Поведение каменных и бурых углей при нагревании принципиаль­но различно. Каменные угли средней степени углефикации имеют температуру размягчения 350—450°С. При нагревании этих углей различают три температурных зоны:

1. зона от   начала нагревания   до   начала   размягчения   угля при 350°С;
2. пластическая зона от начала размягчения угля до его за­твердевания при ≈ 450°С;
3. зона последующего выделения летучих от начала затвердевания угля до полного выделения летучих и образования спеченного кокса — выше 450 С.

При нагревании угля сначала из него испаряется влага, а в дальнейшем образуется газ. Уголь начинает разлагаться, обра­зующиеся при этом жидкие продукты («первичный битум») отде­ляют от твердого остатка — полукокса. «Первичный битум» испаряется и одновременно частично разлагается. Полукокс под­вергают коксованию, в процессе которого выделяют газообразные продукты. Структура полукокса по сравнению с исходным углем полностью изменена. Эти изменения в зависимости от типа угля приводят к различным коксам. Выделение газа обусловливает усадку кокса, а при достаточно большой величине кусков — и об­разование трещин в коксе.

При переходе угля в пластическое состояние усиливается ориентация уже имевшихся в нем ароматических слоев; эта ори­ентация очень четко выражена у антрацита и в меньшей степени — у газопламенных углей. В результате отщепления боковых цепей в ароматических соединениях происходит упорядочение па­раллельных плоскостных слоев, как у природного графита, и вы­равнивание расстояний между ними. Этот процесс, называемый предграфитацией, протекает настолько неполно, насколько в ре­зультате повторного упрочнения угольного вещества ограничива­ется возможность интенсивного движения молекул. Благодаря широкой области, в которой происходит размягчение угля (350— 450 °С), предграфитация жирного каменного угля протекает ин­тенсивнее, чем у коксов из каменных углей с более низким выхо­дом летучих веществ. Молодые газовые угли, богатые битумом, не обнаруживают такой сильной предграфитации, как жирные угли. Более низкая степень предграфитации связана с пониженной проч­ностью вещества кокса.

Вследствие пластичности угольного вещества и разложения первичного битума в зависимости от условий коксования образу­ется пористый, стекловидный, пенистый или только спеченный кокс. Из жирного каменного угля образуется очень пенистый, лег­ко разрушаемый коксообразный продукт в том случае, когда во время нагревания уголь имел возможность свободно расширяться. Если такой возможности нет (как в коксовой печи), образуется твердый плотный кокс с мелкопористой структурой (пористость 40-60%).

Бурые угли ведут себя иначе, так как при нагревании их угольное вещество не размягчается. В этом случае происходит лишь выделение летучих веществ, которые частично разлагаются. В остатке образуется более или менее монолитный кокс, претер­певший сильную усадку. При полукоксовании бурого угля тоже различаются три температурных зоны:

1. зона предварительного нагревания (до 100°С);
2. зона сушки (100—125 °С);
3. зона полукоксования (225—500°С).

Во время предварительного нагревания уголь расширяется, причем слишком быстрое нагревание может привести к разрыхле­нию кокса или даже к разрушению его структуры. В процессе сушки при одновременной усадке выделяется вода. Выше 225 °С отгоняются продукты полукоксования (смола, масло, вода и газ) и происходит дальнейшая усадка. Выше 500 °С заканчивается обра­зование полукокса.

Определение летучих по DIN 51720 дает первую информацию о поведении углей при нагревании. Для этого проводят коксование угля в кварцевом тигле при 900 °С в определенных условиях. Количество выделившихся летучих ве­ществ совпадает с количеством летучих, образующихся в промышленном процес­се, только при точном соблюдении условий нагревания. Отклонение выхода ле­тучих из одного и того же угля может быть больше или меньше в зависимости от условий коксования.

В соответствии с DIN 23003, каменные угли разделяют на клас­сы (табл. 3). При этом каждый уголь обозначают трехзначным кодовым номером. Первая цифра указывает на класс угля (разде­ление на классы осуществляется по выходу летучих, определяемо­му по DIN 51720). Вторая цифра обозначает группу (по спекаемости). Спекаемость определяют индексом вспучивания (DIN 51741) или числом Рога, Третья цифра обозначает подгруппу. В основе этого подразделения лежит коксуемость, оцениваемая дилатомет­рическим методом (DIN 51739) или испытанием угля по Грей— Кингу.

В соответствии с действующим в ФРГ порядком, каменные угли объединяют в группы в зависимости от выхода летучих (табл. 4). Угли, у которых тигельный кокс свидетельствует о спе­кающих свойствах, считают товарными коксующими углями (га­зовый уголь, жирный уголь).

Бурые угли по внешним признакам разделяют на мягкие (зем­листые и сланцевые) и твердые (гладкие и блестящие). По  воз-

Таблица 4. Товарная классификация каменных углей

можности получения химического сырья различают пригодные и не пригодные к полукоксованию бурые угли. Естественно, резкую границу здесь провести нельзя. Следует исходить из того, что бу­рые угли с выходом смолы по Фишеру до 16% (в расчете на под­сушенный уголь, с влажностью до 13%) считают пригодными для полукоксования, а угли с выходом смолы только 6% для этой цели непригодны.

Для бурых углей, как и для каменных, имеется международ­ная классификация [1]. Соответственно основному использованию (сжигание или полукоксование) подразделение ведут по выходу смолы и по общей влажности свежедобытого угля. Граница меж­ду каменными и бурыми углями в рамках международной

Таблица 5. Международная классификация бурых углей с теплотой сгорания < 5700 ккал/кг ( 23 940 кДж/кг) * 

* Для воздушно-сухой   беззольной   массы (30 С, 90%-ная   относительная влажность воз­духа).

классификации определяется теплотой сгорания 5700±60 ккал/кг (23940±252 кДж/кг в расчете на ОМУ). Классификацией, приве­денной в табл. 5, предусматривают четырехзначные кодовые чис­ла, которыми обозначают выход смолы и суммарное содержание влаги в угле.