Окомкование

Окомкова́ние (ока́тывание) — процесс окускования увлажнённых тонкоизмельчённых материалов, основанный на их способности при перекатывании образовывать гранулы сферической формы (окатыши)^[1].

История

Процесс окомкования приобрёл актуальность при разработке относительно бедных месторождений полезных ископаемых. В этом случае руда, как правило, подвергается тонкому измельчению для раскрытия полезных минералов, что, в свою очередь, приводит к получению тонкозернистых концентратов, не пригодных для агломерации. Способ окомкования мелких сыпучих материалов впервые запатентован A. Андерсеном (Швеция) в 1912. B СССР первые исследования по окомкованию концентратов относятся к 1930 году. B СССР первая фабрика окомкования на Соколовско-Сарбайском ГOKe для производства окатышей из магнетитовых концентратов^[2].

Применение в промышленности

Окомкование применяется для подготовки тонкоизмельчённых и пылеватых материалов для металлургии, передела и транспортировки их на большие расстояния. Преимущественное распространение окомкование получило для железорудных концентратов. Окомкованию подвергают также хромовые, фосфористые и флюоритовые концентраты, а в некоторых случаях и концентраты руд цветных металлов. Окомкование является наиболее целесообразным способом окускования тонкоизмельченных концентратов (менее 0,07 мм)^[1].

При окомковании железорудных концентратов в специальных окомкователях (грануляторах) получают сырые окатыши, как правило, диаметром 10—15 мм, которые затем подвергают обжигу на обжиговых машинах для упрочнения. В дальнейшем окатыши применяются в качестве составной части шихты для доменных печей при производстве чугуна, а также в качестве добавок при производстве стали различными методами. Возможно получение частично восстановленных и металлизованных окатышей в специальных агрегатах (процесс DRI).

В качестве связующих добавок для производства окатышей применяют бентонит, гашёную известь, хлорид кальция и натрия, сульфат железа и пр. Наибольшее распространение получил бентонит, обладающий свойством сильно набухать при поглощении воды (увеличение объёма осадка в 15—19 раз).

Окомкование сыпучих материалов может применяться как технологический этап других металлургических процессов. Например, шихта для производства агломерата также подвергается окомкованию перед загрузкой на агломашину.

Описание процесса

Измельчённый железорудный порошок можно отнести к гидрофильным дисперсным системам, характеризующимся интенсивным взаимодействием с водой. В такой системе стремление к уменьшению энергии реализуется как за счёт снижения величины поверхностного натяжения на границе раздела фаз (при взаимодействии с водой), так и за счёт укрупнения частиц (в результате их сцепления). Таким образом, можно считать, что в целом дисперсная система «железорудный материал — вода» обладает определённым термодинамическим стремлением к окомкованию.

Ведущим фактором, определяющим прочность сцепления частичек во влажном состоянии, является величина удельной поверхности материалов, которая в большей степени связана с содержанием наиболее мелких фракций. Другим важным фактором, влияющим на окомкование, является содержание в шихте влаги. Так, например, получаемый путём флотации или при обогащении в винтовых сепараторах концентрат из кристаллических немагнитных руд (например, спекулярит) из-за сравнительно большой крупности зерен пластинчатого строения или наличия на них гидрофобной плёнки флотореагентов обладает худшей комкуемостью, вследствие чего подобные материалы перед окомкованием доизмельчаются^[3].

Для получения сырых окатышей из тонкоизмельченных железорудных концентратов на фабриках окомкования устанавливают барабанные или чашевые (тарельчатые) окомкователи^[4]^[5] (см. иллюстрации).

Начальная стадия получения окатыша может представляться как процесс обволакивания капли воды шихтой, попавшей на неё, за счёт сил поверхностного натяжения капли воды. Очень упрощенно это аналогично процессу свертывания пыли в шарики при начале дождя. При продолжении движения сыпучего материала во вращающемся барабане или чаше начальные зародыши накатываются шихтовыми материалами до образования гранул (окатышей) шаровой формы диаметром 8—18 мм. В дальнейшем непрерывный (установившийся) процесс окомкования поддерживается за счёт постоянного ссыпания и ударов зародышей окатышей о слой неокомкованных шихтовых материалов^[5].

Для обеспечения прочности, удовлетворяющей требованиям доменной плавки, окатыши подвергаются упрочняющему обжигу при температуре около 1300 °C в течение 5—10 мин чаще всего на конвейерных машинах, подобных агломерационным. Упрочнение окатышей при их обжиге достигается в результате припекания мелких рудных частичек друг к другу либо без жидкой фазы (расплава), либо при её минимальном количестве. В процессе обжига окатышей происходит диссоциация известняка, удаление большей части серы, образование новых минералов (силикатов, ферритов кальция и др.)^[1].

Оборудование для окомкования

Барабанные окомкователи для окатышей устанавливают в замкнутом цикле с грохотом и подрешетный продукт (мелочь) направляют обратно в барабан в рециркуляцию, что ускоряет образование окатышей. Оптимальное количество циркуляционной нагрузки составляет 100—150 % от производительности окомкователя. Она может достигать и 300 %. При циркуляционной нагрузке менее 100 % окатыши имеют меньшую прочность, а при превышении 300 % в готовых окатышах будет содержаться недопустимое количество мелочи. Удельная производительность барабанных окомкователей 0,6—0,8 т/м² в час — отношение часовой производительности к площади поверхности окатывания материала (то есть к площади внутренней поверхности барабана).

Чашевые окомкователи применяют для окомкования однокомпонентных хорошо комкующихся шихт с постоянными физико-химическими и минералогическими свойствами. В этом случае чашевые окомкователи могут давать классифицируемые по крупности окатыши, что позволяет вести технологический процесс без циркуляционной нагрузки и грохочения. Это упрощает схему цепи аппаратов и компоновочно-технологические проектные решения здания цеха окомкования. Применение чашевых окомкователей на тех фабриках, где это приемлемо по технологии, позволяет уменьшить численность оборудования на каждую технологическую линию, нагрузки на опорные конструкции здания, а также грузоподъёмность обслуживающих кранов. Чашевые окомкователи по сравнению с барабанными имеют более высокую удельную производительность (2—3 т/м²)^[6].

См. также

Примечания

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 Коротич, 2000, с. 78.
↑ Маерчак Ш. Производство окатышей. — Москва: Металлургия, 1982. — 232 с.
↑ Юсфин, Базилевич, 1973, с. 14—16.
↑ Юсфин, Базилевич, 1973, с. 19.
↑ ^5,0 ^5,1 Кокорин, 2004, с. 92.
↑ Кокорин, 2004, с. 92—93.

Литература

Пузанов В. П., Кобелев В. А. Введение в технологию металлургического структурообразования. — Екатеринбург: УрО РАН, 2005. — 501 с.
Юсфин Ю. С., Базилевич Т. Н. Обжиг железорудных окатышей. — Москва: Металлургия, 1973. — 272 с.
Кокорин Л. К., Лелеко С. Н. Производство окисленных окатышей. — Екатеринбург: Уральский центр ПР и рекламы, 2004. — 280 с. — ISBN 5-85247-027-9.
Коротич В. И., Набойченко С. С., Сотников А. И., Грачев С. В., Фурман Е. Л., Ляшков В. Б. (под ред. В. И. Коротича). Начала металлургии: Учебник для вузов. — Екатеринбург: УГТУ, 2000. — 392 с. — ISBN 5-230-06611-3.
Коротич В. И. Основы теории и технологии подготовки сырья к доменной плавке: Учебн. для вузов. — Москва: Металлургия, 1978. — 208 с.

[_a8660055d123cd0e-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 Коротич, 2000, с. 78.

[2] Маерчак Ш. Производство окатышей. — Москва: Металлургия, 1982. — 232 с.

[_5110f467917f758d-3] Юсфин, Базилевич, 1973, с. 14—16.

[_6ad9975e5ca2f6d7-4] Юсфин, Базилевич, 1973, с. 19.

[_eb248c605f85d9e0-5] 5,0 ^5,1 Кокорин, 2004, с. 92.

[_fc47cb35c6acc602-6] Кокорин, 2004, с. 92—93.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]