Согласно ГОСТ 17070–2014 «Угли. Термины и определения», плавкость золы угля — это «свойство золы угля постепенно переходить из твердого состояния в жидко-плавкое через стадии спекания, размягчения и плавления при нагревании в установленных стандартом условиях».
Поскольку зола угля представляет собой сложный композиционный продукт, плавление золы описывается набором температур, которые характеризуют все стадии этого процесса.
В соответствии с этим метод определения плавкости золы является по существу методом определения характерных температур плавкости золы.
Процесс плавления золы углей протекает обычно в интервале температур 1000–1600°С.
Плавкостные характеристики зол в значительной степени зависят от их химического состава. В общем виде увеличение содержания кислотных оксидов SiO2, Al2O3, TiO2 в золах, уносах или шлаках (твердых продуктах сжигания углей) приводит к повышению температур плавкости, а рост концентраций щелочных оксидов Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O, называемых плавнями, — к их снижению [17, 25].
Известны корреляционные уравнения, в которых температуры плавкости золы являются функцией коэффициента плавкости золы (Кпл), определяемого соотношением в золе кислотных и щелочных оксидов:
Для углей Кузбасса получены зависимости, в которых отражена степень влияния каждого оксида на температуры плавкости золы [25].
Используя эти уравнения, можно рассчитать значения температур плавкости золы, причем в 70–80% проб расчетные температуры отличаются от фактических температур в среднем на ±(50–75)°С.
Полученные корреляционные уравнения позволяют прогнозировать плавкость золы, исходя из ее состава, и одновременно взаимно контролировать экспериментальные показатели состава и плавкости зол [25].
В меньшей степени, чем от химического состава, плавкость зол зависит от газовой среды, в которой происходит определение этих показателей.
В стандартном методе регламентированы две газовые среды: восстановительная* и окислительная.
В окислительной среде процесс плавления протекает при температурах на 70–90°С выше, чем в восстановительной среде [17, 25].
Причина этого кроется в поведении соединений железа: в восстановительной среде образуются легкоплавкие эвтектики закисных форм железа с алюмосиликатами, а в окислительной — тугоплавкий Fe2O3 [2].
Применяемые газовые среды в методах определения плавкости золы моделируют поведение углей при сжигании в промышленных агрегатах: при слоевом сжигании в зоне образования шлака создается восстановительная среда, а при пылевидном сжигании в условиях избытка воздуха — окислительная.
Плавкостные характеристики зол необходимы для оценки качества энергетических углей.
Химический состав и температуры плавкости золы позволяют определять рациональные пути использования углей.
Выбор эффективного способа сжигания углей и удаления шлаков в значительной степени основывается на результатах определения плавкости золы.
