โครงสร้างจุลภาคของปิโตรเลียมโค้ก (แบบเข็ม แบบฟองน้ำ และแบบเม็ด) มีอิทธิพลต่ออัตราการหดตัวจากการเผาและค่าความหนาแน่นที่แท้จริงอย่างไร?

1. ถ่านโค้กเข็ม: ตัวอย่างทั่วไปของถ่านโค้กที่มีการหดตัวต่ำและมีความหนาแน่นจริงสูง

• ลักษณะโครงสร้าง: ถ่านโค้กแบบเข็มมีโครงสร้างเป็นเส้นใยหรือยาวรี โดยมีรูพรุนรูปวงรีแนวยาวเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบ โครงสร้างนี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการอัดแน่นที่ดีเยี่ยมในระหว่างกระบวนการเผา
• การหดตัวจากการเผาไหม้:
  • ถ่านโค้กชนิดเข็มมีอัตราการหดตัวค่อนข้างต่ำ โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 10% ถึง 20% โครงสร้างที่เป็นเส้นใยทำให้เกิดการหดตัวผ่านการจัดเรียงโมเลกุลใหม่และการปิดรูพรุนภายใต้อุณหภูมิสูง ในขณะที่การจัดเรียงรูพรุนที่เป็นระเบียบจะช่วยลดพื้นที่สำหรับการหดตัวที่ไม่เป็นระเบียบ จึงทำให้อัตราการหดตัวโดยรวมลดลง
  • ตัวอย่างเช่น ที่อุณหภูมิการเผา 1300°C การหดตัวเชิงปริมาตรของถ่านโค้กแบบเข็มอาจมีเพียงครึ่งหนึ่งของถ่านโค้กแบบฟองน้ำ เนื่องจากความสามารถในการกระจายความเครียดจากความร้อนได้อย่างสม่ำเสมอ
• ความหนาแน่นที่แท้จริง:
  • ถ่านโค้กชนิดเข็มมีความหนาแน่นจริงสูง โดยทั่วไปอยู่ที่ 2.10–2.15 กรัม/ซม³ ซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงระดับการกราไฟต์สูงและโครงสร้างผลึกที่หนาแน่น ซึ่งเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการจัดเรียงที่เป็นระเบียบของชั้นคาร์บอนในโครงสร้างเส้นใย
  • ผลการศึกษาชี้ให้เห็นว่าความหนาแน่นที่แท้จริงของถ่านโค้กแบบเข็มนั้นสูงกว่าถ่านโค้กแบบฟองน้ำประมาณ 5%–10% เนื่องจากมีข้อบกพร่องทางโครงสร้างน้อยกว่าและการเรียงตัวของชั้นคาร์บอนที่แน่นกว่า

2. ถ่านโค้กฟองน้ำ: ตัวอย่างทั่วไปของการหดตัวสูงและความหนาแน่นจริงต่ำ

• ลักษณะโครงสร้าง: ถ่านโค้กแบบฟองน้ำมีโครงสร้างเป็นรูพรุนคล้ายฟองน้ำ โดยมีรูพรุนขนาดและการกระจายตัวไม่สม่ำเสมอ ผนังถ่านบาง และเปราะ
• การหดตัวจากการเผาไหม้:
  • ถ่านโค้กฟองน้ำมีอัตราการหดตัวสูง โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 30% ถึง 50% โครงสร้างรูพรุนที่ไม่เป็นระเบียบทำให้รูพรุนยุบตัวได้ง่ายในระหว่างการเผาไหม้เนื่องจากการปล่อยสารระเหยและความเข้มข้นของความเครียดจากความร้อน ซึ่งนำไปสู่การหดตัวอย่างมาก
  • ตัวอย่างเช่น ที่อุณหภูมิการเผา 1200°C การหดตัวเชิงปริมาตรของถ่านโค้กแบบฟองน้ำอาจเกิน 40% ซึ่งสูงกว่าถ่านโค้กแบบเข็มมาก
• ความหนาแน่นที่แท้จริง:
  • ถ่านโค้กฟองน้ำมีความหนาแน่นที่แท้จริงค่อนข้างต่ำ โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 1.90 ถึง 2.05 กรัม/ซม³ ซึ่งเป็นผลมาจากจำนวนรูพรุนที่เหลืออยู่จำนวนมากและการจัดเรียงชั้นคาร์บอนที่ไม่เป็นระเบียบในโครงสร้าง ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องทางผลึกจำนวนมาก
  • เมื่อเปรียบเทียบกับถ่านโค้กแบบเข็ม ความหนาแน่นที่แท้จริงของถ่านโค้กแบบฟองน้ำอาจต่ำกว่า 10%–15% เนื่องจากการอัดแน่นไม่เพียงพอ

3. ช็อตโค้ก: สถานะขั้นกลางที่มีการหดตัวปานกลางและความหนาแน่นที่แท้จริง

• ลักษณะโครงสร้าง: ช็อตโค้กมีลักษณะเป็นทรงกลมหรือเม็ดเล็กๆ ผิวแข็งและมีรูพรุนน้อย ซึ่งเป็นโครงสร้างระดับกลางระหว่างนีเดิลโค้กและสปองจ์โค้ก
• การหดตัวจากการเผาไหม้:
  • โดยทั่วไปแล้ว ถ่านโค้กแบบพ่นจะมีอัตราการหดตัวอยู่ระหว่าง 20% ถึง 30% โครงสร้างทรงกลมของมันจะหดตัวเนื่องจากแรงตึงผิวในระหว่างกระบวนการเผา แต่ความพรุนภายในที่จำกัดจะจำกัดขนาดของการหดตัว
  • ตัวอย่างเช่น ที่อุณหภูมิการเผา 1250°C การหดตัวเชิงปริมาตรของถ่านโค้กแบบพ่นอาจอยู่ที่ 25% ซึ่งอยู่ระหว่างถ่านโค้กแบบเข็มและถ่านโค้กแบบฟองน้ำ
• ความหนาแน่นที่แท้จริง:
  • โดยทั่วไปแล้ว ช็อตโค้กจะมีค่าความหนาแน่นที่แท้จริงอยู่ระหว่าง 2.00 ถึง 2.10 กรัม/ซม³ คุณสมบัติการเพิ่มความหนาแน่นของโครงสร้างดีกว่าสปองจ์โค้ก แต่ด้อยกว่านีเดิลโค้ก ส่งผลให้ค่าความหนาแน่นที่แท้จริงอยู่ระหว่างกลาง
  • ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าความหนาแน่นที่แท้จริงของช็อตโค้กนั้นสูงกว่าสปองจ์โค้กประมาณ 5% แต่ต่ำกว่านีเดิลโค้กประมาณ 3%–5%

การวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและคุณสมบัติอย่างครอบคลุม

• กลไกการหดตัว:
  • โครงสร้างเส้นใยที่เป็นระเบียบของถ่านโค้กแบบเข็มช่วยลดเส้นทางการหดตัวที่ไม่เป็นระเบียบ ทำให้ลดอัตราการหดตัวลง ในขณะที่โครงสร้างรูพรุนที่ไม่เป็นระเบียบของถ่านโค้กแบบฟองน้ำนำไปสู่การหดตัวสูงเนื่องจากการยุบตัวของรูพรุน ส่วนโครงสร้างทรงกลมของถ่านโค้กแบบช็อตทำให้เกิดการหดตัวในระดับปานกลางผ่านแรงตึงผิว
• กลไกความหนาแน่นที่แท้จริง:
  • ความหนาแน่นที่แท้จริงมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความหนาแน่นของโครงสร้างผลึก การเรียงตัวของชั้นคาร์บอนที่เป็นระเบียบและความหนาแน่นของข้อบกพร่องต่ำของถ่านโค้กแบบเข็มส่งผลให้มีความหนาแน่นที่แท้จริงสูง ในขณะที่โครงสร้างที่ไม่เป็นระเบียบและรูพรุนที่เหลืออยู่ของถ่านโค้กแบบฟองน้ำลดความหนาแน่นที่แท้จริงลง ส่วนถ่านโค้กแบบพ่นมีคุณสมบัติอยู่ระหว่างกลาง
• คำแนะนำในการปรับปรุงกระบวนการทำงานให้เหมาะสม:
  • สำหรับงานที่ต้องการการหดตัวต่ำและความหนาแน่นจริงสูง (เช่น อิเล็กโทรดกราไฟต์กำลังสูง) นิยมใช้ถ่านโค้กแบบเข็ม
  • สำหรับงานที่คำนึงถึงต้นทุนและต้องการประสิทธิภาพในระดับต่ำ (เช่น เชื้อเพลิง) ถ่านโค้กแบบฟองน้ำหรือถ่านโค้กแบบพ่นอาจเหมาะสมกว่า
  • การปรับอุณหภูมิการเผา (เช่น สูงกว่า 1300°C) และอัตราการให้ความร้อน (เช่น ต่ำกว่า 50°C/นาที) สามารถช่วยให้ค่าความหนาแน่นและการหดตัวของถ่านโค้กเข็มมีความเหมาะสมมากยิ่งขึ้น