Определение спекаемости угля

Одним из наиболее важных, если не важнейшим, направлением использования каменного угля является его переработка в металлургический кокс - твердый продукт высокотемпературного (>900 °C) разложения каменного угля без доступа воздуха, обладающий определенными свойствами. Далеко не все угли способны спекаться, т.е. переходить при нагревании без доступа воздуха в пластическое состояние с последующим образованием связанного нелетучего остатка. Если этот спекшийся остаток отвечает требованиям, предъявляемым к металлургическому коксу, то говорят о коксуемости угля. Таким образом, коксуемость есть спекаемость, но первое понятие более узкое. Спекаются угли марок Г, Ж, К, ОС, но металлургический кокс можно получить только из углей марки К или из смеси углей, которая по свойствам приближается к ним. Такая смесь называется шихтой. Для оценки спекаемости применяют много методов, основанных на различных принципах. Их можно разделить на три основные группы:

  • основанные на характеристике нелетучего остатка после термического разложения углей;
  • основанные на способности углей спекать инертные примеси;
  • характеризующие пластичность размягченной угольной массы.

Примером метода, относящегося к первой группе, является определение типов кокса по Грей-Кингу. Оно проводится путем коксования образца угля в стандартных условиях и сравнения внешнего вида получившегося нелетучего остатка с эталонными образцами. Ко второй группе причисляется, например, установление индекса Рога. Испытуемый образец спекают в стандартных условиях с инертной добавкой (антрацит) и проверяют прочность на истирание получившегося твердого тела в барабане Рога. Отношение разрушившейся и неразрушившейся части образца характеризуют индексом Рога.


В нашей стране в качестве стандартного метода определения спекающей способности принят пластометрический метод Сапожникова-Базилевич. Принято считать, что чем больше толщина пластического слоя, тем больше спекающая способность данного угля. Этот метод, относящийся к третьей группе, позволяет оценить не только спекаемость данного угля, но и подобрать шихту для коксования. Это возможно потому, что толщина пластического слоя шихты - величина, близкая к аддитивной, и приближенно выражается следующей формулой:

где:

y - толщина пластического слоя шихты, мм;

yi - толщина пластического слоя каждого компонента, мм;

ai - содержание компонента в шихте, мас.%;

n - число компонентов.

 

Анализ спекающей способности проводится в пластометрическом аппарате Сапожникова, позволяющем оценить не только величину y, но и усадку шихты x, выражающуюся тоже в миллиметрах и характеризующую изменение объема шихты до и после коксования. Экспериментально показано, что толщина пластического слоя и, соответственно, спекающая способность углей проходит через максимум с ростом степени углефикации. Показатели спекаемости и коксуемости зависят от петрографического состава и метаморфизма углей.


Каждый из приведенных методов дает более или менее надежные результаты только для определенных технологических групп углей, а потому находит ограниченное применение. Надежность определения спекаемости данного угля можно повысить, используя параллельно несколько методов при исследовании одного образца.


Не все микрокомпоненты могут спекаться даже в случае углей, обладающих наиболее благоприятной для спекаемости степенью углефикации. Если метаморфизм угля допускает наличие у него спекаемости, то переходят в жидкоподвижное состояние витринит и липтинит, причем вязкость пластической массы последнего ниже, и, соответственно, ее текучесть выше, чем у витринита. Инертинит совсем не плавится. Микрокомпоненты промежуточной группы семивитринита размягчаются при нагревании, но пластического слоя не образуют. Не участвующие в спекании микрокомпоненты называют отощающими и относят к ним группу инертинита и условно 2/3 массы группы семивитринита.