1. 저온 예열 단계 (실온에서 350℃까지)
성형체의 실제 가열 온도가 100~230℃에 도달하면 성형체는 연화되기 시작하고 내부 응력이 완화되며 부피가 약간 팽창하지만 휘발성 물질 방출은 많지 않아 가소성 상태에 있게 됩니다. 이 단계에서 주된 기능은 탄소강 빌릿을 예열하는 것입니다. 성형체 내부의 온도 및 압력 차이로 인해 아스팔트의 일부 경질 성분이 이동, 확산 및 유동합니다. 온도가 230~400℃까지 계속 상승함에 따라 아스팔트의 분해 속도가 점차 빨라집니다. 특히 350~400℃ 범위에서는 아스팔트가 격렬하게 분해되어 다량의 휘발성 물질이 방출됩니다. 이 단계에서는 급격한 온도 상승으로 인한 내부 응력 집중을 방지하고, 동시에 휘발성 물질의 급격한 방출로 인해 탄소강 빌릿에 균열이 발생하는 것을 방지하기 위해 가열 속도를 제어해야 합니다.
2. 중온 코크스화 단계 (350℃ ~ 800℃)
소성체의 실제 가열 온도가 400~550℃에 도달하면 아스팔트의 분해 및 휘발 속도가 느려지고 중합 반응이 주를 이루는 단계에 접어듭니다. 고온에서 아스팔트는 열분해 및 중합 반응을 통해 반코크스를 형성합니다. 이때 휘발성 물질 방출량이 감소하고 소성체의 부피는 팽창에서 수축으로 바뀝니다. 소성체의 실제 가열 온도가 500~700℃에 도달하면 아스팔트로 형성된 반코크스가 바인더 코크스(아스팔트 코크스)로 더욱 변환되고, 아스팔트 분해로 방출되는 휘발성 물질은 더욱 감소하며, 탄소 소성체는 계속 수축합니다. 이 시점에서 아스팔트 바인더는 바인더 코크스로 완전히 변환되어 탄소 소성체의 열전도율이 증가합니다. 이 단계는 소성 품질에 영향을 미치는 매우 중요한 단계입니다. 바인더는 이 과정에서 복잡한 분해, 중합, 고리화 및 방향족화 반응을 거칩니다. 결합제의 분해와 분해 생성물의 재중합이 동시에 일어나 중간상이 형성됩니다. 이 중간상의 성장은 전구체 생성을 유도합니다. 400℃에서 생성물은 코크스화되기 시작하지만 강도는 여전히 매우 낮고 아스팔트의 접착력도 감소합니다. 약 500℃에서는 소량의 휘발성 물질이 여전히 존재하지만 탄소의 기본 구조가 이미 형성됩니다. 500~550℃에서 반코크스가 형성되고, 아스팔트의 열분해로 생성된 휘발성 물질은 600~650℃ 이전에 대부분 방출됩니다. 700~750℃에서 코크스가 형성됩니다. 아스팔트의 코크스화 속도를 높이고 제품의 물리화학적 특성을 개선하기 위해서는 이 단계에서 온도를 균일하고 천천히 상승시켜야 합니다. 또한, 이 단계에서는 다량의 휘발성 물질이 방출되어 용광로 전체를 채웁니다. 이러한 가스들은 고온의 생성물 표면에서 분해되어 고체 탄소를 생성하고, 이 탄소는 생성물의 기공과 표면에 침착되어 코크스 수율을 증가시키고 생성물의 기공을 밀봉하여 강도를 향상시킵니다. 이 단계 반응의 가장 두드러진 특징은 작용기의 중합 및 분해와 배출 가스 내 수소 함량의 점진적인 증가입니다.
3. 고온 소결 단계 (800℃ ~ 1200~1350℃)
제품 온도가 700℃ 이상에 도달하면 바인더의 코크스화 공정이 기본적으로 완료됩니다. 고온 소결 단계에서는 가열 속도를 다소 높일 수 있습니다. 최고 온도에 도달한 후에는 15~20시간 동안 해당 온도를 유지해야 합니다. 코크스화 과정에서 큰 방향족 평면 분자가 형성됩니다. 평면 분자의 주변 이종 원자 및 원자단이 분해되어 제거됩니다. 온도가 상승함에 따라 평면 분자는 재배열됩니다. 900℃ 이상에서는 가장자리의 수소 원자가 점차 분해되어 제거됩니다. 동시에 바인더 코크스는 더욱 수축하고 치밀해집니다. 이 시점에서 화학적 반응은 점차 약해지고 내외부 수축률은 점차 감소하는 반면, 진밀도, 강도 및 전기 전도도는 모두 증가합니다.
4. 냉각 단계
냉각 과정에서는 냉각 속도가 가열 속도보다 약간 빠를 수 있습니다. 그러나 제품의 열전도율 한계로 인해 제품 내부의 냉각 속도는 표면보다 느려지므로 제품 중심부에서 표면으로 갈수록 온도 구배 및 열응력 구배가 발생하여 크기가 달라집니다. 열응력이 과도하면 내부와 외부의 수축이 불균일해져 균열이 발생할 수 있습니다. 따라서 냉각 또한 제어된 방식으로 진행해야 합니다. 냉각 단계에서는 단계적 냉각 방식을 적용합니다. 800℃ 이상의 영역에서는 급속 냉각으로 인한 균열을 방지하기 위해 냉각 속도를 3℃/h 이하로 유지해야 합니다. 제품이 용광로에서 나올 때의 온도는 80℃ 미만이어야 합니다. 분무식 수냉 시스템을 사용하는 경우, 열충격으로 인한 손상을 방지하기 위해 수온을 40℃±2℃로 안정적으로 유지해야 합니다.
게시 시간: 2025년 6월 11일