Áo tráng nhôm của công nhân lò: vì sao phản xạ nhiệt tốt hơn áo dày

Áo tráng nhôm của công nhân lò bảo vệ tốt hơn áo dày vì phần lớn nhiệt ở cạnh lò đến dưới dạng bức xạ hồng ngoại, và lớp nhôm sáng bóng hắt ngược lại phần lớn bức xạ đó, thường được nêu là khoảng 90% trở lên. Một chiếc áo dày chỉ làm chậm nhiệt truyền qua; nó vẫn hấp thụ bức xạ, nóng dần lên rồi truyền vào người. Lớp tráng nhôm thì không cho nhiệt vào ngay từ bề mặt, nên người mặc chịu được lâu hơn ở cùng khoảng cách với lò.

Nhiệt từ lò đến người bằng những đường nào?

Vật lý phổ thông chia truyền nhiệt thành ba cách, và cả ba đều có mặt quanh một lò nấu kim loại:

• Dẫn nhiệt: nhiệt đi qua vật tiếp xúc trực tiếp, như khi tay chạm vào tay cầm muôi nóng hay đứng trên nền nóng.
• Đối lưu: không khí nóng bốc lên từ miệng lò và lan ra, làm cả khu vực ngột ngạt.
• Bức xạ: vật nóng phát ra sóng điện từ, chủ yếu là hồng ngoại, bay thẳng tới người mà không cần không khí làm trung gian.

Ở gần một mặt kim loại lỏng hơn 1.000 °C, bức xạ chiếm phần áp đảo. Lý do nằm ở định luật Stefan – Boltzmann: công suất bức xạ của một vật tăng theo lũy thừa bậc bốn của nhiệt độ tuyệt đối. Một mặt kim loại ở khoảng 1.500 °C, tức chừng 1.770 K, phát bức xạ mạnh gấp khoảng 1.200 lần so với một bức tường ở nhiệt độ phòng khoảng 300 K. Đứng cách lò vài mét, da mặt đã thấy rát như hơ trước bếp than, dù không khí xung quanh có thể chưa nóng tới mức ấy.

Vì sao lớp nhôm mỏng lại phản xạ nhiệt tốt?

Kim loại có nhiều electron tự do. Khi sóng điện từ chiếu tới, các electron này dao động theo và phát lại sóng ra ngoài, nên phần lớn năng lượng bị hắt trở lại thay vì bị hấp thụ. Nhôm làm việc này đặc biệt tốt với ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại. Một mặt nhôm sáng bóng có độ phát xạ rất thấp, nghĩa là nó vừa hấp thụ ít bức xạ vừa ít tự phát nhiệt ra.

Áo tráng nhôm thường có lớp nhôm rất mỏng được phủ hoặc ép lên một lớp vải nền chịu nhiệt như sợi aramid, sợi thuỷ tinh hoặc sợi chống cháy khác. Lớp nhôm lo phần bức xạ, lớp vải nền lo độ bền và chống ngọn lửa, có khi thêm lớp lót cách nhiệt bên trong. Nhờ vậy cả bộ đồ vẫn khá nhẹ so với một lớp áo dày cùng mức bảo vệ.

Áo dày làm được gì, không làm được gì

Một chiếc áo len hay áo bông dày cách nhiệt tốt với dẫn nhiệt và đối lưu, vì nó giữ một lớp không khí tĩnh. Nhưng mặt ngoài của nó sẫm màu, hấp thụ phần lớn bức xạ. Sau một lúc đứng trước lò, mặt ngoài áo nóng lên đáng kể và nhiệt bắt đầu thấm vào trong. Thêm nữa, áo dày làm người mặc khó thoát mồ hôi, cơ thể nóng từ bên trong. Đứng lâu trong môi trường nóng mà mặc quá dày lại làm tăng nguy cơ kiệt sức vì nóng.

Bộ đồ bảo hộ đầy đủ ở khu nấu – rót gồm những gì?

Áo tráng nhôm chỉ là một phần. Ở khu nấu và rót kim loại, một bộ trang bị thường gồm nhiều lớp với nhiệm vụ khác nhau:

Một nguyên tắc ai làm nghề cũng được nhắc: không mặc đồ polyester, nylon hay vải pha sợi tổng hợp bên trong, kể cả áo lót. Sợi tổng hợp gặp nhiệt sẽ chảy, bám chặt vào da và làm vết bỏng sâu hơn nhiều.

Mặt nạ phủ vàng mỏng để làm gì?

Nhìn từ xa, tấm che mặt của công nhân lò thường ánh lên màu vàng kim. Đó là một lớp vàng mỏng tới mức vẫn trong, cho phần lớn ánh sáng nhìn thấy đi qua nhưng phản xạ mạnh tia hồng ngoại. Vàng được chọn vì phản xạ hồng ngoại rất tốt và không bị ôxy hoá, nên lớp phủ giữ được tính chất lâu dài. Tấm che mũ của phi hành gia khi ra ngoài tàu cũng dùng lớp vàng mỏng theo cùng nguyên lý, để chặn bức xạ mạnh từ Mặt Trời.

Lớp phủ này quan trọng với mắt. Nhìn lâu vào vật nóng rực có thể gây tổn thương mắt do hồng ngoại; bệnh đục thuỷ tinh thể ở người thổi thuỷ tinh và công nhân lò được y văn ghi nhận từ lâu và thường được xếp vào nhóm bệnh nghề nghiệp. Với hồ quang hàn thì mối nguy chính lại là tia cực tím, cần kính lọc khác, câu chuyện đó thuộc về nghề hàn.

Giày chống kim loại bắn khác giày bảo hộ thường thế nào?

Giày bảo hộ thường có mũi thép để chống vật rơi. Giày cho khu đúc – luyện thêm vài điểm:

• Không có dây buộc lộ ra hoặc có nắp che lưỡi gà, để kim loại không rơi vào khe dây.
• Khoá tháo nhanh: nếu kim loại lọt vào trong, người mặc có thể rút chân ra trong vài giây thay vì loay hoay tháo dây.
• Đế chịu nhiệt tiếp xúc để đứng trên nền nóng.
• Tấm che mu bàn chân bằng kim loại hoặc vật liệu cứng.

Tiêu chuẩn châu Âu EN ISO 20349 quy định riêng cho giày bảo hộ chống nhiệt và kim loại nóng chảy bắn trong xưởng đúc và hàn. Kèm với giày là thói quen nhỏ mà quan trọng: ống quần luôn trùm ra ngoài cổ giày, không nhét vào trong.

Đọc nhãn đồ chống nhiệt: các mã A, B, C, D, E, F nghĩa là gì?

Quần áo bảo hộ chống nhiệt và lửa ở châu Âu và nhiều nước khác được thử theo tiêu chuẩn ISO 11612. Nhãn áo thường ghi một dãy chữ kèm số cấp độ. Hiểu dãy chữ này giúp chọn đúng đồ:

• A: chống lan cháy khi gặp ngọn lửa.
• B: chống nhiệt đối lưu.
• C: chống nhiệt bức xạ — đây là chỗ áo tráng nhôm đạt cấp cao.
• D: chống nhôm nóng chảy bắn vào.
• E: chống sắt nóng chảy bắn vào.
• F: chống nhiệt tiếp xúc.

Nhôm và sắt được thử riêng vì chúng hành xử khác nhau khi bắn lên vải: nhôm lỏng dễ bám dính hơn, sắt lỏng nóng hơn nhiều. Áo đạt mức cao với sắt chưa chắc đã tốt với nhôm và ngược lại. Việt Nam cũng có các tiêu chuẩn TCVN về phương tiện bảo vệ cá nhân; xưởng chọn đồ theo kim loại mình nấu và theo vị trí làm việc.

Mặc áo tráng nhôm có nhược điểm gì?

Không có đồ bảo hộ nào hoàn hảo. Áo tráng nhôm có vài điểm cần biết:

• Lớp nhôm bẩn, sờn thì phản xạ kém đi. Bụi, dầu mỡ, vết xước làm bề mặt mờ, hấp thụ nhiều bức xạ hơn. Áo cần được giữ sạch, kiểm định kỳ và thay khi lớp tráng bong.
• Kín, nóng bên trong. Áo chặn nhiệt từ ngoài vào nhưng cũng giữ nhiệt cơ thể. Người mặc lâu cần nghỉ ở chỗ mát và uống nước đều.
• Không phải để lao vào lửa. Áo bảo vệ người làm việc ở gần nguồn nhiệt trong thời gian có giới hạn, không biến người mặc thành chịu nhiệt vô hạn.

Lính cứu hoả chuyên dập đám cháy sân bay và các đội ứng cứu nhiệt độ cao cũng dùng bộ đồ tráng nhôm, nhưng thiết kế khác hẳn, có bình thở riêng. Đồ cho công nhân lò được may để làm việc hằng ngày, gọn hơn và cho phép cử động.

Góc nhìn hôm nay: mang về được điều gì?

Bài học áp dụng được ngay cả ngoài xưởng: muốn chống nóng do bức xạ thì phản xạ có hiệu quả hơn che dày. Đó là lý do tấm chắn nắng bạc trên kính lái ô tô, lớp màng nhôm dưới mái tôn, tấm chăn cứu hộ mỏng như giấy bạc đều làm từ lớp kim loại phản xạ. Và khi nhìn thấy một người thợ lò khoác bộ đồ bạc sáng loáng, giờ đã có thể đọc được bộ đồ ấy: lớp ngoài hắt bức xạ, lớp trong không chảy, mặt nạ vàng giữ mắt, đôi giày tháo được trong nháy mắt.

Ai muốn tìm hiểu kỹ hơn có thể đọc tiêu chuẩn ISO 11612 và EN ISO 20349, tài liệu an toàn lao động trong luyện kim của các trường cao đẳng nghề, hoặc phần truyền nhiệt bức xạ trong sách Vật lý phổ thông.