ในภาคอุตสาหกรรมหลายแห่งระบบท่อเผชิญกับสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรงโดยมีปัญหาบ่อยเช่นการสึกหรอและการกัดกร่อนส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่ออายุการใช้งานท่อและความมั่นคงของระบบ ท่อเหล็กเซรามิกที่เรียงรายไปด้วยเซรามิกพิเศษ SIC ที่มีประสิทธิภาพที่เหนือกว่าเป็นวิธีแก้ปัญหาที่เหมาะสำหรับปัญหาเหล่านี้ปฏิวัติแอพพลิเคชั่นท่ออุตสาหกรรม

I. คุณสมบัติของวัสดุของวัสดุบุผิวเซรามิก sic

(i) ความแข็งสูงและความต้านทานการสึกหรอที่ยอดเยี่ยม

เซรามิก Sic มีความแข็ง Mohs ที่ 9.5 รองจากเพชรและสูงที่สุดในบรรดาออกไซด์ทั้งหมด Microhardness, HV 2500-3000 ให้ท่อที่มีความต้านทานการสึกหรอที่ไม่มีใครเทียบ ในการขุดการผลิตพลังงานโลหะและแอปพลิเคชันอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งวัสดุที่มีความทนทานสูงเช่น slurries tailings ที่มีทรายควอตซ์จำนวนมากท่อธรรมดาได้รับผลกระทบจากการสึกหรออย่างรุนแรง อย่างไรก็ตามท่อที่เรียงรายด้วยเซรามิก SIC ได้อย่างมีประสิทธิภาพต้านทานการกัดเซาะของวัสดุขยายอายุการใช้งานอย่างมีนัยสำคัญและลดการสึกหรอมากกว่า 90% เมื่อเทียบกับท่อเหล็กธรรมดา

(2) ความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยม

จากมุมมองทางเคมี SIC ประกอบด้วยซิลิคอน (SI) และคาร์บอน (C) สร้างเครือข่ายสามมิติที่เสถียรผ่านพันธะโควาเลนต์พลังงานสูง (พลังงานพันธะ 318 kJ/mol) ความเสถียรทางเคมีของมันเกินกว่าโลหะ (พลังงานพันธะโลหะ 50-200 kJ/mol) พลังงานพื้นผิวของมันต่ำถึง 25-40 mJ/m² (สแตนเลสมีพลังงานผิวประมาณ 1,000 mJ/m²) ทำให้ยากสำหรับสื่อที่กัดกร่อนที่จะยึดติดและเจาะ ไม่ว่าจะสัมผัสกับกรดที่แข็งแรง (เช่นกรดซัลฟูริกและกรดไฮโดรคลอริก) และฐานที่แข็งแรง (เช่นโซเดียมไฮดรอกไซด์) ในอุตสาหกรรมเคมีหรือเกลือหลอมเหลวอุณหภูมิสูงและก๊าซกัดกร่อนในอุตสาหกรรมโลหะ ความต้านทานการกัดกร่อนนั้นแข็งแกร่งกว่าสแตนเลสมากกว่า 10 เท่าป้องกันการรั่วไหลของท่อเนื่องจากการกัดกร่อนและสร้างความมั่นใจในความปลอดภัยและความต่อเนื่องของการผลิต

(3) ความต้านทานอุณหภูมิสูงที่ยอดเยี่ยม

เซรามิก SIC ทำงานได้ดีเป็นพิเศษในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูง พวกเขาสามารถทำงานได้อย่างเสถียรและเป็นเวลานานภายในช่วงอุณหภูมิ -50 ° C ถึง 1600 ° C เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 800 ° C ปฏิกิริยาออกซิเดชันจะสร้างชั้นแก้วSiO₂หนาแน่นบนพื้นผิว (สูตรปฏิกิริยา: SIC + 2O₂→SIO₂ + CO₂↑) ความหนาประมาณ1-5μm ฟิล์มออกไซด์นี้ทำหน้าที่เป็น "โล่ความร้อน" อย่างมีประสิทธิภาพปิดกั้นการแพร่กระจายออกซิเจนเพิ่มเติมและลดอัตราการเกิดออกซิเดชัน (<0.01 มม./ปีตามการทดสอบ ASTM G54) นอกจากนี้ยังคงรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างเซรามิกเพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานปกติของท่อภายใต้สภาวะที่อุณหภูมิสูงตรงตามข้อกำหนดของอุตสาหกรรมอุณหภูมิสูงเช่นการถลุงเหล็กและการผลิตแก้ว

(iv) การนำความร้อนสูงและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ

เซรามิก SIC มีค่าการนำความร้อนที่ 120-200 W/(M ・ K) ทำให้การถ่ายเทความร้อนอย่างรวดเร็วการกระจายอุณหภูมิที่สม่ำเสมอภายในท่อและป้องกันไม่ให้มีความร้อนสูงเกินไป ในเวลาเดียวกันค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของมันอยู่ที่ประมาณ 4.5 ×10⁻⁶/K เพียงประมาณครึ่งหนึ่งของเหล็ก สิ่งนี้จะช่วยให้ท่อทนต่อการกระแทกด้วยความร้อนที่ยอดเยี่ยมช่วยให้สามารถทนต่อการระบายความร้อนและความร้อนได้อย่างรวดเร็วบ่อยครั้ง มันมีความไวน้อยกว่าต่อการแตกร้าวและการกระทบเนื่องจากความเครียดจากความร้อนในระหว่างความผันผวนของอุณหภูมิที่รุนแรงทำให้เหมาะสำหรับกระบวนการที่มีความผันผวนของอุณหภูมิขนาดใหญ่เช่นการเริ่มต้นและการปิดเครื่องหม้อไอน้ำโรงไฟฟ้า

ii. การออกแบบโครงสร้างของวัสดุบุผิว sic สำหรับท่อเหล็กเซรามิก

(i) โครงสร้างคอมโพสิต

วัสดุบุผิว sic สำหรับท่อเหล็กเซรามิกใช้โครงสร้างคอมโพสิตประกอบด้วย "ชั้นเซรามิก Sic - ชั้นการเปลี่ยน - เมทริกซ์เหล็ก" ชั้นเซรามิก SIC ภายในเผยให้เห็นโดยตรงกับการกัดเซาะของวัสดุและการกัดกร่อน, ใช้ประโยชน์จากการสึกหรอและความต้านทานการกัดกร่อน โดยทั่วไปแล้วชั้นการเปลี่ยนแปลงระดับกลางจะทำจากวัสดุเช่น cermets ซึ่งองค์ประกอบและโครงสร้างรวมคุณสมบัติของทั้งเซรามิกและโลหะ สิ่งนี้ทำให้เกิดความเครียดที่เกิดขึ้นจากความแตกต่างในค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนระหว่างชั้นเซรามิกและพื้นผิวเหล็กเสริมสร้างพันธะระหว่างทั้งสองและป้องกันไม่ให้ชั้นเซรามิกลดลงเนื่องจากความผันผวนของอุณหภูมิหรือผลกระทบเชิงกล พื้นผิวเหล็กด้านนอกให้ความแข็งแรงและความทนทานที่ต้องการสำหรับท่อ, ทนต่อแรงดันภายนอกและแรงทางกลระหว่างการติดตั้งและการขนส่งเพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของโครงสร้างโดยรวมของท่อ

(ii) กระบวนการผลิตช่วยให้มั่นใจถึงความมั่นคงของโครงสร้าง

กระบวนการผลิตสำหรับท่อที่เรียงรายด้วยเซรามิก SIC นั้นมีความหลากหลายและซับซ้อน ตัวอย่างเช่นการเผาปฏิกิริยาเกี่ยวข้องกับการติดต่อกับซิลิคอนที่มีคาร์บอนซึ่งมีซิลิคอนหลอมเหลวเป็นครั้งแรก ซิลิคอนและคาร์บอนทำปฏิกิริยากับ SIC ซึ่งเติมรูขุมขนและสร้างชั้นเซรามิกที่เป็นของแข็ง วิธีนี้มีประสิทธิภาพและเหมาะสำหรับการผลิตส่วนประกอบขนาดใหญ่และรูปทรงที่ซับซ้อน การเผาแบบไร้แรงดันใช้ผงซิลิคอนซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเพิ่มด้วยเครื่องช่วยในการเผาเช่นโบรอนและคาร์บอนและเผาในบรรยากาศเฉื่อยที่อุณหภูมิสูงกว่า 2100 ° C สิ่งนี้สร้างความหนาแน่นเกือบเต็มรูปแบบของร่างกายที่มีรูปร่างคล้ายจุลภาคที่มีความหนาแน่นสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญการปรับปรุงประสิทธิภาพของเซรามิก ในระหว่างกระบวนการคอมโพสิตการกดร้อนและการกด isostatic ร้อนจะถูกใช้เพื่อผูกมัดเลเยอร์อย่างแน่นหนาเพื่อให้มั่นใจถึงความสมบูรณ์ของโครงสร้างและความเสถียร

iii. พื้นที่แอปพลิเคชันและข้อดี

(i) อุตสาหกรรมเหมืองแร่

ในการทำเหมืองแร่ที่ลำเลียงท่อส่งสัญญาณอาจมีการกัดเซาะระยะยาวและการสึกหรอจากความเข้มข้นสูง การใช้ท่อที่เรียงรายด้วยเซรามิก SIC ช่วยลดอัตราการสึกหรออย่างมีนัยสำคัญยืดอายุการใช้งานของท่อไปยัง 5-10 เท่าของท่อเหล็กธรรมดาลดความถี่ของการเปลี่ยนท่อและต้นทุนการบำรุงรักษาและสร้างความมั่นใจในการผลิตเหมืองอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ความต้านทานการกัดกร่อนของมันสามารถทนต่อการปรากฏตัวของสารที่เป็นกรดในสารละลายป้องกันการกัดกร่อนและการเจาะท่อและบรรเทาความเสี่ยงต่อมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม

(ii) อุตสาหกรรมพลังงาน

การขนส่งถ่านหินที่ถูกบด: ในโรงไฟฟ้ากระแสถ่านหินที่ถูกบดด้วยความเร็วสูงภายในท่อทำให้เกิดการสึกหรออย่างรุนแรงบนผนังท่อ Sic Ceramic Linings ที่มีความแข็งสูงและพื้นผิวเรียบช่วยลดการสึกหรอบนท่อที่เกิดจากถ่านหินที่ถูกบดด้วยการลดการรั่วไหลและการซ่อมแซมที่เกิดจากการสึกหรอปรับปรุงประสิทธิภาพการลำเลียงถ่านหินที่มีการบดและการจัดหาถ่านหินที่มั่นคงให้กับหม้อไอน้ำโรงไฟฟ้า

การปล่อยเถ้าและตะกรัน: เถ้าและตะกรันมีอนุภาคที่คมชัดจำนวนมากและค่อนข้างกัดกร่อน ท่อที่มีเส้นเซรามิก SIC สามารถทนต่อการกัดเซาะและการกัดกร่อนจากเถ้าและตะกรันทำให้มั่นใจได้ว่าการทำงานที่มั่นคงในระยะยาวของระบบการปล่อยเถ้าและตะกรันลดอัตราความล้มเหลวของอุปกรณ์และปรับปรุงประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจโดยรวมของการดำเนินงานโรงไฟฟ้า

(iii) อุตสาหกรรมโลหะ

การฉีดถ่านหินเตาหลอม: อุณหภูมิสูงและความเร็วสูงของการไหลของก๊าซถ่านหินที่ถูกบดทำให้เกิดการสึกหรออย่างมีนัยสำคัญบนท่อฉีดถ่านหิน ท่อที่มีเส้นเซรามิก SIC รักษาความแข็งและความต้านทานการสึกหรอสูงในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูงทำให้มั่นใจได้ว่าการลำเลียงถ่านหินที่มีเสถียรภาพทำให้มั่นใจได้ว่าการทำเตาหลอมระเบิดอย่างราบรื่นลดการปิดเครื่องเตาหลอมระเบิดเนื่องจากการสึกหรอของท่อและปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต

การลำเลียงตะกรัน: ตะกรันร้อนแรงและกัดกร่อนทำให้เป็นเรื่องยากสำหรับท่อธรรมดาที่จะทนต่อมัน ความต้านทานอุณหภูมิสูงการสึกหรอและการกัดกร่อนของท่อที่เรียงรายด้วยเซรามิก SIC ทำให้พวกเขาเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการลำเลียงตะกรันยืดอายุการใช้งานท่อและลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ (iv) อุตสาหกรรมเคมี

ในการผลิตสารเคมีท่อส่งสารกัดกร่อนเช่นกรดที่แข็งแรงฐานที่แข็งแกร่งและตัวทำละลายอินทรีย์ ความเสถียรทางเคมีของวัสดุบุผิวเซรามิก SIC ช่วยให้พวกเขาสามารถทนต่อการกัดเซาะของสื่อเหล่านี้ป้องกันการกัดกร่อนไปป์ไลน์และการรั่วไหลเพื่อให้มั่นใจถึงความปลอดภัยในการผลิตสารเคมีและลดการสูญเสียการผลิตที่เกิดจากการเปลี่ยนท่อ วัสดุบุผิวเซรามิก Sic ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมคลอร์อัลคาลีการผลิตปุ๋ยปิโตรเคมีและสาขาอื่น ๆ