რა გავლენას ახდენს ნავთობკოქსის მიკროსტრუქტურა (ნემსისებრი, ღრუბლისებრი და გრანულისებრი) კალცინაციის შეკუმშვის სიჩქარესა და ნამდვილ სიმკვრივეზე?

1. ნემსის კოქსი: დაბალი შეკუმშვისა და მაღალი ნამდვილი სიმკვრივის ტიპური მაგალითი

• სტრუქტურული მახასიათებლები: ნემსისებრი კოქსი ავლენს ბოჭკოვან ან წაგრძელებულ სტრუქტურას წაგრძელებული ელიფსური ფორებით, რომლებიც მოწესრიგებულად არის განლაგებული. ეს სტრუქტურა ავლენს შესანიშნავ გამკვრივების უნარს კალცინაციის დროს.
• კალცინაციის შეკუმშვა:
  • ნემსისებრ კოქსს შედარებით დაბალი შეკუმშვის მაჩვენებელი აქვს, როგორც წესი, 10%-დან 20%-მდე მერყეობს. მისი ბოჭკოვანი სტრუქტურა შეკუმშვას მაღალი ტემპერატურის პირობებში მოლეკულური გადალაგებისა და ფორების დახურვის გზით აღწევს, ხოლო ფორების მოწესრიგებული განლაგება ამცირებს უწესრიგო შეკუმშვის ადგილს, რითაც ამცირებს საერთო შეკუმშვის მაჩვენებელს.
  • მაგალითად, 1300°C ტემპერატურაზე კალცინაციისას, ნემსიანი კოქსის მოცულობითი შეკუმშვა შესაძლოა ღრუბლოვანი კოქსის მოცულობითი შეკუმშვის მხოლოდ ნახევარი იყოს, მისი თერმული სტრესის თანაბრად გაფანტვის უნარის გამო.
• ნამდვილი სიმჭიდროვე:
  • ნემსისებრ კოქსს აქვს მაღალი ნამდვილი სიმკვრივე, რომელიც ზოგადად 2.10–2.15 გ/სმ³-ს აღწევს. ეს ასახავს მის გრაფიტიზაციის მაღალ ხარისხს და მკვრივ კრისტალურ სტრუქტურას, რაც მჭიდრო კავშირშია მის ბოჭკოვან სტრუქტურაში ნახშირბადის ფენების მოწესრიგებულ განლაგებასთან.
  • კვლევები მიუთითებს, რომ ნემსისებრი კოქსის ნამდვილი სიმკვრივე დაახლოებით 5%-10%-ით მეტია ღრუბლისებრ კოქსთან შედარებით, ნაკლები სტრუქტურული დეფექტებისა და ნახშირბადის ფენების უფრო მჭიდროდ დაწყობის გამო.

2. ბისკვიტი: მაღალი შეკუმშვისა და დაბალი ნამდვილი სიმკვრივის ტიპური მაგალითი

• სტრუქტურული მახასიათებლები: ღრუბლოვან კოქსს აქვს ფოროვანი, ღრუბლის მსგავსი სტრუქტურა არარეგულარული ზომის და განაწილებული ფორებით, თხელი ნახშირის კედლებით და მსხვრევადიობით.
• კალცინაციის შეკუმშვა:
  • ღრუბლოვანი კოქსი მაღალი შეკუმშვის მაჩვენებელს ავლენს, რომელიც, როგორც წესი, 30%-დან 50%-მდე მერყეობს. მისი არასტაბილური ფოროვანი სტრუქტურა მიდრეკილია ფორების კოლაფსისკენ კალცინაციის დროს აქროლადი ნივთიერებების გამოყოფისა და თერმული სტრესის კონცენტრაციის გამო, რაც მნიშვნელოვან შეკუმშვას იწვევს.
  • მაგალითად, 1200°C ტემპერატურაზე კალცინაციისას, ღრუბელი კოქსის მოცულობითი შეკუმშვა შეიძლება 40%-ს აღემატებოდეს, რაც გაცილებით მაღალია, ვიდრე ნემსისებრი კოქსის.
• ნამდვილი სიმჭიდროვე:
  • ღრუბლისებრ კოქსს შედარებით დაბალი ნამდვილი სიმკვრივე აქვს, ზოგადად 1.90-დან 2.05 გ/სმ³-მდე. ეს განპირობებულია ნარჩენი ფორების დიდი რაოდენობით და მის სტრუქტურაში ნახშირბადის ფენების უწესრიგო განლაგებით, რაც იწვევს მრავალ კრისტალურ დეფექტს.
  • ნემსიან კოქსთან შედარებით, ღრუბელიანი კოქსის ნამდვილი სიმკვრივე შეიძლება 10%-15%-ით დაბალი იყოს არასაკმარისი სიმკვრივის გამო.

3. კოკა-კოლა: საშუალო მდგომარეობა ზომიერი შეკუმშვით და ნამდვილი სიმკვრივით

• სტრუქტურული მახასიათებლები: დარტყმითი კოქსი სფეროსებრი ან გრანულისებრი ფორმისაა, მყარი ზედაპირითა და მცირე რაოდენობით ფორებით, რაც წარმოადგენს სტრუქტურულ შუალედურ მდგომარეობას ნემსისებრ კოქსსა და ღრუბლოვან კოქსს შორის.
• კალცინაციის შეკუმშვა:
  • დარტყმითი კოქსის შეკუმშვის სიჩქარე, როგორც წესი, მერყეობს 20%-დან 30%-მდე. მისი სფერული სტრუქტურა განიცდის შეკუმშვას ზედაპირული დაჭიმულობის გამო კალცინაციის დროს, მაგრამ შეზღუდული შიდა ფორიანობა ზღუდავს შეკუმშვის ამპლიტუდას.
  • მაგალითად, 1250°C ტემპერატურაზე გამოწვანებისას, დარტყმითი კოქსის მოცულობითი შეკუმშვა შეიძლება იყოს 25%, რაც ნემსისებრი კოქსისა და ღრუბლოვანი კოქსის შეკუმშვას შორის მოხვდება.
• ნამდვილი სიმჭიდროვე:
  • დარტყმითი კოქსის ნამდვილი სიმკვრივე, როგორც წესი, 2.00-დან 2.10 გ/სმ³-მდე მერყეობს. მისი სტრუქტურული სიმკვრივე აღემატება ღრუბლოვან კოქსს, მაგრამ ჩამორჩება ნემსისებრ კოქსს, რაც იწვევს საშუალო ნამდვილი სიმკვრივის მიღწევას.
  • კვლევები აჩვენებს, რომ დარტყმითი კოქსის ნამდვილი სიმკვრივე დაახლოებით 5%-ით მეტია ღრუბლოვან კოქსზე, მაგრამ 3%-5%-ით დაბალია ნემსიან კოქსზე.

სტრუქტურა-თვისებების ურთიერთკავშირის ყოვლისმომცველი ანალიზი

• შეკუმშვის მექანიზმი:
  • ნემსიანი კოქსის მოწესრიგებული ბოჭკოვანი სტრუქტურა ამცირებს არარეგულარულ შეკუმშვის გზებს, რაც ამცირებს მისი შეკუმშვის სიჩქარეს; ღრუბლოვანი კოქსის არარეგულარული ფოროვანი სტრუქტურა იწვევს მაღალ შეკუმშვას ფორების კოლაფსის გამო; დარტყმითი კოქსის სფერული სტრუქტურა აღწევს ზომიერ შეკუმშვას ზედაპირული დაჭიმულობის გზით.
• ნამდვილი სიმკვრივის მექანიზმი:
  • ნამდვილი სიმკვრივე პირდაპირ კავშირშია კრისტალური სტრუქტურის გამკვრივებასთან. ნემსისებრი კოქსის მოწესრიგებული ნახშირბადის ფენების განლაგება და დაბალი დეფექტური სიმკვრივე იწვევს მაღალ ნამდვილ სიმკვრივეს; ღრუბლისებრი კოქსის მოუწესრიგებელი სტრუქტურა და ნარჩენი ფორები ამცირებს ნამდვილ სიმკვრივეს; დარტყმითი კოქსი ავლენს შუალედურ თვისებებს.
• პროცესის ოპტიმიზაციის რეკომენდაციები:
  • დაბალი შეკუმშვისა და მაღალი ნამდვილი სიმკვრივის მოთხოვნით აპლიკაციებისთვის (მაგ., მაღალი სიმძლავრის გრაფიტის ელექტროდები), ნემსიანი კოქსი უფრო სასურველია;
  • დაბალი შესრულების მოთხოვნებით (მაგ., საწვავი) ხარჯებთან დაკავშირებული აპლიკაციებისთვის, ღრუბლოვანი კოქსი ან შოტლანდიური კოქსი შეიძლება უფრო შესაფერისი იყოს;
  • კალცინაციის ტემპერატურის (მაგ., 1300°C-ზე მეტი) და გაცხელების სიჩქარის (მაგ., 50°C/წთ-ზე ნაკლები) რეგულირებით შესაძლებელია ნემსიანი კოქსის ნამდვილი სიმკვრივისა და შეკუმშვის კიდევ უფრო ოპტიმიზაცია.