1. Etapa de precalentamiento a baja temperatura (desde temperatura ambiente hasta 350 ℃)
Cuando la temperatura de calentamiento real del cuerpo verde alcanza entre 100 y 230 grados Celsius, el cuerpo verde comienza a ablandarse, la tensión interna se relaja, el volumen se expande ligeramente, pero no se libera mucha materia volátil, y el cuerpo verde se encuentra en la etapa plástica. En esta etapa, la función principal es precalentar el lingote de carbono. Debido a las diferencias de temperatura y presión dentro del lingote verde, algunos de los componentes ligeros del asfalto migran, se difunden y fluyen. A medida que la temperatura continúa aumentando hasta 230-400 °C, la tasa de descomposición del asfalto se acelera gradualmente. Especialmente dentro del rango de temperatura de 350-400 °C, el asfalto se descompone violentamente y se libera una gran cantidad de materia volátil. En esta etapa, es necesario controlar la velocidad de calentamiento para evitar que un aumento repentino de la temperatura cause concentración de tensión interna y, al mismo tiempo, para evitar la liberación rápida de materia volátil que podría causar grietas en el lingote de carbono.
2. Etapa de coquización a temperatura media (350℃ a 800℃)
Cuando la temperatura de calentamiento real del cuerpo verde aumenta a 400-550℃, la velocidad de descomposición y volatilización del asfalto disminuye, entrando en una etapa dominada por la reacción de policondensación. A altas temperaturas, el asfalto sufre descomposición térmica y policondensación para formar semicoque. En este punto, la cantidad de materia volátil descargada disminuye y el volumen del cuerpo verde cambia de expansión a contracción. Cuando la temperatura de calentamiento real del cuerpo verde alcanza los 500 a 700℃, el semicoque formado por el asfalto se transforma aún más en coque de ligante (coque asfáltico), la materia volátil liberada por la descomposición del asfalto disminuye aún más y el cuerpo verde de carbono continúa contrayéndose. En este punto, el ligante asfáltico se ha transformado en coque de ligante y la conductividad térmica del cuerpo verde de carbono ha aumentado. Esta etapa es crucial, ya que afecta la calidad del tostado. El ligante sufre una gran cantidad de reacciones complejas de descomposición, polimerización, ciclación y aromatización. La descomposición del ligante y la repolimerización de los productos de descomposición ocurren simultáneamente, formando una fase intermedia. El crecimiento de esta fase intermedia conduce a la formación de precursores. A 400 °C, el producto comienza a mostrar coquización, pero su resistencia sigue siendo muy baja y la adhesión del asfalto disminuye. Alrededor de los 500 °C, aunque aún existe una pequeña cantidad de materia volátil, la estructura básica del carbono ya se ha formado. El semicoque se forma entre 500 y 550 °C, y las sustancias volátiles producidas por la descomposición térmica del asfalto se descargan prácticamente por completo antes de los 600 a 650 °C. El coque se forma entre 700 y 750 °C. Para aumentar la tasa de coquización del asfalto y mejorar las propiedades físico-químicas de los productos, la temperatura debe elevarse de forma uniforme y gradual en esta etapa. Además, durante esta etapa, se descarga una gran cantidad de materia volátil, llenando por completo la cámara del horno. Estos gases se descomponen en la superficie de los productos calientes, generando carbono sólido que se deposita en los poros y la superficie de los mismos, aumentando el rendimiento de coque y sellando los poros, lo que incrementa su resistencia. La característica más destacada de la reacción en esta etapa es la polimerización y descomposición de grupos funcionales y el aumento gradual del contenido de hidrógeno en el gas de descarga.
3. Etapa de sinterización a alta temperatura (800℃ a 1200~1350℃)
Cuando el producto alcanza más de 700 ℃, el proceso de coquización del aglutinante prácticamente se completa. Durante la etapa de sinterización a alta temperatura, se puede aumentar ligeramente la velocidad de calentamiento. Tras alcanzar la temperatura máxima, es necesario mantenerla durante 15 a 20 horas. Durante la coquización, se forman grandes moléculas planas aromáticas. Los átomos y grupos atómicos periféricos disímiles de las moléculas planas se rompen y se eliminan. A medida que aumenta la temperatura, las moléculas planas se reorganizan. Por encima de 900 ℃, los átomos de hidrógeno en el borde se rompen y se eliminan gradualmente. Al mismo tiempo, el coque del aglutinante se contrae y densifica aún más. En este punto, el proceso químico se debilita gradualmente, la contracción interna y externa disminuye progresivamente, mientras que la densidad real, la resistencia y la conductividad eléctrica aumentan.
4. Etapa de enfriamiento
Durante el enfriamiento, la velocidad de enfriamiento puede ser ligeramente superior a la de calentamiento. Sin embargo, debido a la limitación de la conductividad térmica del producto, la velocidad de enfriamiento en el interior es menor que en la superficie, lo que genera gradientes de temperatura y de tensión térmica de distinta magnitud desde el centro hasta la superficie. Si la tensión térmica es excesiva, provocará una contracción interna y externa desigual y la aparición de grietas. Por lo tanto, el enfriamiento debe realizarse de forma controlada. Durante la etapa de enfriamiento, se aplica un enfriamiento gradual. La velocidad de enfriamiento en zonas superiores a 800 °C no debe superar los 3 °C/h para evitar grietas causadas por un enfriamiento rápido. La temperatura a la que los productos salen del horno debe ser inferior a 80 °C. Al utilizar un sistema de enfriamiento por agua atomizada, la temperatura del agua debe mantenerse estable a 40 °C ± 2 °C para prevenir daños por choque térmico.
Fecha de publicación: 11 de junio de 2025