Công nghệ sản xuất tấm gốm làm đầu đốt hồng ngoại do các nhà khoa học của Viện Nghiên cứu Sành sứ và Thủy tinh công nghiệp xây dựng và hoàn thiện được đánh giá là có ý nghĩa thực tiễn cao, có khả năng ứng dụng rộng rãi trong dân dụng, giúp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường.
Đề tài ý nghĩa
Tấm gốm làm đầu đốt hồng ngoại được ứng dụng trong bếp ga hồng ngoại, lò sấy, lò nung công nghiệp nhằm tiết kiệm nhiên liệu, giảm phát thải khí CO, Nox, đồng thời giúp hiệu suất cấp nhiệt tới vật thể cao bằng bức xạ hồng ngoại.
Hiện nay, trên thế giới có nhiều mẫu thiết kế tấm đốt với nhiều kích thước lỗ đốt và cấu trúc bề mặt khác nhau để ứng dụng cho các mục đích khác nhau. Tuy nhiên, tại Việt Nam vẫn có đơn vị nào nghiên cứu phát triển và sản xuất hệ sản phẩm này một cách hoàn chỉnh.
Xuất phát từ suy nghĩ làm sao để tiết kiệm chi phí, chủ động trong sản xuất, KS. Nguyễn Văn Duy cùng các cộng sự tại Viện Nghiên cứu Sàn sứ và Thủy tinh công nghiệp đã thực hiện đề tài cấp Bộ Công Thương “Nghiên cứu công nghệ sản xuất tấm gốm làm đầu đốt hồng ngoại”.
Theo KS. Nguyễn Văn Duy, vật liệu dùng để chế tạo tấm gốm làm đầu đốt hồng ngoại phải có có khả năng chịu lửa và độ bền nhiệt tương ứng với từng điều kiện sử dụng trong công nghiệp hay trong dân dụng. Ngoài ra, yêu cầu vật liệu phải giúp chuyển hóa nhiệt sinh ra do quá trình cháy nhiên liệu thành nhiệt bức xạ tối đa, đặc biệt là bức xạ hồng ngoại xa để cấp nhiệt tốt nhất cho các vật thể cần nung, sấy.
Thực tế hiện nay cho thấy, tấm gốm sử dụng làm đầu đốt hồng ngoại đang được sử dụng tại Việt Nam đều phải nhập khẩu từ nước ngoài theo hai hình thức. Hình thức thứ nhất là tấm gốm đốt hồng ngoại đi cùng với thiết bị đun nấu, sấy, nung nhập nguyên chiếc và hình thức thứ hai là tấm gốm đốt hồng ngoại nhập riêng lẻ theo nhu cầu của đặt hàng của thị trường trong nước phục vụ thay thế, sửa chữa. “Việc làm chủ được công nghệ sản xuất tấm gốm dùng làm đầu đốt hồng ngoại sẽ có ý nghĩa quan trọng cả về mặt khoa học cũng như về mặt kinh tế” – KS. Nguyễn Văn Duy nhấn mạnh.
Công nghệ “xanh” hữu dụng
Sau nhiều tháng nỗ lực triển khai đề tài, cuối cùng, nhóm nghiên cứu của Viện Nghiên cứu Sành sứ và Thủy tinh công nghiệp đã xây dựng thành công quy trình công nghệ sản xuất tấm gốm làm đầu đốt hồng ngoại với 6 bước thực hiện. Theo đó, quy trình bắt đầu bằng việc tổng hợp vật liệu hệ gốm bền nhiệt cordierite kết hợp spodumene từ nguyên liệu talc, cao lanh, hydroxit nhôm, liti cacbonat ở nhiệt độ nung khoảng 1250oC.
Các viên gốm bền nhiệt sau khi đã nung ở bước trên được nghiền mịn với thời gian nghiền khoảng 24 giờ. Sản phẩm tạo thành ở đây là bột gốm đạt độ mịn d95 khoảng 27 µ m.
Từ bột gốm và hỗn hợp chất hóa dẻo hữu cơ gồm parafin và axit stearic, tiến hành tạo hình sản phẩm bằng phương pháp đỏ rót hồ nóng vào khuôn kim loại ở nhiệt độ 80oC. “Hồ đổ rót tối ưu sẽ bao gồm các thành phần: 73% bột gốm mịn, 25-26% chất hóa dẻo parafin và 1-2% chất hoạt động bề mặt axit stearic” - KS. Nguyễn Văn Duy giải thích.
Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tấm gốm làm đầu đốt hồng ngoại do Viện Nghiên cứu Sành sứ và Thủy tinh công nghiệp phát triển. (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)
Sản phẩm được tạo hình sau đó được sấy bằng tủ sấy nhằm loại bỏ chất hữu cơ ở nhiệt độ 150oC trong vòng 24 giờ. Lúc này, tiếp tục nung sản phẩm ở nhiệt độ 1200oC, thời gian lưu nhiệt là 30 phút và tổng thời gian nung là 5,5 giờ. Bước cuối cùng của quy trình là kiểm tra và đóng gói sản phẩm.
Dựa trên quy trình công nghệ xác lập được, nhóm đã chế tạo thử nghiệm 20 sản phẩm tấm gốm tổ ong làm đầu đốt hồng ngoại sử dụng hệ vật liệu gốm cordierite - spodumene. Sản phẩm tấm gốm có kích thước 130x90x13 mm, mật độ 27 lỗ/cm2, kích thước lỗ 1mm, khối lượng thể tích đạt 1.27g/cm3.
Cạnh tranh sản phẩm nhập ngoại
Nhằm kiểm tra chất lượng của tấm gốm cũng như so sánh với các sản phẩm hiện có trên thị trường, nhóm nghiên cứu đã kiểm tra tính chất cơ lý nhiệt và độ bền sốc nhiệt của sản phẩm. Theo đó, sản phẩm tấm gốm do nhóm sản xuất có độ co thấp, không bị cong vênh, hiệu quả thu hồi sau nung đạt 100%. Trong khi đó, kết quả kiểm tra độ bền sốc nhiệt theo phương pháp phi tiêu chuẩn cho thấy, tấm gốm vẫn ổn định, không có dấu hiệu nứt vỡ với chu kỳ thử trên 110 lần trong điều kiện sốc nhiệt từ nhiệt độ 800oC đến nhiệt độ không khí môi trường.
Đáng chú ý, theo KS. Nguyễn Văn Duy, khả năng phát xạ hồng ngoại của sản phẩm do nhóm chế tạo thử nghiệm cũng tương đương với sản phẩm đối chứng nhập khẩu.
Sản phẩm tấm gốm làm đầu đốt hồng ngoại do Viện Nghiên cứu Sành sứ và Thủy tinh công nghiệp chế tạo. (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)
Đặc biệt, để đánh giá mức độ tiết kiệm năng lượng so với đốt gas ngọn lửa thông thường, KS. Nguyễn Văn Duy cho hay, nhóm đã tiến hành thử nghiệm theo phương pháp phi tiêu chuẩn. Trong cùng điều kiện duy trì áp lực ga, cùng điều kiện môi trường, thời gian để đun sôi cùng một thể tích nước của đầu đốt hồng ngoại và đầu đốt thường sẽ cho thấy lượng ga tiêu tốn của từng loại mỏ đốt. “Theo kết quả thử nghiệm, thời gian đun sôi cùng một thể tích nước sử dụng mỏ đốt hồng ngoại nhanh hơn 16-18% so với sử dụng mỏ đốt thường. Như vậy có thể suy ra tương đối rằng, lượng ga tiêu tốn của mỏ đốt hồng ngoại tiết kiệm hơn với với mỏ đốt thường là 16-18% nhiên liệu” – KS. Nguyễn Văn Duy phân tích.
Có thể thấy, công nghệ sản xuất tấm gốm làm đầu đốt hồng ngoại do Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh công nghiệp phát triển có quy trình chế tạo, thiết bị máy móc đơn giản, chi phí đầu tư thấp. Đáng chú ý, đây cũng là công nghệ tạo hình dạng lỗ tổ ong đầu tiền tại Việt Nam đạt được kích thước lỗ rất nhỏ và mật độ lỗ lớn, thích hợp chế tạo sản phẩm gốm với nhiều loại hệ vật liệu gốm, phù hợp với nhiều mục đích sử dụng khác nhau. Được biết, Viện Nghiên cứu Sành sứ và Thủy tinh công nghiệp đã sẵn sàng chuyển giao toàn bộ công nghệ hoặc hợp tác sản xuất với các đơn vị có nhu cầu.
| Viện Nghiên cứu Sành sứ và Thủy tinh công nghiệp là đơn vị khoa học công nghệ trực thuộc Bộ Công Thương. Viện đã nghiên cứu triển khai thành công nhiều hệ vật liệu gốm công nghiệp và dân dụng bền nhiệt như gốm cao nhôm, cordierite, mulite-cordierite, ...Đây cũng là đơn vị thiết kế và chế tạo nhiều loại lò nung, lò sấy phục vụ thị trường trong nước cũng như dùng trong hoạt động nghiên cứu và sản xuất của chính bản thân Viện. |
Hà Nguyễn
