Металлургический кокс содержит золу, которая формируется из минералов углей шихты, претерпевших изменения при температурах коксования. Сведения о неорганических соединениях в углях важны для получения кокса с заданными свойствами и для прогнозирования его поведения в различных технологических процессах, использующих кокс. Известны 125 минералов, присутствующих в углях, некоторые из которых содержат элементы с подтвержденным отрицательным влиянием на свойства кокса (калий, натрий и др.). Термическое расширение кварца (SiO₂) ранее исследовали в связи с использованием его в производстве огнеупоров для строительства коксовых батарей, но не изучали влияние этих свойств кварца па прочностные свойства кокса. Лаборатория металлургических процессов, университет г. Оулу, и фирма "Ruukki Ltd", Paaxe, все Финляндия, выполнили настоящую работу, цель которой состояла в изучении поведения SiO₂ и его полиморфных модификаций в процессах коксования и доменной плавки и в анализе влияния этих модификаций на свойства кокса.

    Кремнезем SiO₂ присутствует в коксующихся углях в виде чистого кварца или в составе алюмосиликатов. Чистый кристаллический SiO₂ претерпевает несколько превращений из одной полиморфной модификации в другую в интервале температур 117-1713^оС, что соответствует температурным условиям коксования и условиям использования кокса в доменном процессе. Полиморфные превращения кварца происходят при повышении и уменьшении температуры.

    Превращение угля в кокс проходит несколько характерных стадий в определенных температурных интервалах. При температурах 375-475^оС происходит разложение угля с образованием пластичных слоев. В интервале 475-600^оС происходит активное образование смолы и ароматических углеводородов, сопровождаемое повторным затвердеванием пластичной массы и превращением ее в полукокс. При температурах 600-1100^оС осуществляется переход полукокса в кокс и стабилизация кокса. Эта стадия превращения полукокса в кокс характеризуется усадкой массы кокса, формированием структуры кокса и заключительным выделением газов.

    Увеличение объема кристаллов SiO₂ при 573^оС и особенно при 870^оС порождает растягивающие напряжения в матрице кокса, что ведет к образованию полостей и трещин. Грани кристаллов, острые и прямые, способны усилить этот процесс, действуя как "минеральные ножи". Такое предположение может быть справедливым в случае расположения кристаллов р-кварца отдельно от других минеральных частиц, в противном случае кварц может вступить в химическую реакцию (в зоне контакта поверхностей) с некоторыми минералами до превращения в тридимит.

    Кусковой кокс содержит различные текстуры, в том числе слоистые, графитовые, листоподобные и обычные текстуры течения. Реакция каждой данной текстуры на напряжения, вызванные расширением минеральной фазы, должна быть также различной и может проявиться на конечной стадии коксования, когда кокс уже сформировался как твердое вещество. Это предположение подтверждается анизотропией величин микротвердости при испытании образцов кокса из австралийских коксующихся углей. Влияние кварца на матрицу кокса по-видимому связано с превращением кварца в тридимит при 870^оC, сопровождающимся значительным увеличением объема кварца.

---