O carboneto de silício negro de grau metalúrgico é um material sintético produzido em fornos de resistência elétrica a temperaturas superiores a 2200 °C. As suas principais matérias-primas são a areia de sílica de alta qualidade (SiO₂) e o coque de petróleo (C). Caracteriza-se pela sua cor preta ou preto-azulada escura, brilho metálico e menor pureza (tipicamente cerca de 98,5% SiC) em comparação com o seu equivalente, o carboneto de silício verde (que é mais puro, >99% SiC, e utilizado para retificação de precisão e semicondutores).
Propriedades principais
As propriedades que o tornam indispensável na metalurgia e noutras indústrias incluem:
Resistência a altas temperaturas: mantém a sua estrutura e resistência a temperaturas muito elevadas.
Excelentes propriedades termodinâmicas:
Alta redutibilidade: a altas temperaturas, cede facilmente o seu carbono e silício para reagir com o oxigénio e outros elementos.
Reação exotérmica: as suas reações de oxidação libertam uma quantidade significativa de calor.
Elevada condutividade térmica: transfere calor de forma eficiente.
Boa abrasividade: embora não seja tão duro como o SiC verde, é ainda mais duro do que a maioria dos metais e muitos minerais.
Inércia química: resiste ao ataque de ácidos, escórias e metais fundidos.
Principais aplicações e funções
As aplicações do SiC de grau metalúrgico baseiam-se quase inteiramente no seu papel como um poderoso redutor de alta temperatura, agente de liga e aditivo de poupança de energia.
1. Siderurgia (Maior Aplicação)
Nos fornos elétricos de arco (EAF), fornos de panela e fundições, é utilizado como aditivo multifuncional:
Desoxidante: É um desoxidante mais eficiente que o ferrossilício tradicional. O teor de silício e carbono remove agressivamente o oxigénio do aço fundido, melhorando a sua limpeza e propriedades mecânicas.
Reação:
SiC + O₂ → SiO₂ + CO
Recarburizador: É uma excelente fonte de carbono para ajustar o teor final de carbono do aço à especificação desejada.
Economia de Energia (Agente de Aquecimento): A oxidação do SiC é altamente exotérmica. A sua adição ao forno ou à panela ajuda a elevar a temperatura do metal fundido, reduzindo a necessidade de energia elétrica e encurtando os tempos de torneira a torneira.
Agente de Liga: Adiciona simultaneamente silício e carbono à fusão, ajustando a composição química.
2. Fundição de Ferro (Fundições)
Em fornos de cúpula e de indução para a produção de ferro fundido:
Inoculante/Pré-condicionador: A adição de SiC ao ferro fundido (processo frequentemente designado por “pré-condicionamento do ferro”) promove a formação de flocos ou nódulos de grafite (no ferro dúctil). Isto:
Evita o arrefecimento: reduz a formação de cementite dura e quebradiça (carboneto de ferro), evitando arestas “arrefecidas” que são impossíveis de maquinar.
Melhora a microestrutura: resulta numa estrutura de grafite mais uniforme e refinada.
Melhora as propriedades: aumenta a resistência à tracção, a dureza e a condutividade térmica do produto final de ferro fundido.
3. Produção de Ferroligas
Serve como agente redutor em fornos de arco submerso utilizados para produzir diversas ferroligas:
Silício metálico e ferrossilício: nestes processos, o SiC é um produto intermédio que desempenha um papel crucial na redução da sílica em silício.
Outras ligas: Pode também ser utilizado na produção de silicomanganês e outras ligas complexas.
4. Aditivos refratários
Embora não seja o ingrediente principal, o SiC triturado de grau metalúrgico é frequentemente adicionado a refratários de MgO-C (magnésia-carbono) e Al₂O₃-SiC-C (alumina-carboneto de silício-carbono) utilizados para revestir fornos e panelas de siderurgia. Os seus benefícios incluem:
Maior resistência à escória: melhora a capacidade do refractário de suportar escórias corrosivas.
Resistência melhorada ao choque térmico: ajuda o tijolo a suportar mudanças rápidas de temperatura sem fissurar.
Resistência melhorada a altas temperaturas.
5. Outras aplicações
Abrasivos: Para o fabrico de ferramentas de desbaste aglomeradas (como mós) e abrasivos revestidos, onde não é necessária uma pureza extremamente elevada. Também é utilizado para limpeza por jato de areia e lapidação.
Metalurgia não ferrosa: Utilizado como redutor na fundição de certos metais não ferrosos.