In molti settori industriali, i sistemi di tubazioni affrontano duri ambienti operativi, con frequenti problemi come l'usura e la corrosione, che hanno un forte impatto sulla vita della pipeline e sulla stabilità del sistema. I tubi in acciaio in ceramica fiancheggiati da ceramiche speciali SIC, con le loro prestazioni superiori, sono una soluzione ideale a questi problemi, rivoluzionando le applicazioni di tubazioni industriali.

I. Proprietà del materiale dei rivestimenti in ceramica SIC

(I) alta durezza e eccellente resistenza all'usura

La ceramica SIC vanta una durezza MOHS di 9,5, seconda solo a Diamond e il più alto tra tutti gli ossidi. La sua microdurezza, HV 2500-3000, fornisce tubi con resistenza all'usura senza pari. Nell'estrazione mineraria, nella generazione di energia, nella metallurgia e in altre applicazioni che coinvolgono il trasporto di materiali granulari ad alta danno, come i fanghi di sterili contenenti grandi quantità di sabbia di quarzo, i tubi convenzionali soffrono di grave usura. Tuttavia, i Tubi foderati in ceramica SIC resistono efficacemente all'erosione del materiale, estendendo in modo significativo la loro durata di servizio e riducendo l'usura di oltre il 90% rispetto ai normali tubi in acciaio.

(2) Eccellente resistenza alla corrosione

Dal punto di vista chimico, SIC è composto da silicio (SI) e carbonio (C) che forma una rete tridimensionale stabile attraverso legami covalenti ad alta energia (energia legame 318 kJ/mol). La sua stabilità chimica supera di gran lunga quella dei metalli (energia del legame metallico 50-200 kJ/mol). La sua energia superficiale è compresa tra 25-40 mJ/m² (l'acciaio inossidabile ha un'energia superficiale di circa 1000 mJ/m²), rendendo difficile per i mezzi corrosivi aderire e penetrare. Sia esposti ad acidi forti (come acido solforico e acido cloridrico) e basi forti (come idrossido di sodio) nell'industria chimica o sali fusi ad alta temperatura e gas corrosivi nell'industria metallurgica, i rivestimenti in ceramica SIC rimangono stabili. La sua resistenza alla corrosione è superiore a 10 volte più forte di quella dell'acciaio inossidabile, prevenendo efficacemente le perdite della tubazione a causa della corrosione e garantendo la sicurezza e la continuità della produzione.

(3) Eccellente resistenza ad alta temperatura

Le ceramiche SIC si comportano eccezionalmente bene in ambienti ad alta temperatura. Possono funzionare in modo stabilmente e per lunghi periodi di tempo entro un intervallo di temperatura compreso tra -50 ° C e 1600 ° C. Quando la temperatura supera gli 800 ° C, una reazione di ossidazione forma uno strato di vetro SIO₂ denso sulla superficie (formula di reazione: SIC + 2O₂ → SIO₂ + CO₂ ↑). Lo spessore è di circa 1-5 μm. Questo film di ossido funge da "scudo termico", bloccando efficacemente l'ulteriore diffusione dell'ossigeno e riducendo il tasso di ossidazione (<0,01 mm/anno, secondo i test ASTM G54). Mantiene inoltre la stabilità della struttura ceramica, garantendo il normale funzionamento del gasdotto in condizioni di alta temperatura, soddisfacendo i requisiti di industrie ad alta temperatura come la fusione in acciaio e la produzione di vetro.

(Iv) alta conducibilità termica e coefficiente di espansione termica bassa

La ceramica SIC ha una conduttività termica di 120-200 W/(M ・ K), consentendo un rapido trasferimento di calore, distribuzione uniforme della temperatura all'interno della condotta e prevenzione del surriscaldamento localizzato. Allo stesso tempo, il suo coefficiente di espansione termica è di circa 4,5 × 10⁻⁶/K, solo circa la metà di quello dell'acciaio. Ciò conferisce al tubo un'eccellente resistenza agli shock termici, permettendolo di resistere a frequenti cicli di raffreddamento e riscaldamento rapidi. È meno suscettibile alle crack e allo spalling a causa della sollecitazione termica durante le drastiche fluttuazioni della temperatura, rendendolo adatto per i processi soggetti a grandi fluttuazioni della temperatura, come l'avvio e l'arresto delle caldaie della centrale elettrica.

Ii. Progettazione strutturale di rivestimenti SIC per tubi in acciaio in ceramica

(I) Struttura composita

I rivestimenti SIC per i tubi in acciaio in ceramica utilizzano una struttura composita costituita da uno strato di ceramica SIC - strato di transizione - matrice di acciaio ". Lo strato ceramico SiC interno si espone direttamente all'erosione e alla corrosione del materiale, sfruttando la sua resistenza all'usura e alla corrosione. Lo strato di transizione intermedio è in genere realizzato con materiali come CerMet, la cui composizione e struttura combinano le caratteristiche sia della ceramica che dei metalli. Ciò limita efficacemente la sollecitazione generata dalla differenza nei coefficienti di espansione termica tra lo strato ceramico e il substrato di acciaio, rafforzando il legame tra i due e impedendo allo strato ceramico di cadere a causa di fluttuazioni della temperatura o impatto meccanico. Il substrato in acciaio esterno fornisce la resistenza e la tenacità richieste per la conduttura, con la pressione esterna e le forze meccaniche durante l'installazione e il trasporto, garantendo la stabilità strutturale complessiva della conduttura.

(Ii) il processo di produzione garantisce la stabilità strutturale

I processi di produzione per i tubi rivestiti in ceramica SIC sono diversi e sofisticati. Ad esempio, la sinterizzazione della reazione prevede prima il contatto con un bianco contenente carbonio con silicio fuso. Il silicio e il carbonio reagiscono per formare SiC, che riempie i pori e forma uno strato ceramico solido. Questo metodo è economico e adatto alla produzione di componenti su larga scala e a forma di complesso. La sinterizzazione senza pressioni utilizza polvere in carburo di silicio di silicio di alta purezza, aggiunta con aiuti di sinterizzazione come boro e carbonio e sinterizzato in un'atmosfera inerte a temperature superiori a 2100 ° C. Ciò produce un corpo sinterizzato con un uniforme microstrutturalmente quasi completamente denso, migliorando significativamente le prestazioni ceramiche. Durante il processo composito, la pressione a caldo e la pressione isostatica calda vengono utilizzate per legare strettamente gli strati, garantendo l'integrità strutturale e la stabilità.

Iii. Aree di applicazione e vantaggi

(I) Industria mineraria

Nell'estrazione mineraria, gli sterili che trasmettono condotte sono soggetti a erosione a lungo termine e usura da fanghi ad alta concentrazione e ad alta resistenza. L'uso di tubi allineati in ceramica SIC riduce significativamente il tasso di usura, estendendo la durata della durata dei tubi a 5-10 volte quella dei normali tubi in acciaio, riducendo la frequenza dei sostituti dei tubi e i costi di manutenzione e garantendo una produzione continua di miniera. Inoltre, la sua resistenza alla corrosione può resistere alla potenziale presenza di sostanze acide nella sospensione, prevenendo la corrosione e la perforazione dei tubi e mitigando i rischi di inquinamento ambientale.

(Ii) Industria energetica

Trasporto del carbone polverizzato: nelle centrali elettriche, il carbone polverizzato fluisce ad alte velocità all'interno dei tubi, causando gravi usura delle pareti del tubo. I rivestimenti in ceramica SIC, con la loro alta durezza e superficie liscia, riducono efficacemente l'usura dei tubi causati da carbone polverizzato, minimizzando le perdite e le riparazioni causate dall'usura, il miglioramento del carbone polverizzato che trasporta l'efficienza e garantendo un'alimentazione di carbone stabile alle caldaie della centrale.

Scegli di cenere e scorie: cenere e scorie contengono un gran numero di particelle affilate e sono in qualche modo corrosivi. I Tubi foderati in ceramica SIC possono resistere all'erosione e alla corrosione da cenere e scorie, garantendo il funzionamento stabile a lungo termine del sistema di scarico di cenere e scorie, riducendo i tassi di fallimento delle attrezzature e migliorando l'efficienza economica complessiva delle operazioni di centrali elettriche.

(Iii) Industria metallurgica

L'iniezione di carbone dell'esplosione: l'alta temperatura e l'elevata velocità del flusso di gas a carbone polverizzato causano un'usura significativa e strappo sui tubi di iniezione del carbone. I tubi rivestiti in ceramica SIC mantengono un'elevata durezza e resistenza all'usura in ambienti ad alta temperatura, garantendo un trasporto di carbone stabile, garantendo la ferratura del forno a forno liscio, la riduzione degli arresti per il forno di esplosione a causa dell'usura dei tubi e il miglioramento dell'efficienza della produzione.

Slag che trasmette: le scorie sono calde, dure e corrosive, rendendo difficile per i tubi ordinari resistere. La resistenza ad alta temperatura, usura e corrosione dei tubi foderati in ceramica SIC li rendono una scelta ideale per il trasporto di scorie, estendendo efficacemente la vita dei tubi e riducendo i costi di produzione. (Iv) Industria chimica

Nella produzione chimica, le condutture trasportano spesso media corrosivi come acidi forti, basi forti e solventi organici. La stabilità chimica dei rivestimenti ceramici SIC consente loro di resistere all'erosione di questi media, prevenendo la corrosione e le perdite della condotta, garantendo la sicurezza della produzione chimica e riducendo le perdite di produzione causate dalla sostituzione della conduttura. I rivestimenti in ceramica SIC sono ampiamente utilizzati nell'industria clora-alcali, nella produzione di fertilizzanti, nel petrolchimico e in altri campi.