1. Tahap pemanasan awal suhu rendah (suhu ruangan hingga 350℃)
Ketika suhu pemanasan sebenarnya dari benda mentah mencapai 100 hingga 230 derajat Celcius, benda mentah mulai melunak, tegangan internal berkurang, volume sedikit mengembang, tetapi tidak banyak zat volatil yang dilepaskan, dan benda mentah berada dalam tahap plastis. Pada tahap ini, fungsi utamanya adalah untuk memanaskan terlebih dahulu billet karbon. Karena perbedaan suhu dan tekanan di dalam billet mentah, beberapa komponen ringan aspal bermigrasi, berdifusi, dan mengalir. Saat suhu terus naik hingga 230-400℃, laju dekomposisi aspal secara bertahap meningkat. Terutama dalam kisaran suhu 350-400℃, aspal terurai dengan hebat dan sejumlah besar zat volatil dilepaskan. Pada tahap ini, laju pemanasan perlu dikontrol untuk mencegah kenaikan suhu mendadak yang menyebabkan konsentrasi tegangan internal, dan pada saat yang sama, untuk menghindari pelepasan zat volatil yang cepat yang dapat menyebabkan retakan pada billet karbon.
2. Tahap kokas suhu menengah (350℃ hingga 800℃)
Ketika suhu pemanasan sebenarnya dari benda mentah naik hingga 400-550℃, laju dekomposisi dan penguapan aspal melambat, memasuki tahap yang didominasi oleh reaksi polikondensasi. Pada suhu tinggi, aspal mengalami dekomposisi termal dan polikondensasi untuk membentuk semi-kokas. Pada titik ini, jumlah zat volatil yang dilepaskan berkurang, dan volume benda mentah berubah dari ekspansi menjadi kontraksi. Ketika suhu pemanasan sebenarnya dari benda mentah mencapai 500 hingga 700℃, semi-kokas yang terbentuk dari aspal selanjutnya berubah menjadi kokas pengikat (kokas aspal), zat volatil yang dilepaskan oleh dekomposisi aspal semakin berkurang, dan benda mentah karbon terus menyusut. Pada titik ini, pengikat aspal telah berubah menjadi kokas pengikat, dan konduktivitas termal benda mentah karbon telah meningkat. Tahap ini merupakan tahap penting yang memengaruhi kualitas pemanggangan. Pengikat mengalami sejumlah besar reaksi dekomposisi, polimerisasi, siklisasi, dan aromatisasi yang kompleks. Dekomposisi pengikat dan repolimerisasi produk dekomposisi terjadi secara bersamaan, membentuk fase perantara. Pertumbuhan fase perantara menyebabkan pembentukan prekursor. Pada suhu 400℃, produk mulai menunjukkan pembentukan kokas, tetapi kekuatannya masih sangat rendah, dan daya rekat aspal menurun. Pada suhu sekitar 500℃, meskipun masih terdapat sedikit zat volatil, struktur dasar karbon telah terbentuk. Semi-kokas terbentuk pada suhu 500 hingga 550℃, dan zat volatil yang dihasilkan oleh dekomposisi termal aspal pada dasarnya telah dikeluarkan sebelum suhu 600 hingga 650℃. Kokas terbentuk pada suhu 700 hingga 750℃. Untuk meningkatkan laju pembentukan kokas pada aspal dan memperbaiki sifat fisik dan kimia produk, suhu harus dinaikkan secara seragam dan perlahan pada tahap ini. Selain itu, selama tahap ini, sejumlah besar zat volatil dikeluarkan, memenuhi seluruh ruang tungku. Gas-gas ini terurai di permukaan produk panas, menghasilkan karbon padat yang mengendap pada pori-pori dan permukaan produk, meningkatkan hasil kokas dan menutup pori-pori produk, sehingga meningkatkan kekuatannya. Ciri paling menonjol dari reaksi pada tahap ini adalah polimerisasi dan dekomposisi gugus fungsional serta peningkatan bertahap kandungan hidrogen dalam gas yang dikeluarkan.
3. Tahap sintering suhu tinggi (800℃ hingga 1200~1350℃)
Ketika produk mencapai suhu di atas 700℃, proses kokasifikasi pengikat pada dasarnya telah selesai. Selama tahap sintering suhu tinggi, laju pemanasan dapat sedikit ditingkatkan. Setelah mencapai suhu maksimum, perlu untuk mempertahankan suhu selama 15 hingga 20 jam. Selama proses kokasifikasi, molekul planar aromatik besar terbentuk. Atom dan gugus atom yang berbeda di bagian tepi molekul planar pecah dan dihilangkan. Seiring kenaikan suhu, molekul planar mengalami penataan ulang. Di atas 900℃, atom hidrogen di tepi secara bertahap pecah dan dihilangkan. Pada saat yang sama, kokas pengikat semakin menyusut dan memadat. Pada titik ini, proses kimia secara bertahap melemah, penyusutan internal dan eksternal secara bertahap berkurang, sementara kepadatan sebenarnya, kekuatan, dan konduktivitas listrik semuanya meningkat.
4. Tahap pendinginan
Selama pendinginan, laju pendinginan dapat sedikit lebih cepat daripada laju pemanasan. Namun, karena keterbatasan konduktivitas termal produk, laju pendinginan di dalam produk lebih rendah daripada di permukaan, sehingga membentuk gradien suhu dan gradien tegangan termal dengan besaran yang berbeda dari pusat ke permukaan produk. Jika tegangan termal terlalu besar, akan menyebabkan penyusutan internal dan eksternal yang tidak merata dan menyebabkan retak. Oleh karena itu, pendinginan juga harus dilakukan secara terkontrol. Selama tahap pendinginan, pendinginan gradien diterapkan. Laju pendinginan di area di atas 800℃ tidak boleh melebihi 3℃/jam untuk menghindari retak yang disebabkan oleh pendinginan cepat. Suhu produk yang keluar dari tungku harus di bawah 80℃. Saat menggunakan sistem pendinginan air yang diatomisasi, suhu air harus dijaga stabil pada 40℃±2℃ untuk mencegah kerusakan akibat guncangan termal.
Waktu posting: 11 Juni 2025