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Una instalación de procesamiento químico que operaba en un ambiente ácido utilizaba componentes fabricados con carburo de silicio unido por reacción (RB-SiC) para los sellos de las bombas y las partes estructurales resistentes a la corrosión.El sistema fue expuesto a ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) a temperaturas elevadas de alrededor de 100 °C..
Después de varios meses de operación, la planta observó una degradación gradual del rendimiento, incluida la erosión de la superficie y cambios dimensionales en algunos componentes RB-SiC.
Para mejorar la vida útil y la estabilidad operativa, el equipo de ingeniería evaluó el carburo de silicio sinterizado sin presión (SSiC) como un material alternativo.
El análisis de materiales mostró que los componentes RB-SiC contenían aproximadamente 10 ∼15% de fase de silicio libre.
Como resultado, la estructura del material se debilita gradualmente, lo que lleva a:
- Corrosión de la superficie
- Resistencia mecánica reducida
- Aumento de la frecuencia del mantenimiento
- Vida útil de los componentes más corta
Los datos de ensayo en condiciones de ácido sulfúrico mostraron una diferencia significativa en la tasa de corrosión:
- SSiC:1.8 mg/cm2·año
- RB-SiC:55.0 mg/cm2·año
Esta diferencia se volvió crítica en el funcionamiento continuo a largo plazo.
La instalación sustituyó varias piezas RB-SiC por componentes SSiC fabricados con un alto control de densificación.
Las características principales del material incluyen:
- Densidad ≥ 3,05 g/cm3
- Porosidad abierta cercana a cero
- Sin fase de silicio libre
- Resistencia a la flexión ≥ 380 MPa
- Resistencia a altas temperaturas ≥ 420 MPa a 1300°C
Debido a que el SSiC se produce mediante sinterización sin presión a alta temperatura (> 2100 °C), la microestructura resultante es más estable químicamente en ambientes agresivos.
Tras el cambio a componentes SSiC, la planta observó varias mejoras:
- Mejor resistencia a la corrosión
La ausencia de silicio libre redujo significativamente el ataque ácido. - Vida útil más larga
Los intervalos de sustitución de componentes aumentaron notablemente. - Funcionamiento más estable
Mejoró la estabilidad dimensional bajo tensión térmica y química. - Reducción del tiempo de inactividad de mantenimiento
Las tasas de corrosión más bajas llevaron a menos apagones para el reemplazo de piezas.
La principal diferencia entre los dos materiales radica en la presencia de silicio libre.
- El RB-SiC contiene silicio residual formado durante la infiltración de la reacción.
- El SSiC forma una estructura de SiC completamente sinterizada sin una fase secundaria de silicio.
En entornos fuertemente corrosivos, especialmente ácidos, la fase de silicio en RB-SiC se convierte en el punto débil del material.
Esto hace que el SSiC sea una opción más adecuada para:
- Equipo de procesamiento químico
- Componentes de bombas resistentes a la corrosión
- Entornos ácidos de alta temperatura
Cuando se selecciona entre SSiC y SiC enlazado por reacción, el entorno operativo juega un papel crítico.
Para aplicaciones que impliquen:
- Temperatura alta (> 1200°C)
- Ácidos fuertes o sustancias químicas corrosivas
- Requisitos de estabilidad estructural a largo plazo
SSiC generalmente proporciona un mejor rendimiento a largo plazo.
El RB-SiC sigue siendo una solución viable para aplicaciones en las que la eficiencia de costes es una prioridad y el entorno operativo es menos agresivo.