Полезные ископаемые кривого рога и их свойства

1. «Кривой Рогъ в открытках, документах, фотографиях». И.А. Рукавицын. Киев, издательство «Книга-плюс», 2010, с. 8-9.

2. «Первоисточники – чистые родники». Книга вторая. Александр Петров. Днепропетровск, 2011, с. 174-175.

Ока́тыши — комочки измельчённого рудного концентрата сферической формы[1]. Полуфабрикат металлургического производства железа. Являются продуктом обогащения железосодержащих руд и последующего окомкования и обжига. Наряду с агломератом являются основным компонентом железосодержащей части шихты в доменном производстве для получения чугуна[2].

История[править | править код]

В связи со снижением доли богатой добываемой руды и постоянным увеличением доли руды, подвергаемой обогащению, в металлургический передел вовлекается все больше железорудного сырья, содержащего 80—90 % и более фракции <0,07 мм, а в ряде случаев и <0,05 мм. Как правило, горно-обогатительные предприятия находятся на значительном расстоянии от металлургических комбинатов. При агломерации тонкоизмельчённых (при глубоком обогащении) железорудных концентратов заметно уменьшается скорость процесса (из-за резкого снижения газопроницаемости шихты). Перевозка влажного концентрата на металлургические заводы для последующей его агломерации невыгодна из-за издержек, связанных с перевозкой воды, и затруднительна из-за смерзания концентрата в зимнее время. Изготовление агломерата непосредственно на горно-обогатительных комбинатах нецелесообразно из-за его недостаточной механической прочности.

Решением проблемы окускования тонкоизмельчённых железорудных концентратов стало производство железорудных окатышей, впервые предложенное в 1912 году Андерсоном (Швеция) и независимо от него в 1913 году Браккельсбергом (Германия). Производство железорудных окатышей развивалось в начале XX века во многих странах мира высокими темпами и к началу 2000-х годов превысило 300 млн т/год.

Схемы получения окатышей представляют собой комбинацию двух этапов формирования окатышей путём окомкования влажной шихты в специальных аппаратах — окомкователях (производство сырых окатышей) и упрочнения гранул (обжиговым или безобжиговым способами) для придания окатышам прочности, необходимой для хранения, транспортировки к доменным цехам и проплавки их в печах.

Сырые окатыши формируются при окатывании тонкодисперсного железорудного материала, увлажненного до определённой степени. Тонкоизмельчённый железорудный порошок относится к гидрофильным дисперсным системам, характеризующимся интенсивным взаимодействием с водой. В такой системе стремление к уменьшению энергии реализуется путём снижения величины поверхностного натяжения на границе раздела фаз (при взаимодействии с водой) и укрупнения частиц (в результате их сцепления). Считается, что в целом дисперсная система железорудный материал—вода обладает определённым термодинамическим стремлением к окомкованию[3].

Процесс формирования гранул из увлажнённого железорудного концентрата представляет собой совокупность различных явлений смачивания, капиллярного насыщения, осмоса, набухания, поверхностного диспергирования и др. Систему формирования гранул разработал В. И. Коротич[4].

Производство[править | править код]

Как правило, для производства окатышей используются небогатые железом руды, различные железосодержащие отходы. Для удаления минеральных примесей исходную (сырую) руду мелко измельчают и обогащают различными способами.

Процесс изготовления сырых (необожжённых) окатышей часто называют окомкованием (или окатыванием). Шихта в виде смеси тонкоизмельчённых железосодержащих концентратов, флюсов (добавок, регулирующих состав продукта) и упрочняющих добавок (обычно это бентонитовая глина) увлажняется и подвергается окатыванию во вращающихся чашах или барабанах-окомкователях (грануляторах).

Сырые окатыши должны обладать достаточной прочностью во избежание деформации и разрушения при их доставке к обжиговому агрегату (обычно обжиговая машина), а также хорошей термостойкостью, то есть способностью не разрушаться при обжиге. Для усиления этих свойств в шихту окатышей вводят связующие добавки (главным образом бентонит, а также его смесь с водой, известь, хлористый кальций, железный купорос).

Наибольшее распространение в качестве связующего при производстве окатышей нашёл бентонит, который в количестве 0,5—1,5 % вводят в шихту перед окомкованием. Бентонит отличается тонкой дисперсностью, ионообменной способностью, высокой степенью набухаемости при увлажнении, связностью, способностью постепенно выделять воду при нагреве. Бентонит в основном состоит из монтмориллонита и близких к нему по составу минералов. При увлажнении бентонит интенсивно поглощает воду, увеличиваясь в объёме в 15—20 раз. Выбор бентонита обусловлен также его способностью при увлажнении образовывать гели с чрезвычайно развитой удельной поверхностью (600—900 м²/т), которая примерно в 7 раз больше поверхности частиц других сортов глины. Бентонит увеличивает пористость сырых окатышей, что благоприятно сказывается на скорости удаления влаги во время сушки окатышей без снижения их прочности.

В результате окатывания в специальных агрегатах — грануляторах получают близкие к сферическим частицы диаметром 10—30 мм. Они высушиваются при температурах 150—200 °C и обжигаются при температурах 1200—1300 °C на специальных установках — обжиговых машинах. Наиболее распространённые конвейерные обжиговые машины представляют собой конвейер из обжиговых тележек, которые движутся по рельсам. В верхней части обжиговой машины над обжиговыми тележками располагают отопительный горн, в котором происходит сжигание газообразного, твердого или жидкого топлива и формирование теплоносителя для сушки, нагревания и обжига окатышей. Различают обжиговые машины с охлаждением окатышей непосредственно на машине и с выносным охладителем.

Факторы, влияющие на качество сырых окатышей:

• влажность поступающей на окомкование шихты;
• её гранулометрический состав, связанный с суммарной площадью поверхности частиц;
• качество смешивания компонентов шихты;
• постоянство шихты по влажности, крупности и нагрузке на окомкователь.

Целью обжига сырых окатышей является придание им прочности, обеспечивающей:

• минимальное разрушение и образование мелочи при транспортировке окатышей от фабрики до потребителя, при этом учитывается возможность складирования окатышей на открытом складе, что связано с дополнительными перегрузками и воздействием атмосферных осадков;
• минимальное разупрочнение и разрушение окатышей в условиях восстановительной плавки в доменной печи.

В процессе обжига сырых окатышей происходит ряд физико-химических превращений:

• удаление влаги (гидратной и гигроскопической);
• разложение карбонатов (MgCO3; CaCO3);
• окисление магнетита (Fe3O4);
• спекание (обжиг);
• диссоциация гематита.

В результате этих превращений окатыши приобретают необходимую прочность. Также при обжиге удаляется значительная часть сернистых загрязнений.

Применение[править | править код]

При использовании окатышей исключается раздельная загрузка в доменную печь руды и флюсов, значительно сокращается количество шлака при переработке руд с низким содержанием железа. Кроме того, повышается производительность плавки чугуна в доменной печи. Также окатыши применяют при плавке сталей в индукционных и электродуговых печах.

При сравнительно равных свойствах окатышей и агломерата[6], окатыш может использоваться в случае удалённости горнодобывающих производств от потребителей.

• Грохочение сырых окатышей перед загрузкой на обжиговую машину

• Загрузка сырых окатышей на обжиговую машину

• Обожжённые окатыши в зоне разгрузки с обжиговой машины

• Окатыши в трюме судна

• Окатыши на рудном дворе доменного цеха

См. также[править | править код]

• Агломерат (металлургия)
• Железная руда
• Железорудная промышленность
• Горно-обогатительный комбинат

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

• Юсфин Ю. С., Базилевич Т. Н. Обжиг железорудных окатышей. — Москва: Металлургия, 1973. — 272 с.
• Журавлев Ф. М., Малышева Т. Я. Окатыши из концентратов железистых кварцитов. — Москва: Металлургия, 1991. — 127 с.
• Маерчак Ш. Производство окатышей. — Москва: Металлургия, 1982. — 232 с.
• Коротич В. И. Основы теории и технологии подготовки сырья к доменной плавке: Учебн. для вузов. — Москва: Металлургия, 1978. — 208 с.
• Окатыши // Энциклопедия Криворожья. В 2 т. Т. 2. Л—Я : [укр.] / сост. В. Ф. Бухтияров. — Кривой Рог : Явва, 2005. — С. 205.