GRADUL DE NOUTATE SI ORIGINALITATE AL PROIECTULUI consta in posibilitatea de a utiliza energia solara pentru diverse procese tehnologice de prelucrare a materialelor metalice si nemetalice: incalzire, topire, ardere. Contributiile vizate se bazeaza pe analiza critica a stadiului actual, din care rezulta importanta si fezabilitatea unui astfel de echipament pentru prelucrarea termica a materialelor, bazat pe energie neconventionala: energia solara. Tipul contributiilor vizate sunt energia si eficienta economica, prioritati nationale si europene. Cele mai importante cercetari vor face referire la comportarea unor metale si materiale refractare la temperaturi ridicate, la purificarea unor materiale, precum si la realizarea unor sinteze chimice. in figura este prezentat reflectorul parabolic al unui cuptor solar. Circa 60 de oglinzi plate urmaresc automat soarele si concentreaza lumina in reflector. Reflectorul concentreaza lumina (caldura) razelor soarelui pentru a produce aproximativ 1MW si o temperatura de 3300 °C. Aceasta temperatura poate fi utilizata de cuptor pentru producerea de otel in creuzet, fara alta sursa de energie complementara pentru realizarea procesului termic.

Productia de otel sau aluminiu necesita cantitati foarte mari de energie. Aceasta este furnizata In mod normal de energia electrica, gaze naturale sau combustibili conventionali. Cuptorul solar utilizeaza energia furnizata de puterea soarelui. Se observa In imagine cum razele soarelui pot fi focalizate spre creuzetul unde se gaseste minereul. Acesta este Incalzit la o temperatura foarte ridicata, pana cand devine topitura si apoi poate fi turnat. Poluarea este practic inexistenta deoarece energia solara este o forma curata de energie. Una dintre aplicatiile cele mai importante ale cuptoarelor solare este aceea a topirii materialelor cu punct de topire foarte ridicat.

Daca suprafata unui material solid este expusa radiatiei foarte intense din zona focala a unui cuptor solar, are loc topirea materialului pe o portiune a carei arie este aproximativ egala cu aria imaginii Soarelui. Pe masura ce caldura patrunde in solid, cantitatea de material topit creste si se formeaza o cavitate lichida. Printr-un astfel de proces este posibil sa se obtina topirea intr-un creuzet realizat chiar din materialul care urmeaza a fi topit; aceasta, datorita existentei unui gradient ridicat de temperatura intre materialul topit si exteriorul creuzetului. In cuptoarele conventionale creuzetul este incalzit din exterior si, ca atare, el se afla intotdeauna la o temperatura mai ridicata decat a materialului topit. De aceea, in astfel de cuptoare, creuzetul trebuie construit dintr-un material mai refractar decat materialul care urmeaza a fi topit; In plus, el trebuie sa fie inert din punct de vedere chimic fata de materialul de topit. Dificultatile de realizare a acestor doua conditii cresc pe masura ce punctul de topire al materialului studiat este mai ridicat, iar peste 2000 °C sunt putine sanse de a evita reactiile chimice. Folosirea cuptoarelor solare la topirea materialelor cu refractaritate ridicata inlatura aceste limitari importante ale cuptoare conventionale. Astfel, topirea se poate realiza in cuptoare cu axa orizontala. Cuptorul este rotit in jurul axei orizontale si are diametrul interior de cateva ori mai mare decat diametrul imaginii solare. Daca viteza de rotatie este scazuta, materialul topit ramane la partea inferioara a cuptorului, iar rotirea ajuta la obtinerea unei distributii uniforme a caldurii. Pentru viteze de rotatie mai ridicate, materialul topit este centrifugat – formandu-se o cavitate – ceea ce nu permite scurgerea lui din cuptor. Peretii exteriori ai cuptorului – realizati, de exemplu, din otel – pot fi raciti cu apa in scopul de a mentine (daca este necesar) un gradient de temperatura ridicat prin pereti. In situatiile in care topirea ar trebui sa se realizeze intr-o anumita atmosfera protectoare, se trece un curent de gaz adecvat asa cum este indicat in figura. Printre materialele care se pot studia sunt: cuartul, bioxidul de zirconiu, corindonul, oxizi ceramici, precum si materialele de tipul carburilor, nitrurilor si borurilor, pentru care tehnicile de topire conventionale prezinta o serie de inconveniente. De asemenea, se poate studia posibilitate practica de utilizare a cuptoarelor solare pentru topirea otelurilor. Din punct de vedere tehnic, creuzetul se poate obtine usor prin introducerea in cavitatea cuptorului a unei pulberi refractare (de exemplu, mullit) si sinterizand-o sau chiar topind-o prin centrifugarea cuptorului expus radiatiei solare. Dupa aceea se introduce in cuptor fierul vechi, se topeste si apoi – daca este necesar – se toarna in forme. Performantele unui astfel de cuptor solar nu trebuie sa fie deosebite intrucat sunt suficiente temperaturi de 2000 – 2500 °C. Pentru viitor, un interes mai mare il prezinta topirea altor metale, mai scumpe decat otelul, cum ar fi titanul, zirconiul si molibdenul. In cazul acesta, trebuie asigurata o atmosfera protectoare inerta si, in consecinta, trebuie avute in vedere complicatiile si cheltuielile legate de acestea. Alte aplicatii ale cuptoarelor solare: evaporarea impuritatilor, topirea zonara, cristalizarea fractionata, extragerea oxidului de zirconiu din zircon (silicatul de zirconiu), precum si studiul materialelor in conditii de soc termic.