Спекание и коксообразование

Спекание угля можно представить себе как сумму химических реакций.разложения и синтеза органической его части, сопровождающихся физическими и физико-химическими явлениями, происходящими в дисперсной системе, образующейся в результате термической де­струкции угля, испарения влаги и выделения химичес­ких продуктов коксования.

При дальнейшем нагреве затвердевшей пластичес­кой массы формируется структура кокса. В процессе нагрева до высоких температур с коксом происходят следующие явления:

1) в результате термической деструкции продолжа­ется газовыделение;

2) изменяется плотность кокса;

3) изменяются геометрические размеры кусков кок­са, т.е. происходит его усадка;

4) образуются трещины в коксовом пироге, в ре­зультате чего формируются куски кокса;

5) упрочняется пористое тело кусков кокса и мате­риал кокса (стенки пор).

В результате термической деструкции с повышением температуры растет число химических связей между крупными структурными агрегатами пластической мас­сы. При этом вязкость ее повышается, начинается объ­единение частиц дисперсной фазы в сложные клубки, в результате чего образуется скелет полукокса, состоя­щий из частиц высокой степени полимеризации с мелко­кристаллической структурой. Одновременно происходят разложение и улетучивание части легких фракций в ви­де паров и газообразных продуктов. Температуру на­чала превращения пластической массы в твердое состо­яние нельзя считать истиннной точкой затвердевания, так как образовавшийся скелет полукокса еще способен к усадке. Истинной точкой затвердевания кокса яв­ляется температура 750—900° С. Заканчивается затвер­девание примерно через 2 ч. За это время уменьшаются размеры внутренней поверхности кокса, что связано с отложением углерода на стенках микропор, из-за чего происходит закупоривание или полное исчезновение пор.

Коксы из разных углей к концу коксования имеют одинаковую микропористую структуру стенок пор, но разные форму и размеры пор.

С момента затвердевания кокса до конца периода коксования выделяются газообразные продукты. Но, поскольку структура кокса — жесткая, объем материа­ла кокса уменьшается только за счет реализации обра­зовавшихся трещин. Трещины в коксовом пироге появ­ляются сразу, как только слои загрузки, прилегающие к стенкам камеры, достигнут температуры затвердения кокса.

После затвердевания пластической массы выделяет­ся больше половины общего количества летучих ве­ществ (55—68%). В процессе разложения органической массы полукокса происходит его усадка. Динамика усадки обусловливает характер трещинообразования. Трещины захватывают и пластический слой.

В процессе разложения органического вещества по­лукокса и кокса изменяется ориентация крупных моле­кул, уплотняются их «упаковки», увеличивается плот­ность и упрочняется кокс. Когда размеры углеродных сеток достигают некоторой «критической» величины, коксовый материал приобретает новые свойства н становится электропроводным. Это происходит при тем­пературах выше 500° С, т. е. после затвердевания пла­стической массы. При дальнейшем нагревании элект­ропроводность кокса возрастает. Снижение элект­росопротив-ления материала кокса может служить показателем его готовности.

В процессе выделения летучих веществ наблюдается уменьшение объема куска кокса—усадка. Величина усадки прямо пропорциональна выходу летучих ве­ществ. Температура начала усадки с увеличением сте­пени метаморфизма углей увеличивается, а конечная величина усадки снижается. В процессе усадки части­цы коксового материала смещаются к определенному центру сжатия, месторасположение которого может не совпадать с геометрическим центром образовавшегося куска кокса.

На характер и величину усадки влияют условия коксования: величина внешней нагрузки на уголь, ско--рость нагрева, степень измельчения угля и др. При уве­личении нагрузки на уголь усадка уменьшается. С увелечением скорости нагрева усадка уменьшается, в то же время процесс усадки происходит быстрее. При уве­личении тонкости помола угля усадка увеличивается.

В процессе усадки реализуются трещины, образо­вавшиеся ранее в массиве коксового пирога, и образу­ются новые. Трещинообразование — физический про­цесс, происходит в результате химических процессов термической деструкции и физико-химических явлений спекания и упрочнения вещества кокса при переходе его в полукокс.

Пористость кокса является следствием газовыделе­ния в пластическом состоянии. При затвердевании пла­стической массы пузырьки газа фиксируют пористую структуру полукокса. После затвердевания пластичес­кой массы газовыделение продолжается через поры по­лукокса и кокса, так как большая их часть сообщается между собой. Часть газа, проходя через раскаленный слой кокса, разлагается, на внутренней поверхности пор откладывается углерод, в результате чего упрочняется структура кокса.

Пористость кокса влияет на его кажущуюся плот­ность, горючесть, реакционную способность, а также не­которые другие свойства.