Основным сырьём для коксохимической промышленности служат угли. Структура и строение углей могут быть изучены при помощи микроскопа. Грубая структура угля, обнаруживаемая невоору­женным глазом, называется макроструктурой. Обычный микро­скоп позволяет видеть тонкую структуру угля, называемую мик­роструктурой.

В углях можно различить более или менее однородную блес­тящую массу (витрен), сероватую массу (дюрен), содержащую различные включения, волокнистую часть (фюзен), похожую на древесный уголь, и минеральные включения. Витрен, дюрен и фюзен — основные компоненты угля, представляющие его пет­рографический состав.

При использовании каменных углей для коксования необхо­димо знать также их технический состав, спекаемость, коксуе­мость, распределение минеральных примесей в классах углей по их крупности и насыпной вес угольной шихты.

Под техническим составом топлива обычно подразумевают данные, характеризующие техническую применимость топлива. Технический состав угля определяется содержанием влаги и ми­неральных примесей, выходом летучих веществ, содержанием серы и фосфора, углерода, водорода и азота, а также теплотой сгорания топлива.

Влажность углей. При нагревании угля до 100—105° С из него испаряется вода. Количество испаренной воды при этих условиях обычно выража­ют в процентах к весу топлива и называют содержанием влаги в углях, или короче - влажностью углей.

Содержание минеральных примесей в угле характеризуется его зольностью. Зольность топлива определяется по выходу ос­татка после сжигания угля при температуре 800° С. Зольность угля, как и влажность, выражается в процентах к его весу. Чем меньше зольность исходной шихты, тем меньше зольность полу­чаемого металлургического кокса.

Выход летучих веществ представляет собой количество обра­зовавшихся газообразных продуктов в результате различных химических реакций в процессе термического разложения топли­ва. Выход летучих веществ характеризует химический возраст (зрелость) углей. Чем меньше выход летучих веществ из углей, тем выше их возраст.

Спекаемостью углей называется способность смеси угольных зерен образовывать при нагревании без доступа воздуха спек­шийся или сплавленный нелетучий остаток. Спекание углей— результат процессов термической деструкции, вызывающий пере­ход их в пластическое состояние с последующим образованием полукокса — протекает главным образом в зоне температур 400—450° С.

Коксуемость углей обусловливается совокупностью всех про­цессов, которые протекают при нагреве их до более высоких тем­ператур (1000—1100° С) и включают кроме процессов спекания упрочнение и усадку материала полукокса и кокса, образование трещин и другие явления. Поэтому коксуемостью называют спо­собность угля самостоятельно или в смеси с другими углями при определенных условиях подготовки и нагревания до высоких температур образовывать кусковой пористый материал — кокс, обладающий определенной крупностью и механической прочно­стью.

Таким образом, понятия «спекаемость» и «коксуемость» раз­личны. В первом случае мы имеем дело со способностью углей спекаться, а во втором — со способностью углей давать метал­лургический кокс.

Группы углей обычно обозначаются начальными буквами их названий. Буквами Д, Г, Ж, К, О, С и Т обозначены: длиннопламенные, газовые, жирные, коксовые, отощенные, спекающиеся и тощие угли. Вышеприведенный ряд углей характеризуется увеличением степени их химической зрелости (возраста). Часто для обозначе­ния групп углей применяют их сочетание или дополнительные индексы, подразделяющие группы углей на подгруппы. Систематизация углей по группам и маркам представляет собой их классификацию.

ПОДГОТОВКА УГЛЕЙ К КОКСОВАНИЮ

Качество полученного кокса зависит в значительной мере от подготовки углей и правильности составления угольной шихты. На коксохимиче­ские заводы уголь поступает обычно со многих шахт и углеобо­гатительных фабрик, и специалист должен не только знать свой­ства и состав углей, но и умело составлять из них смесь, которая дает наилучший кокс. Составление угольных шихт для коксова­ния (шихтование) производится эмпирически. Одно из основных требований к качеству кокса — высокая прочность при достаточной крупности. Поэтому спекаемость угольной шихты как фактор, обеспечивающий высокую проч­ность коксового вещества, должна быть всегда достаточной.

Однако при чрезмерно большой спекаемости, как, например, углей марок ПЖ и некоторых Г, получается кокс с высокой проч­ностью вещества, но мелкий, пористый и непригодный для до­менных плавок. Чрезмерно отощенные угли или шихты при кок­совании дают кокс крупный, но непрочный, легко истирающийся, также непригодный для доменных плавок. Отсюда следует, что спекаемость угольной шихты должна иметь оптимальное значе­ние.

Для получения качественного кокса необходимо провести предварительную подготовку угольного материала к процессу коксования. Подготовка углей к коксованию включает ряд технологиче­ских процессов: обогащение, усреднение состава углей, дробле­ние, грохочение, дозирование, уплотнение, сушку и др.

Угли при обогащении проходят обычно следующие техноло­гические операции:

1. Разгрузка в углеприемные ямы, передача в дозировочные бункеры или же прямо на обогатительную фабрику.

2. Дозирование углей и передача их в заданной пропорции транспортером на грохоты.

3. Отделение крупных кусков углей размером более 80мм (на грохотах), дробление крупных кусков углей и присоединение дробленого продукта к рядовому углю.

(Грохочением называется разделение смеси сыпучих материалов на несколько классов по их крупности при помощи аппаратов, называемых грохотами. Поверхности грохота, имеющие отверстия для прохождения материала, называются ситами, или решетами.)

4. Разделение рядового угля на классы с размером кусков 10—80 мм и 0—10 мм.

5. Обогащение класса 10—80 мм на отсадочных машинах, реожелобах, в сепараторах с тяжелой жидкостью или какими-ли­бо другими способами.

6. Подача класса 0—10 мм на обеспыливающие устройства или грохот для удаления пыли (шлама).

7. Обогащение обеспыленного мелкого класса углей.

8. Передача пыли (шлама) на обогащение методом флотации. При отсутствии флотационной установки мелочь в необогащенном виде может быть присажена к концентрату или промежуточному продукту.

При выборе схемы подготовки углей к коксованию необходи­мо стремиться, прежде всего, к получению кокса наивысшего ка­чества. Качество кокса будет тем выше, чем однороднее шихта по составу частиц угля. Частицы отощающего угля, имеющие меньший выход летучих веществ и пониженную спекаемость, должны более тонко дробиться по сравнению с углями других марок. Особенно тонко должны быть раздроблены минерализо­ванные частицы шихты. Они не спекаются и около них в процессе коксования возникают трещины, понижающие качество кокса. С другой стороны, передрабливание угольных частиц ведет к об­разованию большого количества пыли, приводит к уменьшению насыпной плотности шихты и к понижению ее спекаемости. Все это указывает на то, что схема дробления углей должна выби­раться, прежде всего, с учетом распределения минеральных при­месей в угольных частицах.