Recubrimientos cerámicos resistentes al desgaste y al choque térmico a alta temperatura

Ceramic coatings resistant to wear and thermal shock at high temperature

En la industria de la coquización del carbón, se utilizan hornos colmena construidos de ladrillos de arcilla roja o adobe. En el proceso los hornos son sometidos a cambios bruscos de temperatura que van desde los 1000 ◦C hasta los 300 ◦C en promedio, en el deshorne se utiliza un rastrillo de acero para remover el coque, lo que ocasiona un desgaste abrasivo por rozamiento entre el rastrillo, el coque y el piso, a temperaturas elevadas. Con el tiempo el piso se deteriora y es necesario reemplazarlo, lo que ocasiona grandes costos de mantenimiento. Con el fin de prolongar la vida útil del piso del horno se hace un recubrimiento con un material resistente al desgaste a altas temperaturas. Uno de los materiales de mejor desempeño en estas condiciones es la circona, que mezclada adecuadamente con alúmina brinda una excelente protección a las superficies frente al desgaste y el choque térmico. Para elaborar los recubrimientos se escoge la técnica de proyección térmica por llama oxiacetilénica, por su versatilidad y economía. Los recubrimientos se caracterizan morfológicamente con microscopía óptica MO y microscopía electrónica de barrido MEB, la microestructura se analiza por difracción de DRX, la resistencia al desgaste con tribómetro en la configuración bola-disco a temperatura ambiente y 500 ◦C sin abrasivo, la microdureza con indentaciones Vickers y la resistencia al choque térmico con ciclos de calentamiento de 500 ◦C y enfriamiento a temperatura ambiente. Se encuentra que todos los recubrimientos presentaron una resistencia al desgaste muy superior a la del sustrato sin recubrir de al menos un orden de magnitud y que el recubrimiento protege al sustrato en al menos 30 ciclos de choque térmico.

1. INTRODUCCIÓN

La industria minera en Norte de Santander está dedicada en gran parte a la explotación del carbón y su coquización. Actualmente alrededor de 62 empresas en la región, se dedican; a la explotación del carbón y a la fabricación de hornos y productos de consumo [1].

Los hornos utilizados son tipo colmena, los cuales están hechos de ladrillos de arcilla roja o adobe, tanto las paredes como el piso. Durante el proceso los hornos son sometidos continuamente a cambios bruscos de temperatura que van desde los 1000◦C hasta los 300◦C aproximadamente. Cada horno tiene una capacidad aproximada de 5 toneladas de carbón y el proceso de coquización dura de 16 a 24 horas. La temperatura del horno no es homogénea, su calentamiento inicia en las paredes y avanza hacia el centro, a medida que el frente de calor avanza el proceso de coquización también, el carbón se reblandece y presolidifica. Con el fin de evitar que el carbón se queme, el calentamiento es frenado abruptamente, enfriando con agua a temperatura ambiente, las paredes del horno y el piso sufren un choque térmico, el cual promueve la formación de grietas y el desprendimiento de material particulado ocasionando el deterioro de las superficies.