1. Étape de préchauffage à basse température (de la température ambiante à 350 °C)
Lorsque la température de chauffage de la pièce crue atteint 100 à 230 °C, celle-ci commence à se ramollir, les contraintes internes se relâchent et son volume augmente légèrement. Cependant, le dégagement de matières volatiles reste faible, et la pièce crue se trouve alors dans sa phase plastique. À ce stade, la fonction principale est de préchauffer la billette de carbone. En raison des différences de température et de pression au sein de la billette crue, certains composants légers de l'asphalte migrent, se diffusent et s'écoulent. Lorsque la température continue d'augmenter jusqu'à 230-400 °C, la vitesse de décomposition de l'asphalte s'accélère progressivement. Plus particulièrement, entre 350 et 400 °C, l'asphalte se décompose violemment et une grande quantité de matières volatiles est dégagée. À ce stade, la vitesse de chauffage doit être contrôlée afin d'éviter une montée en température brutale susceptible de provoquer une concentration des contraintes internes, et simultanément, d'éviter un dégagement rapide de matières volatiles pouvant engendrer des fissures dans la billette de carbone.
2. Étape de cokéfaction à température moyenne (350℃ à 800℃)
Lorsque la température de chauffage réelle du corps cru atteint 400 à 550 °C, la vitesse de décomposition et de volatilisation de l'asphalte ralentit, et le processus entre dans une phase dominée par la polycondensation. À haute température, l'asphalte subit une décomposition thermique et une polycondensation pour former du semi-coke. À ce stade, la quantité de matières volatiles libérées diminue et le volume du corps cru passe d'une phase d'expansion à une phase de contraction. Lorsque la température de chauffage réelle du corps cru atteint 500 à 700 °C, le semi-coke formé par l'asphalte se transforme en coke de liant (coke d'asphalte), la quantité de matières volatiles libérées par la décomposition de l'asphalte diminue encore et le corps cru carboné continue de se contracter. À ce stade, le liant bitumineux s'est transformé en coke de liant et la conductivité thermique du corps cru carboné a augmenté. Cette étape est cruciale pour la qualité de la cuisson. Le liant subit de nombreuses réactions complexes de décomposition, de polymérisation, de cyclisation et d'aromatisation. La décomposition du liant et la repolymérisation des produits de décomposition se produisent simultanément, formant une phase intermédiaire. La croissance de cette phase intermédiaire conduit à la formation de précurseurs. À 400 °C, le produit commence à se coker, mais sa résistance reste très faible et l'adhérence de l'asphalte diminue. Aux alentours de 500 °C, bien qu'il subsiste une petite quantité de matières volatiles, la structure de base du carbone est déjà formée. Le semi-coke se forme entre 500 et 550 °C, et les substances volatiles issues de la décomposition thermique de l'asphalte sont pratiquement éliminées avant 600-650 °C. Le coke se forme entre 700 et 750 °C. Afin d'augmenter le taux de cokéfaction de l'asphalte et d'améliorer les propriétés physico-chimiques des produits, la température doit être augmentée uniformément et lentement à ce stade. De plus, durant cette phase, une grande quantité de matières volatiles est libérée, remplissant entièrement la chambre du four. Ces gaz se décomposent à la surface des produits chauds, générant du carbone solide qui se dépose dans les pores et à la surface des produits, augmentant ainsi le rendement en coke et colmatant les pores, ce qui renforce leur résistance. La caractéristique la plus marquante de la réaction à ce stade est la polymérisation et la décomposition des groupes fonctionnels, ainsi que l'augmentation progressive de la teneur en hydrogène dans le gaz rejeté.
3. Étape de frittage à haute température (800℃ à 1200~1350℃)
Lorsque le produit atteint plus de 700 °C, la cokéfaction du liant est pratiquement achevée. Lors du frittage à haute température, la vitesse de chauffage peut être légèrement augmentée. Une fois la température maximale atteinte, il est nécessaire de la maintenir pendant 15 à 20 heures. Au cours de la cokéfaction, de grandes molécules aromatiques planes se forment. Les atomes et groupes atomiques périphériques dissemblables de ces molécules se rompent et sont éliminés. À mesure que la température augmente, les molécules planes se réorganisent. Au-dessus de 900 °C, les atomes d'hydrogène situés en périphérie se rompent et sont progressivement éliminés. Simultanément, le coke de liant se rétracte et se densifie davantage. À ce stade, la réaction chimique s'atténue progressivement, le retrait interne et externe diminue graduellement, tandis que la densité réelle, la résistance et la conductivité électrique augmentent.
4. Étape de refroidissement
Lors du refroidissement, la vitesse de refroidissement peut être légèrement supérieure à la vitesse de chauffage. Cependant, en raison de la conductivité thermique limitée du produit, la vitesse de refroidissement à l'intérieur du produit est inférieure à celle en surface, créant ainsi des gradients de température et de contrainte thermique d'amplitudes différentes entre le centre et la surface. Si la contrainte thermique est trop importante, elle provoque un retrait interne et externe irrégulier et peut entraîner des fissures. Par conséquent, le refroidissement doit être effectué de manière contrôlée. Durant cette phase, un refroidissement par gradient est mis en œuvre. La vitesse de refroidissement dans les zones à plus de 800 °C ne doit pas excéder 3 °C/h afin d'éviter les fissures dues à un refroidissement trop rapide. La température des produits à la sortie du four doit être inférieure à 80 °C. Lors de l'utilisation d'un système de refroidissement par eau atomisée, la température de l'eau doit être maintenue stablement à 40 °C ± 2 °C afin de prévenir les dommages causés par un choc thermique.
Date de publication : 11 juin 2025