Ока́тыши — комочки измельчённого рудного концентрата сферической формы .

Железорудные окатыши — полуфабрикат металлургического производства железа . Они 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 .

История

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 .

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 .

Производство

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 (MgCO ₃ ; CaCO ₃ );
• окисление магнетита (Fe ₃ O ₄ );
• спекание (обжиг);
• диссоциация гематита .

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

Применение

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 , 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
• 
  Железорудные окатыши фабрики в г. Кируна ( Швеция )
• 
  Железорудные окатыши, фабрика Sherman, провинция Онтарио , Канада

См. также

Примечания

Литература

• 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 : [ укр. ] : у 2 т. / Сост. В. Ф. Бухтияров. — Кривой Рог : Явва, 2005. — Т. 2. Л—Я. — С. 205. — 816 с. — 2500 экз. — ISBN 966-96328-2-X (т. 2. Л—Я).