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炭化的各個階段與炭化率

傳統製炭操作者於製炭時,通常利用排煙顏色與氣味可藉以判斷製炭之各階段。

  1. 乾燥期:煙色由白漸漸轉為混濁,煙味略帶甘味,稱為甘煙; 此時木竹材內部之水分大量蒸發排出,木竹材的溫度也隨之升高,直 到水分完全蒸發,此階段視木竹材之含水率所需時間亦不相同。
  2. 升溫期:煙色漸漸轉為清澈或略帶青色,煙味略帶酸味;此 時木竹材開始熱解,釋出各種有機成分,直到溫度高至木竹材的燃 點,窯內木竹材開始燃燒。
    由於窯溫之分佈並不均勻,窯內各位置的木竹材可能分別達到不 同階段,所以上列二階段並無明顯之分界。
  3. 炭化初期:煙色漸漸轉為白色,帶有酸味;木竹材更進一步 熱解,釋出更多有機成分。此階段黑炭與白炭之燒製需調整不同之進 氣量,以控制窯內溫度。
  4. 炭化旺盛期:煙色漸轉為淺白至略帶黑色,混雜酸味、辛辣 味及甘味,木竹材熱解作用更旺盛。
  5. 炭化末期:煙色由白轉無色再轉為青色,最後再轉為無色。
  6. 精煉期:黑炭與白炭分別為不同之精煉溫度。黑炭於窯內消火,而白炭則進行窯外消火。

台灣製炭業者將炭化初期轉變至炭化旺盛期稱為「發窯」,隨之 停止供應外部之燃材,封閉燃燒口稱之「封窯」。

在封窯之前以外部 燃燒木材及內部木材自燃之加熱方法稱為「陽火」階段;封閉窯口之後,利用窯內餘溫,繼續精煉,此種餘溫加熱方法稱為「陰火」,隨著溫度降低至炭的燃點之下便可出窯,目前台灣僅製造黑炭。

製炭時,一支竹材製炭前之重量與製炭後竹炭重量之比值稱為炭化率(Ca),而整窯製炭前所有竹材之總重量與製炭後所有竹炭總重量之比值稱為收炭率(Cb)。

其計算方法如式 1 及式 2,而式中 W1charcoal 為製炭後該竹材製得之竹炭重量,W1bamboo 為製炭前一支竹材之重量;Wtcharcoal 則為製炭後整窯所得竹炭之總重量,Wtbamboo 為製炭前整窯所有竹材之總重量。

炭化率 Ca(%) = W1charcoal/W1bamboo —(1)

收炭率 Cb(%)= Wtcharcoal/Wtbamboo —(2)

一般木材製炭約在 48 小時即已初步炭化;以竹材製炭時,由於竹肉厚度遠小於一般裝窯之木材厚度,所以時間更短,最快可於 3 小 時內完成初步炭化。木材通常在生材狀態下進窯燒製,由於其含水率 偏高,通常高於 60 %,不僅收炭率只有約 16 %,且消耗許多熱量在乾燥木材(蒸發水分)。竹材不僅竹肉厚度較薄,且具有發達的導管組織,水分散失較快,進窯時之含水率較低故約有 30 %的收炭率(一般進窯時之最適竹材含水率為 12-13%)。

資料來源:http://140.130.94.202/fps/page/page_c.pdf

中國製作竹炭的階段區分

烧竹炭于烧木炭有许多相类似的地方,但是炭窑的式样和烧炭的过程有着明显的不同。一般分为竹炭干燥、竹材预炭化、竹材炭化、竹炭锻烧和冷却五个阶段。

一、竹材干燥。利用燃料燃烧产生的炽热烟气进行熏烟干燥,一般需一周左右时间。这时,炭窑内的温度一般小于150℃,主要是去掉竹材中的水分,使竹材的形状尺寸不容易改变。如果竹材的干燥与烧炭的过程分开进行,需要另建竹材熏烟干燥窑。

二、竹材预炭化。这时炭窑内的温度150℃~270℃,竹材的受热分解比较明显,开始产生醋酸和焦油。

三、竹材炭化。这时炭窑内的温度270℃~360℃,竹材发生非常快的热分解,产生大量的分解产物,是醋酸、焦油等天然高分子产物的主要阶段。在这一阶段内,由于竹材非常快的热分解,放出大量的热量。

四、竹炭锻烧。这时炭窑内的温度360℃以上。在这一阶段,随着高温的持续进行,残留在竹炭中的能挥发的物质得到的排除,但产生的气体冷凝液——竹醋液已经很少。

竹炭煅烧时的最高温度,要根据竹炭的用途来确定。一般来讲,调湿用的竹炭,煅烧温度600℃以上;水的净化用炭、煮饭用炭、沐浴用炭,煅烧温度700℃以上;电磁屏蔽和抗辐射用炭,煅烧温度800℃~1000℃,甚至更高。

五、冷却阶段。将经过煅烧的竹炭,在竹炭窑不漏气的情况下,从最高的煅烧温度逐步冷却到50℃左右,然后就可以出炭。

資料來源:http://anywood.com/news/detail/44973.html

名詞解釋:鍛燒(calcination)~或稱煆燒,為對金屬礦物或其它固體材料之一加熱過程,使材料內的某些成份產生熱解離、相轉移或藉此脫去其中揮發性的成份。通常此一加熱過程的最高溫不會超過材料本身的熔融溫度(Wikipedia)。