồng lò có dạng hình trụ, đường kính khoảng 300 mm, bên trong được cấu tạo bằng vật liệu chịu lửa, còn bên ngoài được bảo vệ bằng lớp vỏ thép, có một đầu đốt để đốt hổn hợp khí và gió trộn lẫn vào nhau theo tỷ lệ (20% khí – 80% gió), được cung cấp thông qua một cái van điều chỉnh được lưu lượng hổn hợp khí, để canh chỉnh ngọn lửa sao cho tiếp xúc với buồng lò theo phương tiếp tuyến. Do đó, ngọn lửa sẽ tạo thành hình xoắn ốc bao quanh cốc nấu khi đặt vào đáy lò hình trụ, như thế việc nấu chảy đồng đều hơn. Một quạt gió có chức năng hút gió từ môi trường và thổi nó vào lò.

Phía trên buồng lò hình trụ, ngay chính giữa có một lổ thông, mục đích cho không khí nóng trong lò thoát ra ngoài và là nơi dùng để quan sát quá trình nấu chảy trong lò. Dung tích nấu chảy của lò loại này có thể đạt 50 – 80 kg.

Khi hợp kim được nấu chảy bằng sự nung nóng cốc nấu than chì qua ngọn lửa, không chịu ảnh hưởng trực tiếp từ ngọn lửa, gọi là quá trình nấu chảy gián tiếp.

ƯU ĐIỂM

So với các phương pháp nấu chảy mô tả trước đây, phương pháp nấu chảy với lò đốt bằng khí có ưu điểm là: Bản thân của quá trình đốt cháy cốc nấu diễn tiến từ từ do buồng lò cấu tạo kín nên hạn chế tiếp xúc với oxy trong không khí, các hợp kim luôn luôn được đặt trong môi trường không có không khí, do đó làm giảm nguy cơ của quá trình oxy hóa.

NẤU CHẢY BẰNG ĐIỆN TRỞ

1.      ĐỊNH NGHĨA:

Nấu chảy bằng điện trở là dùng lò được đốt nóng bằng điện thay vì dùng ngọn lửa để đốt nóng theo đúng nghĩa.

Do là điện trở nên khi có dòng điện chạy qua sẽ bị cản trở, tạo ra nhiệt cần thiết làm nấu chảy các hợp kim. Trong vật lý, hiện tượng này gọi là hiệu ứng Jun (Joule).

2.      HIỆU ỨNG JOULE:

Nhiệt lượng (Q) sinh ra do điện trở (R) trong thời gian (t) luôn luôn tỷ lệ thuận với điện thế (V) ở hai đầu dây điện trở. Thời gian (t) và điện thế (V) tương quan theo tỷ lệ:

Q = k V I t (Trong đó, k là hệ số tỷ lệ)

Chưa hết, Theo định luật Ôm (Ohm)

I = V / R

Thay  I = V / R vào công thức Q , ta sẽ có:

Q = k V² t / R

( Trong đó, R là điện trở của vật liệu khi có dòng điện chảy qua nó)

3.      GIỚI HẠN:

Điện trở thường được làm bằng dây crom - niken (Cr – Ni) hay tốt hơn là dây bạch kim (Pt), bởi vì chúng có thể đạt được nhiệt độ khoảng 1.400 độ C.

Rõ ràng, phương pháp nấu chảy này chỉ áp dụng được với các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy dưới nhiệt độ này.

4.      ƯU ĐIỂM:

Lò nấu bằng điện có một vài ưu điểm sau:

-          Đốt nóng đồng nhất

-          Kiểm soát không cho nhiệt độ thay đổi

-          Ít tạp chất hơn trong khi nấu chảy

-          Thời gian nấu chảy ngắn hơn

-          Nơi làm việc ít bị ô nhiễm

Đốt nóng bằng điện hoàn toàn khác với đốt cháy nhiên liệu, tỏa ra khói và khói này liên tục thải ra môi trường xung quanh. Trên thực tế, quá trình đốt cháy các loại nhiên liệu đòi hỏi lượng không khí lấy từ môi trường như sau:

-          1 kg than đá cần khoảng 9.000 lít không khí từ môi trường

-          1 lít khí đốt (CH₄) cần khoảng 5.000 lít không khí

-          1 lít xăng hay dầu cần 12.000 lít không khí

5.      KIỂM SOÁT NHIỆT ĐỘ:

Để xác định đúng thời điểm đúc, phụ thuộc vào quyết định của người thợ đứng lò. Với kinh nghiệm khi quan sát bằng mắt hay bằng các công cụ đặc biệt như cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ nóng chảy của hợp kim, họ có thể nhận biết trạng thái nào của hợp kim phù hợp cho đúc.

Lò điện là thiết bị nấu chảy tốt nhất cho việc kiểm soát và điều chỉnh nhiệt độ theo ý muốn. Trên thực tế, lượng nhiệt sinh ra có thể đạt được nhiều mức nhiệt độ khác nhau và chúng được điều chỉnh đến cấp độ nhỏ nhất bằng cách xoay núm vặn của thiết bị cảm biến điện để thay đổi cường độ dòng điện, kiểm soát dòng chảy của các điện tử trong điện trở.

Liên quan đến đo lường nhiệt độ, sẽ là tốt hơn khi các cặp nhiệt điện có thể hiển thị giá trị nhiệt độ chính xác nếu được đặt bên trong các hợp kim nóng chảy. Điều này đồng nghĩa với việc các cặp nhiệt điện phải được nhúng vào trong các hợp kim và sẽ bị ăn mòn nhanh chóng, do đó, tuổi thọ của các cặp nhiệt điện rất ngắn, sử dụng không được bao lâu.

Vì vậy, các cặp nhiệt điện thường được đặt gần các điện trở. Ở vị trí này, cặp nhiệt điện chỉ đo được nhiệt độ của cốc nấu bằng than chì được đốt nóng bằng điện trở để nấu chảy hợp kim chứa trong cốc nấu, rõ ràng là nhiệt độ xung quanh điện trở là không giống như bên trong hợp kim nóng chảy.

Để giải quyết việc đo lường nhiệt độ không chính xác, nên xem xét và tính toán nhiệt độ nấu chảy dựa trên yếu tố thời gian làm việc của các điện trở bằng cách cộng thêm nhiệt độ nấu chảy của các hợp kim từ 150 – 200⁰C so với nhiệt độ nóng chảy thực tế.

Trong ngành kim hoàn, lò điện được sử dụng để nấu chảy một lượng nhỏ vàng hay bạc (khoảng 2 kg). Chúng  có điện năng từ 700 - 1.000 W và có thể đạt đến nhiệt độ khoảng 1.100⁰C. Đặc tính nấu chảy của các loại lò loại này kéo dài khoảng chừng 35 phút cho lần nấu đầu tiên. Những lần nấu sau, thời gian nấu chảy từng lần sẽ giảm xuống do lò đã nóng sẳn.

6.      LÒ CÓ ĐIỆN TRỞ LÀ HỢP CHẤT SI-LIC:

Như đã biết, điện trở bên trong của các lò điện trở thông thường mau hao mòn. Cho nên, người ta dùng vật liệu mới để làm điện trở là các-bít si-líc (SiC) có độ bền cao, thường được sử dụng để nấu chảy hợp kim có nhiệt độ nóng chảy trên 2000 độ C. Lò có điện trở là hợp chất si-lic thì không có tiếng ồn, sạch sẽ, bền hơn và chịu được nhiệt độ cao. Với ưu điểm về tuổi thọ của điện trở này, lò loại này có thể chịu được điện năng cao bằng cách sử dụng 10 điện trở, cho phép duy trì được điện năng ổn định trong suốt quá trình hoạt động của lò.