1. Низькотемпературний етап попереднього нагрівання (від кімнатної температури до 350℃)
Коли фактична температура нагрівання заготовки досягає 100-230 градусів Цельсія, вона починає розм'якшуватися, внутрішні напруження зменшуються, об'єм дещо розширюється, але летких речовин виділяється не так багато, і заготовка перебуває у пластичній стадії. На цьому етапі основною функцією є попереднє нагрівання вуглецевої заготовки. Через різницю температур і тиску всередині заготовки деякі легкі компоненти асфальту мігрують, дифундують і течуть. Зі зростанням температури до 230-400℃ швидкість розкладання асфальту поступово прискорюється. Особливо в діапазоні температур 350-400℃ асфальт бурхливо розкладається, виділяючи велику кількість летких речовин. На цьому етапі швидкість нагрівання необхідно контролювати, щоб запобігти різкому підвищенню температури, що спричиняє концентрацію внутрішніх напружень, і водночас уникнути швидкого вивільнення летких речовин, які можуть спричинити тріщини у вуглецевій заготовці.
2. Стадія середньотемпературного коксування (від 350℃ до 800℃)
Коли фактична температура нагрівання зеленого матеріалу підвищується до 400-550℃, швидкість розкладання та випаровування асфальту сповільнюється, переходячи в стадію, в якій переважає реакція поліконденсації. За високих температур асфальт зазнає термічного розкладання та поліконденсації з утворенням напівкоксу. У цей момент кількість летких речовин, що виділяються, зменшується, а об'єм зеленого матеріалу змінюється від розширення до стиснення. Коли фактична температура нагрівання зеленого матеріалу досягає 500-700℃, напівкокс, що утворюється асфальтом, далі перетворюється на в'яжучий кокс (асфальтовий кокс), леткі речовини, що вивільняються в результаті розкладання асфальту, ще більше зменшуються, а зелений матеріал продовжує стискатися. У цей момент асфальтовий в'яжучий матеріал перетворюється на в'яжучий кокс, а теплопровідність зеленого матеріалу збільшується. Цей етап є вирішальним, що впливає на якість випалу. В'яжучий матеріал зазнає великої кількості складних реакцій розкладання, полімеризації, циклізації та ароматизації. Розкладання в'яжучої речовини та реполімеризація продуктів розкладання відбуваються одночасно, утворюючи проміжну фазу. Зростання проміжної фази призводить до утворення прекурсорів. При 400℃ продукт починає коксуватися, але міцність все ще дуже низька, а адгезія асфальту зменшується. Приблизно при 500℃, хоча ще є невелика кількість летких речовин, основна структура вуглецю вже сформована. Напівкокс утворюється при 500-550℃, а леткі речовини, що утворюються в результаті термічного розкладання асфальту, в основному виділяються до 600-650℃. Кокс утворюється при 700-750℃. Для збільшення швидкості коксування асфальту та покращення фізичних та хімічних властивостей продуктів, температуру на цьому етапі необхідно підвищувати рівномірно та повільно. Крім того, на цьому етапі виділяється велика кількість летких речовин, які заповнюють всю камеру печі. Ці гази розкладаються на поверхні гарячих продуктів, утворюючи твердий вуглець, який осідає на порах та поверхні продуктів, збільшуючи вихід коксу та герметизуючи пори продуктів, тим самим підвищуючи їхню міцність. Найважливішою особливістю реакції на цьому етапі є полімеризація та розкладання функціональних груп і поступове збільшення вмісту водню у газі, що виділяється.
3. Стадія високотемпературного спікання (від 800℃ до 1200~1350℃)
Коли температура продукту досягає понад 700℃, процес коксування зв'язуючої речовини в основному завершується. Під час стадії високотемпературного спікання швидкість нагрівання можна дещо збільшити. Після досягнення максимальної температури необхідно підтримувати температуру протягом 15-20 годин. Під час процесу коксування утворюються великі ароматичні плоскі молекули. Периферійні різнорідні атоми та атомні групи плоских молекул руйнуються та витісняються. Зі зростанням температури плоскі молекули перебудовуються. При температурі вище 900℃ атоми водню на краях поступово руйнуються та витісняються. Одночасно кокс зв'язуючої речовини додатково стискається та ущільнюється. У цей момент хімічний процес поступово послаблюється, внутрішня та зовнішня усадка поступово зменшуються, а справжня щільність, міцність та електропровідність збільшуються.
4. Стадія охолодження
Під час охолодження швидкість охолодження може бути дещо швидшою за швидкість нагрівання. Однак, через обмеження теплопровідності виробу, швидкість охолодження всередині виробу менша, ніж на поверхні, що призводить до утворення градієнтів температури та градієнтів термічних напружень різної величини від центру до поверхні виробу. Якщо термічне напруження занадто велике, це призведе до нерівномірного внутрішнього та зовнішнього усадження та призведе до тріщин. Тому охолодження також слід проводити контрольованим чином. Під час стадії охолодження застосовується градієнтне охолодження. Швидкість охолодження в зонах вище 800℃ не перевищує 3℃/год, щоб уникнути тріщин, спричинених швидким охолодженням. Температура, при якій вироби виходять з печі, повинна бути нижче 80℃. При використанні системи розпиленого водяного охолодження температуру води слід стабільно підтримувати на рівні 40℃±2℃, щоб запобігти пошкодженню внаслідок теплового удару.
Час публікації: 11 червня 2025 р.