El carburo de silicio negro de grado metalúrgico es un material sintético producido en hornos de resistencia eléctrica a temperaturas superiores a 2200 °C. Sus principales materias primas son arena de sílice de alta calidad (SiO₂) y coque de petróleo (C). Se caracteriza por su color negro o azul negruzco oscuro, brillo metálico y menor pureza (normalmente alrededor del 98,5 % de SiC) en comparación con su homólogo, el carburo de silicio verde (más puro, >99 % de SiC, y utilizado para rectificado de precisión y semiconductores).
Propiedades clave
Las propiedades que lo hacen indispensable en la metalurgia y otras industrias incluyen:
Resistencia a altas temperaturas: Mantiene su estructura y resistencia a temperaturas muy altas.
Excelentes propiedades termodinámicas:
Fuerte reducibilidad: a altas temperaturas, cede fácilmente su carbono y silicio para reaccionar con el oxígeno y otros elementos.
Reacción exotérmica: Sus reacciones de oxidación liberan una cantidad importante de calor.
Alta conductividad térmica: transfiere el calor de manera eficiente.
Buena abrasividad: aunque no es tan duro como el SiC verde, sigue siendo más duro que la mayoría de los metales y muchos minerales.
Inercia química: Resiste el ataque de ácidos, escorias y metales fundidos.
Aplicaciones y funciones principales
Las aplicaciones del SiC de grado metalúrgico se basan casi en su totalidad en su función como potente reductor de alta temperatura, agente de aleación y aditivo de ahorro de energía.
1. Fabricación de acero (mayor aplicación)
En hornos de arco eléctrico (EAF), hornos cuchara y fundiciones, se utiliza como aditivo multifuncional:
Desoxidante: Es un desoxidante más eficiente que el ferrosilicio tradicional. El contenido de silicio y carbono elimina eficazmente el oxígeno del acero fundido, mejorando su limpieza y sus propiedades mecánicas.
Reacción:
SiC + O₂ → SiO₂ + CO
Recarburador: Es una excelente fuente de carbono para ajustar el contenido final de carbono del acero a la especificación deseada.
Ahorro de energía (agente de calentamiento): La oxidación del SiC es altamente exotérmica. Añadirlo al horno o cuchara de colada ayuda a elevar la temperatura del metal fundido, lo que reduce el consumo de energía eléctrica y acorta los tiempos de colada.
Agente de aleación: añade simultáneamente silicio y carbono a la masa fundida, ajustando la composición química.
2. Fundición de hierro (Fundiciones)
En hornos de cubilote e inducción para la producción de hierro fundido:
Inoculante/Preacondicionador: La adición de SiC al hierro fundido (un proceso a menudo denominado «preacondicionamiento del hierro») promueve la formación de escamas o nódulos de grafito (en el hierro dúctil). Esto:
Previene el enfriamiento: reduce la formación de cementita dura y quebradiza (carburo de hierro), evitando bordes «enfriados» que no se pueden mecanizar.
Mejora la microestructura: da como resultado una estructura de grafito más uniforme y refinada.
Mejora las propiedades: aumenta la resistencia a la tracción, la dureza y la conductividad térmica del producto final de hierro fundido.
3. Producción de ferroaleaciones
Sirve como agente reductor en los hornos de arco sumergido utilizados para producir diversas ferroaleaciones:
Silicio metálico y ferrosilicio: En estos procesos, el SiC es un producto intermedio que juega un papel crucial en la reducción de la sílice a silicio.
Otras aleaciones: También se puede utilizar en la producción de silicomanganeso y otras aleaciones complejas.
4. Aditivos refractarios
Aunque no es el ingrediente principal, el SiC de grado metalúrgico triturado se suele añadir a los refractarios de MgO-C (magnesia-carbono) y Al₂O₃-SiC-C (alúmina-carburo de silicio-carbono) utilizados para revestir hornos y cucharas de fundición de acero. Sus beneficios incluyen:
Mayor resistencia a las escorias: mejora la capacidad del refractario para soportar escorias corrosivas.
Resistencia mejorada al choque térmico: ayuda al ladrillo a soportar cambios rápidos de temperatura sin agrietarse.
Resistencia mejorada a altas temperaturas.
5. Otras aplicaciones
Abrasivos: Para la fabricación de herramientas de rectificado aglomeradas (como muelas abrasivas) y abrasivos revestidos donde no se requiere una pureza extremadamente alta. También se utiliza para la limpieza con chorro abrasivo y el lapeado.
Metalurgia no ferrosa: Se utiliza como reductor en la fundición de ciertos metales no ferrosos.