Miten maaöljykoksin mikrorakenne (neulamainen, sienimäinen ja pellettimäinen) vaikuttaa kalsinointikutistumisnopeuteen ja todelliseen tiheyteen?

1. Neulakoksi: Tyypillinen esimerkki alhaisesta kutistumisesta ja suuresta todellisesta tiheydestä

• Rakenteelliset ominaisuudet: Neulakoksin rakenne on kuituinen tai pitkänomainen, ja sen pitkänomaiset elliptiset huokoset ovat järjestäytyneet järjestelmällisesti. Tällä rakenteella on erinomainen tiivistymiskyky kalsinoinnin aikana.
• Kalsinointikutistuminen:
  • Neulakoksin kutistumisnopeus on suhteellisen alhainen, tyypillisesti 10–20 %. Sen kuituinen rakenne kutistuu molekyylien uudelleenjärjestäytymisen ja huokosten sulkeutumisen kautta korkeissa lämpötiloissa, kun taas huokosten järjestäytynyt järjestys vähentää epäjärjestyneen kutistumisen tilaa ja siten alentaa kokonaiskutistumisnopeutta.
  • Esimerkiksi 1300 °C:n kalsinoinnissa neulakoksin tilavuuskutistuminen voi olla vain puolet sienikoksin tilavuudesta, koska se pystyy jakamaan lämpöjännityksen tasaisesti.
• Todellinen tiheys:
  • Neulakoksin todellinen tiheys on korkea, yleensä 2,10–2,15 g/cm³. Tämä heijastaa sen korkeaa grafitoitumisastetta ja tiheää kiteistä rakennetta, jotka liittyvät läheisesti hiilikerrosten järjestäytyneeseen järjestykseen sen kuiturakenteessa.
  • Tutkimukset osoittavat, että neulakoksin todellinen tiheys on noin 5–10 % suurempi kuin sienikoksin, mikä johtuu vähemmistä rakenteellisista vioista ja tiiviimmästä hiilikerrosten pinoutumisesta.

2. Sienikoksi: Tyypillinen esimerkki suuresta kutistumisesta ja alhaisesta todellisesta tiheydestä

• Rakenteelliset ominaisuudet: Sienimäisellä koksilla on huokoinen, sienimäinen rakenne, jossa on epäsäännöllisen kokoisia ja jakautuneita huokosia, ohuet hiiltyneet seinämät ja hauraus.
• Kalsinointikutistuminen:
  • Sienimäisellä koksilla on korkea kutistumisnopeus, tyypillisesti 30–50 %. Sen epäjärjestynyt huokoinen rakenne on altis huokosten romahtamiselle kalsinoinnin aikana haihtuvien aineiden vapautumisen ja lämpöjännitysten keskittymisen vuoksi, mikä johtaa merkittävään kutistumiseen.
  • Esimerkiksi 1200 °C:n kalsinoinnissa sienikoksin tilavuuskutistuminen voi olla yli 40 %, mikä on paljon suurempi kuin neulakoksin.
• Todellinen tiheys:
  • Sienimäisellä koksilla on suhteellisen alhainen todellinen tiheys, yleensä 1,90–2,05 g/cm³. Tämä johtuu suuresta määrästä jäännöshuokosia ja hiilikerrosten epäjärjestyneestä järjestyksestä sen rakenteessa, mikä johtaa lukuisiin kiteisiin virheisiin.
  • Neulakoksiin verrattuna sienikoksin todellinen tiheys voi olla 10–15 % pienempi riittämättömän tiivistyksen vuoksi.

3. Shot Coke: Välitila, jolla on kohtalainen kutistuminen ja todellinen tiheys

• Rakenteelliset ominaisuudet: Ruiskukoksi on ulkonäöltään pallomaista tai pellettimaista, kovapintaista ja siinä on vähän huokosia. Se edustaa rakenteellista välimuotoa neulakoksin ja sienikoksin välillä.
• Kalsinointikutistuminen:
  • Ruiskukoksin kutistumisnopeus vaihtelee tyypillisesti 20–30 %:n välillä. Sen pallomainen rakenne kutistuu pintajännityksen vuoksi kalsinoinnin aikana, mutta rajallinen sisäinen huokoisuus rajoittaa kutistumisamplitudia.
  • Esimerkiksi 1250 °C:n kalsinoinnissa ruiskutetun koksin tilavuuskutistuminen voi olla 25 %, mikä on neulakoksin ja sienikoksin välillä.
• Todellinen tiheys:
  • Ruiskukoksin todellinen tiheys on yleensä 2,00–2,10 g/cm³. Sen rakenteellinen tiivistyminen on parempi kuin sienikokilla, mutta huonompi kuin neulakoksilla, minkä seurauksena sen todellinen tiheys on näiden kahden välillä.
  • Tutkimukset osoittavat, että ruiskukoksin todellinen tiheys on noin 5 % suurempi kuin sienikoksin, mutta 3–5 % pienempi kuin neulakoksin.

Rakenne-ominaisuussuhteiden kattava analyysi

• Kutistumismekanismi:
  • Neulamaisen koksin järjestäytynyt kuiturakenne vähentää epäjärjestäytyneitä kutistumisreittejä ja siten alentaa sen kutistumisnopeutta; sienikoksin epäjärjestäytynyt huokoinen rakenne johtaa suureen kutistumaan huokosten romahtamisen vuoksi; ruiskutetun koksin pallomainen rakenne saavuttaa kohtalaisen kutistumisen pintajännityksen ansiosta.
• Todellinen tiheysmekanismi:
  • Todellinen tiheys liittyy suoraan kiteisen rakenteen tiivistymiseen. Neulakoksin järjestäytynyt hiilikerrosten järjestely ja alhainen virhetiheys johtavat korkeaan todelliseen tiheyteen; sienikoksin epäjärjestynyt rakenne ja jäännöshuokoset vähentävät todellista tiheyttä; ruiskukoksilla on keskitason ominaisuuksia.
• Prosessien optimoinnin suositukset:
  • Sovelluksissa, jotka vaativat vähäistä kutistumista ja suurta todellista tiheyttä (esim. suuritehoiset grafiittielektrodit), neulakoksi on edullinen;
  • Kustannusherkissä sovelluksissa, joissa suorituskykyvaatimukset ovat alhaisemmat (esim. polttoaine), sienikoksi tai ammuttu koksi voi olla sopivampi vaihtoehto;
  • Kalsinointilämpötilan (esim. yli 1300 °C) ja lämmitysnopeuden (esim. alle 50 °C/min) säätäminen voi optimoida neulakoksin todellisen tiheyden ja kutistumisen entisestään.