عملية تكليس المواد الكربونية.

1. مرحلة التسخين المسبق بدرجة حرارة منخفضة (من درجة حرارة الغرفة إلى 350 درجة مئوية)
عندما تصل درجة حرارة التسخين الفعلية للكتلة الخضراء إلى ما بين 100 و230 درجة مئوية، تبدأ الكتلة الخضراء بالتليّن، ويخفّ الإجهاد الداخلي، ويتمدد حجمها قليلاً، ولكن لا يتم إطلاق الكثير من المواد المتطايرة، وتكون الكتلة الخضراء في مرحلة اللدونة. في هذه المرحلة، تتمثل الوظيفة الرئيسية في التسخين المسبق لقضيب الكربون. ونظرًا لاختلافات درجة الحرارة والضغط داخل الكتلة الخضراء، تهاجر بعض المكونات الخفيفة للأسفلت وتنتشر وتتدفق. ومع استمرار ارتفاع درجة الحرارة إلى ما بين 230 و400 درجة مئوية، يتسارع معدل تحلل الأسفلت تدريجيًا. وخاصةً ضمن نطاق درجة الحرارة من 350 إلى 400 درجة مئوية، يتحلل الأسفلت بشدة ويتم إطلاق كمية كبيرة من المواد المتطايرة. في هذه المرحلة، يجب التحكم في معدل التسخين لمنع الارتفاع المفاجئ في درجة الحرارة من التسبب في تركيز الإجهاد الداخلي، وفي الوقت نفسه، لتجنب الإطلاق السريع للمواد المتطايرة التي قد تسبب تشققات في قضيب الكربون.
2. مرحلة التكويك بدرجة حرارة متوسطة (من 350 درجة مئوية إلى 800 درجة مئوية)
عندما ترتفع درجة حرارة التسخين الفعلية للكتلة الخضراء إلى 400-550 درجة مئوية، يتباطأ معدل تحلل الأسفلت وتبخره، ليدخل في مرحلة يهيمن عليها تفاعل التكثيف المتعدد. عند درجات الحرارة العالية، يخضع الأسفلت لتحلل حراري وتكثيف متعدد لتكوين فحم شبه كوك. عند هذه النقطة، تقل كمية المواد المتطايرة المنبعثة، ويتغير حجم الكتلة الخضراء من التمدد إلى الانكماش. عندما تصل درجة حرارة التسخين الفعلية للكتلة الخضراء إلى 500-700 درجة مئوية، يتحول فحم شبه الكوك المتكون من الأسفلت إلى فحم كوك رابط (فحم كوك أسفلتي)، وتقل كمية المواد المتطايرة المنبعثة من تحلل الأسفلت، وتستمر الكتلة الخضراء الكربونية في الانكماش. عند هذه النقطة، يكون رابط الأسفلت قد تحول إلى فحم كوك رابط، وتزداد الموصلية الحرارية للكتلة الخضراء الكربونية. تُعد هذه المرحلة حاسمة وتؤثر على جودة التحميص. يخضع المادة الرابطة لعدد كبير من تفاعلات التحلل والبلمرة والتكوير والأروماتة المعقدة. ويحدث تحلل المادة الرابطة وإعادة بلمرة نواتج التحلل في آنٍ واحد، مُشكِّلين طورًا وسيطًا. ويؤدي نمو هذا الطور الوسيط إلى تكوين مواد أولية. عند درجة حرارة 400 درجة مئوية، يبدأ المنتج في إظهار التكويك، لكن قوته لا تزال منخفضة جدًا، ويقل تماسك الأسفلت. عند حوالي 500 درجة مئوية، وعلى الرغم من وجود كمية ضئيلة من المواد المتطايرة، إلا أن البنية الأساسية للكربون تكون قد تشكلت بالفعل. ويتشكل شبه الكوك عند درجة حرارة تتراوح بين 500 و550 درجة مئوية، وتُطلق المواد المتطايرة الناتجة عن التحلل الحراري للأسفلت بشكل أساسي قبل الوصول إلى درجة حرارة تتراوح بين 600 و650 درجة مئوية. ويتشكل الكوك عند درجة حرارة تتراوح بين 700 و750 درجة مئوية. لزيادة معدل تكويك الأسفلت وتحسين الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمنتجات، يجب رفع درجة الحرارة تدريجيًا وبشكل منتظم في هذه المرحلة. إضافةً إلى ذلك، تُطلق كمية كبيرة من المواد المتطايرة خلال هذه المرحلة، لتملأ حجرة الفرن بالكامل. تتحلل هذه الغازات على سطح المنتجات الساخنة، مُولِّدةً كربونًا صلبًا يترسب على مسام وسطح المنتجات، مما يزيد من إنتاجية الكوك ويسد مسام المنتجات، وبالتالي يعزز قوتها. أبرز ما يميز التفاعل في هذه المرحلة هو بلمرة وتحلل المجموعات الوظيفية والزيادة التدريجية في محتوى الهيدروجين في الغاز المنبعث.
3. مرحلة التلبيد بدرجة حرارة عالية (800 درجة مئوية إلى 1200 ~ 1350 درجة مئوية)
عندما تتجاوز درجة حرارة المنتج 700 درجة مئوية، تكون عملية التكويك للمادة الرابطة قد اكتملت بشكل أساسي. خلال مرحلة التلبيد بدرجة الحرارة العالية، يمكن زيادة معدل التسخين قليلاً. بعد الوصول إلى أقصى درجة حرارة، من الضروري الحفاظ على هذه الدرجة لمدة تتراوح بين 15 و20 ساعة. خلال عملية التكويك، تتشكل جزيئات عطرية مستوية كبيرة. تتكسر الذرات والمجموعات الذرية الطرفية غير المتشابهة لهذه الجزيئات وتُزال. مع ارتفاع درجة الحرارة، تخضع الجزيئات المستوية لإعادة ترتيب. عند درجة حرارة أعلى من 900 درجة مئوية، تتكسر ذرات الهيدروجين الموجودة على الحافة تدريجيًا وتُزال. في الوقت نفسه، يتقلص فحم المادة الرابطة ويزداد كثافة. عند هذه النقطة، تضعف العملية الكيميائية تدريجيًا، ويقل الانكماش الداخلي والخارجي تدريجيًا، بينما تزداد الكثافة الحقيقية والقوة والتوصيل الكهربائي.
4. مرحلة التبريد
أثناء التبريد، قد يكون معدل التبريد أسرع قليلاً من معدل التسخين. مع ذلك، ونظرًا لمحدودية الموصلية الحرارية للمنتج، يكون معدل التبريد داخله أقل من معدله على سطحه، مما يُؤدي إلى تدرجات حرارية وتدرجات إجهاد حراري متفاوتة الشدة من مركز المنتج إلى سطحه. إذا كان الإجهاد الحراري كبيرًا جدًا، فسيُسبب انكماشًا غير متساوٍ داخليًا وخارجيًا، مما قد يُؤدي إلى تشققات. لذا، يجب أن يتم التبريد بطريقة مُتحكم بها. خلال مرحلة التبريد، يُستخدم التبريد المتدرج. لا يتجاوز معدل التبريد في المناطق التي تزيد درجة حرارتها عن 800 درجة مئوية 3 درجات مئوية/ساعة لتجنب التشققات الناتجة عن التبريد السريع. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة المنتجات الخارجة من الفرن 80 درجة مئوية. عند استخدام نظام تبريد بالماء المُذرّى، يجب الحفاظ على درجة حرارة الماء ثابتة عند 40 درجة مئوية ± 2 درجة مئوية لمنع تلف الصدمة الحرارية.