1. Giai đoạn làm nóng sơ bộ ở nhiệt độ thấp (nhiệt độ phòng đến 350℃)
Khi nhiệt độ nung thực tế của phôi thô đạt từ 100 đến 230 độ C, phôi bắt đầu mềm ra, ứng suất bên trong giảm bớt, thể tích giãn nở nhẹ, nhưng không có nhiều chất dễ bay hơi thoát ra, và phôi bước vào giai đoạn dẻo. Ở giai đoạn này, chức năng chính là làm nóng sơ bộ phôi carbon. Do sự chênh lệch nhiệt độ và áp suất bên trong phôi thô, một số thành phần nhẹ của nhựa đường di chuyển, khuếch tán và chảy. Khi nhiệt độ tiếp tục tăng lên 230-400℃, tốc độ phân hủy của nhựa đường dần tăng nhanh. Đặc biệt trong khoảng nhiệt độ 350-400℃, nhựa đường phân hủy mạnh và một lượng lớn chất dễ bay hơi thoát ra. Ở giai đoạn này, cần kiểm soát tốc độ nung để tránh sự tăng nhiệt độ đột ngột gây ra hiện tượng tập trung ứng suất bên trong, đồng thời tránh sự giải phóng nhanh chóng các chất dễ bay hơi có thể gây nứt phôi carbon.
2. Giai đoạn luyện cốc ở nhiệt độ trung bình (350℃ đến 800℃)
Khi nhiệt độ nung thực tế của phôi thô đạt đến 400-550℃, tốc độ phân hủy và bay hơi của nhựa đường chậm lại, bước vào giai đoạn chủ yếu là phản ứng trùng hợp. Ở nhiệt độ cao, nhựa đường trải qua quá trình phân hủy nhiệt và trùng hợp để tạo thành bán cốc. Tại thời điểm này, lượng chất bay hơi thải ra giảm đi, và thể tích của phôi thô chuyển từ giãn nở sang co lại. Khi nhiệt độ nung thực tế của phôi thô đạt 500 đến 700℃, bán cốc được hình thành từ nhựa đường tiếp tục chuyển hóa thành cốc liên kết (cốc nhựa đường), lượng chất bay hơi thải ra do sự phân hủy của nhựa đường tiếp tục giảm, và phôi thô tiếp tục co lại. Tại thời điểm này, chất kết dính nhựa đường đã chuyển hóa thành cốc liên kết, và độ dẫn nhiệt của phôi thô tăng lên. Giai đoạn này là giai đoạn quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng nung. Chất kết dính trải qua một loạt các phản ứng phân hủy, trùng hợp, vòng hóa và thơm hóa phức tạp. Sự phân hủy chất kết dính và sự tái trùng hợp các sản phẩm phân hủy diễn ra đồng thời, tạo thành một pha trung gian. Sự phát triển của pha trung gian dẫn đến sự hình thành các tiền chất. Ở 400℃, sản phẩm bắt đầu xuất hiện hiện tượng cốc hóa, nhưng độ bền vẫn còn rất thấp và độ bám dính của nhựa đường giảm. Ở khoảng 500℃, mặc dù vẫn còn một lượng nhỏ chất dễ bay hơi, nhưng cấu trúc cơ bản của cacbon đã được hình thành. Bán cốc hóa được hình thành ở nhiệt độ 500 đến 550℃, và các chất dễ bay hơi được tạo ra do sự phân hủy nhiệt của nhựa đường về cơ bản được thải ra trước 600 đến 650℃. Cốc hóa được hình thành ở 700 đến 750℃. Để tăng tốc độ cốc hóa của nhựa đường và cải thiện các tính chất vật lý và hóa học của sản phẩm, nhiệt độ phải được tăng đều và chậm ở giai đoạn này. Ngoài ra, trong giai đoạn này, một lượng lớn chất dễ bay hơi được thải ra, lấp đầy toàn bộ buồng lò. Các khí này phân hủy trên bề mặt của sản phẩm nóng, tạo ra cacbon rắn lắng đọng trên các lỗ rỗng và bề mặt của sản phẩm, làm tăng hiệu suất cốc và bịt kín các lỗ rỗng của sản phẩm, từ đó tăng cường độ bền của chúng. Đặc điểm nổi bật nhất của phản ứng ở giai đoạn này là sự trùng hợp và phân hủy các nhóm chức và sự gia tăng dần hàm lượng hydro trong khí thải.
3. Giai đoạn thiêu kết ở nhiệt độ cao (800℃ đến 1200~1350℃)
Khi sản phẩm đạt nhiệt độ trên 700℃, quá trình luyện cốc của chất kết dính về cơ bản đã hoàn tất. Trong giai đoạn thiêu kết ở nhiệt độ cao, tốc độ gia nhiệt có thể được tăng lên một chút. Sau khi đạt đến nhiệt độ tối đa, cần duy trì nhiệt độ trong 15 đến 20 giờ. Trong quá trình luyện cốc, các phân tử phẳng thơm lớn được hình thành. Các nguyên tử và nhóm nguyên tử khác nhau ở ngoại vi của các phân tử phẳng bị phá vỡ và loại bỏ. Khi nhiệt độ tăng lên, các phân tử phẳng trải qua quá trình sắp xếp lại. Trên 900℃, các nguyên tử hydro ở rìa dần dần bị phá vỡ và loại bỏ. Đồng thời, cốc chất kết dính tiếp tục co lại và đặc lại. Tại thời điểm này, quá trình hóa học dần dần suy yếu, độ co ngót bên trong và bên ngoài giảm dần, trong khi mật độ thực, độ bền và độ dẫn điện đều tăng lên.
4. Giai đoạn làm nguội
Trong quá trình làm nguội, tốc độ làm nguội có thể nhanh hơn một chút so với tốc độ gia nhiệt. Tuy nhiên, do hạn chế về độ dẫn nhiệt của sản phẩm, tốc độ làm nguội bên trong sản phẩm thấp hơn tốc độ làm nguội trên bề mặt, do đó tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ và ứng suất nhiệt với các mức độ khác nhau từ tâm đến bề mặt sản phẩm. Nếu ứng suất nhiệt quá lớn, nó sẽ gây ra sự co ngót không đều bên trong và bên ngoài, dẫn đến nứt vỡ. Vì vậy, quá trình làm nguội cũng cần được kiểm soát. Trong giai đoạn làm nguội, cần áp dụng phương pháp làm nguội theo gradient. Tốc độ làm nguội ở các vùng trên 800℃ không được vượt quá 3℃/giờ để tránh nứt vỡ do làm nguội nhanh. Nhiệt độ sản phẩm sau khi ra khỏi lò phải dưới 80℃. Khi sử dụng hệ thống làm nguội bằng nước phun sương, nhiệt độ nước cần được duy trì ổn định ở mức 40℃±2℃ để tránh hư hỏng do sốc nhiệt.
Thời gian đăng bài: 11/06/2025