18.4. Определение коксуемости углей
Процесс спекания углей заканчивается при 500-550°С образованием сплошного тела полукокса. При дальнейшем нагревании до температуры 1000°С и выше протекают в основном поликонденсационные процессы с отщеплением низкомолекулярных продуктов (Н2О, Н2, СН4, СО и др.) и процессы упорядочения структуры твёрдого остатка, что приводит к образованию высокотемпературного кокса.
Большое значение для коксообразования имеет продолжающаяся при превращении полукокса в кокс потеря его массы за счёт газообразования – до 25-30% массы полукокса. Такая значительная потеря массы твёрдого полукокса не может сопровождаться соответствующим уменьшением его объёма. Сжатию полукокса (усадке) препятствует жесткость его структуры, в результате чего происходит растрескивание сплошной спекшейся массы полукокса и образование отдельных кусков кокса.В соответствии с ГОСТ 17070-87 «Угли. Термины и определения» коксуемость угля – это свойство измельченного угля спекаться с последующим образованием кокса с установленной крупностью и прочностью кусков. Из этого следует, что все угли, обладающие коксуемостью, обладают и спекаемостью. Но не все спекающиеся угли обладают коксуемостью. Из всех углей только уголь марки К можно отнести к категории коксующихся. Коксуемостью обладают и промышленные смеси углей разных марок (угольные шихты).
Спекаемость характеризует только прочность соединения угольных зёрен по поверхности и не отражает другие характеристики качества кокса, поэтому показатели спекаемости лишь приблизительно оценивают пригодность углей для коксования. Коксуемость – понятие во многом технологическое. Она зависит от условий подготовки и коксования углей. Поэтому коксуемость угля оценить только одним каким-нибудь методом невозможно. Для этого требуется применение комплекса методов, способных охарактеризовать все стороны коксообразования, особенно процессов спекания угля и растрескивания полукокса при превращении его в кокс.
При оценке коксуемости углей учитывают выход кокса, его механическую прочность, а также размеры кусков и равномерность по размерам кусков. При этом важно знать, как ведет себя уголь при коксовании его в смеси с другими углями.Один из прямых методов оценки коксуемости – коксование углей или
угольных смесей в лабораторной печи с последующим определением физико-механических характеристик кокса. Метод определения коксуемости углей путем коксования в лабораторной печи регламентирован в ГОСТ 9521-74 «Угли каменные. Метод определения коксуемости».
Пробу воздушно-сухого угля массой 2 кг крупностью 0-3 мм и зольностью менее 10% загружают в железный ящик и помещают в печь, нагретую до 1000°С.
Нагрев производится от боковых стенок печи. После загрузки температура снижается до 650°С. Дальнейший нагрев ведут со скоростью 2°С/мин. Опыт заканчивают, когда температура у стенок камеры печи составляет 1050°С, а в центре загрузки – 950°С. Ящик с коксом помещают в аппарат для тушения водой. Расход воды до 0,8 л. После тушения и удаления паров весь кокс взвешивают и рассчитывают выход валового кокса (Вк) в процентах на сухую массу загруженного угля или шихты.
Для оценки крупности кокса его сбрасывают в специальном аппарате с высоты 1,8 м на металлическую плиту, а затем рассеивают на ситах с квадратными отверстиями размером 60x60, 40x40, 25x25 и 10x10 мм в течение 4 мин, после чего подсчитывают выход отдельных классов кокса в граммах и процентах. По ситовому составу после сбрасывания определяют крупность кокса ∑40 в процентах (сумма классов кокса более 40 мм).
Кокс крупностью более 25 мм после испытания на сбрасывание загружают в колосниковый барабан с расстояниями между колосниками 25 мм, который вращают 6 мин при скорости 50 об/мин (300 оборотов). После этого остаток кокса в барабане взвешивают, а коксовую мелочь подвергают ситовому анализу на ситах с квадратными отверстиями размером 25x25 и 10x10 мм в течение 4 мин. По результатам испытания кокса в барабане определяют прочность кускового кокса в процентах: П25 (выход кокса более 25 мм) и П10 (выход кокса класса 0-10 мм).
Расхождение между результатами двух определений не должно превышать 3 абс.%. За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов двух определений.
Весь кокс после испытания в барабане дробят до крупности 0-13 мм, выделяют класс 3-6 мм просеиванием через сита с круглыми отверстиями диаметром 6 и 3 мм. Кокс крупностью более 6 мм доизмельчают, выделяют из него класс 3-6 мм и объединяют с ранее полученным классом 3-6 мм. Полученный кокс просушивают на противне в сушильном шкафу в течение 2-3 ч и засыпают в мерный стакан вместимостью 50 см3. Уплотняют навеску в течение 10 с на вибраторе, затем досыпают коксом. Избыток удаляют стальной линейкой. Кокс из мерного стакана взвешивают с погрешностью не более 0,05 г. Масса кокса объёмом 50 см3 является относительным показателем насыпной массы кокса.
Показатель прочности тела кокса (структурную прочность) определяют в специальном аппарате, который состоит из вращающейся металлической крестовины, внутри которой установлены полые металлические цилиндры. В эти цилиндры загружают объёмом 50 см3 кокса крупностью 3-6 мм и стальные шары. После 1000 оборотов крестовины вынимают кокс из цилиндров и рассеивают каждую пробу на сите с круглыми отверстиями диаметром 1 мм.
Показатель выхода кокса класса более 1 мм в процентах характеризует прочность тела кокса (Пс).
За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений. Расхождение между результатами двух параллельных определений не должно превышать 1,5 абс.%.