1. Fase di preriscaldamento a bassa temperatura (da temperatura ambiente a 350℃)
Quando la temperatura di riscaldamento effettiva del corpo verde raggiunge i 100-230 gradi Celsius, il corpo verde inizia ad ammorbidirsi, le tensioni interne si rilassano, il volume si espande leggermente, ma non viene rilasciata molta materia volatile e il corpo verde si trova nella fase plastica. In questa fase, la funzione principale è quella di preriscaldare il lingotto di carbonio. A causa delle differenze di temperatura e pressione all'interno del lingotto verde, alcuni dei componenti leggeri dell'asfalto migrano, si diffondono e fluiscono. Man mano che la temperatura continua a salire fino a 230-400 °C, la velocità di decomposizione dell'asfalto accelera gradualmente. In particolare, nell'intervallo di temperatura di 350-400 °C, l'asfalto si decompone violentemente e viene rilasciata una grande quantità di materia volatile. In questa fase, è necessario controllare la velocità di riscaldamento per evitare che un improvviso aumento della temperatura provochi una concentrazione di tensioni interne e, allo stesso tempo, per evitare il rapido rilascio di materia volatile che potrebbe causare crepe nel lingotto di carbonio.
2. Fase di cokizzazione a media temperatura (da 350℃ a 800℃)
Quando la temperatura di riscaldamento effettiva del corpo verde raggiunge i 400-550 °C, la velocità di decomposizione e volatilizzazione dell'asfalto rallenta, entrando in una fase dominata dalla reazione di policondensazione. Ad alte temperature, l'asfalto subisce decomposizione termica e policondensazione per formare semicoke. A questo punto, la quantità di materia volatile rilasciata diminuisce e il volume del corpo verde passa da un'espansione a una contrazione. Quando la temperatura di riscaldamento effettiva del corpo verde raggiunge i 500-700 °C, il semicoke formato dall'asfalto si trasforma ulteriormente in coke di legante (coke di asfalto), la materia volatile rilasciata dalla decomposizione dell'asfalto diminuisce ulteriormente e il corpo verde di carbonio continua a contrarsi. A questo punto, il legante di asfalto si è trasformato in coke di legante e la conducibilità termica del corpo verde di carbonio è aumentata. Questa fase è cruciale e influenza la qualità della tostatura. Il legante subisce un gran numero di complesse reazioni di decomposizione, polimerizzazione, ciclizzazione e aromatizzazione. La decomposizione del legante e la ripolimerizzazione dei prodotti di decomposizione avvengono simultaneamente, formando una fase intermedia. La crescita della fase intermedia porta alla formazione di precursori. A 400 °C, il prodotto inizia a mostrare cokizzazione, ma la resistenza è ancora molto bassa e l'adesione dell'asfalto diminuisce. Intorno ai 500 °C, sebbene sia ancora presente una piccola quantità di materia volatile, la struttura di base del carbonio si è già formata. Il semicoke si forma tra i 500 e i 550 °C e le sostanze volatili prodotte dalla decomposizione termica dell'asfalto vengono sostanzialmente rilasciate prima dei 600-650 °C. Il coke si forma tra i 700 e i 750 °C. Per aumentare la velocità di cokizzazione dell'asfalto e migliorare le proprietà fisico-chimiche dei prodotti, la temperatura deve essere aumentata in modo uniforme e lento in questa fase. Inoltre, durante questa fase, viene rilasciata una grande quantità di materia volatile, che riempie l'intera camera del forno. Questi gas si decompongono sulla superficie dei prodotti caldi, generando carbonio solido che si deposita sui pori e sulla superficie dei prodotti, aumentando la resa di coke e sigillando i pori dei prodotti, migliorandone così la resistenza. La caratteristica più rilevante della reazione in questa fase è la polimerizzazione e la decomposizione dei gruppi funzionali e il graduale aumento del contenuto di idrogeno nel gas di scarico.
3. Fase di sinterizzazione ad alta temperatura (da 800℃ a 1200~1350℃)
Quando il prodotto raggiunge una temperatura superiore a 700 °C, il processo di cokizzazione del legante è sostanzialmente completato. Durante la fase di sinterizzazione ad alta temperatura, la velocità di riscaldamento può essere leggermente aumentata. Dopo aver raggiunto la temperatura massima, è necessario mantenerla per 15-20 ore. Durante il processo di cokizzazione, si formano grandi molecole planari aromatiche. Gli atomi e i gruppi atomici dissimili periferici delle molecole planari si rompono e vengono espulsi. Con l'aumento della temperatura, le molecole planari subiscono un riarrangiamento. Al di sopra dei 900 °C, gli atomi di idrogeno ai bordi si rompono gradualmente e vengono eliminati. Allo stesso tempo, il coke del legante si contrae e si densifica ulteriormente. A questo punto, il processo chimico si indebolisce gradualmente, il ritiro interno ed esterno diminuisce gradualmente, mentre la densità reale, la resistenza e la conduttività elettrica aumentano.
4. Fase di raffreddamento
Durante il raffreddamento, la velocità di raffreddamento può essere leggermente superiore a quella di riscaldamento. Tuttavia, a causa della limitata conducibilità termica del prodotto, la velocità di raffreddamento all'interno del prodotto è inferiore a quella superficiale, creando così gradienti di temperatura e di stress termico di diversa entità dal centro alla superficie del prodotto. Se lo stress termico è eccessivo, causerà un ritiro interno ed esterno non uniforme e la formazione di crepe. Pertanto, anche il raffreddamento deve essere effettuato in modo controllato. Durante la fase di raffreddamento, viene implementato un raffreddamento a gradiente. La velocità di raffreddamento nelle zone al di sopra di 800 °C non deve superare i 3 °C/h per evitare crepe causate da un raffreddamento rapido. La temperatura alla quale i prodotti escono dal forno deve essere inferiore a 80 °C. Quando si utilizza un sistema di raffreddamento ad acqua nebulizzata, la temperatura dell'acqua deve essere mantenuta stabilmente a 40 °C ± 2 °C per prevenire danni da shock termico.
Data di pubblicazione: 11 giugno 2025