กระบวนการเผาวัสดุคาร์บอน

1. ขั้นตอนการอุ่นเครื่องที่อุณหภูมิต่ำ (จากอุณหภูมิห้องถึง 350℃)
เมื่ออุณหภูมิความร้อนจริงของชิ้นงานดิบถึง 100 ถึง 230 องศาเซลเซียส ชิ้นงานดิบจะเริ่มอ่อนตัวลง ความเครียดภายในคลายตัว ปริมาตรขยายตัวเล็กน้อย แต่สารระเหยจะไม่ถูกปล่อยออกมามากนัก และชิ้นงานดิบจะอยู่ในสภาวะพลาสติก ในขั้นตอนนี้ หน้าที่หลักคือการอุ่นแท่งคาร์บอนล่วงหน้า เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิและความดันภายในแท่งคาร์บอน ส่วนประกอบเบาบางส่วนของแอสฟัลต์จะเคลื่อนที่ แพร่กระจาย และไหล เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นอย่างต่อเนื่องถึง 230-400 องศาเซลเซียส อัตราการสลายตัวของแอสฟัลต์จะเร่งตัวขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงอุณหภูมิ 350-400 องศาเซลเซียส แอสฟัลต์จะสลายตัวอย่างรุนแรงและมีสารระเหยจำนวนมากถูกปล่อยออกมา ในขั้นตอนนี้ จำเป็นต้องควบคุมอัตราการให้ความร้อนเพื่อป้องกันไม่ให้อุณหภูมิสูงขึ้นอย่างฉับพลันทำให้เกิดความเครียดภายใน และในขณะเดียวกันก็เพื่อหลีกเลี่ยงการปล่อยสารระเหยอย่างรวดเร็วที่อาจทำให้เกิดรอยแตกในแท่งคาร์บอน
2. ขั้นตอนการโค้กกิ้งที่อุณหภูมิปานกลาง (350℃ ถึง 800℃)
เมื่ออุณหภูมิความร้อนจริงของชิ้นงานดิบสูงขึ้นถึง 400-550℃ อัตราการสลายตัวและการระเหยของแอสฟัลต์จะชะลอตัวลง เข้าสู่ขั้นตอนที่ปฏิกิริยาโพลีคอนเดนเซชันเป็นหลัก ที่อุณหภูมิสูง แอสฟัลต์จะเกิดการสลายตัวทางความร้อนและโพลีคอนเดนเซชันเพื่อสร้างเซมิโค้ก ในขั้นตอนนี้ ปริมาณสารระเหยที่ปล่อยออกมาจะลดลง และปริมาตรของชิ้นงานดิบจะเปลี่ยนจากการขยายตัวเป็นการหดตัว เมื่ออุณหภูมิความร้อนจริงของชิ้นงานดิบถึง 500 ถึง 700℃ เซมิโค้กที่เกิดจากแอสฟัลต์จะเปลี่ยนต่อไปเป็นไบน์เดอร์โค้ก (แอสฟัลต์โค้ก) สารระเหยที่ปล่อยออกมาจากการสลายตัวของแอสฟัลต์จะลดลงอีก และชิ้นงานดิบคาร์บอนจะหดตัวอย่างต่อเนื่อง ในขั้นตอนนี้ ไบน์เดอร์แอสฟัลต์ได้เปลี่ยนเป็นไบน์เดอร์โค้กแล้ว และค่าการนำความร้อนของชิ้นงานดิบคาร์บอนจะเพิ่มขึ้น ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนสำคัญที่ส่งผลต่อคุณภาพของการเผา ไบน์เดอร์จะเกิดปฏิกิริยาการสลายตัว การเกิดพอลิเมอร์ การเกิดวงแหวน และการเกิดอะโรมาติกที่ซับซ้อนจำนวนมาก การสลายตัวของสารยึดเกาะและการเกิดพอลิเมอร์ใหม่ของผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวเกิดขึ้นพร้อมกัน ทำให้เกิดเฟสกลางขึ้น การเติบโตของเฟสกลางนำไปสู่การก่อตัวของสารตั้งต้น ที่อุณหภูมิ 400℃ ผลิตภัณฑ์เริ่มแสดงการเกิดโค้ก แต่ความแข็งแรงยังคงต่ำมาก และการยึดเกาะของแอสฟัลต์ลดลง ที่อุณหภูมิประมาณ 500℃ แม้ว่าจะมีสารระเหยอยู่เล็กน้อย แต่โครงสร้างพื้นฐานของคาร์บอนได้ก่อตัวขึ้นแล้ว เซมิโค้กเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 500 ถึง 550℃ และสารระเหยที่เกิดจากการสลายตัวทางความร้อนของแอสฟัลต์จะถูกระบายออกไปเกือบหมดก่อนอุณหภูมิ 600 ถึง 650℃ โค้กเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 700 ถึง 750℃ เพื่อเพิ่มอัตราการเกิดโค้กของแอสฟัลต์และปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของผลิตภัณฑ์ อุณหภูมิจะต้องเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอและช้าๆ ในขั้นตอนนี้ นอกจากนี้ ในขั้นตอนนี้ สารระเหยจำนวนมากจะถูกระบายออกไปจนเต็มห้องเตาเผา ก๊าซเหล่านี้จะสลายตัวบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ร้อน ก่อให้เกิดคาร์บอนแข็งที่สะสมอยู่บนรูพรุนและพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ เพิ่มปริมาณโค้ก และปิดรูพรุนของผลิตภัณฑ์ ทำให้ความแข็งแรงเพิ่มขึ้น คุณลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของปฏิกิริยาในขั้นตอนนี้คือ การเกิดพอลิเมอไรเซชันและการสลายตัวของหมู่ฟังก์ชัน และการเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปของปริมาณไฮโดรเจนในก๊าซที่ปล่อยออกมา
3. ขั้นตอนการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง (800℃ ถึง 1200~1350℃)
เมื่ออุณหภูมิของผลิตภัณฑ์สูงกว่า 700℃ กระบวนการเกิดโค้กของสารยึดเกาะจะเสร็จสมบูรณ์โดยพื้นฐานแล้ว ในระหว่างขั้นตอนการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง อัตราการให้ความร้อนสามารถเพิ่มขึ้นได้เล็กน้อย หลังจากถึงอุณหภูมิสูงสุดแล้ว จำเป็นต้องคงอุณหภูมิไว้เป็นเวลา 15 ถึง 20 ชั่วโมง ในระหว่างกระบวนการเกิดโค้ก โมเลกุลระนาบอะโรมาติกขนาดใหญ่จะก่อตัวขึ้น อะตอมและกลุ่มอะตอมที่ไม่เหมือนกันบริเวณรอบนอกของโมเลกุลระนาบจะแตกตัวและถูกกำจัดออกไป เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น โมเลกุลระนาบจะเกิดการจัดเรียงตัวใหม่ เหนือ 900℃ อะตอมไฮโดรเจนที่ขอบจะค่อยๆ แตกตัวและถูกกำจัดออกไป ในขณะเดียวกัน โค้กของสารยึดเกาะจะหดตัวและหนาแน่นขึ้นอีก ในจุดนี้ กระบวนการทางเคมีจะค่อยๆ อ่อนลง การหดตัวภายในและภายนอกจะค่อยๆ ลดลง ในขณะที่ความหนาแน่น ความแข็งแรง และการนำไฟฟ้าที่แท้จริงจะเพิ่มขึ้น
4. ขั้นตอนการทำความเย็น
ในระหว่างกระบวนการทำความเย็น อัตราการทำความเย็นอาจเร็วกว่าอัตราการให้ความร้อนเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อจำกัดของค่าการนำความร้อนของผลิตภัณฑ์ อัตราการทำความเย็นภายในผลิตภัณฑ์จึงน้อยกว่าที่ผิวหน้า ทำให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิและการไล่ระดับความเครียดจากความร้อนที่มีขนาดแตกต่างกันจากศูนย์กลางไปยังผิวหน้าของผลิตภัณฑ์ หากความเครียดจากความร้อนมากเกินไป จะทำให้เกิดการหดตัวภายในและภายนอกที่ไม่สม่ำเสมอและนำไปสู่การแตกร้าว ดังนั้น การทำความเย็นจึงควรดำเนินการอย่างมีระบบ ในระหว่างขั้นตอนการทำความเย็น จะใช้การทำความเย็นแบบไล่ระดับ อัตราการทำความเย็นในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 800℃ ไม่ควรเกิน 3℃/ชั่วโมง เพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าวที่เกิดจากการทำความเย็นอย่างรวดเร็ว อุณหภูมิที่ผลิตภัณฑ์ออกจากเตาเผาต้องต่ำกว่า 80℃ เมื่อใช้ระบบทำความเย็นด้วยน้ำแบบละออง ควรคงอุณหภูมิของน้ำไว้ที่ 40℃±2℃ อย่างคงที่ เพื่อป้องกันความเสียหายจากความร้อนช็อก