ТОХФ / 1 группа (ХТУМ) / Синицын - лекции - 2002 / Лекция 2

Лекция 2.

Классификация углей

Классификация углей—их систематизация по одно­му или нескольким показателям. Практически все технологические классификации каменных углей построены на различии степени их углефикации (степени метамор­физма), определяемой различными способами. Известно несколько классификаций каменных углей применитель­но к их добыче и основным видам потребления. Для каждого из угольных бассейнов существует своя классификация, регламентированная Государственным стандартом. Наряду с классификациями углей для каждого из угольных бассейнов существуют технические требования на поставку углей для коксования. В соответствии с ГОСТом этими требованиями регламентируются технологические марки и группы углей, зольность, сернистость, влажность, содержание минеральных примесей с размерами кусков 25 мм и более, а также другие условия поставки. В отдельных случаях для по-глучения специальных сортов кокса регламентируется и содержание фосфора в углях.

Параметрами технологической классификации углей являются толщина пластического слоя (у) и выход летучих веществ при тигельном испытании V^г. В сводной табл. 2 приведены принятые в России технологиче­ские классификации углей разных бассейнов, предна­значенные для оценки углей как сырья для коксования. Цифровые индексы в наименованиях технологических групп указывают нижний предел толщины пластического слоя для данной группы углей, величина которой оказывается различной для углей одинаковых марок в раз-личныхых бассейнах.

Международная классификация (табл. 3) представляет собой кодовую систему, в которой каждый вид каменного угля обозначают трехзначным кодовым номе­ром в соответствии с принятыми классификационными Параметрами. Первая цифра кода—класс угля—ха­рактеризует степень его метаморфизма. Классы углей различаются по выходу летучих веществ и теплотворной способности угля. Вторая цифра—группа угля—хаактеризует его спекаемость. Всего выделяется четыре группы: неспекающийся, слабо спекающийся, умеренно спекающийся и сильно спекающийся. Группы углей могут различаться либо путем сравнения высоты королька, полученного методом свободного вспучивания в тигле, с эталонным корольком, либо методом Рога, заключающимся в определении механической прочности коксового королька, полученного после коксования в тигле смеси угля и антрацита при определенном их соотноше­нии и измельчении. Третья цифра кода—подгруппа угля—характеризует его коксуемость. Выделяется шесть подгрупп по степени коксуемости. Коксуемость определяется по методу Одибера-Арну (процент дилатации), заключающемуся в определении процента вспучиваемости угольного брикета в металлической трубке, или по методу Грей-Кинга (характеристика наружного вида коксового королька, получаемого в кварцевой трубке, путем сравнения с эталонными).

Этой классификацией пользуется большинство евро­пейских стран, хотя она весьма громоздка, что затруд­няет ее освоение

Эта классификация позволяет включить в нее все разнообразие углей Европы, Америки, а возможно и всего мира. Она может быть использована параллельно с отечественной классификацией. Особенно удобно поль­зоваться международной классификацией для внешне­торговых расчетов при поставке углей. Для удобства характеристики углей с коммерческой точки зрения все угли разбиты на группы, обозначаемые римскими циф­рами. В коммерческую группу I попадают антрациты, в группу II—тощие угли, группа III охватывает слабо спекающиеся и плохо коксующиеся угли, в группу IV входят средне спекающиеся, а в группу V — хорошо спе­кающиеся угли. В группу VI входят угли слабой (до средней) спекаемости и такой же коксующейся способ­ности. Это в основном длиннопламенные и выветрившие­ся газовые угли. Группа VII охватывает газовые и длин­нопламенные угли, которые либо не спекаются, либо об­ладают слабой спекаемостью и коксуемостью.

Помимо вышеперечисленных, имеются классифика­ции, представляющие собой попытку классифицировать угли с учетом их петрографических признаков. Хотя не­которые исследователи добились в этом определенных успехов, эти классификации распространения не полу­чили.

При составлении шихт для коксования следует учиты­вать влияние каждой технологической группы на каче­ство кокса. Угли марки Г могут обладать различными спекаемостью и коксуемостью. В технологическую группу Г-6 входят угли пониженной или средней спекаемости, и чем меньше у них толщина пластического слоя, тем хуже спекаемость. Угли пониженной спекаемости при самостоя­тельном коксовании кускового кокса не образуют — полу­чается мелкий, легкоистирающийся кокс. При больших значениях толщины пластического слоя они уже спекаются значительно лучше и могут образовывать при самостоятель­ном коксовании хоть и малопрочный, но кусковой кокс. Угли технологической группы Г-6 из-за своей слабой спе­каемости не принимают отощающей присадки.

Угли технологической группы Г-11 обладают повышен­ной для газовых углей спекаемостью и образуют при само­стоятельном коксовании достаточно сплавленный мелкий кокс. Чем выше значение Y, тем более тощей может быть Присадка, которую способен принять газовый уголь. Ее добавление способствует повышению прочности и укруп­нению кокса. При средней спекаемости газовых углей лучше добавлять уголь марки К, при повышенной — уголь мар­ки ОС.

Угли марки ГЖ имеют выход летучих веществ в тех же пределах, что и жирные угли (от 27 до 35 %), но по спекае­мости они сходны с газовыми. Эти угли по толщине пласти­ческого слоя подразделяются на две технологические группы и обладают промежуточными свойствами между газовыми и жирными углями.

Угли марки Ж также обладают различной коксуемостью. В технологическую группу Ж-17 входят угли хорошей спе-каемости, они сходны по своим свойствам с газовыми углями повышенной спекаемости. Кокс из них получается трещино­ватый, мелкий, низкой механической прочности. Их можно объединять с соответствующими углями марки Г.

Угли технологической группы Ж-21 представляют собой типичные жирные угли и образуют достаточно крупный и прочный кокс. Однако при большой толщине пластиче­ского слоя (Y > 28 мм) кокс получается мелкий, губчатый, крупнопористый, несмотря на хорошую проплавленность. Объясняется это снижением газопроницаемости и силь­ной вспучиваемостью в пластическом состоянии. Угли марки Ж, особенно технологической группы Ж-21, способны принимать отощающую присадку и образовывать кокс хо­рошего качества.

Угли марки К подразделяются на две технологические группы— К-21 и К-14. Угли группы К-21 являются про­межуточными между коксовыми и жирными. Они образуют достаточно крупный и прочный кокс, способны принимать отощающую присадку. У углей группы К-14 более вязкая пластическая масса и более узкий интервал пластического состояния. Они являются ценным компонентом шихты, так как обеспечивают высокую механическую прочность и равномерность кокса по крупности. Эти угли отощающей присадки почти не принимают и даже, наоборот, в смеси с углями марки Г сами служат отощающим компонентом.

Угли марки ОС обладают пониженной по сравнению с углями марки К спекаемостью. Интервал пластического состояния у них еще уже, чем у углей марки К. В шихте они способствуют снижению трещиноватости, развиваемой углями марок Г и Ж, и увеличению крупности кокса. Из­быток их в шихте может привести (в результате ухудшения спекаемости) к повышенной истираемости кокса. Особенно это относится к углям технологической группы ОС, близких по своим свойствам к неспекающимся углям марки Т.

Технологическая классификация углей по выходу ле­тучих веществ Y и толщине пластического слоя Y не всегда обеспечивает достаточно четкую дифференциацию углей. Особенно это относится к петрографически неодно­родным углям, какими, например, являются угли Запад­ного Донбасса и некоторых восточных районов страны.

В настоящее время на ряде коксохимических заводов европейской части страны коксуют угли двух-четырех бас­сейнов. Наличие отдельных классификаций каменных углей для каждого угольного бассейна усложняет составление шихт. Кроме того, угли одинаковых марок разных бассей­нов в связи с различием петрографического состава облада­ют разными свойствами. Поэтому была разработана единая классификация углей по генетическим и технологическим признакам для использования наряду с действующими бассейновыми классификациями.

По этой единой для России классификации каждый уголь обозначается семизначным кодовым числом, которое характеризует класс, категорию, тип и подтип угля. Определяют эти подразделения угля следующим об­разом: класс — по показателю отражения витринита R_о, первые две цифры кода — среднее значение для класса, умноженное на 10; категорию — по суммарному содержа­нию фюзинизированных микрокомпонентов ОК, третья цифра кода — среднее значение показателя для категории, деленное на 10; тип — по выходу летучих веществ V^daf, четвертая и пятая цифры кода — среднее значение для типа; подтип — по максимальной толщине пластического слоя Y, а для слабоспекающихся углей — по индексу Рога RI, шестая и седьмая цифры кода — среднее значе­ние показателя для подтипа.

Пример кодирования: уголь 1132915; класс 11 (R₀ = 1—1,14 %); категория 3 (ОК = 21— 35 %); тип 29 (V^daf = 27—30 %); подтип 15 (Y = 13—17 мм). Все угли по этой классификации разделены на 12 марок, 18 групп, 30 подгрупп.

До настоящего времени еще нет строго научной теории составления шихт для коксования. Сложность разработки такой теории объясняется, в частности, тем, что техно­логические свойства углей не аддитивны, и поэтому по данным спекаемости и коксуемости компонентов ших­ты нельзя точно рассчитать соответствующие показатели для шихты и, что еще более важно, предсказать свойства кокса.

При коксовании угольных смесей на стадии спекания происходит взаимодействие компонентов. Для каждого компонента весьма характерным является количество образующейся жидкой фазы пластической массы и ее качественные характеристики — вязкость, газопроницае­мость, вспучиваемость, а также температурные границы пластического состояния, причем, что особенно важно, эти характеристики не являются аддитивными.

Показатели, характеризующие пластическое состояние угольных шихт, обычно изменяются в таких пределах; толщина пластического слоя 14-20 мм; индекс Рога 50-65; индекс вспучивания 12-39 мм.