KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG ĐẤT SÉT ĐÚC: TẠP CHẤT VÀ ĐỘ ẨM ẨN CHỨA RỦI RO GÌ?

Trong ngành đúc kim loại – đặc biệt là đúc gang, thép và sản xuất các sản phẩm như nắp hố ga, song chắn rác, phụ kiện hạ tầng, trụ đèn, trụ cứu hỏa… – đất sét đúc (đất sét làm khuôn) là một trong những yếu tố cuối cùng quyết định đến chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, có hai yếu tố thường xuyên gây ra lỗi đúc nhưng lại dễ bị xem nhẹ: tạp chất và độ ẩm trong đất sét. Nếu không kiểm soát, chúng có thể tạo ra hàng loạt khuyết tật như rỗ khí, cháy cát, nứt khuôn, hoặc biến dạng sản phẩm. Vậy chính xác chúng gây hại thế nào và chúng ta cần làm gì để phòng tránh?

1. Đất sét đúc là gì và vì sao quan trọng trong sản xuất gang – thép – composite?

Đất sét đúc là hỗn hợp bao gồm cát, đất sét (bentonite), nước và một số phụ gia. Đây là nguyên liệu giúp tạo ra khuôn đúc – nơi kim loại lỏng được rót vào để hình thành sản phẩm như:

• Nắp hố ga gang cầu, gang xám

• Song chắn rác gang/dạng composite

• Tấm sàn grating thép mạ kẽm

• Tấm nắp bể, chi tiết phụ kiện ngành nước

• Các loại phụ kiện đúc theo yêu cầu

Một khuôn tốt phải bền, chịu nhiệt, thoát khí tốt, giữ hình dạng khi gặp kim loại nóng chảy. Vì vậy, chất lượng đất sét đúc quyết định sản phẩm có đạt chuẩn hay không.

2. Tạp chất trong đất sét đúc là gì và xuất hiện từ đâu?

Tạp chất thường là những thành phần không mong muốn làm thay đổi tính chất của khuôn đúc, bao gồm:

Các loại tạp chất phổ biến

• Đá vụn, sỏi nhỏ: do khai thác cát – đất sét không sạch.

• Xơ vải, gỗ vụn, rác công nghiệp: lẫn vào trong quá trình trộn.

• Kim loại nhỏ, gỉ sét: do bảo quản nguyên liệu không đúng cách.

• Đất bẩn, cát lẫn bùn: do cát tái sinh nhiều vòng không được lọc kỹ.

Nguồn hình thành

• Vận chuyển, đổ đống nguyên liệu ngoài trời

• Quá trình tái chế cát khuôn cũ (tạp chất gia tăng theo thời gian)

• Trộn thủ công hoặc thiết bị cũ kỹ

• Kho bãi lưu trữ không được che chắn, kiểm soát

3. Tạp chất gây ra rủi ro gì cho sản phẩm đúc

Nói một cách dễ hiểu hơn, tạp chất trong đất sét đúc giống như “rác” lẫn trong nguyên liệu. Tuy nhỏ nhưng hậu quả của nó rất lớn. Dưới đây là những rủi ro dễ gặp và dễ hiểu nhất:

(1) Tạo ra rỗ khí – lỗ hổng bên trong sản phẩm

Nếu trong đất sét có xơ vải, mảnh gỗ, giấy vụn… khi gặp kim loại nóng chảy, những thứ này bốc cháy, tạo ra khí.
Khí không thoát ra ngoài kịp sẽ kẹt lại trong sản phẩm, hình thành các lỗ li ti hoặc lỗ lớn.
Những lỗ này làm sản phẩm yếu đi, đặc biệt nguy hiểm với nắp hố ga, song chắn rác, vốn phải chịu tải lớn.

(2) Làm bề mặt sản phẩm bị xấu hoặc sần sùi

Nếu đất sét lẫn sỏi, đá nhỏ, khi kim loại nóng chảy rót vào, bề mặt sản phẩm sẽ bị gồ ghề, không mịn, phải mài sửa lại → tốn thêm thời gian và chi phí.

(3) Gây cháy cát

Tạp chất dễ cháy gặp nhiệt độ cao sẽ gây cháy bề mặt khuôn, làm cho bề mặt sản phẩm bị cháy đen, dính cát, mất thẩm mỹ và dễ phải làm lại.

(4) Làm kích thước sản phẩm bị lệch

Một viên đá nhỏ trong khuôn cũng có thể khiến kích thước của sản phẩm bị sai vài mm.
Với các sản phẩm yêu cầu độ chính xác như bích gang, cổ ống, khớp nối, sai số này có thể khiến sản phẩm không lắp vừa vào hệ thống.

Tạp chất tuy nhỏ nhưng có thể làm giảm độ bền, giảm thẩm mỹ và làm tăng chi phí sản xuất.

4. Độ ẩm đất sét đúc – tưởng đơn giản nhưng lại quyết định chất lượng khuôn

Độ ẩm giống như “độ ướt” của đất sét đúc. Nếu quá khô hoặc quá ướt, khuôn đều không hoạt động tốt.

Nếu đất sét đúc quá ẩm (quá ướt)

• Khi gặp kim loại nóng chảy, nước bốc hơi mạnh, tạo ra nhiều khí → gây rỗ khí (lỗ hổng) trong sản phẩm.

• Khuôn mềm, dễ bị biến dạng khi đóng khuôn hoặc khi rót kim loại.

• Có thể gây tình trạng nổ khuôn, rất nguy hiểm cho công nhân.

Nếu đất sét đúc quá khô

• Khuôn bị giòn, dễ nứt khi đóng mẫu.

• Khi rót kim loại, khuôn không đủ độ dính kết → bề mặt sản phẩm thô, không đẹp.

• Kim loại có thể “ăn” vào bề mặt khuôn → gây cháy cát.

Độ ẩm lý tưởng

Theo tiêu chuẩn của ngành đúc quốc tế (AFS), độ ẩm tham khảo hợp lý nằm trong khoảng: 2,5% – 4% 

5. Tạp chất + độ ẩm không ổn định = "bộ đôi" tạo lỗi đúc nguy hiểm

Hai yếu tố này thường kết hợp và khuếch đại lỗi:

• Tạp chất + độ ẩm cao → Sinh khí nhiều hơn → Rỗ khí nặng

• Tạp chất + độ ẩm thấp → Khuôn giòn → Nứt khuôn → Sản phẩm méo, sai kích thước

Đây là lý do nhiều doanh nghiệp dù đầu tư máy móc hiện đại nhưng vẫn gặp lỗi sản phẩm – vì nguyên nhân nằm ở nguyên liệu khuôn đúc, thứ tưởng chừng đơn giản nhưng lại rất nhạy cảm.

6. Doanh nghiệp cần làm gì để kiểm soát tạp chất và độ ẩm? 

Để hạn chế lỗi trong quá trình đúc, doanh nghiệp cần tập trung vào việc giữ cho đất sét đúc sạch và có độ ẩm ổn định. Dưới đây là các cách làm thực tế, dễ áp dụng trong xưởng:

(1) Sàng lọc đất sét và cát định kỳ

Đây là cách hiệu quả nhất để loại bỏ tạp chất như đá, gỗ vụn, sợi vải…
Có thể dùng:

• Máy sàng rung

• Sàng tay

• Sàng nam châm để hút mảnh kim loại nhỏ

Việc này nên làm đều đặn, đặc biệt khi sử dụng cát tái sinh vì cát đã dùng nhiều lần dễ tích tụ tạp chất.

(2) Kiểm tra độ ẩm thường xuyên và liên tục

Độ ẩm là yếu tố “nhạy cảm”, thay đổi theo:

• Thời tiết

• Nhiệt độ

• Số lần trộn lại đất

• Bối cảnh sản xuất

Do đó, thợ đúc cần kiểm tra độ ẩm thường xuyên bằng:

• Máy đo độ ẩm cát (độ chính xác cao)

• Hoặc phương pháp thủ công (vê nắm đất sét xem độ dẻo): đây là phương pháp đơn giản, nhưng đòi hỏi người thợ đúc phải chuyên nghiệp và có nhiều kinh nghiệm.

Ghi chép lại độ ẩm theo ngày sẽ giúp xưởng dễ kiểm soát và điều chỉnh khi có biến động.

(3) Bảo quản nguyên liệu trong kho sạch và có mái che

Đây là bước đơn giản nhưng nhiều nơi lại bỏ qua.
Nếu cát – đất sét để ngoài trời, mưa hoặc hơi ẩm sẽ làm chúng hút nước, làm tăng độ ẩm vượt mức cho phép.

Nên:

• Che kín nguyên liệu

• Lót nền cao

• Tránh để nước đọng chảy vào

Việc bảo quản tốt có thể giảm đáng kể tình trạng độ ẩm thay đổi thất thường.

(4) Kiểm soát số lần tái sử dụng cát

Cát khuôn thường được tái sử dụng nhiều vòng. Nhưng sau 5–7 vòng, cát sẽ:

• Mất độ mịn

• Giảm độ chịu nhiệt

• Tích tụ nhiều tạp chất

Vì vậy, cần bổ sung cát mới hoặc thay mới một phần để đảm bảo chất lượng khuôn luôn ổn định.

(5) Lấy mẫu kiểm tra trước khi đúc

Trước mỗi mẻ đúc, thợ có thể lấy một lượng nhỏ đất sét để kiểm tra:

• Độ dẻo

• Độ mịn

• Độ ẩm

• Mức tạp chất (quan sát bằng mắt)

Cách làm này nhanh, dễ và giúp phát hiện lỗi từ sớm trước khi tiến hành đúc.

Trong lĩnh vực sản xuất gang – thép – composite và các sản phẩm hạ tầng như nắp hố ga, song chắn rác, trụ đèn, tấm sàn grating, chất lượng luôn là yếu tố cốt lõi. Và để có một sản phẩm đạt chuẩn, không chỉ máy móc hiện đại hay quy trình đúc chính xác quan trọng, mà nguyên liệu đầu vào – đặc biệt là đất sét đúc – phải được kiểm soát nghiêm ngặt.

• Tạp chất có thể gây rỗ khí, cháy cát, sai kích thước.
• Độ ẩm có thể gây nứt khuôn, biến dạng và tăng tỷ lệ phế phẩm.

Khi chúng ta chú trọng kiểm soát hai yếu tố này, sản phẩm không chỉ đẹp – bền – chính xác mà còn giúp tối ưu chi phí, giảm phế phẩm và nâng cao uy tín với khách hàng.