Для оценки возможности использовании углей для коксования важными показателями являются их спекаемость, спекающая способность, коксуемость.

В соответствии с ГОСТ 17070-2014 «Угли. Термины и определения» спекаемость угля – это свойство угля переходить при нагревании без доступа воздуха в пластическое состояние с образованием связанного нелетучего остатка.

Способностью спекаться обладает определенная группа каменных углей. Бурые угли и антрациты при нагревании без доступа воздуха не переходят в пластическое состояние и не спекаются.

Спекание углей представляет собой сложный комплекс химических, физико-химических и физических процессов, в котором условно можно выделить две группы явлений [22]:

- переход в пластическое состояние, структурирование и отверждение пластической массы углей;

- собственно спекание, т. е. физическое и химическое сращивание остаточного материала угольных зерен.

Переход угля в пластическое состояние происходит в результате пи­ролиза, т.е. превращения под действием высокой температуры. При этом протекают первичные реакции термической деструкции, химические связи в молекулах угольных веществ разрываются и образуются активные промежу­точные продукты – радикалы. Эти продукты взаимодействуют между собой – протекают вторичные реакции синтеза. Первичные и вторичные реакции составляют единый процесс, который называют необратимой радикальной поликонденсацией. Благодаря этому процессу угли спекаются.

Спекающиеся каменные угли переходят в пластическое состояние при температуре выше 300°С. При этом непрерывно образуются парогазовые, жидкие и твёрдые продукты. Часть парогазовых продуктов постоянно удаляется из зоны реакции. Жидкие продукты вместе с твёрдыми остаточными продуктами и не удалившейся частью парогазовых продуктов образуют пла­стическую угольную массу. При образовании пластической массы угольные зёрна становятся пластичными или вязкотекучими. В результате их течения увеличивается поверхность контакта между зёрнами и усиливается плотность контакта.

При повышении температуры в процессе пиролиза угля количество и состав образующихся продуктов изменяются, поэтому меняются свойства пластической массы. При температуре 500-550°С пластическая масса за­твердевает и образуется спекшийся твёрдый остаток – полукокс. Это за­вершает спекание.

Существенное влияние на спекаемость углей оказывают три технологи­ческих фактора: скорость нагревания, крупность зёрен угля и механическое или газовое давление на уголь.

При повышении скорости нагревания увеличивается текучесть пласти­ческой массы, она становится термически более устойчивой, т. е. уголь более продолжительное время находится в пластическом состоянии. Это приводит к улучшению спекаемости.

При медленном нагревании спекаемость углей уменьшается. Очень медленный нагрев, например, со скоростью в тысячные доли градуса в 1 мин, может привести к тому, что даже хорошо спекающиеся угли совсем перестают спекаться.

При увеличении крупности зёрен спекающихся углей повышается их способность переходить в пластическое состояние. Это приводит к улучше­нию спекаемости. Наоборот, при очень тонком измельчении спекаемость сильно снижается в результате быстрого удаления образующихся при пиро­лизе промежуточных продуктов. Это явление называется «самоотощением» углей.

Действие давления на уголь сходно с действием, которое оказывает изменение его крупности. При увеличении механического или газового давления увеличивается плотность контакта между угольными зёрнами, что улучшает спекаемость углей.

Спекаемость углей зависит от свойств образующейся пластической массы, в том числе от её кажущейся вязкости и текучести. Для оценки спе­каемости на основе этих свойств применяют пластометрические методы.

Важная характеристика пластической угольной массы – её способность вспучиваться, т. е. увеличиваться в объёме под действием летучих про­дуктов, которые выделяются при пиролизе. Методы оценки спекаемости, основанные на измерении степени расширения или изменении объёма на­вески угля при нагревании, называются дилатометрическими.

Как пластометрические, так и дилатометрические методы можно при­менять для определения температурного интервала пластичности или периода нахождения угля в пластическом состоянии.

От свойств пластической угольной массы, её способности вспучивать­ся зависят форма и объём нелетучего остатка, получаемого в результате пиролиза. Поэтому для оценки спекаемости углей по их вспучиванию применяют также методы, основанные на характеристике внешнего вида нелетучего остатка.