1. Етап на предварително загряване при ниска температура (стайна температура до 350℃)
Когато действителната температура на нагряване на зеленото тяло достигне от 100 до 230 градуса по Целзий, то започва да омеква, вътрешното напрежение се отпуска, обемът му се разширява леко, но не се отделят много летливи вещества и зеленото тяло е в пластично състояние. На този етап основната функция е предварителното нагряване на въглеродната заготовка. Поради разликите в температурата и налягането в зелената заготовка, някои от леките компоненти на асфалта мигрират, дифундират и текат. С повишаването на температурата до 230-400℃, скоростта на разлагане на асфалта постепенно се ускорява. Особено в температурния диапазон от 350-400℃, асфалтът се разлага бурно и се отделя голямо количество летливи вещества. На този етап скоростта на нагряване трябва да се контролира, за да се предотврати внезапното повишаване на температурата, причиняващо концентрация на вътрешно напрежение, и същевременно да се избегне бързото освобождаване на летливи вещества, които могат да причинят пукнатини във въглеродната заготовка.
2. Етап на коксуване при средна температура (350℃ до 800℃)
Когато действителната температура на нагряване на зеленото тяло се повиши до 400-550℃, скоростта на разлагане и изпаряване на асфалта се забавя, навлизайки в етап, доминиран от реакцията на поликондензация. При високи температури асфалтът претърпява термично разлагане и поликондензация, за да образува полукокс. В този момент количеството отделени летливи вещества намалява и обемът на зеленото тяло се променя от разширяване към свиване. Когато действителната температура на нагряване на зеленото тяло достигне 500 до 700℃, полукоксът, образуван от асфалта, допълнително се трансформира в свързващ кокс (асфалтов кокс), летливите вещества, отделени от разлагането на асфалта, допълнително намаляват и зеленото тяло продължава да се свива. В този момент асфалтовото свързващо вещество се е трансформирало в свързващ кокс и топлопроводимостта на зеленото тяло се е увеличила. Този етап е от решаващо значение, който влияе върху качеството на изпичане. Свързващото вещество претърпява голям брой сложни реакции на разлагане, полимеризация, циклизация и ароматизация. Разлагането на свързващото вещество и реполимеризацията на продуктите от разлагането протичат едновременно, образувайки междинна фаза. Развитието на междинната фаза води до образуването на прекурсори. При 400℃ продуктът започва да показва коксуване, но якостта е все още много ниска и адхезията на асфалта намалява. При около 500℃, въпреки че все още има малко количество летливи вещества, основната структура на въглерода вече е образувана. Полукоксът се образува при 500 до 550℃, а летливите вещества, получени от термичното разлагане на асфалта, се отделят основно преди 600 до 650℃. Коксът се образува при 700 до 750℃. За да се увеличи скоростта на коксуване на асфалта и да се подобрят физичните и химичните свойства на продуктите, температурата трябва да се повишава равномерно и бавно на този етап. Освен това, по време на този етап се отделя голямо количество летливи вещества, които запълват цялата камера на пещта. Тези газове се разлагат на повърхността на горещите продукти, генерирайки твърд въглерод, който се отлага върху порите и повърхността на продуктите, увеличавайки добива на кокс и запечатвайки порите на продуктите, като по този начин повишава тяхната здравина. Най-забележителната характеристика на реакцията на този етап е полимеризацията и разграждането на функционалните групи и постепенното увеличаване на съдържанието на водород в отделяния газ.
3. Етап на високотемпературно синтероване (800℃ до 1200~1350℃)
Когато продуктът достигне над 700℃, процесът на коксуване на свързващото вещество е основно завършен. По време на етапа на високотемпературно синтероване, скоростта на нагряване може да се увеличи донякъде. След достигане на максималната температура е необходимо температурата да се поддържа в продължение на 15 до 20 часа. По време на процеса на коксуване се образуват големи ароматни планарни молекули. Периферните разнородни атоми и атомни групи на планарните молекули се разрушават и се елиминират. С повишаване на температурата планарните молекули се пренареждат. Над 900℃ водородните атоми по краищата постепенно се разрушават и се елиминират. В същото време коксът на свързващото вещество допълнително се свива и уплътнява. В този момент химичният процес постепенно отслабва, вътрешното и външното свиване постепенно намалява, докато истинската плътност, якост и електрическа проводимост се увеличават.
4. Етап на охлаждане
По време на охлаждане скоростта на охлаждане може да бъде малко по-бърза от скоростта на нагряване. Поради ограничението на топлопроводимостта на продукта обаче, скоростта на охлаждане вътре в продукта е по-малка от тази на повърхността, като по този начин се образуват температурни градиенти и градиенти на термично напрежение с различна величина от центъра до повърхността на продукта. Ако термичното напрежение е твърде голямо, то ще причини неравномерно вътрешно и външно свиване и ще доведе до пукнатини. Следователно, охлаждането също трябва да се извършва контролирано. По време на етапа на охлаждане се прилага градиентно охлаждане. Скоростта на охлаждане в зони над 800℃ не надвишава 3℃/ч, за да се избегнат пукнатини, причинени от бързо охлаждане. Температурата, при която продуктите излизат от пещта, трябва да бъде под 80℃. При използване на система за атомизирано водно охлаждане, температурата на водата трябва да се поддържа стабилно на 40℃±2℃, за да се предотврати повреда от термичен удар.
Време на публикуване: 11 юни 2025 г.