Окатыш

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.

Таконитовые окатыши, используемые в металлургической промышленности, с монетой номиналом 25 центов США для оценки размеров

Железорудные окатыши

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

Обжиговая тележка OK-552 (Lurgi, Германия) в музее горной техники СевГОКа (Кривой Рог)

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.

Схема материальных потоков при производстве окатышей

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

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

• Агломерат
• Железная руда
• Железорудная промышленность
• Горно-обогатительный комбинат

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).