რა არის ძირითადი განსხვავება კალცინაციის ქცევაში ნავთობზე დაფუძნებულ კოქსსა და ნახშირზე დაფუძნებულ კოქსს შორის?

ნავთობისა და ნახშირის კოქსებს შორის კალცინაციის ქცევის ძირითადი განსხვავებები მდგომარეობს მათი ნედლეულის ქიმიური შემადგენლობის განსხვავებებით განპირობებულ განსხვავებულ რეაქციულ გზებში, რაც შემდგომში იწვევს კრისტალური სტრუქტურის ევოლუციის, ფიზიკური თვისებების ცვლილებებისა და პროცესის კონტროლის სირთულეების მნიშვნელოვან ვარიაციებს. დეტალური ანალიზი შემდეგია:

1. ნედლეულის ქიმიური შემადგენლობის განსხვავებები კალცინაციის ქცევის საფუძველს ქმნის

ნავთობზე დამზადებული კოქსი მიიღება მძიმე დისტილატებისგან, როგორიცაა ნავთობის ნარჩენები და კატალიზური კრეკინგის შედეგად მიღებული გასუფთავებული ზეთი. მისი ქიმიური შემადგენლობა ძირითადად ხასიათდება მოკლე გვერდითი ჯაჭვის, ხაზოვანი კავშირის მქონე პოლიციკლური არომატული ნახშირწყალბადებით, გოგირდის, აზოტის, ჟანგბადის და მეტალის ჰეტეროატომების შედარებით დაბალი შემცველობით, ასევე მინიმალური მყარი მინარევებითა და ქინოლინის უხსნადი ნივთიერებებით. ეს შემადგენლობა იწვევს კალცინაციის პროცესს, რომელშიც დომინირებს პიროლიზის რეაქციები, შედარებით მარტივი რეაქციის გზით და მინარევების საფუძვლიანი მოცილებით.

ამის საპირისპიროდ, ნახშირზე დამზადებული კოქსი მიიღება ნახშირის ფისის ფისისა და მისი დისტილატებისგან, რომლებიც შეიცავს გრძელი გვერდითი ჯაჭვის და კონდენსირებული პოლიციკლური არომატული ნახშირწყალბადების უფრო მაღალ წილს, გოგირდის, აზოტის, ჟანგბადის ჰეტეროატომების და მყარი მინარევების მნიშვნელოვან რაოდენობასთან ერთად. ნახშირზე დამზადებული კოქსის რთული შემადგენლობა იწვევს არა მხოლოდ პიროლიზის რეაქციებს, არამედ მნიშვნელოვან კონდენსაციის რეაქციებსაც კალცინაციის დროს, რაც იწვევს უფრო რთულ რეაქციულ გზას და მინარევების მოცილების უფრო დიდ სირთულეს.

2. კრისტალური სტრუქტურის ევოლუციის განსხვავებები გავლენას ახდენს მასალის თვისებებზე

კალცინაციის დროს, ნავთობზე დამზადებულ კოქსში ნახშირბადის მიკროკრისტალები თანდათან იზრდება დიამეტრში (La), სიმაღლეში (Lc) და კრისტალებში ფენების რაოდენობაში (N). იდეალური გრაფიტის მიკროკრისტალების შემცველობა (Ig/Iall) ასევე მნიშვნელოვნად იზრდება. მიუხედავად იმისა, რომ Lc განიცდის „გადახრის წერტილს“ აქროლადი ნივთიერებების გამოყოფისა და ნედლი კოქსის შეკუმშვის გამო, კრისტალური სტრუქტურა საერთო უფრო რეგულარული ხდება, გრაფიტიზაციის უფრო მაღალი ხარისხით. სტრუქტურული ევოლუცია ნავთობზე დამზადებულ კოქსს ანიჭებს ისეთ შესანიშნავ თვისებებს, როგორიცაა დაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი, დაბალი ელექტრული წინაღობა და მაღალი ელექტროგამტარობა კალცინაციის შემდეგ, რაც მას განსაკუთრებით შესაფერისს ხდის დიდი ზომის ულტრამაღალი სიმძლავრის გრაფიტის ელექტროდების წარმოებისთვის.

ანალოგიურად, ნახშირზე დამზადებული კოქსის ნახშირბადის მიკროკრისტალური სტრუქტურა იცვლება La, Lc და N-ის ზრდასთან ერთად კალცინაციის დროს. თუმცა, ნედლეულში მინარევებისა და კონდენსაციის რეაქციების გავლენის გამო, უფრო მეტი კრისტალური დეფექტია და იდეალური გრაფიტის მიკროკრისტალების შემცველობის ზრდა შეზღუდულია. გარდა ამისა, Lc-სთვის „გადახრის წერტილის“ ფენომენი უფრო გამოხატულია ნახშირზე დაფუძნებულ კოქსში და ახლად დამატებული ფენები ავლენენ შემთხვევით „დაწყობის ხარვეზებს“ საწყის ფენებთან, რაც იწვევს ფენებს შორის მანძილის მნიშვნელოვან რყევებს (d002). ამ სტრუქტურული მახასიათებლების შედეგად, ნახშირზე დაფუძნებულ კოქსს კალცინაციის შემდეგ უფრო დაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი და ელექტრული წინაღობა აქვს, ვიდრე ნავთობზე დაფუძნებულ კოქსს, მაგრამ უფრო დაბალი სიმტკიცე და ცვეთამედეგობა, რაც მას უფრო შესაფერისს ხდის მაღალი სიმძლავრის ელექტროდების და საშუალო ზომის ულტრამაღალი სიმძლავრის ელექტროდების წარმოებისთვის.

3. ფიზიკური თვისებების ცვლილებებში არსებული განსხვავებები განსაზღვრავს გამოყენების სფეროებს

გამოწვანების დროს, ნავთობზე დამზადებული კოქსი განიცდის აქროლადი ნივთიერებების საფუძვლიან გამოყოფას და ერთგვაროვან მოცულობის შემცირებას, რაც იწვევს ნამდვილი სიმკვრივის მნიშვნელოვან ზრდას (2.00–2.12 გ/სმ³-მდე) და მექანიკური სიმტკიცის მნიშვნელოვან გაუმჯობესებას. ამავდროულად, გამოწვავებული მასალის ელექტროგამტარობა, დაჟანგვისადმი მდგრადობა და ქიმიური სტაბილურობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია, რაც აკმაყოფილებს მაღალი კლასის გრაფიტის პროდუქტების მკაცრ მოთხოვნებს.

ამის საპირისპიროდ, ქვანახშირზე დამზადებული კოქსი აქროლადი ნივთიერებების გამოყოფის დროს განიცდის ლოკალურ სტრესის კონცენტრაციას მისი მაღალი მინარევების შემცველობის გამო, რაც იწვევს მოცულობის არათანაბარ შეკუმშვას და ნამდვილი სიმკვრივის შედარებით მცირე ზრდას. გარდა ამისა, ქვანახშირზე დამზადებული კოქსის დაბალი სიმტკიცე და ცვეთამედეგობა კალცინაციის შემდეგ, მაღალტემპერატურული გრაფიტიზაციის დროს გაფართოების ტენდენციასთან ერთად, ტემპერატურის მატების ტემპის მკაცრ კონტროლს მოითხოვს. ეს თვისებები ზღუდავს ქვანახშირზე დამზადებული კოქსის გამოყენებას მაღალი დონის საბადოებში, თუმცა მისი დაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი და ელექტრული წინაღობა მაინც შეუცვლელს ხდის მას კონკრეტულ ადგილებში.

4. პროცესის კონტროლის სირთულეებში არსებული განსხვავებები გავლენას ახდენს წარმოების ეფექტურობაზე

შედარებით მარტივი ქიმიური შემადგენლობის გამო, ნავთობზე დამზადებულ კოქსს გამოწვის დროს მკაფიო რეაქციის გზები ახასიათებს, რაც პროცესის კონტროლის სირთულეს ამცირებს. ისეთი პარამეტრების ოპტიმიზაციით, როგორიცაა გამოწვის ტემპერატურა, გაცხელების სიჩქარე და ატმოსფეროს კონტროლი, შესაძლებელია გამოწვის პროდუქტების ხარისხისა და წარმოების ეფექტურობის ეფექტურად გაუმჯობესება. გარდა ამისა, ნავთობზე დამზადებულ კოქსში აქროლადი ნივთიერებების მაღალი შემცველობა უზრუნველყოფს თვითმომარაგების თერმულ ენერგიას გამოწვის დროს, რაც ამცირებს წარმოების ხარჯებს.

ამის საპირისპიროდ, ნახშირზე დამზადებული კოქსის რთული ქიმიური შემადგენლობა იწვევს რეაქციის მრავალფეროვან გზებს გამოწვანების დროს, რაც ზრდის პროცესის კონტროლის სირთულეს. გამოწვანების შემდეგ პროდუქტის სტაბილური ხარისხის უზრუნველსაყოფად საჭიროა ნედლეულის მკაცრი წინასწარი დამუშავება, გათბობის სიჩქარის ზუსტი კონტროლი და სპეციალური ატმოსფეროს რეგულირება. გარდა ამისა, ნახშირზე დამზადებული კოქსი მოითხოვს დამატებით თერმული ენერგიის დამატებას გამოწვანების დროს, რაც ზრდის წარმოების ხარჯებს და ენერგიის მოხმარებას.