कार्बन पदार्थों की कैल्सीनेशन प्रक्रिया।

1. निम्न तापमान पर पूर्व-तापन चरण (कमरे के तापमान से 350℃ तक)
जब कच्चे कार्बन बिलेट का वास्तविक तापन तापमान 100 से 230 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच जाता है, तो वह नरम होने लगता है, आंतरिक तनाव कम हो जाता है, आयतन थोड़ा बढ़ जाता है, लेकिन वाष्पशील पदार्थ बहुत कम मात्रा में निकलते हैं, और कच्चा कार्बन बिलेट प्लास्टिक अवस्था में होता है। इस अवस्था में, मुख्य कार्य कार्बन बिलेट को पहले से गर्म करना होता है। कच्चे बिलेट के भीतर तापमान और दबाव के अंतर के कारण, डामर के कुछ हल्के घटक स्थानांतरित होकर फैलते और प्रवाहित होते हैं। जैसे-जैसे तापमान 230-400 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ता है, डामर के विघटन की दर धीरे-धीरे तेज हो जाती है। विशेष रूप से 350-400 डिग्री सेल्सियस के तापमान सीमा के भीतर, डामर का तीव्र विघटन होता है और बड़ी मात्रा में वाष्पशील पदार्थ निकलते हैं। इस अवस्था में, तापन दर को नियंत्रित करना आवश्यक है ताकि तापमान में अचानक वृद्धि से आंतरिक तनाव का संकेंद्रण न हो, और साथ ही, वाष्पशील पदार्थ के तेजी से निकलने से बचा जा सके जिससे कार्बन बिलेट में दरारें पड़ सकती हैं।
2. मध्यम तापमान पर कोकिंग चरण (350℃ से 800℃)
जब कच्चे कार्बन का वास्तविक तापन तापमान 400-550℃ तक बढ़ जाता है, तो एस्फाल्ट के अपघटन और वाष्पीकरण की दर धीमी हो जाती है और यह बहुसंघनन अभिक्रिया की अवस्था में प्रवेश कर जाता है। उच्च तापमान पर, एस्फाल्ट तापीय अपघटन और बहुसंघनन से गुजरकर अर्ध-कोक बनाता है। इस अवस्था में, उत्सर्जित वाष्पशील पदार्थों की मात्रा कम हो जाती है और कच्चे कार्बन का आयतन विस्तार से संकुचन में परिवर्तित हो जाता है। जब कच्चे कार्बन का वास्तविक तापन तापमान 500 से 700℃ तक पहुँच जाता है, तो एस्फाल्ट से बना अर्ध-कोक आगे चलकर बाइंडर कोक (एस्फाल्ट कोक) में परिवर्तित हो जाता है, एस्फाल्ट के अपघटन से उत्सर्जित वाष्पशील पदार्थों की मात्रा और कम हो जाती है और कार्बन का कच्चा कार्बन सिकुड़ता रहता है। इस अवस्था में, एस्फाल्ट बाइंडर बाइंडर कोक में परिवर्तित हो जाता है और कार्बन के कच्चे कार्बन की तापीय चालकता बढ़ जाती है। यह अवस्था भूनने की गुणवत्ता को प्रभावित करने वाली एक महत्वपूर्ण अवस्था है। बाइंडर में कई जटिल अपघटन, बहुलकीकरण, चक्रीकरण और सुगंधितीकरण अभिक्रियाएँ होती हैं। बाइंडर का अपघटन और अपघटन उत्पादों का पुन: बहुलकीकरण एक साथ होता है, जिससे एक मध्यवर्ती अवस्था बनती है। मध्यवर्ती अवस्था के बढ़ने से अग्रदूतों का निर्माण होता है। 400℃ पर, उत्पाद में कोकिंग के लक्षण दिखने लगते हैं, लेकिन इसकी मजबूती अभी भी बहुत कम होती है और डामर का आसंजन घट जाता है। लगभग 500℃ पर, हालांकि वाष्पशील पदार्थ की थोड़ी मात्रा अभी भी मौजूद होती है, कार्बन की मूल संरचना पहले ही बन चुकी होती है। 500 से 550℃ पर अर्ध-कोक बनता है, और डामर के ऊष्मीय अपघटन से उत्पन्न वाष्पशील पदार्थ 600 से 650℃ से पहले लगभग पूरी तरह से निकल जाते हैं। 700 से 750℃ पर कोक बनता है। डामर की कोकिंग दर बढ़ाने और उत्पादों के भौतिक और रासायनिक गुणों में सुधार करने के लिए, इस अवस्था में तापमान को समान रूप से और धीरे-धीरे बढ़ाना आवश्यक है। इसके अलावा, इस अवस्था के दौरान, बड़ी मात्रा में वाष्पशील पदार्थ निकलते हैं, जिससे भट्टी का पूरा कक्ष भर जाता है। ये गैसें गर्म उत्पादों की सतह पर विघटित होकर ठोस कार्बन उत्पन्न करती हैं, जो उत्पादों के छिद्रों और सतह पर जमा हो जाता है। इससे कोक की मात्रा बढ़ती है और उत्पादों के छिद्र बंद हो जाते हैं, जिससे उनकी मजबूती बढ़ जाती है। इस चरण में अभिक्रिया की सबसे प्रमुख विशेषता कार्यात्मक समूहों का बहुलकीकरण और विघटन तथा उत्सर्जित गैस में हाइड्रोजन की मात्रा में क्रमिक वृद्धि है।
3. उच्च तापमान पर सिंटरिंग चरण (800℃ से 1200~1350℃)
जब उत्पाद का तापमान 700℃ से ऊपर पहुँच जाता है, तो बाइंडर की कोकिंग प्रक्रिया लगभग पूरी हो जाती है। उच्च तापमान पर सिंटरिंग के दौरान, तापन दर को थोड़ा बढ़ाया जा सकता है। अधिकतम तापमान पर पहुँचने के बाद, तापमान को 15 से 20 घंटे तक बनाए रखना आवश्यक है। कोकिंग प्रक्रिया के दौरान, बड़े एरोमैटिक समतल अणु बनते हैं। समतल अणुओं के परिधीय असमान परमाणु और परमाणु समूह टूटकर अलग हो जाते हैं। तापमान बढ़ने के साथ, समतल अणुओं का पुनर्व्यवस्थापन होता है। 900℃ से ऊपर, किनारों पर स्थित हाइड्रोजन परमाणु धीरे-धीरे टूटकर अलग हो जाते हैं। साथ ही, बाइंडर कोक और अधिक सिकुड़ता और सघन होता है। इस बिंदु पर, रासायनिक प्रक्रिया धीरे-धीरे कमजोर हो जाती है, आंतरिक और बाहरी संकुचन धीरे-धीरे कम हो जाता है, जबकि वास्तविक घनत्व, मजबूती और विद्युत चालकता सभी बढ़ जाती हैं।
4. शीतलन चरण
शीतलन के दौरान, शीतलन दर तापन दर से थोड़ी तेज़ हो सकती है। हालाँकि, उत्पाद की तापीय चालकता की सीमा के कारण, उत्पाद के भीतर शीतलन दर सतह की तुलना में कम होती है, जिससे उत्पाद के केंद्र से सतह तक अलग-अलग परिमाण के तापमान प्रवणता और तापीय तनाव प्रवणता उत्पन्न होती है। यदि तापीय तनाव बहुत अधिक हो जाता है, तो इससे आंतरिक और बाहरी संकुचन असमान हो जाता है और दरारें पड़ जाती हैं। इसलिए, शीतलन को नियंत्रित तरीके से किया जाना चाहिए। शीतलन चरण के दौरान, प्रवणता शीतलन विधि का प्रयोग किया जाता है। 800℃ से अधिक तापमान वाले क्षेत्रों में शीतलन दर 3℃/घंटा से अधिक नहीं होनी चाहिए ताकि तीव्र शीतलन के कारण दरारें न पड़ें। भट्टी से निकलने वाले उत्पादों का तापमान 80℃ से कम होना चाहिए। परमाणुकृत जल शीतलन प्रणाली का उपयोग करते समय, तापीय आघात से होने वाले नुकसान को रोकने के लिए जल का तापमान 40℃ ± 2℃ पर स्थिर रूप से बनाए रखा जाना चाहिए।