طريقة النفخ الأنبوبي الأحادي: تتألف من أسطوانة غاز N₂ (أو Ar) عالية الضغط، وصمام تخفيض الضغط، وفوهة نفخ مقاومة للذوبان، ومجفف. تتمثل عملية النفخ بالأنبوب الواحد في تسخين فوهة النفخ مسبقًا لإزالة الرطوبة الممتصة على السطح، ثم ضبط صمام تخفيف الضغط وفقًا لعمق المادة المنصهرة المُدرجة، وتشغيل مفتاح الأسطوانة، وإزالة الهواء الموجود في مسار الهواء. تصل فوهة الغاز إلى الجزء السفلي من المادة المنصهرة، ويدخل الغاز الخامل إلى المادة المنصهرة على شكل فقاعات تحت تأثير الضغط داخل الأنبوب.
طريقة النفخ بأنبوب واحد
هناك طريقتان لدخول الفقاعات إلى المادة المنصهرة، وهما: تكوّن الفقاعات، والاندفاع.
ويعود سبب حدوث ظاهرة الفقاعات إلى أن ضغط الغاز الخامل في رأس النفخ منخفض جدًّا، مما يجعل ضغط الغاز الخامل أقل من مجموع الضغط الساكن للمادة المنصهرة عند رأس النفخ، والضغط الجوي، والتوتر السطحي، وبالتالي يتعذر نفخ الغاز الخامل إلى الخارج. في هذه المرحلة، يستمر الغاز الخامل الموجود في أسطوانة الغاز في التدفق باستمرار إلى القناة الهوائية، مما يؤدي إلى استمرار ارتفاع ضغط الغاز الخامل داخل القناة الهوائية. وعندما يتجاوز ضغطه مجموع الضغط الساكن للمادة المنصهرة عند رأس النفخ، والضغط الجوي، والتوتر السطحي، تتشكل كمية صغيرة من فقاعات الغاز الخامل وتدخل إلى المادة المنصهرة.
يعود سبب تشكل طريقة النفث إلى ارتفاع ضغط الغاز الخامل في رأس النفخ، بحيث يكون ضغط الغاز الخامل أكبر بكثير من مجموع الضغط الساكن والضغط الجوي والتوتر السطحي للمادة المنصهرة عند رأس النفخ. ويتم حقن الغاز الخامل في المادة المنصهرة بسرعة كبيرة.
يمكن وصف عملية تكوّن منطقة النفاثة على النحو التالي:
تتشكل أولاً نفاثة غازية عند فوهة مسدس الرش. ونتيجة للتفاعل بين النفاثة والمادة المنصهرة، يتعرض جانب النفاثة للاضطراب، مما يؤدي إلى تشكل سطح متموج. وعندما يصل هذا الاضطراب إلى حد معين، يتمزق السطح المتموج، ويتم امتصاص المادة المنصهرة بفعل قوة شفط نفاثة الغاز، مما يؤدي إلى تكوين نفاثة ثنائية الطور مكونة من الغاز والمادة المنصهرة. وأثناء امتصاص المادة المنصهرة، في الجزء السفلي من النفاثة، ينقسم الغاز بفعل المادة المنصهرة ويشكل فقاعات تحت تأثير التوتر السطحي. تطفو الفقاعات إلى الأعلى وتدفع المادة المنصهرة المحيطة بها إلى منطقة العمود، وفي الوقت نفسه، تتولد الفقاعات باستمرار لتشكل منطقة نفاثة مستقرة.
ملاحظة:
- يجب الانتباه إلى درجة نقاء الغاز الخامل. أثبتت الدراسة أنه إذا كان محتوى الأكسجين في النيتروجين يبلغ 0.5% (نسبة حجمية) و1% (نسبة حجمية)، فإن التكرير وإزالة الغازات سينخفض التأثير بمقدار 40% و90% على التوالي. ولذلك، يجب ألا يتجاوز محتوى الأكسجين في الغاز الخامل 0.03% (نسبة حجمية)، كما يجب ألا تتجاوز الرطوبة 3.0g/L. وبالنسبة للسبائك العامة، يمكن تحقيق نتائج مرضية.
- يجب أن يكون ضغط الغاز الخامل مناسبًا. فإذا كان الضغط مرتفعًا، سيكون قطر الفقاعة كبيرًا، وستكون سرعة طفوها سريعة جدًّا. وعندما تخرج الفقاعة من السطح، فإنها ستتسبب في تناثر مادة السبيكة المنصهرة وتدمير طبقة الأكسيد الموجودة على سطح المادة المنصهرة. وإذا كانت سرعة تدفق الهواء سريعة جدًا، فمن السهل أن تتشكل سلسلة من الفقاعات. وفي هذه الحالة، تكون مساحة التلامس بين الفقاعة والمادة المنصهرة صغيرة، مما يقلل من فعالية إزالة الغازات. يمكن للفقاعات غير المتسلسلة ذات القطر الصغير أن تعزز تحريك السائل المنصهر وتزيد من مساحة التلامس بين الفقاعات والسائل المنصهر. تتميز الفقاعات ذات القطر الصغير بسرعة طفو بطيئة ووقتًا طويلاً للتفاعل مع السائل المنصهر، وبالتالي يكون تأثير التنقية جيدًا.
- يجب إدخال رأس النفخ إلى أقصى حد ممكن في الجزء السفلي من المادة المنصهرة.
- يجب تحريك رأس النفخ باستمرار بحيث تتواجد الفقاعات في كل جزء من المادة المنصهرة.
- يجب أن يكون القطر الداخلي لرأس النفخ مناسبًا.
