что такое коксующийся уголь для чего используется
Увеличение цен на нефть и поиски альтернативных источников энергии не только привели к разработке новых технологий, но обратили внимание на другое, не менее полезное сырье – уголь. Самым важным для промышленности является коксующийся уголь. В чем его ценность и где его добывают – изложено в этой статье.
Что такое коксующийся уголь
Это каменный уголь, из которого в условиях коксования получают кокс определенной прочности и крупности. Он представляет большую ценность для промышленности и пользуется активным спросом во многих отраслях. Так, коксующийся уголь используется как основное топливо при производстве стали и энергетики.
Коксующиеся угли отличаются от других каменных углей свойством переходить в пластическое состояние и спекаться при воздействии высоких температур без доступа кислорода.
Состав коксующегося угля
Коксующийся уголь в концентрированном и необогащенном виде характеризуется низкой зольностью (менее 10 %), незначительным содержанием летучих компонентов (от 15 до 37 %) и серы (менее 3,5 %). По сравнению с другими видами угля, коксующиеся угли обладают высокой температурой сгорания и характеризуются меньшим содержанием примесей. Соотношение составляющих веществ в разных месторождениях угля может немного отличаться. Это очень важно учитывать в процессе его коксования. Так, перед переработкой каменного угля обязательно определяется его состав, коксуемость, спекаемость и другие показатели. На территории постсоветского пространства для коксования применяют такие виды угля:
Процесс коксования
Под коксованием подразумевают технологический процесс преобразования угля в кокс. Он состоит из несколько стадий. На первом этапе проводится подготовка угля к коксованию. Добытый уголь измельчают и образовывают специальные смеси – шихты. На следующей стадии проводится коксование. Оно происходит в специальных камерах коксовой печи с применением газового нагрева. Подготовленную шихту помещают в печь на 15 часов, где все это время проводится повышение температуры до 1000ºС. В результате этого процесса получается «коксовый пирог».
Технология коксования на протяжении двадцатого столетия сильно изменилась, что позволило разрабатывать новые угольные залежи.
Согласно подсчетам, около 10 % общемировой добычи каменного угля проходит процесс коксования. Этот факт подтверждает наличие высокого спроса промышленности на коксующиеся угли.
Чем отличается коксующийся и энергетический уголь
Наибольшую ценность для промышленности предоставляют коксующиеся угли, которые используются в качестве технологического топлива во многих производственных отраслях народного хозяйства. Например, для выплавки чугуна. Главная особенность, которая отличает коксующийся уголь от энергетического – наличие витрена. Это зольная составляющая часть угля, которая образуется в результате разложения растений при отсутствии кислорода. Свойства витрена заключаются в способности плавиться и спекаться под воздействием высокой температуры. Таким образом, микрочастицы угля склеиваются в одну плотную массу. Чем больше концентрация витрена, тем выше качество коксования такого угля.
Наибольшее количество плавких веществ содержится в таких марках угля: коксовые, газовые, жирные, отощенно-спекающиеся и коксовые жирные.
Марки угля
В природе существует много разновидностей каменного угля, которые отличаются техническим составом, показателями спекаемости и выходом летучих составляющих. Для коксования подходят всего несколько марок угля. Но не все они пригодны для спекания в чистом виде. Иногда требуется добавление некоторых компонентов. Итак, существуют следующие марки коксующегося угля:
Наилучшими для спекания считаются такие марки коксующегося угля: жирный, слабоспекающийся, газовый, отощенно-спекающийся и коксовый в чистом виде. В них содержится наименьшее количество примесей, и они обладают высокой пластичностью.
Сферы применения
Главное предназначение коксующегося угля – промышленное топливо. Во время сжигания коксующийся уголь выделяет большое количество тепловой энергии. Так, температура воспламенения этого топлива составляет 470ºС. Но сжигание – не единственный способ извлечения полезных свойств из этого ископаемого. Существует много других отраслей народного хозяйства, в которых эффективно используют коксующийся уголь. Применение этого природного ресурса в промышленных процессах позволяет получать из него свинец, молибден, цинк, германий, серу, галлий и другие химические элементы. Промышленное применение имеют также и отходы угольной промышленности. Так, их перерабатывают в огнеупорные материалы и абразивы. Также из отходов производят строительные материалы.
В общей сложности из каменного топлива изготавливают более 300 разновидностей продукции. Уголь используется в качестве основного материала для производства углеграфитовых конструкционных элементов, высокоазотных кислот, которые применяются в удобрениях. Эффективное применение имеют вещества, которые выделяются в процессе коксования. Так, во время сухой перегонки образуется каменноугольная смола и аммиачная вода. Они также поддаются переработке.
Кроме того, в процессе коксования выделяются газообразные продукты, которые содержат бензол, фенол, аммиак и толуол. Они служат источниками других полезных веществ.
Добыча коксующихся углей на Украине
Коксующийся уголь в Украине в основном применяется металлургическими предприятиями. Так, на металлургию приходится около 90% общего спроса на этот вид топлива. Добывающая промышленность страны обеспечивает коксующимся углем внутренний рынок всего на 60%. Остальные 40 % потребляемого угля импортируются. Главным поставщиком коксующегося угля на Украину является Россия.
В последние годы в стране наблюдается рост спроса на иностранное сырье. Это связано со снижением объемов внутреннего производства. Также спрос на отечественное сырье падает из-за снижения его качества, так как металлургические заводы не могут использовать уголь с высоким содержанием серы.
На Украине коксующийся уголь добывается в бассейнах: Донецком, Львовско-Волынском, Днепровском. Наибольшее количество запасов каменного угля сосредоточено в Донецкой, Луганской и Днепропетровской областях. На данный момент из-за политической нестабильности добыча коксующегося угля на востоке Украины приостановлена.
Добыча угля в России
На территории России находятся большие месторождения угля. Согласно цифрам, страна занимает одно из первых мест в мире по угольным запасам. Более 67 % из них приходится на каменный уголь. Из них 10 % составляют коксующиеся угли.
В России коксующийся уголь добывается в бассейнах: Кузнецком, Печорском, Южно-Якутском, Донецком и Кизеловском. Первые два бассейна производят уголь в наибольшем количестве.
Запасы коксующихся углей в РФ составляют 47,3 млрд. тонн. Однако лишь незначительная часть является пригодной для использования. В последние годы добыча коксующегося угля в России находится на уровне 70 млн. т в год. Этого достаточно, чтобы обеспечить сырьем промышленные предприятия страны.
Коксующийся уголь в России добывают стабильными темпами. Прирост объемов добычи угля будет иметь место в случае повышения спроса на этот вид сырья, обусловленном развитием металлургических и смежных отраслей экономики РФ.
Перспективы рынка коксующегося угля
В ближайшие годы российскую угольную промышленность ждут изменения. Ключевые направления развития отрасли будут касаться вертикальной системы угольных производств. Так, государственной политикой предусмотрено создание на базе угольных шахт энергетических объектов небольшой и средней мощности. Также планируется установка на угледобывающих предприятиях оборудования, позволяющего перерабатывать уголь в экологически чистые синтетические топлива.
Что касается объемов реализации, спрос на коксующийся уголь в России будет расти. Дело в том, что кроме сталелитейных предприятий кокс использует цветная металлургия и много других отраслей промышленности. Так, для производства 1 т чугуна необходимо около 0,4 т кокса. А альтернативные технологии, которые позволяют его заменить на более выгодный ресурс, применяются ограниченно.
Тенденции мирового рынка коксующегося угля
На сегодняшний момент многие угольные компании всех стран переживают кризис снижения цен на коксующийся уголь. Эту проблему усугубляют государства, которые поставляют кокс в избыточных количествах. Также большое влияние на цены оказывает стремление покупателей сокращать затраты. Еще одна неблагоприятная ситуация возникает из-за желания производителей стали снизить производственные издержки. В Европе и в Китае спрос на коксующийся уголь продолжает расти, но это происходит за счет производства продукции высших категорий. Но в целом объемы закупок сырья на мировом рынке падают.
Немного стабилизировалась ситуация с энергетическим сырьем на рынке США. Но цена на него продолжает падать из-за снижения спроса на сталь. В результате этого может сократиться добыча коксующегося угля в США и странах Европы.
Зато эксперты прогнозируют рост импорта энергетического сырья в Индии. По объему ввоза коксующегося угля эта страна занимает третье место в мире.
Стоимость сырья
Во втором квартале 2015 года наблюдается снижение цен на коксующийся уголь. Крупные мировые компании предлагают сырье по цене, которая на 5–10 % ниже по сравнению с первым кварталом. Так, южноафриканская компания Anglo American предложила Японии коксующийся уголь наивысшего качества по 116 долларов США за 1 тонну. Средняя цена за 1 тонну коксующегося угля составляет 117 долларов США.
Каменноугольный кокс, угольный кокс
Кокс каменноугольный применяют для выплавки чугуна (доменный кокс) как высококачественное бездымное топливо, восстановитель железной руды, разрыхлитель шихтовых материалов.
Кокс каменноугольный используют также, как ваграночное топливо в литейном производстве (литейный кокс), для бытовых целей (бытовой кокс), в химической и ферросплавной отраслях промышленности (специальные виды кокса).
Доменный кокс должен иметь размеры кусков не менее 25-40 мм при ограниченном содержании кусков менее 25 мм (не более 3%) и более 80 мм.
Литейный кокс по размерам кусков крупнее доменного; наиболее пригоден продукт, в котором присутствуют куски менее 60-80 мм.
В промышленности ферросплавов используют мелкий кокс (например, фракцию 10-25 мм), при этом в отличие от доменного и литейного производств предпочитают применять продукт с большой реакционной способностью.
Требования по прочности к бытовому коксу менее жесткие, чем к доменному и литейному.
Современное мировое производство кокса каменноугольного составляет около 550-650 млн т/год.
От 60 до 70% мирового производства осуществляется в КНР.
Коксующиеся угли, в отличие от других каменных углей, при нагревании без доступа воздуха переходят в пластическое состояние и спекаются.
Коксующиеся угли характеризуются в необогащённом виде или в концентратах зольностью менее 10% и низким содержанием S (менее 3,5%), выход летучих веществ (Vdaf) 15-37%.
В CCCP отнесение углей к группе коксующихся углей прежде всего базируется на их пригодности для производства кондиционного доменного кокса.
В действующих в CCCP классификациях к коксующимся углям относят угли марок Г, ГЖ, Ж, КЖ, К, К2, OC и CC.
Значительными запасами коксующихся углей располагают:
CНГ (Донецкий, Печорский, Кизеловский, Кузнецкий, Карагандинский, Южно-Якутский, Тунгусский и другие бассейны),
США (Аппалачский, Западный, Юинта, Грин-Ривер и др.),
Великобритания (Нортамберлендский, Южно-Уэльский, Ланкаширский и Йоркширский бассейны),
ФРГ (Нижнерейнско-Вестфальский, или Рурский, Нижневестфальский),
Польша (Верхне- и Нижнесилезский, Люблинский),
Индия (Бокаро, Ранигандж, Джхария),
Австралия (Боуэн, Новый Южный Уэльс),
Чехия (Остравско-Карвинский и Трутновский).
Ограниченные по запасам месторождения известны также в следующих странах:
Франции (Саарско-Лотарингский, Hop и Па-де-Кале, Аквитанский бассейны),
Испании (Астурийский и Южно-Кантабрийский бассейны),
Коксующийся уголь
Кокс каменноу́гольный от нем. Koks и англ. coke. Твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый коксованием каменного угля.
Содержание
Физические свойства
Физико-химические свойства
Выше 900 °C, легко восстанавливает СО2 (С + СО2 = 2СО); при 1000 °C скорость процесса (стандартная реакционная способность кокса) в расчете на 1 г кокса 0,1—0,2 мл СО2 за 1 с, энергия активации 140—200 кДж/моль. Скорость взаимодействия с О2 (С +О2 = СО2), или горючесть кокса, значительно выше, чем с СО2, и составляет при 500 °C около 0,1 мл О2 за 1 с, энергия активации 100—140 кДж/моль.
Физико-химические свойства кокса каменноугольного определяются его структурой, приближающейся к гексагональной слоистой структуре графита. Структура кокса характеризуется неполной упорядоченностью: отдельные фрагменты (слои), связанные Ван-дер-Ваальсовыми силами, статистически занимают несколько возможных положений (например, накладываются один на другой). Наряду с атомами углерода в пространственной решетке кокса, особенно в ее периферийной части, могут располагаться гетероатомы (S, N, O).
Строение и свойства кокса каменноугольного зависят от состава угольной шихты, конечной температуры и скорости нагрева коксуемой массы. С увеличением содержания в шихте газовых и др. углей, характеризующихся малой степенью метаморфизма, понижением конечной температуры коксования и уменьшением выдержки при этой температуре, реакционная способность и горючесть получаемого кокса возрастает. При увеличении содержания газовых углей в шихте прочность и средняя крупность кусков кокса уменьшаются, а пористость его возрастает. Повышение конечной температуры коксования способствует увеличению прочности кокса каменноугольного, особенно к истиранию. При удлинении периода коксования и снижении скорости нагрева коксуемой массы средняя крупность кусков кокса увеличивается.
Применение
Кокс каменноугольный применяют для выплавки чугуна (доменный кокс) как высококачественное бездымное топливо, восстановитель железной руды, разрыхлитель шихтовых материалов. Кокс каменноугольный используют также, как ваграночное топливо в литейном производстве (литейный кокс), для бытовых целей (бытовой кокс), в химической и ферросплавной отраслях промышленности (специальные виды кокса). Доменный кокс должен иметь размеры кусков не менее 25-40 мм при ограниченном содержании кусков менее 25 мм (не более 3 %) и более 80 мм. Литейный кокс по размерам кусков крупнее доменного; наиболее пригоден продукт, в котором присутствуют куски менее 60-80 мм. Главное отличие литейного кокса от доменного — малое содержание S, которое не должно превышать 1 % (в доменном коксе до 2 %). В промышленности ферросплавов используют мелкий кокс (например, фракцию 10-25 мм), при этом в отличие от доменного и литейного производств предпочитают применять продукт с большой реакционной способностью. Требования по прочности к бытовому коксу менее жесткие, чем к доменному и литейному. Во всех производствах лучшее сырье — наиболее прочный малозольный и малосернистый кокс, содержащий небольшое количество мелких фракций. Мировое производство кокса каменноугольного около 400 млн т/год.
Коксующиеся угли
История каменного угля насчитывает до 300 миллионов лет. Он образовался из древесных остатков в так называемом каменноугольном периоде истории земли, когда еще миллионы лет оставались до старта первого птеродактиля, когда землю населяли уродливые стегоцефалы, когда росли дремучие леса древовидных папоротников и хвощей, а в заливах теплых морей скапливались сносимые реками остатки растительности и морских водорослей.
Уже много лет ученые спорят о том, что происходило с остатками деревьев и водорослей, покрытых осадочными породами, когда море затапливало районы накопления растительного материала, когда при горообразовании то подымался, то опускался первичный материал, в результате чего изменялись температура и давление. Растительный материал без доступа воздуха обращался в черный блестящий или матовый каменный материал, отличающийся высоким (до 80 – 95%) содержанием углерода.
Коксохимика интересуют только те угли, которые обладают уникальными свойствами – спекаемостью и коксуемостью.
В печь для сухой перегонки засыпают тонкоизмельченный материал – кусочки угля размером меньше трех миллиметров, а получают большие очень прочные куски серебристого цвета хорошо проплавленного материала. Если уголь не проплавился в однородную массу, а как бы слипся друг с другом, то получатся менее прочные куски. Что же происходит с этими углями при сухой перегонке, то есть при нагреве без доступа воздуха?
При достижении температуры 380 – 420° C угли, выделяя газообразные и жидкие продукты разложения, превращаются в вязкую, пластичную тестообразную массу, которая при температуре 450 – 500° C затвердевает, превращаясь в монолит. Если остановить подъем температуры и даже охладить массив размягченного угля, масса все равно затвердеет. При дальнейшем повышении температуры до 900 – 1000° C из образовавшегося монолита «полукокса» продолжают выделяться продукты разложения угольного вещества. Объем полукокса уменьшается, он претерпевает усадку, трескается и в результате получается кусковой материал – кокс.
Процесс образования кокса у разных коксующихся углей проходит по-разному. Дело в том, все они по свойствам мало похожи друг на друга, хотя и обладают способностью переходить при нагреве без доступа воздуха в пластическое состояние, о котором мы упомянули выше. Для получения кокса необходимо, чтобы уголь обладал «спекаемостью» или «спекающей способностью».
Попытаемся качественно оценить различия свойств коксующихся углей. Для этого возьмем тонкоизмельченные образцы и поместим одинаковые их количества (обычно один грамм) в фарфоровые тигельки. А потом эти тигельки, накрытые крышками, установим в нагретую до 800 – 850° C печь. Очень скоро из-под крышки начнут выделяться летучие продукты, которые воспламеняются и сгорают. Когда выделение летучих продуктов закончится, тигельки извлечем, охладим и снова взвесим, чтобы определить количество выделенных при нагревании паров и газов.
Существует тесная связь между выходом летучих веществ и внешним видом образующегося кокса. В большинстве случаев, если потеря массы превышает 40%, в тигельке остается неспекшийся, порошкообразный кокс. Если выход летучих веществ составляет больше 35%, но меньше 40 – 42%, то кусочек кокса в тигле, называемый коксовым корольком, – спекшийся, нередко вспученный, рыхлый, не очень прочный. Выход летучих составил 26 – 35%, и остаток оказывается спекшимся, оплавленным, вспученным, умеренно плотным, пористым. Если масса угольного образца уменьшилась на 20 – 25%, то кусочек кокса в тигле получается плотный, сплавленный, прочный. При количестве летучих 17 – 20% королек, спекшийся и умеренно плотный, а угли с выходом летучих менее 15 – 17% очень часто образуют неспекшийся порошкообразный или просто спёкшийся королек. Это уже основа для классификации.
Так, по выходу летучих и виду коксового королька угли называют соответственно длиннопламенными, газовыми, жирными или коксовожирными, коксовыми, отощенными спекающимися и, наконец, тощими. Такие ряды можно построить почти для каждого угольного бассейна. Хороший металлургический кокс можно приготовить из коксовых углей. Из одних же газовых или тощих углей хорошего кокса не получишь. Однако можно получить его из смеси этих углей с коксовыми и жирными.
Что же происходит с углем при нагревании? Как же образуется кокс? Для этого надо, прежде всего представить химическую формулу угля. Уголь – очень сложная система, и написать точную формулу его невозможно. Можно лишь изобразить модель, более или менее отображающую поведение угля при нагревании. Одна из таких моделей представляет уголь как систему, состоящую из блоков, содержащих чередующиеся двойные связи шестичленных углеродных колец (химики их называют ароматическими), соединенных кольцами из звеньев СН2.
Следует отметить, что новейшие исследования заставляют сомневаться в исключительно ароматической основе угольного вещества.
У разных углей разное количество таких шестичленных колец в блоке. Так, у газовых углей в этих блоках по три-четыре кольца, у жирных – по четыре-пять, у тощих – три-девять. При нагревании угля отдельные цепочки разрываются. Вещество распадается на молекулы меньших размеров, которые и образуют жидкоподвижную и газовую фазы тестообразной пластической массы. Аналогия с тестом оказывается довольно полной. Тесто в квашне подымается. Из него выделяются пузырьки углекислого газа, а если сформованное тесто поставить в печь, то из нее Вы вынимаете готовый пирог.
Неустойчивы и обломки угля, образовавшие пластическую массу, они распадаются. Часть угольного вещества обращается в газы и пары, вырывающиеся из вязкой массы, вспучивающие ее. Более массивные блоки колец соединяются друг с другом, образуя твердое неплавкое вещество – полукокс, представляющее собой систему из огромного числа ароматических колец. Полукокс теряет водород, соединенный с атомами углерода на крайних кольцах. Свободные от водорода блоки получают возможность соединяться друг с другом, и при 900 – 1000° C полукокс становится коксом. Будет кокс прочным или рассыплется – зависит от того, какими свойствами, прежде всего вязкостью и термоустойчивостью, будет обладать пластическая масса и как из нее станут выделяться газы.
Уголь не «плавится» весь сразу, да и сама вязкая масса неустойчива. В каждой крупинке угольного вещества идут непрерывные и одновременные процессы расщепления на фрагменты с образованием пластической массы и затвердевания этой массы. Все зависит от относительных скоростей этих двух процессов. Если мезофаза (промежуточное состояние) оказывается довольно устойчивой, если скорость ее распада, обращения в полукокс меньше скорости образования, то одновременно количество мезофазы оказывается значительным. Зерна угольного вещества хорошо сплавляются, образуя прочный кокс. Если мезофазы много, то она может связать и плохо спекшийся или вообще неспекающийся материал. Такими свойствами обладают, например, коксовые и жирные угли.
Газовые угли переходят в пластическое состояние при сравнительно невысоких температурах (350 – 370ºС). Однако их мезофаза быстро разлагается и поэтому большого количества пластического материала не образуется. К тому же при разложении такой мезофазы выделяется очень много газов, которые вспучивают пластический материал и разрывают образующийся полукокс. Поэтому-то из одних газовых углей хороший прочный кокс приготовить не удается.
У тощих углей переходит в «плавкое» состояние лишь малая их часть. Пластического материала образуется немного, и он не может сцементировать всю массу угля. Кусочки угля, полукокса, лишь склеиваются в точках соприкосновения. Чтобы получить при «сухой перегонке» прочный кокс, уголь должен обладать своеобразным свойством – «спекаемостью». Только спекаемость углей позволяет из мелкораздробленного материала получать монолитные куски.
Правда, может возникнуть вопрос. А зачем нужно коксовать мелкий уголь? Не лучше ли из крупных кусков хорошо спекающегося угля получать крупные куски кокса, но меньших размеров, чем куски угля? Можно! Так и делали когда-то. Но, во-первых, крупных кусков угля размером больше 30 миллиметров, которые могут дать пригодный по размерам кокс, добывают очень мало. Даже когда уголь добывали вручную, откалывая куски угля обушком или кайлом, образовывалось значительное количество (до 20 – 30%) мелочи. Теперь же уголь добывают и транспортируют машинами, и в угле, идущем на коксование, содержится 60 – 70% кусочков меньше трех миллиметров. Поэтому и крупные куски хорошо спекающегося угля уже почти сто лет дробят, чтобы в смеси с мелочью использовать для коксования максимальное количество спекающихся углей.
Да и не всякий хорошо спекающийся уголь можно коксовать самостоятельно. Такие угли при нагревании без доступа воздуха образуют очень вязкую, плотную пластическую массу. Газы и пары, образующиеся в процессе коксования, не могут быстро выйти через плотный и вязкий слой и развивают огромное давление. Если стенки камеры и останутся целыми, то вытолкнуть из коксовой печи готовый кокс, полученный при коксовании таких «распирающих» углей, невозможно.
Обычно же в результате того, что из коксующихся углей при коксовании удаляется 25 – 30% летучих веществ, происходит усадка массива. Между готовым коксовым «пирогом» и стенкой камеры коксовпания возникает усадочный шов 5 – 15 миллиметров, и кокс свободно выталкивается из камеры коксования.
Однако запасы коксовых и жирных углей сравнительно невелики (15 – 20% от общего количества каменных углей) и добывать такие угли приходится с больших глубин: 700 – 1000 метров. Газовых углей намного больше и залегают они неглубоко. Поэтому их можно добывать открытым способом (в карьере) и стоят они намного дешевле жирных и коксовых.
С первых дней существования большой коксохимии перед учеными встала задача – получать кокс из угольных смесей, содержащих не только жирные и коксовые угли, но также газовые и тощие угли. Советскими учеными была создана наука о составлении угольных смесей – шихт, в которые можно включить много дешевых и доступных углей. И очень большой вклад в развитие этой науки внес член-корреспондент АН СССР Леонид Михайлович Сапожников.
Какой уголь спекается лучше, а какой хуже? И можно ли коксовать хорошо спекающийся уголь без возникновения опасных распирающих усилий? Как выразить точными цифрами спекающую и коксующую способности углей различных бассейнов, месторождений, пластов без этих неопределенных выражений «больше – меньше», «лучше – хуже»?
То есть, как из неопределенных индивидуальных, основанных только на личном опыте отдельного специалиста качеств материала угля, извлечь научные основы, заключающиеся в том, чтобы спекающие и коксующие свойства углей были выражены точными цифрами и чтобы угли на основании этих цифр были классифицированы?
Измерить спекающие свойства углей пытались и раньше. В приборе, созданном под руководством члена-корреспондента АН СССР Леонида Михайловича Сапожникова (пластометрическом аппарате) наиболее удачно сочеталось получение одновременной характеристики спекающих, распирающих и усадочных свойств углей.
Всего 100 граммов измельченного угля нужно для испытания. Нагрев ведется с одной стороны, снизу специального стакана, куда засыпается проба. В процессе нагрева пластометрического стакана уголь слоями переходит (или не переходит) в пластическое состояние, образуя слой размягчающегося угля, имеющий довольно четкие границы, которыми являются, с одной стороны, образовавшийся полукокс – твердый, а с другой – граница размягчившегося угля.
Специальной иглой с делениями (пластометром) можно, опуская ее в слой угля, достигнуть верхней границы пластического слоя и, проколов его до полукокса, измерить толщину этого слоя. Периодические измерения на протяжении всего времени испытания позволяют получить весьма надежные средние значения. Одновременно с измерением толщины пластического слоя в миллиметрах (у) измеряется конечная усадка кокса ( x ) и на графике фиксируется вид кривой, которую выписывает рычаг, принимающий на себя давление, развиваемое углем при коксовании. Эта кривая характеризует состояние пластической массы, ее вязкость, газопроницаемость, и она характерна для каждой марки угля.
С помощью пластометриче c кого метода Л.М.Сапожникова, при одновременном учете данных технического анализа углей (выхода летучих веществ и вида тигельного коксового королька) оценивались и в настоящее время оцениваются и классифицируются угли различных бассейнов, месторождений, пластов.
На основании данных пластометрических испытаний (толщины пластического слоя) угли шихтуют, то есть смешивают на заводах в строго определенных пропорциях.
Исследованиями углей, опытными коксованиями установлено, что из смеси газовых, жирных, коксовых и тощих углей можно получить кокс, по прочности удовлетворяющий требованиям доменщиков, если толщина пластического слоя смеси углей – шихты будет 14 – 16 миллиметров.
Вот и подбирают угли разных марок с различным пластическим слоем таким образом и в таком количестве, чтобы общая спекаемость шихты, идущей на коксование, была в этих пределах. Это задача исследователей. А вот подготовить уголь к коксованию да еще 3 – 5 млн. т в год – это задача заводских углеподготовителей.
Наука об угле и, в особенности, тот ее раздел, который помогает определить угли наиболее подходящие к производству высококачественного кокса идет вперед. Информативность пластометрического метода определения спекаемости углей уже недостаточна.
Почти сто лет известно, что угольное вещество состоит из нескольких видов так называемых петрографических составляющих. Один из них – витринит является как бы «носителем» спекающей способности, но не всякий, а только определенной степени метаморфизма. Сегодня к пластометрическим показателям прибавился еще один важный классификационный показатель – величина показателя отражения витринита, заключенного в аншлифе брикета приготовленного из средней пробы того или иного коксующегося угля.
Средняя проба угля измельчается до крупности требуемой для проведения технических анализов и из нее приготовляется аншлиф из пробы пропитанной шеллаком и отшлифованной. На специальной оптической установке определяется в процентах коэффициент отражения света от входящих в поверхность включений витринита, и это дает представление о возрасте угля, его коксующих и спекающих возможностях.
Например, для хороших коксовых и жирных углей такой показатель составляет 1 – 1,26%. Метод гостирован и входит в как классификационный в систему международной классификации углей.