Основы классификации углей

Угли, из которых можно получать металлургический кокс, должны обладать уникальными свойствами, совокупность которых позволяет относить их к коксующимся углям — спекаемостью и коксуемостью. Спекаемость — это свойство углей при нагревании без доступа воздуха до температуры выше 350-400 °С переходить в стадию пластического состояния с выделением жидкой фазы и образовывать при дальнейшем повышении температуры спекшийся остаток.

Коксуемость — это свойство спекающихся углей давать при коксовании кокс определенной прочности и гранулометрического состава.

Уголь может обладать спекающими свойствами, но при самостоятельном коксовании давать непрочный кокс. Смесь спекающихся углей может давать прочный металлургический кокс. Пригодность углей для коксования определяется по показателям технического анализа и специальных анализов (таких, как показатель отражения витринита, сумма отощающих компонентов, индекс Рога, пластометрические показатели).

Технический анализ углей заключается в определении содержания в них влрги, минеральных составляющих, серы, а также выхода летучих веществ при нагреве образца угля без доступа воздуха при температуре 850 °С в течение 7 мин.

Наиболее распространенный способ определения спекаемости углей — это пластометрический метод Л. М. Сапожникова, в аппарате которого определяется толщина пластического слоя, образующегося при медленном послойном нагревании пробы угля. Большая или меньшая ценность угля для коксования определяется большей или меньшей, измеренной в мм, толщиной пластического слоя. Для плохоспекающихся углей с пластическим слоем менее 6 мм применяется определение международного показателя- индекса свободного вспучивания

Технологические свойства углей зависят от их геологического возраста, условий формирования угольного пласта, степени окисленное™, условий накопления растительного материала, сформировавшего пласт, условий добычи и подготовки к коксованию.

Для определения путей технологического использования углей их необходимо классифицировать по определенным параметрам.

Сырьевая база предприятий коксохимической промышленности СССР базировалась на использовании, в основном, углей Донецкого, Кузнецкого, Карагандинского, Печорского и Кизеловского угольных бассейнов. Небольшое количество коксующихся углей добывается в Львовско-Волынском угольном бассейне Украины и Республике Якутия- САХА.

До 1989 года по каждому угольному бассейну имелась своя классификация, закрепленная соответствующим ГОСТом. Основами этих классификаций для разделения углей на марки и внутри каждой марки на группы были: выход летучих веществ, толщина пластического слоя и характеристика нелетучего остатка при определении выхода летучих веществ. С 1990 г. была введена общесоюзная Единая классификация каменных углей. По стандарту, который принят в СНГ и предусматривает новые классификационные параметры, угли делятся по видам, в зависимости от величины показателя отражения витринита', теплоты сгорания и выхода летучих веществ, на бурые, каменные и антрациты. Эти виды в зависимости от генетических (происхождение) особенностей делятся на классы, по среднему показателю отражения витринита; категории, по содержанию фюзенизированных компонентов на чистый уголь и типы.

Для каменных углей разделение на типы производится по выходу летучих веществ на сухое беззольное вещество. Далее на подтипы по толщине пластического слоя и индексу Рога (международный показатель коксуемости, определяется по прочности коксового остатка, полученного при нагреве без доступа воздуха до 900 ^СС в специальном сосуде).

В результате угли обозначаются семизначным кодом, в котором для каменных углей первые две цифры обозначают класс (минимальное значение показателя отражения), третья цифра - категорию (минимальное значение суммы фюзенизированных компонентов), четвертая и пятая указывают тип, то есть минимальный выход летучих веществ, шестая и седьмая цифры - подтип (минимальная толщина пластического слоя). В зависимости от технологических свойств угли объединяют в технологические марки, группы и подгруппы, которые устанавливают для каждого угольного пласта.

В соответствии со стандартом введена единая маркировка углей по их технологическому назначению по всем угольным бассейнам, приведенная в табл. 1.

По сравнению с ранее действовавшими классификациями в новой к коксующимся углям отнесены длиннопламенные (марки Д) и тощие (марки Т), введены новые обозначения марок (ГЖО, КО, КСН, КС), изменены обозначения групп.

Новая классификация отражает наиболее характерные общие признаки, генетические особенности и основные технологические характеристики. Это позволяет оперативнее, на научной основе, решать вопросы взаимозаменяемости углей (вопросы перешихтовки), разрабатывать и внедрять автоматизированные системы прогноза качества кокса и оптимального распределения углей между коксохимическими предприятиями. Важным является также определение коэффициентов технологической ценности углей различных марок и групп.

Основные характеристики качества углей, добываемых в угольных бассейнах, составляющих основу сырьевой базы, приведены в табл. 2.

Характеристику коксующихся углей, которые могут быть использованы в будущем для производства кокса можно найти в " Справочнике коксохимика" (Т. 1- М: Металлургия, 1963 г.) или в более новом: Голицын М.В., Голицын А.М. Коксующиеся угли России и мира /Справочник под ред. B.C. Череповского /М.: Недра, 1996.239 стр.

Витринит — одна из главных видимых петрографических составляющих угольного вещества. Блестящая, наименее зольная.

Донецкий бассейн. Коксующиеся угли этого бассейна, которые составляют основу угольных шихт коксохимических заводов Донбасса и Приднепровья, характеризуются легкой и средней обогатимостью, повышенным содержанием серы (до 4.4 %) и пониженным азота (до 1, 6 %). Основные марки углей, идущих на коксование, коксовые, газовые, жирные, отощенные, тощие. В связи с тенденцией к уменьшению производства кокса в Донбассе и Приднепровье, отработкой лучших по качеству угольных пластов добыча углей для коксования в Донбассе снижается.

Примечание:

К — коксовый; Ж — жирный; Г — газовый; Д — длиннопламенный; Т — тощий; С — спекающийся; СС — слабоспекающийся, О — отощенный; Н — низкометаморфизованный; В — витринитовый; Ф — фюзинитовый.

Кузнецкий бассейн из всех действующих бассейнов имеет наибольшие запасы коксующихся углей и в ближайшей, и в дальней перспективе их добыча будет увеличиваться для производства кокса на Востоке и в Центре России. Угли Кузнецкого бассейна характеризуются низким, по сравнению с донецкими, содержанием серы (до 0, 8%) и повышенным азота (до 3 %), и фосфора (до 0, 15 %). Поэтому на заводах, перерабатывающих кузнецкие угли, не строят цехи сероочистки и выработка аммиака (сульфата аммония) выше, чем на заводах, перерабатывающих донецкие угли.

В бассейне добывают все марки коксующихся углей. Благоприятные горно-геологические условия залегания коксующихся углей, небольшая глубина их отработки — эти и другие факторы (мало серы) делают использование этих углей экономически целесообразным даже на заводах Украины, притом, что Кузнецкий бассейн по-прежнему останется основной сырьевой базой черной металлургии восточных районов страны.

Карагандинский угольный бассейн является основой сырьевой базы Казахстана. Карагандинские угли характеризуются трудной обогатимостью, так как минеральные составляющие очень тонко распределены в органической массе угля. В этом бассейне также добываются все основные марки коксующихся углей, которые, как и кузнецкие, имеют низкое содержание серы (до 0, 8%).

Печорский угольный бассейн. Угли марок ГЖО, К, Ж легкообогатимые, с низким содержанием серы (до 1, 0 %). Основа сырьевой базы заводов Центра. В связи со специфическими условиями добычи (бассейн расположен за полярным кругом) и относительно небольшими запасами пригодных для коксования углей значительных перспектив не имеет. Добыча коксующихся углей в перспективе будет снижаться.

Кизеловский угольный бассейн. Отработал запасы коксующихся углей.

Южно- Якутский угольный бассейн (Нерюнгринское месторождение).

Представлен углем марки ОС, усредненная доля которого в сырьевой базе России составляет 1%.Основную массу концентрата марки ОС поставляет на экспорт.

Исследованиями ВУХИНа и УХИНа установлено, что при современном состоянии печного фонда коксохимической промышленности и технологии производства кокса с показателями максимально возможной прочности на предприятиях Востока и Центра России участие в среднем составе угольной шихты углей группы " хорошо коксующиеся" должно составлять не менее 82, 0 %, в том числе углей, определяющих спекаемость шихт на уровне 45 %. На предприятиях Донбасса и Приднепровья, перерабатывающих угли Донецкого бассейна, участие " хорошо коксующихся" углей в среднем должно составлять 50 %, в том числе углей, определяющих спекаемость шихты, на уровне 38 %.

Особенностью сырьевой базы коксования России является крайняя неустойчивость, как с количественной, так и с качественной сторон.

В настоящее время марочный состав на детально разведанных и освоенных участках месторождений не соответствует марочному составу угольных шихт, обеспечивающих получение кокса заданных параметров. Так, например, доля газовых углей в разведанных запасах составляет 46 %, а доля в шихте для коксования — менее 30 %.

В то же время запасы жирных углей составляют 18 %, коксовых — 18 %, а использование их в шихте для коксования — соответственно до 37 и 27 %.

Условия добычи газовых углей значительно легче, в то время как жирные и коксовые угли залегают на больших глубинах и отличаются сложными горно-геологическими условиями.

В силу сложившихся условий доля углей, определяющих спекаемость угольной шихты, снижается. Сырьевая база России, представленная в настоящее время только тремя бассейнами: Кузнецким, Печорским, Южно-Якутским, не была даже близка к расчетной для обеспечения выпуска качественного кокса. Поэтому обеспечение производства кокса, соответствующего современным требованиям в условиях перспективы, невозможно без внедрения новых технологических процессов, направленных на экономию хорошо коксующихся углей.

Коксующиеся угли перечисленных выше угольных бассейнов отличаются друг от друга по выходу летучих, толщине пластического слоя, распирающим свойствам и другими характеристиками. Поэтому уголь одной и той же марки, но добытый в разных бассейнах дает при самостоятельном коксовании разный по прочности и крупности кокс.

Запасы коксующихся углей крайне ограничены, они, как правило, добываются шахтным способом и поэтому дороги. Поэтому в последнее время стараются привлечь для коксования так называемые слабоспекающиеся угли, которые обозначаются маркой СС. При пластометрическом испытании у них невозможно измерить толщину пластического слоя, но при коксовании в смеси с другими углями они в небольших количествах могут использоваться. Поскольку угли СС залегают неглубоко и могут добываться открытым способом, значит с малой себестоимостью, их использование перспективно.