1. Stupeň predhrievania pri nízkej teplote (izbová teplota až 350 ℃)
Keď skutočná teplota ohrevu surového telesa dosiahne 100 až 230 stupňov Celzia, surové teleso začne mäknúť, vnútorné napätie sa uvoľní, objem sa mierne zväčší, ale neuvoľní sa veľa prchavých látok a surové teleso sa dostane do plastického štádia. V tomto štádiu je hlavnou funkciou predhrievanie uhlíkového polotovaru. V dôsledku teplotných a tlakových rozdielov v surovom polotovare niektoré ľahké zložky asfaltu migrujú, difundujú a tečú. S rastúcou teplotou na 230 – 400 ℃ sa rýchlosť rozkladu asfaltu postupne zrýchľuje. Najmä v teplotnom rozsahu 350 – 400 ℃ sa asfalt prudko rozkladá a uvoľňuje sa veľké množstvo prchavých látok. V tomto štádiu je potrebné regulovať rýchlosť ohrevu, aby sa zabránilo náhlemu nárastu teploty, ktorý by spôsobil koncentráciu vnútorného napätia, a zároveň sa zabránilo rýchlemu uvoľňovaniu prchavých látok, ktoré by mohli spôsobiť praskliny v uhlíkovom polotovare.
2. Stupeň koksovania pri strednej teplote (350 ℃ až 800 ℃)
Keď skutočná teplota ohrevu surového materiálu stúpne na 400 – 550 ℃, rýchlosť rozkladu a odparovania asfaltu sa spomalí a asfalt vstupuje do štádia, v ktorom dominuje polykondenzačná reakcia. Pri vysokých teplotách asfalt podlieha tepelnému rozkladu a polykondenzácii za vzniku polokoksu. V tomto bode sa množstvo uvoľnených prchavých látok znižuje a objem surového materiálu sa mení z expanzie na kontrakciu. Keď skutočná teplota ohrevu surového materiálu dosiahne 500 až 700 ℃, polokoks vytvorený asfaltom sa ďalej transformuje na spojivový koks (asfaltový koks), prchavé látky uvoľnené rozkladom asfaltu sa ďalej znižujú a surový surový materiál sa naďalej zmršťuje. V tomto bode sa asfaltové spojivo transformuje na spojivový koks a tepelná vodivosť surového surového materiálu sa zvyšuje. Táto fáza je kľúčová a ovplyvňuje kvalitu praženia. Spojivo prechádza veľkým počtom zložitých reakcií rozkladu, polymerizácie, cyklizácie a aromatizácie. Rozklad spojiva a repolymerizácia produktov rozkladu prebiehajú súčasne, čím sa vytvára medziľahlá fáza. Rast medziľahlej fázy vedie k tvorbe prekurzorov. Pri teplote 400 °C sa produkt začína koksovať, ale pevnosť je stále veľmi nízka a priľnavosť asfaltu sa znižuje. Pri teplote okolo 500 °C, hoci je stále prítomné malé množstvo prchavých látok, základná štruktúra uhlíka sa už vytvorila. Polokoks sa tvorí pri teplote 500 až 550 °C a prchavé látky vznikajúce tepelným rozkladom asfaltu sa v podstate uvoľňujú pred teplotou 600 až 650 °C. Koks sa tvorí pri teplote 700 až 750 °C. Aby sa zvýšila rýchlosť koksovania asfaltu a zlepšili sa fyzikálne a chemické vlastnosti produktov, musí sa teplota v tejto fáze zvyšovať rovnomerne a pomaly. Okrem toho sa počas tejto fázy uvoľňuje veľké množstvo prchavých látok, ktoré zapĺňajú celú komoru pece. Tieto plyny sa rozkladajú na povrchu horúcich produktov, čím vzniká pevný uhlík, ktorý sa usadzuje na póroch a povrchu produktov, čím sa zvyšuje výťažnosť koksu a utesňujú sa póry produktov, čím sa zvyšuje ich pevnosť. Najvýraznejším znakom reakcie v tejto fáze je polymerizácia a rozklad funkčných skupín a postupné zvyšovanie obsahu vodíka vo vypúšťanom plyne.
3. Fáza spekania pri vysokých teplotách (800 ℃ až 1200 ~ 1350 ℃)
Keď produkt dosiahne teplotu nad 700 ℃, proces koksovania spojiva je v podstate ukončený. Počas fázy spekania pri vysokej teplote sa môže rýchlosť ohrevu mierne zvýšiť. Po dosiahnutí maximálnej teploty je potrebné udržiavať teplotu 15 až 20 hodín. Počas procesu koksovania sa tvoria veľké aromatické planárne molekuly. Periférne odlišné atómy a atómové skupiny planárnych molekúl sa lámu a vylučujú. S rastúcou teplotou sa planárne molekuly preskupujú. Nad 900 ℃ sa atómy vodíka na okrajoch postupne lámu a vylučujú. Zároveň sa koks spojiva ďalej zmršťuje a zhusťuje. V tomto bode chemický proces postupne oslabuje, vnútorné a vonkajšie zmršťovanie sa postupne znižuje, zatiaľ čo skutočná hustota, pevnosť a elektrická vodivosť sa zvyšujú.
4. Fáza chladenia
Počas chladenia môže byť rýchlosť chladenia o niečo vyššia ako rýchlosť ohrevu. Avšak kvôli obmedzenej tepelnej vodivosti produktu je rýchlosť chladenia vo vnútri produktu nižšia ako na povrchu, čím sa vytvárajú teplotné gradienty a gradienty tepelného napätia rôznych veľkostí od stredu k povrchu produktu. Ak je tepelné napätie príliš veľké, spôsobí nerovnomerné vnútorné a vonkajšie zmršťovanie a vedie k prasklinám. Preto by sa chladenie malo vykonávať aj kontrolovaným spôsobom. Počas fázy chladenia sa zavádza gradientové chladenie. Rýchlosť chladenia v oblastiach nad 800 ℃ nepresahuje 3 ℃/h, aby sa predišlo prasklinám spôsobeným rýchlym chladením. Teplota, pri ktorej produkty vychádzajú z pece, musí byť nižšia ako 80 ℃. Pri použití rozprašovaného vodného chladiaceho systému by sa teplota vody mala stabilne udržiavať na 40 ℃ ± 2 ℃, aby sa predišlo poškodeniu tepelným šokom.
Čas uverejnenia: 11. júna 2025