1.低温予熱段階（室温から350℃まで）
成形体の実際の加熱温度が100～230℃に達すると、成形体は軟化し始め、内部応力が緩和され、体積がわずかに膨張しますが、揮発性物質の放出は少なく、成形体は塑性状態になります。この段階での主な機能は、炭素ビレットを予熱することです。成形体内の温度と圧力の差により、アスファルトの軽質成分の一部が移動、拡散、流動します。温度が230～400℃まで上昇し続けると、アスファルトの分解速度が徐々に加速します。特に350～400℃の温度範囲では、アスファルトが激しく分解し、大量の揮発性物質が放出されます。この段階では、急激な温度上昇による内部応力集中を防ぎ、同時に炭素ビレットに亀裂を生じさせる可能性のある揮発性物質の急速な放出を避けるために、加熱速度を制御する必要があります。
2．中温コークス化段階（350℃～800℃）
成形体の実際の加熱温度が400〜550℃に達すると、アスファルトの分解と揮発速度が遅くなり、重縮合反応が支配的な段階に入ります。高温では、アスファルトは熱分解と重縮合を起こして半コークスを形成します。この時点で、放出される揮発性物質の量が減少し、成形体の体積は膨張から収縮に変わります。成形体の実際の加熱温度が500〜700℃に達すると、アスファルトによって形成された半コークスはさらにバインダーコークス（アスファルトコークス）に変化し、アスファルトの分解によって放出される揮発性物質はさらに減少し、炭素成形体は収縮し続けます。この時点で、アスファルトバインダーはバインダーコークスに変化し、炭素成形体の熱伝導率が増加します。この段階は、焼成品質に影響を与える重要な段階です。バインダーは、多数の複雑な分解、重合、環化、芳香族化反応を受けます。バインダーの分解と分解生成物の再重合が同時に起こり、中間相が形成される。中間相の成長により前駆体が形成される。400℃では、生成物はコークス化を示すが、強度はまだ非常に低く、アスファルトの接着性が低下する。約500℃では、揮発性物質は少量残っているものの、炭素の基本構造はすでに形成されている。半コークスは500～550℃で形成され、アスファルトの熱分解によって生成された揮発性物質は600～650℃までにほぼ放出される。コークスは700～750℃で形成される。アスファルトのコークス化率を高め、製品の物理的および化学的特性を改善するためには、この段階で温度を均一かつゆっくりと上昇させる必要がある。また、この段階では大量の揮発性物質が放出され、炉室全体を満たす。これらのガスは高温生成物の表面で分解し、固体炭素を生成する。この固体炭素は生成物の細孔や表面に堆積し、コークス収率を高め、生成物の細孔を塞ぐことで強度を向上させる。この段階における反応の最も顕著な特徴は、官能基の重合と分解、および排出ガス中の水素含有量の漸進的な増加である。
3．高温焼結工程（800℃～1200～1350℃）
製品が700℃を超えると、バインダーのコークス化プロセスはほぼ完了します。高温焼結段階では、加熱速度をやや上げることができます。最高温度に達した後は、15～20時間その温度を維持する必要があります。コークス化プロセスでは、大きな芳香族平面分子が形成されます。平面分子の周辺にある異種原子や原子団は切断され、排除されます。温度が上昇するにつれて、平面分子は再配列します。900℃を超えると、端にある水素原子が徐々に切断され、除去されます。同時に、バインダーのコークスはさらに収縮して緻密化します。この時点で、化学プロセスは徐々に弱まり、内部および外部の収縮は徐々に減少し、真密度、強度、電気伝導率はすべて増加します。
4. 冷却段階
冷却中、冷却速度は加熱速度よりわずかに速くなることがあります。しかし、製品の熱伝導率の制限により、製品内部の冷却速度は表面よりも遅くなり、製品の中心から表面にかけて異なる大きさの温度勾配と熱応力勾配が生じます。熱応力が大きすぎると、内部と外部の収縮が不均一になり、亀裂の原因となります。したがって、冷却も制御された方法で実施する必要があります。冷却段階では、勾配冷却を実施します。800℃を超える領域の冷却速度は、急速冷却による亀裂を避けるため、3℃/hを超えないようにしてください。製品が炉から出てくる温度は80℃以下でなければなりません。噴霧式水冷システムを使用する場合は、熱衝撃による損傷を防ぐため、水温を40℃±2℃に安定して維持する必要があります。
投稿日時：2025年6月11日