Trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, các hệ thống đường ống phải đối mặt với môi trường vận hành khắc nghiệt, với các vấn đề thường xuyên như hao mòn và ăn mòn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ đường ống và sự ổn định của hệ thống. Các ống thép gốm được lót bằng gốm đặc biệt SIC, với hiệu suất vượt trội của chúng, là một giải pháp lý tưởng cho những vấn đề này, cách mạng hóa các ứng dụng đường ống công nghiệp.

I. Tính chất vật liệu của lớp lót gốm sic

(I) Độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tuyệt vời

Gốm sic tự hào về độ cứng của MOHS là 9,5, chỉ đứng sau kim cương và cao nhất trong số tất cả các oxit. ĐộHsness của nó, HV 2500-3000, cung cấp các đường ống có điện trở hao mòn vô song. Trong khai thác, phát điện, luyện kim và các ứng dụng khác liên quan đến việc vận chuyển các vật liệu dạng hạt cứng cao, chẳng hạn như các chất thải có chứa một lượng lớn cát thạch anh, các đường ống thông thường bị hao mòn nghiêm trọng. Tuy nhiên, các ống lót gốm SIC có hiệu quả chống xói mòn vật liệu, kéo dài đáng kể tuổi thọ dịch vụ của chúng và giảm độ mòn hơn 90% so với các ống thép thông thường.

(2) Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời

Từ góc độ hóa học, SIC bao gồm silicon (SI) và carbon (c) tạo thành một mạng lưới ba chiều ổn định thông qua các liên kết cộng hóa trị năng lượng cao (năng lượng liên kết 318 kJ/mol). Độ ổn định hóa học của nó vượt xa so với kim loại (năng lượng liên kết kim loại 50-200 kJ/mol). Năng lượng bề mặt của nó thấp tới 25-40 MJ/m2 (thép không gỉ có năng lượng bề mặt khoảng 1000 MJ/m2), khiến môi trường ăn mòn khó tuân thủ và xâm nhập. Cho dù tiếp xúc với các axit mạnh (như axit sunfuric và axit clohydric) và các bazơ mạnh (như natri hydroxit) trong ngành công nghiệp hóa học, hoặc muối nóng chảy ở nhiệt độ cao và khí ăn mòn trong ngành luyện kim, lớp lót gốm SIC vẫn ổn định. Khả năng chống ăn mòn của nó mạnh hơn 10 lần so với thép không gỉ, ngăn ngừa rò rỉ đường ống một cách hiệu quả do ăn mòn và đảm bảo an toàn và liên tục sản xuất.

(3) Khả năng kháng nhiệt độ cao tuyệt vời

Gốm sic thực hiện đặc biệt tốt trong môi trường nhiệt độ cao. Chúng có thể hoạt động ổn định và trong thời gian dài trong phạm vi nhiệt độ từ -50 ° C đến 1600 ° C. Khi nhiệt độ vượt quá 800 ° C, phản ứng oxy hóa tạo thành một lớp thủy tinh SiO₂ dày đặc trên bề mặt (công thức phản ứng: SIC + 2O₂ → SiO₂ + Co₂). Độ dày xấp xỉ 1-5μm. Phim oxit này hoạt động như một "lá chắn nhiệt", ngăn chặn hiệu quả sự khuếch tán oxy và giảm tốc độ oxy hóa (<0,01 mM/năm, theo thử nghiệm ASTM G54). Nó cũng duy trì sự ổn định của cấu trúc gốm, đảm bảo hoạt động bình thường của đường ống trong điều kiện nhiệt độ cao, đáp ứng các yêu cầu của các ngành công nghiệp nhiệt độ cao như luyện thép và sản xuất thủy tinh.

(Iv) Độ dẫn nhiệt cao và hệ số giãn nở nhiệt thấp

Gốm sic có độ dẫn nhiệt 120-200 W/(m ・ k), cho phép truyền nhiệt nhanh, phân bố nhiệt độ đồng đều trong đường ống và ngăn ngừa quá nhiệt. Đồng thời, hệ số giãn nở nhiệt của nó là khoảng 4,5 × 10⁻⁶/k, chỉ khoảng một nửa so với thép. Điều này mang lại cho đường ống chống sốc nhiệt tuyệt vời, cho phép nó chịu được các chu kỳ làm mát và sưởi ấm nhanh chóng. Nó ít dễ bị nứt và phun ra do ứng suất nhiệt trong quá trình dao động nhiệt độ quyết liệt, làm cho nó phù hợp với các quá trình chịu biến động nhiệt độ lớn, chẳng hạn như khởi động và tắt nồi hơi của nhà máy điện.

Ii. Thiết kế kết cấu của lớp lót sic cho ống thép gốm

(I) Cấu trúc tổng hợp

Các lớp lót SIC cho các ống thép gốm sử dụng cấu trúc tổng hợp bao gồm một "lớp gốm sic - lớp chuyển tiếp - ma trận thép". Lớp gốm sic bên trong trực tiếp phơi bày sự xói mòn và ăn mòn vật liệu, tận dụng sự hao mòn và khả năng chống ăn mòn của nó. Lớp chuyển tiếp trung gian thường được làm từ các vật liệu như cermets, có thành phần và cấu trúc kết hợp các đặc tính của cả gốm sứ và kim loại. Điều này có hiệu quả đệm ứng suất được tạo ra bởi sự khác biệt về các hệ số giãn nở nhiệt giữa lớp gốm và chất nền thép, tăng cường liên kết giữa hai và ngăn lớp gốm rơi ra do dao động nhiệt độ hoặc tác động cơ học. Chất nền thép ngoài cung cấp độ bền và độ bền cần thiết cho đường ống, chịu được áp suất bên ngoài và các lực cơ học trong quá trình lắp đặt và vận chuyển, đảm bảo sự ổn định cấu trúc tổng thể của đường ống.

(Ii) Quy trình sản xuất đảm bảo sự ổn định cấu trúc

Các quy trình sản xuất cho các ống lót gốm SIC rất đa dạng và tinh vi. Ví dụ, thiêu kết phản ứng liên quan đến lần đầu tiên tiếp xúc với một khoảng trống chứa carbon với silicon nóng chảy. Silicon và carbon phản ứng với SIC, làm đầy lỗ chân lông và tạo thành một lớp gốm rắn. Phương pháp này có hiệu quả về chi phí và phù hợp để sản xuất các thành phần quy mô lớn và hình dạng phức tạp. Việc thiêu kết không áp lực sử dụng bột cacbua silicon Subicron tinh khiết cao, được thêm vào với các hỗ trợ thiêu kết như boron và carbon, và thiêu kết trong bầu không khí trơ ở nhiệt độ trên 2100 ° C. Điều này tạo ra một cơ thể thiêu kết thống nhất gần như hoàn toàn, được cấu trúc vi mô, cải thiện đáng kể hiệu suất gốm. Trong quá trình tổng hợp, việc ép nóng và ép đẳng nhiệt nóng được sử dụng để liên kết chặt chẽ các lớp, đảm bảo tính toàn vẹn và ổn định cấu trúc.

Iii. Khu vực ứng dụng và lợi thế

(I) Công nghiệp khai thác

Trong khai thác, các chất thải vận chuyển các đường ống có thể bị xói mòn lâu dài và hao mòn từ các vết bẩn tập trung cao, độ bền cao. Sử dụng các ống lót gốm SIC làm giảm đáng kể tốc độ hao mòn, kéo dài tuổi thọ của các đường ống xuống 5-10 lần so với các ống thép thông thường, giảm tần suất thay thế đường ống và chi phí bảo trì và đảm bảo sản xuất mỏ liên tục. Hơn nữa, khả năng chống ăn mòn của nó có thể chịu được sự hiện diện tiềm tàng của các chất axit trong bùn, ngăn ngừa ăn mòn và thủng của các đường ống và giảm thiểu rủi ro ô nhiễm môi trường.

(Ii) Ngành công nghiệp điện

Vận chuyển than khắc: Trong các nhà máy điện, các dòng than nghiền ở tốc độ cao trong các đường ống, gây hao mòn nghiêm trọng trên thành ống. Lớp lót gốm SIC, với độ cứng cao và bề mặt mịn màng, làm giảm hiệu quả hao mòn trên các đường ống do than nghiền thành bột, giảm thiểu rò rỉ và sửa chữa do hao mòn, cải thiện hiệu quả của than bột và đảm bảo cung cấp than ổn định cho nồi hơi của nhà máy điện.

Tro và xỉ xả: tro và xỉ chứa một số lượng lớn các hạt sắc nhọn và có phần ăn mòn. Các đường ống lót gốm sic có thể chịu được sự xói mòn và ăn mòn từ tro và xỉ, đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài của hệ thống xả tro và xỉ, giảm tỷ lệ thất bại của thiết bị và cải thiện hiệu quả kinh tế tổng thể của các hoạt động của nhà máy điện.

(Iii) Công nghiệp luyện kim

Khoan than lò cao: Nhiệt độ cao và vận tốc cao của dòng khí than bột gây ra hao mòn đáng kể trên các ống phun than. Các đường ống lót gốm SIC duy trì độ cứng cao và khả năng chống mài mòn trong môi trường nhiệt độ cao, đảm bảo vận chuyển than ổn định, đảm bảo việc làm sắt lò nung trơn tru, giảm tắt lò cao do hao mòn đường ống và cải thiện hiệu quả sản xuất.

Sơn lây truyền: xỉ là nóng, cứng và ăn mòn, khiến cho các đường ống thông thường khó chịu được nó. Nhiệt độ cao, độ mòn và khả năng chống ăn mòn của các đường ống lót gốm sic làm cho chúng trở thành một lựa chọn lý tưởng để chuyển sang chiếu, mở rộng hiệu quả tuổi thọ đường ống và giảm chi phí sản xuất. (Iv) Ngành công nghiệp hóa chất

Trong sản xuất hóa chất, các đường ống thường vận chuyển môi trường ăn mòn như axit mạnh, cơ sở mạnh và dung môi hữu cơ. Độ ổn định hóa học của lớp lót gốm SIC cho phép họ chịu được sự xói mòn của các môi trường này, ngăn ngừa ăn mòn đường ống và rò rỉ, đảm bảo an toàn sản xuất hóa học và giảm tổn thất sản xuất do thay thế đường ống. Lớp lót gốm sic được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp clor-kiềm, sản xuất phân bón, hóa dầu và các lĩnh vực khác.