NỒI NẤU KIM LOẠI

1.      ĐỊNH NGHĨA:

Nồi nấu là nơi chứa kim loại, trong đó sẽ diễn ra quá trình nấu chảy kim loại. Do nấu chảy kim loại phải cần nhiệt độ cao và duy trì nhiệt độ đó trong khoảng thời gian lâu nhất có thể được, nên nồi nấu phải chịu nhiệt.

2.      TÍNH CHỊU NHIỆT:

Một nồi nấu có tính chịu nhiệt phải được làm bằng vật liệu có nhiệt độ nóng chảy trên 2000 độ C, một số các vật liệu này được giới thiệu trong bảng dưới đây:

Vật liệu	Nhiệt độ nóng chảy	Vật liệu	Nhiệt độ nóng chảy
Cac-bon	3.550 độ C	Mô-líp-đen	2.620 độ C
Tung-sten	3.370 độ C	I-ri-di	2.454 độ C
Tan-ta-li	2.995 độ C	Ru-thơ-ni	2.450 độ C
Os-mi	2.700 độ C	Bo-ron	2.300 độ C

Tuy nhiên, một số hợp chất của các vật liệu này thậm chí còn chịu nhiệt cao hơn, chẳng hạn như cac-bua si-lic, bo-rit, si-li-cat zir-co-ni, ni-trit và một số o-xit.

Các vật liệu chịu nhiệt ở nhiệt độ cao nhất bao gồm 11% zir-co-ni cac-bua và 89% tan-ta-li cac-bua, có nhiệt độ nóng chảy là 3.942 độ C. Nó là một loại vật liệu có khả năng ngăn cac-bon nóng chảy.

Thợ kim hoàn thường sử dụng vật liệu chịu nhiệt làm bằng than chì (dạng thù hình của cac-bon), cac-bua si-lic trộn với đất sét hay ma-nhê-sit nung và đất sét nung (có giá thành đắt hơn).

3.      THAN CHÌ (GRAPHITE)

Nồi nấu kim loại bằng than chì (graphite) có chất lượng hàng đầu được làm bằng than chì (graphite) dạng phiến đến từ đảo Tích Lan, giàu quặng sắt các-bon-nát (si-đê-rit). Chúng phải được xử lý cẩn thận và giữ ở một nơi khô ráo: Trước khi sử dụng lần đầu, chúng phải được đun nóng và làm lạnh từ từ, nếu không chúng có thể bị nứt.

Hơn nữa, trong quá trình làm nóng sơ bộ, thành nồi nấu phải được xử lý bằng hàn the (bo-rax) để hình thành một lớp thủy tinh dày có khả năng bảo vệ thành nồi nấu trước nguy cơ bị o-xy hóa từ các hợp kim nóng chảy và ngăn chặn việc tạo ra tạp chất do các hạt than chì tách ra từ thành nồi nấu.

Nồi nấu kim loại rất đắt tiền, nhưng mặt khác, nếu biết sử dụng chúng một cách cẩn thận thì có thể kéo dài tuổi thọ của chúng.

Những nồi nấu kim loại này rất thích hợp cho bạc và hợp kim vàng, vì chúng có thể được sử dụng nhiều lần và trong suốt quá trình nấu chảy, chúng có thể ngăn ngừa tình trạng thất thoát kim loại nóng chảy do bốc hơi. Trên thực tế, trong quá trình nóng chảy, cac-bon chứa trong than chì của nồi nấu kim loại phản ứng với o-xy trong không khí và tạo thành một lớp o-xit cac-bon nổi trên bề mặt hợp kim nóng chảy chứa bên trong nồi nấu. Lớp o-xit cac-bon (CO) này ngăn chặn sự hình thành các o-xit khác trên bề mặt và có xu hướng thay đổi o-xit cơ bản thành kim loại gốc.

Từ nhận xét trên, chúng ta hãy xem ví dụ về quá trình o-xy hóa đồng:

Cu₂O + CO = Cu + CO₂

Đây là lý do tại sao các thợ kim hoàn lâu năm thường dùng cái mẹo là đặt một mảnh nhỏ cac-bon cho nổi trên bề mặt hợp kim nóng chảy trong nồi nấu, do đó ngăn ngừa quá trình o-xy hóa.

4.      ĐẤT SÉT:

Nồi nấu kim loại bằng đất sét chịu lửa thực sự được làm bằng đất sét nhưng phải loại bỏ chất nhờn, sắt và đá vôi, sau đó trộn với cát thạch anh và bột gạch. Khác với nồi nấu kim loại bằng than chì, loại nồi nấu kim loại này tránh nung quá lâu. Nồi nấu kim loại bằng đất sét thì rẻ tiền hơn so với nồi nấu kim loại bằng than chì, nhưng tuổi thọ thì không cao như nồi nấu kim loại bằng than chì. Nếu chúng được xử lý nhiệt như nhau và được bao phủ một lớp hàn the (bo-rax) thì những nồi nấu kim loại bằng đất sét này ít hư hỏng hơn so với những nồi nấu kim loại bằng than chì. Nồi nấu kim loại bằng đất sét chịu nhiệt phù hợp với nấu chảy ni-ken – kim loại cơ bản có trong vàng trắng. Không thể sử dụng nồi nấu kim loại bằng than chì để nấu chảy ni-ken vì ni-ken có thể phản ứng với cac-bon có trong nồi nấu kim loại bằng than chì.

5.      ĐIỀU KIỆN CẦN THIẾT:

Nồi nấu kim loại phải có các điều kiện cần thiết sau đây:

-          Vật liệu làm nồi nấu kim loại không được phản ứng với các hợp kim đúc

-          Vật liệu chịu lửa làm nồi nấu kim loại phải chịu được sự hủy hoại mạnh do tác động của nhiệt độ và có sự giãn nở cao về thể tích do thường xuyên phải chịu sự biến đổi nhiệt độ.

6.      HÌNH DẠNG NỒI NẤU:

Hình dạng nồi nấu có thể có đáy sâu giống như cốc nước hay có đáy nông và phần miệng nồi nấu phía trên được mở rộng để dễ thao tác.

Dạng nồi nấu có đáy nông và miệng rộng không được sử dụng trong các lò nấu vàng, chỉ có thợ kim hoàn tay nghề cao dùng chúng để nấu chảy vài gam hợp kim bằng đèn khò.

Chúng có dạng  hình vuông mỗi cạnh khoảng 8 - 10 cm và bề dày khoảng 2 cm. Chúng được làm bằng đất sét trắng chịu lửa và ở chính giữa phía trên có miệng rộng để dễ lấy xỉ ra ngoài, bên trong dùng để chứa một lượng nhỏ các hợp kim được hóa lỏng. Trong hình trên là một dạng nồi nấu có phần miệng mở rộng phù hợp cho công đoạn đúc (đúc chính xác) được giới thiệu.

Nồi nấu kim loại có dạng như cái cốc, còn gọi là cốc nấu thường được sử dụng phổ biến và chỉ khác nhau ở một số chi tiết nhỏ tùy thuộc vào cấu tạo của từng loại lò mà chúng được đặt vào đó.

Trong hình trên, chúng ta có thể thấy nồi nấu được bố trí một miệng rót để tạo điều kiện rót hợp kim nấu chảy khi đúc và nó có dạng thuôn hình nón để dễ dàng gắp cốc nấu ra khỏi lò nấu bằng dụng cụ kẹp gắp.

Trong hình trên thứ nhất là một nồi nấu miệng kín cho đúc ly tâm được giới thiệu (có lỗ ở phần trên để dẫn hướng dòng chảy chất lỏng khi rót) và trong hình trên thứ hai là nồi nấu hình trụ cho đúc tĩnh.

Nồi nấu dạng cốc nấu có ưu điểm là giữ được nhiệt độ của khối chất lỏng nấu chảy đồng đều, vì nó có ít bề mặt tiếp xúc với không khí.

7.      DUNG TÍCH NỒI NẤU:

Hiện nay, các nhà máy sản xuất nồi nấu kim loại cung cấp ra thị trường một loạt các nồi nấu kim loại nóng chảy với dung lượng từ 125 g cho đến các loại lớn nhất là 100 kg hay cung cấp theo yêu cầu đặt hàng.

8.      HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG NỒI NẤU ĐÚNG CÁCH:

-          Nhà sản xuất nồi nấu kim loại cung cấp hướng dẫn sử dụng để bảo đảm cho nồi nấu không bị hư hỏng. Chúng phải được giữ ở một nơi khô ráo (ở gần lò nấu). Chúng phải được nung nóng từ từ và chầm chậm trước khi sử dụng nếu không chúng có thể bị nứt.

-          Khi sử dụng nồi nấu mới, chúng phải được bao bọc bằng một lớp hàn the bên trong lòng để bảo vệ nồi nấu . Sau khi sử dụng, chúng phải được làm lạnh thật chậm. Ngăn ngừa chúng tiếp xúc với nước và phải loại bỏ bất kỳ cặn bám bên trong chúng sau khi nấu chảy.

-          Đối với thành bên trong của nồi nấu kim loại, cần thiết phải được giữ gìn cẩn thận. Vì vậy, các hợp kim khi được đưa vào nấu chảy không nên có kích thước quá lớn nếu không trong quá trình nung nóng, chúng sẽ chèn ép lên thành nồi nấu và ngăn cản sự giãn nở nhiệt của thành nồi nấu gây ra hiện tượng nứt thành nồi nấu.

Nồi nấu kim loại bằng than chì bị ăn mòn bởi kiềm nóng chảy như sô-đa, bởi cac-bô-nat và trên tất cả là chất o-xy hóa như ni-trat. Nếu tất cả các chất ăn mòn trên không hiện diện trong quá trình nấu chảy thì nồi nấu kim loại chắc chắn sẽ kéo dài tuổi thọ. Trên thực tế, nhà sản xuất nồi nấu kim loại cho biết các chất ăn mòn thường ở dạng hỗn hợp hay một số khác được hình thành theo các loại tạp chất trong quá trình nóng chảy. Trong trường hợp bạch kim (pla-tin) nóng chảy, chúng dễ dàng phản ứng hóa học với hy-dro và si-lic trong hỗn hợp vật liệu chịu lửa của nồi nấu, cho nên hiện tượng này phải được loại bỏ.

9.      CÁCH BẢO QUẢN NỒI NẤU:

Do nồi nấu kim loại đắt tiền, cho nên đừng vì tiết kiệm mà chỉ sử dụng duy nhất một nồi nấu để nấu chảy tất cả các loại hợp kim hay kim loại. Như thế, nồi nấu kim loại thường nhanh hư hỏng, không đảm bảo được tuổi thọ. Tốt hơn nên sử dụng nhiều loại nồi nấu để xử lý nhiều loại hợp kim hay kim loại vì những lý do sau: Mỗi nồi nấu nên được sử dụng riêng biệt, phân chia theo từng màu sắc hợp kim pha chế, theo từng độ tinh khiết của hợp kim pha chế và theo từng hợp kim phụ trợ hay từng hợp kim chính.

10.  CÁCH KHẤY TRỘN HỢP KIM NÓNG CHẢY:

Một dụng cụ đặc biệt không thể thiếu đối với nồi nấu kim loại là que dùng để khuấy trộn hợp kim nóng chảy. Nó phải được làm bằng vật liệu chịu lửa (thường là than chì). Nhà sản xuất khuyến cáo nên dùng que khuấy bằng than chì thay vì dùng que khuấy bằng vật liệu nhựa như ba-ke-lit (Bakelite), ngay cả khi chúng chịu lửa. Cũng như khuyến cáo không được dùng que khuấy bằng sắt để khuấy trộn hợp kim nóng chảy vì khi tiếp xúc với hợp kim nóng chảy được nấu trong nồi nấu bằng điện có thể điện sẽ truyền từ trong hợp kim nóng chảy lên que khuấy gây giựt điện cho người khuấy.  Khi dùng que khuấy không đúng có thể hình thành tạp chất không mong muốn trong hợp kim nóng chảy và tạo nên tính dòn của hợp kim gây ảnh hưởng xấu cho các quá trình gia công hợp kim kế tiếp.

Trong lò nấu chảy truyền thống, nhiệm vụ của que khuấy là tạo điều kiện thuận lợi cho việc đồng nhất hợp kim và để loại bỏ các loại xỉ được tạo ra bởi các chất khử o-xy. Trong lò nấu chảy cảm ứng, có thể que khuấy không được sử dụng bởi vì nhờ vào dòng điện cảm ứng tạo ra từ trường và chính chúng tự khuấy trộn hợp kim nóng chảy chứa trong nồi nấu. Nhưng nhờ sử dụng que khuấy, cho phép người thợ lò có thể  xác định được toàn bộ hợp kim đã được nấu chảy hoàn toàn hay chưa.

11.  KẸP GẮP NỒI NẤU:

Các công cụ khác cần thiết cho các thao tác đúc là kẹp gắp dung tay hình bán nguyệt, cho phép những người thợ lò lấy nồi nấu kim loại ra khỏi lò nấu sau khi hợp kim đã nóng chảy hoàn toàn và tiến hành rót hợp kim lỏng vào ống thạch cao. Bằng những cái kẹp gắp như thế, những người thợ lò có thể xử lý một cách an toàn các nồi nấu khi kẹp chặt nó ở giữa kẹp gắp.

Thay vì dùng kẹp gắp bằng tay hình bán nguyệt, những người thợ lò có thể sử dụng kìm mũi vuông, trong trường hợp này, nồi nấu phải được kẹp chặt ở phần trên miệng nồi nấu .

12.  GĂNG TAY CHỊU NHIỆT:

Một vài ý kiến về trang bị bảo hộ này. Nên dùng loại găng tay đốt không cháy (bằng a-mi-ăng) hay găng tay bằng da dày hay các loại găng tay khác đã được thay thế bằng vật liệu chịu nhiệt khác, đó là các biện pháp phòng ngừa an toàn khi có việc cần dùng đến chúng.