Pagrindiniai naftos pagrindo kokso ir anglies pagrindo kokso kalcinavimo elgsenos skirtumai yra skirtingi reakcijos keliai, kuriuos lemia skirtingos jų žaliavų cheminės sudėties skirtumai, dėl kurių atsiranda reikšmingų kristalinės struktūros evoliucijos, fizikinių savybių pokyčių ir proceso valdymo sunkumų. Išsami analizė pateikta toliau:
1. Žaliavų cheminės sudėties skirtumai sudaro pagrindą kalcinavimo elgsenai
Naftos pagrindu pagamintas koksas gaunamas iš sunkiųjų distiliatų, tokių kaip naftos likučiai ir katalizinio krekingo skaidrinta nafta. Jo cheminei sudėčiai pirmiausia būdingi trumpos šoninės grandinės, linijiškai sujungti policikliniai aromatiniai angliavandeniliai, kuriuose yra santykinai mažai sieros, azoto, deguonies ir metalinių heteroatomų, taip pat minimalus kietųjų priemaišų ir chinolino netirpių medžiagų kiekis. Dėl šios sudėties vyksta kalcinavimo procesas, kuriame vyrauja pirolizės reakcijos, o reakcijos kelias yra gana paprastas ir priemaišos kruopščiai pašalinamos.
Priešingai, anglies pagrindu pagamintas koksas gaminamas iš akmens anglių deguto pikio ir jo distiliatų, kuriuose yra didesnė ilgos šoninės grandinės ir kondensuotų policiklinių aromatinių angliavandenilių dalis, taip pat didelis kiekis sieros, azoto, deguonies heteroatomų ir kietųjų priemaišų. Sudėtinga anglies pagrindu pagaminto kokso sudėtis lemia ne tik pirolizės reakcijas, bet ir dideles kondensacijos reakcijas kalcinavimo metu, todėl reakcijos kelias tampa sudėtingesnis ir sunkiau pašalinti priemaišas.
2. Kristalinės struktūros evoliucijos skirtumai turi įtakos medžiagų savybėms
Kalcinavimo metu naftos pagrindo kokso anglies mikrokristalų skersmuo (La), aukštis (Lc) ir sluoksnių skaičius kristaluose (N) palaipsniui didėja. Idealių grafito mikrokristalų (Ig/Iall) kiekis taip pat žymiai padidėja. Nors Lc patiria „lūžio tašką“ dėl lakiųjų medžiagų išsiskyrimo ir neapdoroto kokso susitraukimo, bendra kristalų struktūra tampa taisyklingesnė, padidėja grafitizacijos laipsnis. Ši struktūrinė evoliucija suteikia naftos pagrindo koksui puikias savybes, tokias kaip mažas šiluminio plėtimosi koeficientas, maža elektrinė varža ir didelis elektrinis laidumas po kalcinavimo, todėl jis ypač tinka didelių matmenų itin didelės galios grafito elektrodų gamybai.
Panašiai ir anglies mikrokristalų struktūra anglies pagrindo kokse vystosi didėjant La, Lc ir N kiekiui kalcinavimo metu. Tačiau dėl priemaišų ir kondensacijos reakcijų įtakos žaliavoje atsiranda daugiau kristalų defektų, o idealaus grafito mikrokristalų kiekio padidėjimas yra ribotas. Be to, Lc „lūžio taško“ reiškinys yra ryškesnis anglies pagrindo kokse, o naujai pridėti sluoksniai turi atsitiktinius „sulipimo defektus“ su pradiniais sluoksniais, dėl kurių tarpsluoksnių tarpai smarkiai svyruoja (d002). Dėl šių struktūrinių savybių anglies pagrindo koksas po kalcinavimo turi mažesnį šiluminio plėtimosi koeficientą ir elektrinę varžą nei naftos pagrindo koksas, tačiau prastesnį stiprumą ir atsparumą dilimui, todėl jis labiau tinka didelės galios elektrodų ir vidutinio dydžio itin didelės galios elektrodų gamybai.
3. Fizinių savybių pokyčių skirtumai lemia taikymo sritis
Kalcinavimo metu naftos pagrindu pagamintas koksas kruopščiai išsiskiria lakiosios medžiagos ir tolygiai susitraukia tūrį, todėl žymiai padidėja tikrasis tankis (iki 2,00–2,12 g/cm³) ir gerokai pagerėja mechaninis stiprumas. Tuo pačiu metu žymiai padidėja kalcinuotos medžiagos elektrinis laidumas, atsparumas oksidacijai ir cheminis stabilumas, todėl atitinkami griežti aukštos klasės grafito gaminių eksploataciniai reikalavimai.
Priešingai, anglies pagrindu pagamintas koksas dėl didesnio priemaišų kiekio lakiųjų medžiagų išskyrimo metu patiria vietinę įtempių koncentraciją, dėl kurios netolygiai susitraukia tūris ir santykinai mažiau padidėja tikrasis tankis. Be to, mažesnis anglies pagrindu pagaminto kokso stiprumas ir prastesnis atsparumas dilimui po kalcinavimo, taip pat jo polinkis plėstis grafitizacijos aukštoje temperatūroje reikalauja griežtos temperatūros kilimo greičio kontrolės. Šios savybės riboja anglies pagrindu pagaminto kokso taikymą aukštos klasės telkiniuose, nors mažas šiluminio plėtimosi koeficientas ir elektrinė varža vis dar daro jį nepakeičiamu tam tikrose srityse.
4. Procesų valdymo sunkumų skirtumai turi įtakos gamybos efektyvumui
Dėl gana paprastos cheminės sudėties naftos pagrindu pagamintas koksas kalcinavimo metu pasižymi aiškiais reakcijos keliais, todėl procesą lengviau valdyti. Optimizuojant tokius parametrus kaip kalcinavimo temperatūra, kaitinimo greitis ir atmosferos kontrolė, galima veiksmingai pagerinti kalcinuotų produktų kokybę ir gamybos efektyvumą. Be to, didelis lakiųjų medžiagų kiekis naftos pagrindu pagamintame kokse užtikrina savarankišką šiluminės energijos tiekimą kalcinavimo metu, taip sumažinant gamybos sąnaudas.
Priešingai, sudėtinga anglies pagrindu pagaminto kokso cheminė sudėtis lemia įvairius reakcijos kelius kalcinavimo metu, o tai apsunkina proceso valdymą. Norint užtikrinti stabilią produkto kokybę po kalcinavimo, reikalingas griežtas žaliavų išankstinis apdorojimas, tiksli kaitinimo greičio kontrolė ir specialus atmosferos reguliavimas. Be to, anglies pagrindu pagamintam koksui kalcinavimo metu reikia papildomo šiluminės energijos, o tai padidina gamybos sąnaudas ir energijos suvartojimą.
Įrašo laikas: 2026 m. balandžio 7 d.