1. Etap podgrzewania w niskiej temperaturze (od temperatury pokojowej do 350℃)
Gdy rzeczywista temperatura nagrzewania masy bitumicznej osiągnie 100–230°C, masa bitumiczna zaczyna mięknąć, naprężenia wewnętrzne ustępują, objętość nieznacznie się zwiększa, ale uwalnia się niewiele substancji lotnych, a masa bitumiczna znajduje się w fazie plastycznej. Na tym etapie głównym zadaniem jest wstępne podgrzanie wsadu węglowego. Ze względu na różnice temperatur i ciśnień w masie bitumicznej, niektóre lekkie składniki asfaltu migrują, dyfundują i płyną. Wraz ze wzrostem temperatury do 230–400°C, tempo rozkładu asfaltu stopniowo przyspiesza. Szczególnie w zakresie temperatur 350–400°C asfalt ulega gwałtownemu rozkładowi, a uwalniana jest duża ilość substancji lotnych. Na tym etapie należy kontrolować tempo nagrzewania, aby zapobiec nagłemu wzrostowi temperatury powodującemu koncentrację naprężeń wewnętrznych, a jednocześnie uniknąć gwałtownego uwalniania substancji lotnych, które mogłoby spowodować pęknięcia wsadu węglowego.
2. Etap koksowania średniotemperaturowego (350℃ do 800℃)
Gdy rzeczywista temperatura nagrzewania masy zielonej wzrośnie do 400-550°C, tempo rozkładu i ulatniania się asfaltu zwalnia, wchodząc w etap zdominowany przez reakcję polikondensacji. W wysokich temperaturach asfalt ulega rozkładowi termicznemu i polikondensacji, tworząc półkoks. W tym momencie ilość uwalnianych substancji lotnych maleje, a objętość masy zielonej zmienia się z ekspandującej na kurczącą. Gdy rzeczywista temperatura nagrzewania masy zielonej osiągnie 500-700°C, półkoks utworzony z asfaltu przekształca się w koks lepiszcza (koks asfaltowy), substancje lotne uwalniane w wyniku rozkładu asfaltu zmniejszają się, a masa zielona węgla nadal się kurczy. W tym momencie lepiszcze asfaltowe przekształca się w koks lepiszcza, a przewodność cieplna masy zielonej węgla wzrasta. Ten etap jest kluczowy i wpływa na jakość prażenia. Spoiwo przechodzi wiele złożonych reakcji rozkładu, polimeryzacji, cyklizacji i aromatyzacji. Rozkład spoiwa i repolimeryzacja produktów rozkładu zachodzą jednocześnie, tworząc fazę pośrednią. Wzrost fazy pośredniej prowadzi do powstawania prekursorów. W temperaturze 400°C produkt zaczyna wykazywać koksowanie, ale wytrzymałość jest nadal bardzo niska, a przyczepność asfaltu maleje. W temperaturze około 500°C, pomimo niewielkiej zawartości substancji lotnych, podstawowa struktura węgla jest już uformowana. Półkoks powstaje w temperaturze 500–550°C, a substancje lotne powstające w wyniku termicznego rozkładu asfaltu są zasadniczo odprowadzane przed osiągnięciem temperatury 600–650°C. Koks powstaje w temperaturze 700–750°C. Aby zwiększyć szybkość koksowania asfaltu i poprawić właściwości fizyczne i chemiczne produktów, na tym etapie temperatura musi być równomierna i powolna. Ponadto, na tym etapie uwalniana jest duża ilość substancji lotnych, wypełniających całą komorę pieca. Gazy te rozkładają się na powierzchni gorących produktów, wytwarzając stały węgiel, który osadza się na porach i powierzchni produktów, zwiększając wydajność koksu i uszczelniając pory produktów, tym samym zwiększając ich wytrzymałość. Najbardziej charakterystyczną cechą reakcji na tym etapie jest polimeryzacja i rozkład grup funkcyjnych oraz stopniowy wzrost zawartości wodoru w uwalnianym gazie.
3. Etap spiekania w wysokiej temperaturze (800℃ do 1200~1350℃)
Gdy produkt osiągnie temperaturę powyżej 700°C, proces koksowania spoiwa jest zasadniczo zakończony. Podczas etapu spiekania w wysokiej temperaturze można nieznacznie zwiększyć szybkość nagrzewania. Po osiągnięciu maksymalnej temperatury konieczne jest utrzymanie jej przez 15 do 20 godzin. Podczas procesu koksowania powstają duże aromatyczne cząsteczki płaskie. Peryferyjne atomy o odmiennych właściwościach i grupy atomowe cząsteczek płaskich pękają i są wykluczane. Wraz ze wzrostem temperatury cząsteczki płaskie ulegają przegrupowaniu. Powyżej 900°C atomy wodoru na krawędziach stopniowo pękają i są eliminowane. Jednocześnie koks wiążący dalej się kurczy i zagęszcza. W tym momencie proces chemiczny stopniowo słabnie, skurcz wewnętrzny i zewnętrzny stopniowo maleje, podczas gdy rzeczywista gęstość, wytrzymałość i przewodność elektryczna rosną.
4. Etap chłodzenia
Podczas chłodzenia, szybkość chłodzenia może być nieznacznie szybsza niż szybkość nagrzewania. Jednakże, ze względu na ograniczenie przewodności cieplnej produktu, szybkość chłodzenia wewnątrz produktu jest mniejsza niż na powierzchni, co powoduje powstawanie gradientów temperatury i gradientów naprężeń cieplnych o różnej wielkości od środka do powierzchni produktu. Jeśli naprężenie cieplne jest zbyt duże, spowoduje to nierównomierny skurcz wewnętrzny i zewnętrzny i doprowadzi do pęknięć. Dlatego chłodzenie powinno być również przeprowadzane w sposób kontrolowany. Podczas etapu chłodzenia stosuje się chłodzenie gradientowe. Szybkość chłodzenia w obszarach powyżej 800℃ nie przekracza 3℃/h, aby uniknąć pęknięć spowodowanych szybkim chłodzeniem. Temperatura, w której produkty wychodzą z pieca, musi być niższa niż 80℃. W przypadku stosowania systemu chłodzenia wodą rozpyloną, temperatura wody powinna być stabilnie utrzymywana na poziomie 40℃±2℃, aby zapobiec uszkodzeniom spowodowanym szokiem termicznym.
Czas publikacji: 11-06-2025