গ্রাফাইট ইলেকট্রোড এবং নিডল কোক

কার্বন উপাদান উৎপাদন প্রক্রিয়া একটি কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রিত সিস্টেম ইঞ্জিনিয়ারিং। গ্রাফাইট ইলেকট্রোড, বিশেষ কার্বন উপাদান, অ্যালুমিনিয়াম কার্বন এবং নতুন উচ্চ-মানের কার্বন উপাদানের উৎপাদন কাঁচামাল, সরঞ্জাম, প্রযুক্তি ও ব্যবস্থাপনার মতো চারটি উৎপাদন উপাদান এবং সংশ্লিষ্ট স্বত্বাধিকারী প্রযুক্তির ব্যবহারের সাথে অবিচ্ছেদ্যভাবে জড়িত।

কাঁচামাল হলো কার্বন উপাদানের মৌলিক বৈশিষ্ট্য নির্ধারণকারী মূল উপাদান, এবং কাঁচামালের কার্যকারিতাই উৎপাদিত কার্বন উপাদানের কার্যকারিতা নির্ধারণ করে। UHP এবং HP গ্রাফাইট ইলেকট্রোড উৎপাদনের জন্য, উচ্চ মানের নিডল কোক হলো প্রথম পছন্দ, তবে এর পাশাপাশি উচ্চ মানের বাইন্ডার অ্যাসফাল্ট এবং ইমপ্রেগনেটিং এজেন্ট অ্যাসফাল্টও প্রয়োজন হয়। কিন্তু শুধুমাত্র উচ্চ মানের কাঁচামাল দিয়ে, সরঞ্জাম, প্রযুক্তি, ব্যবস্থাপনাগত উপাদান এবং সংশ্লিষ্ট স্বত্বাধিকারী প্রযুক্তির অভাবে উচ্চ মানের UHP, HP গ্রাফাইট ইলেকট্রোড উৎপাদন করা সম্ভব হয় না।

এই নিবন্ধে উচ্চ মানের নিডল কোকের বৈশিষ্ট্যগুলোর উপর আলোকপাত করে কিছু ব্যক্তিগত মতামত ব্যাখ্যা করা হয়েছে, যা নিডল কোক প্রস্তুতকারক, ইলেকট্রোড প্রস্তুতকারক এবং বৈজ্ঞানিক গবেষণা প্রতিষ্ঠানগুলোর আলোচনার জন্য উপযোগী।

যদিও চীনে নিডল কোকের শিল্প উৎপাদন বিদেশী সংস্থাগুলোর তুলনায় দেরিতে শুরু হয়েছে, তবে সাম্প্রতিক বছরগুলোতে এর দ্রুত বিকাশ ঘটেছে এবং এটি একটি রূপ নিতে শুরু করেছে। মোট উৎপাদনের পরিমাণের দিক থেকে, এটি মূলত দেশীয় কার্বন সংস্থাগুলোর উৎপাদিত UHP এবং HP গ্রাফাইট ইলেকট্রোডের জন্য নিডল কোকের চাহিদা মেটাতে সক্ষম। তবে, বিদেশী সংস্থাগুলোর তুলনায় নিডল কোকের গুণমানে এখনও একটি নির্দিষ্ট ব্যবধান রয়েছে। ব্যাচের কার্যকারিতার তারতম্য বড় আকারের UHP এবং HP গ্রাফাইট ইলেকট্রোড উৎপাদনে উচ্চ-মানের নিডল কোকের চাহিদাকে প্রভাবিত করে, বিশেষ করে গ্রাফাইট ইলেকট্রোড জয়েন্টের উৎপাদন মেটাতে পারে এমন কোনো উচ্চ-মানের জয়েন্ট নিডল কোক নেই।

বৃহৎ স্পেসিফিকেশনের UHP, HP গ্রাফাইট ইলেকট্রোড উৎপাদনকারী বিদেশী কার্বন সংস্থাগুলো প্রায়শই প্রধান কাঁচামাল হিসেবে উচ্চ-মানের পেট্রোলিয়াম নিডল কোককে প্রথম পছন্দ করে। জাপানি কার্বন সংস্থাগুলোও কাঁচামাল হিসেবে কিছু কয়লা-সিরিজের নিডল কোক ব্যবহার করে, কিন্তু তা শুধুমাত্র φ 600 মিমি-এর কম স্পেসিফিকেশনের গ্রাফাইট ইলেকট্রোড উৎপাদনের জন্য। বর্তমানে, চীনে নিডল কোক প্রধানত কয়লা-সিরিজের নিডল কোক। কার্বন সংস্থাগুলোর উচ্চ-মানের বৃহৎ-মাপের UHP গ্রাফাইট ইলেকট্রোড উৎপাদন প্রায়শই আমদানিকৃত পেট্রোলিয়াম-সিরিজের নিডল কোকের উপর নির্ভর করে, বিশেষ করে উচ্চ-মানের উৎপাদনের ক্ষেত্রে কাঁচামাল হিসেবে আমদানিকৃত জাপানি সুইশিমা অয়েল-সিরিজের নিডল কোক এবং ব্রিটিশ HSP অয়েল-সিরিজের নিডল কোকের সাথে যৌথভাবে উৎপাদন করা হয়।

বর্তমানে, বিভিন্ন শিল্পোদ্যোগ দ্বারা উৎপাদিত নিডল কোককে সাধারণত প্রচলিত পারফরম্যান্স সূচক, যেমন—ভস্মের পরিমাণ, প্রকৃত ঘনত্ব, সালফারের পরিমাণ, নাইট্রোজেনের পরিমাণ, কণার আকার বন্টন, তাপীয় প্রসারণ সহগ ইত্যাদির মাধ্যমে বিদেশী নিডল কোকের বাণিজ্যিক পারফরম্যান্স সূচকের সাথে তুলনা করা হয়। তবে, বিদেশী দেশগুলোর তুলনায় নিডল কোকের বিভিন্ন গ্রেডের শ্রেণিবিন্যাসের এখনও অভাব রয়েছে। তাই, উৎপাদিত নিডল কোককে প্রচলিতভাবে “একীভূত পণ্য” হিসেবেও উল্লেখ করা হয়, যা উচ্চমানের প্রিমিয়াম নিডল কোকের গ্রেডকে প্রতিফলিত করে না।

প্রচলিত কর্মক্ষমতা তুলনার পাশাপাশি, কার্বন উৎপাদনকারী প্রতিষ্ঠানগুলোর নিডল কোকের বৈশিষ্ট্য নির্ধারণের দিকেও মনোযোগ দেওয়া উচিত, যেমন তাপীয় প্রসারণ সহগ (CTE)-এর শ্রেণিবিভাগ, কণার শক্তি, অ্যানাইসোট্রপির মাত্রা, বাধাহীন ও বাধাপ্রাপ্ত অবস্থায় প্রসারণের তথ্য এবং প্রসারণ ও সংকোচনের মধ্যবর্তী তাপমাত্রার পরিসর। যেহেতু গ্রাফাইট ইলেকট্রোড উৎপাদন প্রক্রিয়ায় গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের জন্য নিডল কোকের এই তাপীয় বৈশিষ্ট্যগুলো অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, তাই বাইন্ডার এবং ইমপ্রেগনেটিং এজেন্টযুক্ত অ্যাসফাল্ট রোস্টিং করার পর গঠিত অ্যাসফাল্ট কোকের তাপীয় বৈশিষ্ট্যের প্রভাবও বাদ দেওয়া যায় না।

১. নিডল কোকের অ্যানাইসোট্রপির তুলনা

(ক) নমুনা: একটি দেশীয় কার্বন কারখানার φ ৫০০ মিমি UHP ইলেকট্রোড বডি;

কাঁচামাল নিডল কোক: জাপানি নিউ কেমিক্যাল এলপিসি-ইউ গ্রেড, অনুপাত: ১০০% এলপিসি-ইউ গ্রেড; বিশ্লেষণ: এসজিএল গ্রিসহাইম প্ল্যান্ট; কার্যক্ষমতার সূচকসমূহ সারণি ১-এ দেখানো হয়েছে।

(খ) নমুনা: একটি দেশীয় কার্বন কারখানার φ 450 mmHP ইলেকট্রোড বডি; কাঁচামাল নিডল কোক: একটি দেশীয় কারখানার অয়েল নিডল কোক, অনুপাত: ১০০%; বিশ্লেষণ: শানডং বাজান কার্বন প্ল্যান্ট; কার্যক্ষমতার সূচকসমূহ সারণি ২-এ দেখানো হয়েছে।

সারণি ১ এবং সারণি ২-এর তুলনা থেকে দেখা যায় যে, নতুন দৈনিক রাসায়নিক কয়লা স্তরের LPC-U গ্রেডের নিডল কোকের তাপীয় বৈশিষ্ট্যের একটি বৃহৎ অ্যানাইসোট্রপি রয়েছে, যেখানে CTE-এর অ্যানাইসোট্রপি ৩.৬১~৪.৫৫ পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে এবং রোধের অ্যানাইসোট্রপিও বৃহৎ, যা ২.০৬~২.২৫ পর্যন্ত পৌঁছায়। এছাড়া, দেশীয় পেট্রোলিয়াম নিডল কোকের ফ্লেক্সারাল স্ট্রেংথ নতুন দৈনিক রাসায়নিক LPC-U গ্রেডের কয়লা স্তরের নিডল কোকের চেয়ে ভালো। অ্যানাইসোট্রপির মান নতুন দৈনিক রাসায়নিক LPC-U কয়লা স্তরের নিডল কোকের তুলনায় অনেক কম।

অতি উচ্চ ক্ষমতার গ্রাফাইট ইলেকট্রোড উৎপাদনে অ্যানাইসোট্রপির মাত্রার কার্যকারিতা বিশ্লেষণ হলো নিডল কোক কাঁচামালের গুণমান যাচাই করার একটি গুরুত্বপূর্ণ বিশ্লেষণ পদ্ধতি। অ্যানাইসোট্রপির মাত্রার পরিমাণ অবশ্যই ইলেকট্রোড উৎপাদন প্রক্রিয়ার উপর একটি নির্দিষ্ট প্রভাব ফেলে। যেসব ইলেকট্রোডের অ্যানাইসোট্রপির মাত্রা অত্যন্ত কম, সেগুলোর বৈদ্যুতিক ও তাপীয় অভিঘাতের কার্যকারিতা, গড় ক্ষমতার ইলেকট্রোডের অ্যানাইসোট্রপির মাত্রার চেয়ে ভালো হয়।

বর্তমানে চীনে পেট্রোলিয়াম নিডল কোকের তুলনায় কয়লা নিডল কোকের উৎপাদন অনেক বেশি। কাঁচামালের উচ্চ মূল্য এবং কার্বন উৎপাদনকারী প্রতিষ্ঠানগুলোর দামের কারণে, UHP ইলেকট্রোড উৎপাদনে শতভাগ দেশীয় নিডল কোক ব্যবহার করা কঠিন, বরং এর সাথে একটি নির্দিষ্ট অনুপাতে ক্যালসিফাইড পেট্রোলিয়াম কোক এবং গ্রাফাইট পাউডার যোগ করে ইলেকট্রোড তৈরি করা হয়। ফলে, দেশীয় নিডল কোকের অ্যানাইসোট্রপি মূল্যায়ন করা কঠিন হয়ে পড়ে।

২. নিডল কোকের রৈখিক এবং আয়তনিক বৈশিষ্ট্য

নিডল কোকের রৈখিক এবং আয়তনিক পরিবর্তনের কার্যকারিতা প্রধানত ইলেকট্রোড দ্বারা উৎপাদিত গ্রাফাইট প্রক্রিয়ায় প্রতিফলিত হয়। তাপমাত্রার পরিবর্তনের সাথে সাথে, গ্রাফাইট প্রক্রিয়ার উত্তাপনকালে নিডল কোকের রৈখিক এবং আয়তনিক প্রসারণ ও সংকোচন ঘটে, যা গ্রাফাইট প্রক্রিয়ায় ইলেকট্রোড রোস্টেড বিলেটের রৈখিক এবং আয়তনিক পরিবর্তনকে সরাসরি প্রভাবিত করে। কাঁচা কোকের ভিন্ন ভিন্ন বৈশিষ্ট্য এবং বিভিন্ন গ্রেডের নিডল কোকের পরিবর্তনের ক্ষেত্রে এই বিষয়টি একই রকম হয় না। অধিকন্তু, বিভিন্ন গ্রেডের নিডল কোক এবং ক্যালসাইন্ড পেট্রোলিয়াম কোকের রৈখিক ও আয়তনিক পরিবর্তনের তাপমাত্রার পরিসরও ভিন্ন হয়। শুধুমাত্র কাঁচা কোকের এই বৈশিষ্ট্য আয়ত্ত করার মাধ্যমেই আমরা গ্রাফাইট রাসায়নিক অনুক্রমের উৎপাদনকে আরও ভালোভাবে নিয়ন্ত্রণ ও অপ্টিমাইজ করতে পারি। এটি বিশেষত ধারাবাহিক গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ায় সুস্পষ্ট।

সারণি ৩-এ যুক্তরাজ্যে কনোকোফিলিপস দ্বারা উৎপাদিত তিন গ্রেডের পেট্রোলিয়াম নিডল কোকের রৈখিক ও আয়তন পরিবর্তন এবং তাপমাত্রার পরিসর দেখানো হয়েছে। তেল নিডল কোক গরম হতে শুরু করলে প্রথমে রৈখিক প্রসারণ ঘটে, কিন্তু রৈখিক সংকোচনের শুরুর তাপমাত্রা সাধারণত সর্বোচ্চ ক্যালসিনেশন তাপমাত্রার চেয়ে পিছিয়ে থাকে। ১৫২৫℃ থেকে ১৭২৫℃-এর মধ্যে রৈখিক প্রসারণ শুরু হয় এবং সম্পূর্ণ রৈখিক সংকোচনের তাপমাত্রার পরিসর সংকীর্ণ, মাত্র ২০০℃। সাধারণ ডিলেড পেট্রোলিয়াম কোকের সম্পূর্ণ রৈখিক সংকোচনের তাপমাত্রার পরিসর নিডল কোকের চেয়ে অনেক বড়, এবং কয়লা নিডল কোক এই দুটির মাঝামাঝি, যা তেল নিডল কোকের চেয়ে সামান্য বড়। জাপানের ওসাকা ইন্ডাস্ট্রিয়াল টেকনোলজি টেস্ট ইনস্টিটিউটের পরীক্ষার ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, কোকের তাপীয় কর্মক্ষমতা যত খারাপ হয়, লাইন সংকোচনের তাপমাত্রার পরিসর তত বেশি হয়, যা ৫০০ ~ ৬০০℃ পর্যন্ত হতে পারে। লাইন সংকোচন শুরুর তাপমাত্রা কম থাকে, ১১৫০ ~ ১২০০℃-এ লাইন সংকোচন শুরু হয়, যা সাধারণ বিলম্বিত পেট্রোলিয়াম কোকেরও বৈশিষ্ট্য।

নিডল কোকের তাপীয় বৈশিষ্ট্য যত ভালো এবং এর অ্যানাইসোট্রপি যত বেশি, এর রৈখিক সংকোচনের তাপমাত্রার পরিসর তত সংকীর্ণ হয়। কিছু উচ্চ-মানের অয়েল নিডল কোকের রৈখিক সংকোচনের তাপমাত্রার পরিসর মাত্র ১০০ ~ ১৫০℃। বিভিন্ন কাঁচামালের কোকের রৈখিক প্রসারণ, সংকোচন এবং পুনঃপ্রসারণের বৈশিষ্ট্যগুলো বোঝার পর কার্বন প্রতিষ্ঠানগুলোর জন্য গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ার উৎপাদন পরিচালনা করা অত্যন্ত উপকারী, যা প্রচলিত অভিজ্ঞতাভিত্তিক পদ্ধতি ব্যবহারের কারণে সৃষ্ট কিছু অপ্রয়োজনীয় গুণগত মানের বর্জ্য পণ্য এড়াতে পারে।

৩ উপসংহার

কাঁচামালের বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য আয়ত্ত করা, যথাযথ সরঞ্জাম নির্বাচন, প্রযুক্তির সঠিক সমন্বয় এবং আরও বৈজ্ঞানিক ও যুক্তিসঙ্গত প্রাতিষ্ঠানিক ব্যবস্থাপনার ফলে, এই সিরিজের সম্পূর্ণ প্রক্রিয়া ব্যবস্থা কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রিত ও স্থিতিশীল থাকে, যা উচ্চ-মানের অতি-উচ্চ ক্ষমতা সম্পন্ন ও উচ্চ শক্তির গ্রাফাইট ইলেকট্রোড উৎপাদনের ভিত্তি স্থাপন করে বলে বলা যেতে পারে।