Em muitos setores industriais, os sistemas de tubulação enfrentam ambientes operacionais severos, com problemas frequentes, como desgaste e corrosão, impactando severamente a estabilidade da vida e do sistema. Os tubos de aço cerâmica alinhados com cerâmica especial do SIC, com seu desempenho superior, são uma solução ideal para esses problemas, revolucionando as aplicações de tubulação industrial.

I. Propriedades do material de forros de cerâmica sic

(I) Alta dureza e excelente resistência ao desgaste

A SiC Ceramics possui uma dureza MOHS de 9,5, perdendo apenas o diamante e o mais alto entre todos os óxidos. Sua microheridade, HV 2500-3000, fornece a tubos com resistência sem paralelo. Na mineração, geração de energia, metalurgia e outras aplicações envolvendo o transporte de materiais granulares de alta resistência, como rejeitos de rejeitos contendo grandes quantidades de areia de quartzo, os tubos convencionais sofrem de desgaste grave. No entanto, os tubos linhados com cerâmica SiC resistem efetivamente à erosão do material, estendendo significativamente sua vida útil e reduzindo o desgaste em mais de 90% em comparação com os tubos de aço comuns.

(2) Excelente resistência à corrosão

De uma perspectiva química, o SiC é composto de silício (SI) e carbono (C), formando uma rede tridimensional estável através de ligações covalentes de alta energia (energia de ligação 318 kJ/mol). Sua estabilidade química excede em muito a dos metais (energia de ligação metálica 50-200 kJ/mol). Sua energia superficial é tão baixa quanto 25-40 mJ/m² (o aço inoxidável possui uma energia superficial de aproximadamente 1000 mJ/m²), dificultando a aderência e a penetração no meio corrosivo. Seja exposto a ácidos fortes (como ácido sulfúrico e ácido clorídrico) e bases fortes (como hidróxido de sódio) na indústria química, ou sais fundidos de alta temperatura e gases corrosivos na indústria metalúrgica, os revestimentos de cerâmica sic permanecem estáveis. Sua resistência à corrosão é mais de 10 vezes mais forte que a do aço inoxidável, impedindo efetivamente vazamentos de tubulação devido à corrosão e garantindo a segurança e a continuidade da produção.

(3) Excelente resistência de alta temperatura

A cerâmica do SIC tem um desempenho excepcionalmente bem em ambientes de alta temperatura. Eles podem operar de forma estável e por longos períodos de tempo dentro de uma faixa de temperatura de -50 ° C a 1600 ° C. Quando a temperatura excede 800 ° C, uma reação de oxidação forma uma densa camada de vidro SiO₂ na superfície (fórmula da reação: sic + 2o₂ → sio₂ + co₂ ↑). A espessura é de aproximadamente 1-5μm. Este filme de óxido atua como um "escudo térmico", bloqueando efetivamente a difusão adicional de oxigênio e reduzindo a taxa de oxidação (<0,01 mm/ano, de acordo com os testes ASTM G54). Ele também mantém a estabilidade da estrutura cerâmica, garantindo a operação normal do oleoduto em condições de alta temperatura, atendendo aos requisitos de indústrias de alta temperatura, como fundição de aço e fabricação de vidro.

(Iv) Alta condutividade térmica e baixo coeficiente de expansão térmica

A cerâmica do SiC tem uma condutividade térmica de 120-200 W/(M ・ K), permitindo a rápida transferência de calor, a distribuição uniforme de temperatura dentro da tubulação e impedindo o superaquecimento localizado. Ao mesmo tempo, seu coeficiente de expansão térmica é de aproximadamente 4,5 × 10⁻⁶/k, apenas cerca da metade do de aço. Isso dá ao tubo excelente resistência ao choque térmico, permitindo que ele suponha os ciclos de resfriamento e aquecimento rápido frequentes. É menos suscetível a rachaduras e lascas devido ao estresse térmico durante flutuações drásticas de temperatura, tornando -a adequada para processos sujeitos a grandes flutuações de temperatura, como a inicialização e o desligamento das caldeiras da usina.

Ii. Projeto estrutural de revestimentos SiC para tubos de aço cerâmico

(I) Estrutura composta

Os revestimentos SiC para tubos de aço cerâmica utilizam uma estrutura composta que consiste em uma "camada de cerâmica sic - camada de transição - matriz de aço". A camada de cerâmica siC interna se expõe diretamente à erosão e corrosão material, alavancando seu desgaste e resistência à corrosão. A camada de transição intermediária é tipicamente feita de materiais como Cermets, cuja composição e estrutura combinam as características de cerâmica e metais. Isso efetivamente buffer a tensão gerada pela diferença nos coeficientes de expansão térmica entre a camada cerâmica e o substrato de aço, fortalecendo a ligação entre os dois e impedindo que a camada cerâmica caia devido a flutuações de temperatura ou impacto mecânico. O substrato externo de aço fornece a resistência e a tenacidade necessárias para a tubulação, suportando a pressão externa e as forças mecânicas durante a instalação e o transporte, garantindo a estabilidade estrutural geral do pipeline.

(Ii) o processo de fabricação garante a estabilidade estrutural

Os processos de fabricação para tubos revestidos com cerâmica SiC são diversos e sofisticados. Por exemplo, a sinterização da reação envolve primeiro entrar em contato com um espaço em branco contendo carbono com silício fundido. O silício e o carbono reagem à forma do SiC, que enche os poros e forma uma camada de cerâmica sólida. Este método é econômico e adequado para fabricar componentes em larga escala e em forma de complexo. A sinterização sem pressionamento utiliza pó de carboneto de silício submicron de alta pureza, adicionado com auxílios de sinterização, como boro e carbono, e sinterizados em uma atmosfera inerte a temperaturas acima de 2100 ° C. Isso produz um corpo sinterizado quase totalmente denso e uniforme, melhorando significativamente o desempenho de cerâmica. Durante o processo composto, a prensagem a quente e a prensagem isostática quente são usados ​​para unir firmemente as camadas, garantindo integridade estrutural e estabilidade.

Iii. Áreas de aplicação e vantagens

(I) Indústria de mineração

Na mineração, os rejeitos que transmitem oleodutos estão sujeitos a erosão a longo prazo e desgaste de lamas de alta concentração e alta resistência. O uso de tubos revestidos com cerâmica SiC reduz significativamente a taxa de desgaste, estendendo a vida útil dos tubos para 5 a 10 vezes a dos tubos de aço comuns, reduzindo a frequência de substituições de tubos e custos de manutenção e garantindo a produção contínua de minas. Além disso, sua resistência à corrosão pode suportar a presença potencial de substâncias ácidas na pasta, impedindo a corrosão e perfuração dos tubos e mitigando riscos de poluição ambiental.

(Ii) indústria de energia

Transporte de carvão pulverizado: em usinas de energia, os fluxos de carvão pulverizados em altas velocidades dentro dos tubos, causando desgaste graves nas paredes do tubo. SiC Ceramic Forkings, com alta dureza e superfície lisa, reduzem efetivamente o desgaste e o desgaste nos canos causados ​​pelo carvão pulverizado, minimizando vazamentos e reparos causados ​​pelo desgaste, melhorando a eficiência do transporte de carvão pulverizado e garantindo um suprimento estável de carvão para as caldeiras da usina.

Descarga de cinzas e escória: As cinzas e escória contêm um grande número de partículas nítidas e são um pouco corrosivas. Os tubos revestidos de cerâmica do SiC podem suportar a erosão e a corrosão de cinzas e escória, garantindo a operação estável a longo prazo do sistema de escavação de cinzas e escória, reduzindo as taxas de falha do equipamento e melhorando a eficiência econômica geral das operações da usina de energia.

(Iii) Indústria metalúrgica

Injeção de carvão do forno de explosão: a alta temperatura e alta velocidade do fluxo de gás de carvão pulverizado causa desgaste significativo nos tubos de injeção de carvão. Os tubos revestidos com cerâmica SiC mantêm alta dureza e resistência ao desgaste em ambientes de alta temperatura, garantindo a transmissão estável de carvão, garantindo a fabricação de ferro do forno liso, reduzindo os desligamentos do forno devido ao desgaste do tubo e melhorando a eficiência da produção.

Flata transmitindo: a escória é quente, dura e corrosiva, dificultando os tubos comuns. A resistência à alta temperatura, desgaste e corrosão dos tubos revestidos com cerâmica SiC tornam-os uma escolha ideal para o transporte de escória, estendendo efetivamente a vida útil do serviço de tubos e reduzindo os custos de produção. (Iv) Indústria química

Na produção química, os oleodutos geralmente transportam meios corrosivos, como ácidos fortes, bases fortes e solventes orgânicos. A estabilidade química dos revestimentos de cerâmica SiC permite que eles suportem a erosão desses meios, impedindo a corrosão e vazamento da tubulação, garantindo a segurança da produção química e reduzindo as perdas de produção causadas pela substituição do pipeline. Os revestimentos de cerâmica siC são amplamente utilizados na indústria de clor-alcalinos, produção de fertilizantes, petroquímicos e outros campos.