Развитие техники и технологии окомкования железорудного сырья в металлургии


В. М. Павлове»



РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ОКОМКОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ В МЕТАЛЛУРГИИ


Монография














Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 669.162.23
ББК 34.323
    П12


Рецензенты:
доктор технических наук, профессор кафедры металлургии черных металлов Юргинского технологического института (филиала)
ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Р. А. Гизатулин;
доктор технических наук, профессор, заместитель директора
«ООО ЭнергоИзолит-Групп» Л. Б. Павлович




       Павловец, В. М.

П12 Развитие техники и технологии окомкования железорудного сырья в металлургии : монография / В. М. Павловец. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 336 с. : ил., табл.
           ISBN978-5-9729-1041-0

     Изложены основы теории и технологии производства железорудных окатышей. Раскрыты проблемы техники и технологии окомкования железорудного сырья в металлургии применительно к сфере производства железорудных окатышей. Представлены результаты научных исследований и технические разработки в области теории и технологии подготовки железорудного сырья к металлургической плавке, посвященные новой технической концепции производства железорудных окатышей.
     Для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Металлургия», а также аспирантов и инженерно-технических работников.

УДК 669.162.23
                                                        ББК 34.323








ISBN 978-5-9729-1041-0

     © Павловец В. М., 2022
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

        СОДЕРЖАНИЕ


ПРЕДИСЛОВИЕ...................................................7

ВВЕДЕНИЕ......................................................9

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ
  ПОДГОТОВКИ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ К МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЛАВКЕ.....................................12
     1.1 Общие сведения о практике использования и производстве железорудных окатышей....................................12
     1.2 Общая характеристика технологии производства железорудных окатышей.................................................14
     1.3 Основы теории и практики окомкования железорудных материалов в металлургии...............................19
        1.3.1 Развитие техники окомкования железорудных материалов
           в начале промышленного производства окатышей.........19
        1.3.2 Характеристика современных окомкователей..........41
        1.3.3 Основы теории окомкования железорудных материалов.61

2 ОРГАНИЗАЦИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОКОМКОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ, СТРУКТУРНО СОДЕРЖАЩЕГО ПРИНУДИТЕЛЬНОЕ ЗАРОДЫШЕОБРАЗОВАНИЕ СПОСОБОМ НАПЫЛЕНИЯ ВЛАЖНОГО МАТЕРИАЛА
  НА ДОННЫЙ ГАРНИСАЖ ОКОМКОВАТЕЛЯ..................................................69
     2.1 Анализ технологических резервов и разработка обобщенной структуры производственного маршрута подготовки железорудного сырья к спеканию.......................................69
        2.1.1 Разработка технологического алгоритма альтернативных способов подготовки железорудной шихты к спеканию
           на основе морфологического анализа...................69
        2.1.2 Анализ структурно-технологической схемы и совместимость элементов способов подготовки шихты к спеканию
           с заданными технологическими условиями...............78
     2.2 Организация технологической схемы и проектирование экспериментальной установки для получения сырых железорудных окатышей, структурно содержащей систему аппаратов для принудительного зародышеобразования......83
        2.2.1 Общие принципы организации технологической схемы принудительного зародышеобразования влажной шихты напылением воздушношихтовой струей
            в холостой зоне окомкователя........................83

3

        2.2.2 Математическое описание движения зародыша сложной формы на тарели окомкователя и анализ способов окомкования железорудной шихты в режиме
             принудительного зародышеобразования.................94
        2.2.3 Конструкция экспериментальной установки для получения железорудных окатышей, структурно содержащая систему аппаратов для принудительного зародышеобразования........111
        2.2.4 Методика экспериментов и определения физических параметров напыленного слоя, зародышей и окатышей........120
     2.3 Теплофизическая модель воздушношихтовой струи на участке загрузки шихты в окомкователь и динамика взаимодействия струи со слоем влажных железорудных материалов.............122
        2.3.1 Исследование физическиххарактеристиктрехфазной воздушношихтовой струи и ее структурных составляющих ... 122
        2.3.2 Исследование температурных полей воздушношихтовых струй и теплового взаимодействия струи с шихтовыми материалами.............................................132
        2.3.3 Расчет давления воздушношихтовой струи на шихтовый гарнисаж окомкователя....................................135
        2.3.4 Аэродиннамические исследования при взаимодействии струи воздуха с поверхностью ограждения..................143
     2.4 Организация технологической схемы и исследование режимов напыления влажной шихты воздушношихтовыми струями на шихтовый гарнисаж в холостой зоне
        тарельчатого окомкователя...............................149
        2.4.1 Формирование макроструктуры напыленных покрытий в технологиях газоструйного и плазменного напыления порошковой металлургии..................................149
        2.4.2 Исследование механизма напыления влажной шихты на шихтовый гарнисаж окомкователя.......................155
        2.4.3 Исследование геометрических и прочностных параметров напыленного слоя шихты, сформированного на шихтовом гарнисаже окомкователя..................................176
        2.4.4 Исследование механизма формирования и уплотнения шихтового гарнисажа и напыленного слоя при загрузке шихты в окомкователь....................................182
        2.4.5 Исследование механизма влагоудаления из напыленного слоя шихты на тарельчатом окомкователе..................190
     2.5 Исследование процесса получения железорудных окатышей способом принудительного зародышеобразования
        на тарельчатом окомкователе.............................200
        2.5.1 Разработка и исследование теплосиловых режимов принудительного зародышеобразования......................200

4

        2.5.2 Перспективные схемы напыления шихты на гарнисаж окомкователя и деления напыленного слоя на зародыши..206
        2.5.3 Исследование капиллярной пропитки шихтовых зародышей, сформированных по технологии принудительного зародышеобразования.................223
        2.5.4 Исследование процесса получения окатышей комбинированным способом, структурно содержащим принудительное зародышеобразование напылением шихты сжатым воздухом................................225
        2.5.5 Обоснование оптимальных параметров зародышеобразования и условий увлажнения.............232

3 ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И
  ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ
  ОКАТЫШЕЙ, СТРУКТУРНО СОДЕРЖАЩЕГО
  ОПЕРАЦИЮ НАПЫЛЕНИЯ ВЛАЖНОЙ ШИХТЫ
  НА КОМКУЮЩИЕСЯ МАТЕРИАЛЫ.................................239
     3.1 Исследование процесса взаимодействия воздушношихтовой струи и слоя влажных окатышей в рабочем пространстве окомкователя..........................................239
        3.1.1 Силовое взаимодействие воздушношихтовой струи и ее структурных составляющих со слоем влажных окатышей...239
        3.1.2 Особенности взаимодействия струи сжатого воздуха и слоя пересыпающихся влажных окатышей в окомкователе.......249
        3.1.3 Влияние характера реакционной поверхности окомкователя на прочность железорудных окатышей, ускоренных сжатым воздухом...........................264
        3.1.4 Измерение скорости окатышей, ускоренных струей сжатого воздуха на тарельчатом окомкователе..........269
     3.2 Формирование окатышей напылением влажной шихты на слой комкуемых материалов в рабочем пространстве окомкователя.273
        3.2.1 Исследование механизма напыления влажной шихты на слой железорудных окатышей........................273
        3.2.2 Исследование технологии напыления влажной шихты на слой железорудных окатышей........................277
        3.2.3 Перспективные схемы напыления шихты на комкующиеся материалы в рабочей зоне окомкователя................287
     3.3 Устранение поверхностных дефектов влажных окатышей напылением шихты воздушношихтовыми струями...............293
        3.3.1 Анализ причин образования дефектов и механизм образования трещин на поверхности сырых окатышей.....293
        3.3.2 Устранение дефектов на поверхности сырых окатышей напылением шихты на слой комкуемых материалов........296

5

    3.4 Сравнительная оценка термостойкости и кинетики сушки железорудных окатышей, полученных с использованием теплосилового напыления влажной шихты..........300

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................310

    СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ.......312

    БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.......................314


6

        ПРЕДИСЛОВИЕ


      В монографии предпринята попытка обобщить современный опыт оком-кования дисперсных железорудных материалов и проанализировать собственные разработки автора в этой области знаний. Актуальность этой проблемы обусловлена необходимостью переработки огромных объемов дисперсных рудных материалов различного технологического происхождения и целесообразностью их использования в окускованном виде. Окускование - технологическая операция, направленная на получение из дисперсных материалов прочных кусковых продуктов в форме агломератов, брикетов и окатышей, позволяющих их транспортировать на большие расстояния без потери ими потребительских свойств и успешно перерабатывать в конкретном технологическом производстве. На первом месте по объему переработки находятся железо- и металлосодержащие рудные материалы: дисперсные пылеватые руды, концентраты, шламы и просыпи, пыли газоочисток металлургической промышленности. На втором месте находятся нерудные материалы, которые прямо или косвенно связаны с металлургическим производством. Это пылеватый уголь и кокс, керамические и огнеупорные материалы, которые широко используются в металлургических технологиях. Значительное количество дисперсных материалов подвергают окускованию в топливной, химической, кондитерской и строительной промышленности. Производят окускованные продукты в сельском хозяйстве. Процессы этих технологий, получаемые продукты и терминология могут отличаться от металлургических. Готовой продукцией этих производств являются брикеты, блоки, кирпичи, гранулы, таблетки, аглопориты, керамзитовый гравий. В металлургических технологиях окускования первичной технологической операцией является окомкование. Это процесс формообразования дисперсной массы способом окатывания, сопровождаемый получением продукта по форме, близкой к сферической, с минимально необходимой прочностью. В производстве окатышей и агломерата окомкование шихты обязательно, в брикетировании оно может быть вспомогательным процессом. Если в процессе окомкова-ния получаемый продукт набирает необходимую заданную прочность в процессе формообразования, то в этом случае окомкование сопровождается окускованием. В большинстве случаев комкуемый материал имеет температуру окружающей среды, но в технологиях горячего окомкования его требуется предварительно расплавить до жидкотекучего состояния. В начале XXI века появились комбинированные технологии, сочетающие окомкование с другими видами формообразования. Его совмещают с брикетированим, экструзией, напылением. Продуктами являются аглоокатыши, брикеты на основе гранул, окатыши, сформованные на зародышевых брикетах.
      В монографии представлены результаты научных исследований и технические разработки автора в области техники и технологии окомкования тонкодисперсного железорудного сырья, посвященные новой технической концепции структурообразования в производстве железорудных окатышей. В основе этой

7

концепции лежит использование известных физических воздействий, позволяющих получить новый, более качественный и оригинальный, технический эффект в процессе окомкования дисперсных материалов и в ходе транспортировки влажных окатышей на конвейерной ленте. Это дает основание утверждать о расширении функциональных возможностей агрегатов для получения сырых окатышей и систем для перемещения окомкованного сырья по технологическому тракту.
     Целью настоящей монографии является попытка научного анализа и технического обоснования эффективности использования теплосиловых и динамических методов воздействия на сырые тонкодисперсные железорудные материалы и окатыши на низкотемпературной стадии производства, позволяющие организовать предварительное влагоудаление и регламентированное упрочнение, формо- и структурообразование окатышей в окомкователях и в устройствах для их транспортировки. Большинство технических решений в рамках этой концепции являются оригинальными авторскими разработками. Они обладают новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью. Многочисленные способы окомкования, термообработки и устройства для получения окатышей защищены автором как объекты интеллектуальной собственности.
     Вся информация, представленная в монографии, опубликована в рецензируемых периодических изданиях РФ, бюллетенях изобретений, некоторые научные статьи переведены за рубежом. Автор благодарит рецензентов за ценные замечания, сделанные при рецензировании научных статей, и рецензентов настоящей монографии. Некоторые научные результаты, опубликованные в монографии, несомненно, дискуссионные и заслуживают обсуждения уважаемых читателей. Конструктивные пожелания читателей, безусловно, будут учтены при подготовке нового издания.

8

        ВВЕДЕНИЕ


     Важнейшей проблемой современной техники является тема энерго- и ресурсосбережения, которая структурно связана с созданием малоотходных, высокопроизводительных и энергоэффективных производств. В основе этих производств лежат технологии, позволяющие выпускать конкурентную продукцию высокого качества с низкой себестоимостью. Это в полной мере относится к металлургическим технологиям, направленным на производство металлопродукции высокого качества.
     Классическая схема производства первичного металла в черной металлургии включает добычу минерального сырья, его переработку и обогащение, подготовку обогащенного минерального и техногенного дисперсного сырья с получением окускованного продукта и проплавку его в шахтной печи. Технология подготовки железорудного сырья к металлургической плавке является важным и необходимым звеном современного металлургического производства, на котором формируются его потребительские свойства. Существуют три основных способа окускования пылевидной рудной мелочи и тонкоизмельченных железорудных концентратов: агломерация, брикетирование и производство окатышей. Производство окатышей и агломерата невозможно без техники окомкования. В некоторых режимах брикетирования также предложено использовать окомкованные тонкодисперсные продукты. Технология окускования тонкого железорудного сырья в производстве окатышей включает две основные стадии: получение прочных сферических тел путем окомкования (окатывания) влажной шихты и высокотемпературный обжиг высушенных окатышей. Пройдя этап подготовки, окускованные материалы должны обеспечивать высокую механическую прочность, необходимую для длительной транспортировки сырья к потребителям на большие расстояния, стабилизировать аэродинамику слоя шихтовых материалов при последующей интенсивной восстановительнотепловой обработке и обладать оптимальным химико-минералогическим составом. Широко используются технологии окомкования в цветной металлургии, в строительной и химической промышленности. В последней отрасли для процесса формообразования чаще используют термин гранулирование, устройства - грануляторы, а получаемые продукты - гранулы. Технику гранулирования используют для производства керамических, угольных и графитовых гранул, для горячего окомкования расплавленных металлургических шлаков.
     Металлургические свойства окускованного сырья включают комплекс механических, прочностных, теплофизических и химико-минералогических характеристик, обеспечивающих стабильную проплавку сырья в металлургических агрегатах. Эти свойства особенно важны для доменного передела и процессов металлизации сырья в технологиях прямого получения железа. В этих технологиях существует проблемы уменьшения пылевыноса с разупрочняю-щимся окускованным сырьем и снижения потерь сырья в виде шламов, повышения равномерности газораспределения, снижения расхода восстановителей

9

и существует возможность решения сопутствующих проблем, повышая качество сырья на этапе его подготовки. Сложность проблемы повышения качества сырья заключается в том, что целенаправленное воздействие на потребительские свойства окускованных продуктов введением органических и минеральных добавок в их шихту ограничивается высокими требованиями по чистоте минерального состава и запретом на снижение содержания полезного компонента. Одновременно с этим возникает проблема корректировки режима термообработки на теплотехническом агрегате.
      Основными техническими и научными направлениями для улучшения металлургических свойств окатышей являются комплексные мероприятия, реализуемые на обжиговой конвейерной машине на стадии термообработки с использованием теплотехнических методов воздействия (научные школы НИТУ «МИСиС», ФГАОУ ВО «УрФУ», Института металлургии УрО РАН, ОАО «ВНИИМТ», НПВП «ТОРЕКС», ОАО «Уральский институт металлов», специалисты промышленных предприятий и других научных и учебных заведений). При этом в технике и технологии окомкования практически нет прорывных решений, позволяющих качественно изменить структуру производства и выйти на выпуск сначала окомкованного, а затем и окускованного продукта с регламентированными свойствами.
      В большинстве случаев показатели качества окускованного сырья удовлетворяют современным стандартам и техническим условиям, но для некоторых видов сырья, в частности для железорудных окатышей, существуют резервные возможности для совершенствования техники и технологии производства и улучшения их металлургических свойств. Одним из резервных направлений совершенствования технологии производства окатышей является перенос части тепловой нагрузки с высокотемпературной стадии производства на низкотемпературную (сырую) область и организация теплосиловой обработки сырых материалов на этой стадии производства. Это направление сформулировано и экспериментально обосновано автором монографии и реализовано на опытном производстве. Результатом внешнего низкотемпературного теплосилового воздействия на сырые шихтовые материалы в рабочем пространстве агрегатов для получения сырых окатышей являются более высокие металлургические характеристики окатышей и показатели регламентированного формо- и структурообразования. Эти задачи можно реализовать в рабочем пространстве окомкователей, расширив их функциональные возможности и придав им дополнительные функции целенаправленного воздействия. Комбинация силового и теплового воздействия на влажные шихтовые материалы позволяет объединить формообразование, упрочнение и предварительное влагоудаление, вовлечь в технологический процесс холостые площади окомкователей и использовать надслойное пространство конвейерных лент для струйной тепловой обработки окатышей. Технологическая доступность к агрегатам для получения окатышей, резервы их рабочего пространства, широкие технические возможности методов теплосилового воздействия, простота аппаратурного оформления, безопасность, экологичность позволяют в определенной степени решать технические и экономические проблемы как в производстве железорудных

10

окатышей и гранулированных материалов, так и в производстве других видов окускованного сырья. Использование струйных теплосиловых методов воздействия на сырые шихтовые материалы в процессе окомкования и на влажные окатыши в ходе их транспортировки от окомкователя к обжиговому агрегату позволяет снизить тепловые ограничении, предъявляемые к окатышам в зонах сушки и обжига, сократить длительность их упрочняющей термообработки, уменьшить энергопотребление на всем технологическом маршруте получения окатышей. Внешнее теплосиловое воздействие на сырые материалы в рабочем пространстве окомкователя расширяет список структурообразующих, тепловых и упрочняющих факторов, позволяя регламентировать потребительские свойства окускованного сырья и расширить методы управления технологическим процессом.
      Металлургические свойства окатышей можно регламентировать в зависимости от длительности транспортировки сырья от фабрики окускования до потребителей. Если транспортировка сырья предполагается на короткое расстояние и с небольшим количеством перегрузочных операций, то по желанию потребителей в рамках предлагаемой технологии можно производить окатыши с более массивными зародышевыми центрами, обладающими повышенной реакционной способностью и восстановимостью, но оптимальной механической прочностью. Если, напротив, предполагаемая транспортировка окатышей к потребителям будет длительной, то по предлагаемой технологии можно производить окатыши с менее массивными зародышами, обладающим повышенной реакционной способностью и восстановимостью, но повышенной механической прочностью.
      Впервые реализованный автором настоящей монографии технический подход к окомкователю и к траспортерной ленте, как к технологическим системам низкотемпературных тепловых агрегатов, позволяет решать теплотехнические проблемы, связанные с тепло- и энергосбережением. Новые технические решения дают возможность увеличить степень использования рабочего пространства окомкователей, их производительность, вовлечь в процесс формо- и структурооб-разования труднокомкуемые углеродсодержащие шихтовые материалы, получить окатыши с пониженным содержанием влаги. По мнению автора, полученные разработки рационально использовать в экологически ориентированных технологиях рециклинга, направленных на подготовку техногенного вторичного сырья к металлургической плавке. Автор стремился показать выигрышные стороны новой технической концепции, включающей перспективы ее реализации на металлургических предприятиях и горно-обогатительных комбинатах страны.
      Многочисленные технические решения на основе предложенной концепции оформлены автором как объекты промышленной интеллектуальной собственности. Результаты научных исследований по указанной тематике опубликованы в открытой печати и используются в учебном процессе на кафедре теплоэнергетики и экологии Сибирского государственного индустриального университета. Они неоднократно докладывались на научных конференциях и экспонировались на выставках в Российской Федерации и за рубежом.
      Монография предназначена для инженерно-технических работников, аспирантов и студентов, обучающихся по направлению подготовки Металлургия.

11

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ПОДГОТОВКИ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ
        К МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЛАВКЕ


        1.1 Общие сведения о практике использования и производстве железорудных окатышей

    Технология экстракции черных металлов из руд включает добычу железных руд, их механическую обработку и обогащение, последующее окускование концентратов в окатыши, агломерат или брикеты, проплавку их в доменных печах или металлизацию в шахтных агрегатах [1-4]. Окускование железорудных материалов необходимо для получения прочного кускового продукта, являющегося сырьем для производства первичного металла в доменных печах или для металлизации сырья в шахтных агрегатах, необходимого для выплавки стали из металлизованного продукта в сталеплавильных электродуговых печах. Технология окускования тонкого железорудного сырья в производстве окатышей включает две основные стадии: получение прочных сферических тел путем окомкования (окатывания) влажной шихты и высокотемпературный обжиг высушенных окатышей. Окомкование - особый вид формообразования, заключающийся в придании определенной формы влажной шихте на барабанных или тарельчатых окомкователях, с целью получения упрочненных сферических тел из сыпучих материалов. Для производства железорудных окатышей используют концентраты с содержанием железа 64-69 % и с крупностью частиц менее 0,1 мм.
    Первый способ получения окатышей из мелких сыпучих материалов запатентовал швед Андерсон в 1912 г. Второй патент на способ получения окатышей был выдан Бранкельсбергу (Германия) в 1913 г., который опубликовал в 1916 г. первые результаты исследований свойств окатышей. В 1926 г. сооружена первая промышленная установка производительностью 120 т/ч. Первыми исследователями новой технологии окускования железорудного сырья в Советском Союзе в начале 30-х годов XX в. были Б. П. Селиванов, И. П. Семик, В. Я. Миллер, С. Г. Матвеев. Наиболее активно новый способ окускования рудных концентратов стали исследовать в 40-х годах XX в. металлурги США. Интерес к новой технологии был обусловлен проблемой окускования тонкоиз-мельченных таконитовых концентратов, полученных обогащением железистых кварцитов, агломерация которых была неэффективной. Работы по окомкованию тонкоизмельченных концентратов в США начал в 1943 г. Дэвис и продолжал до начала 50-х годов на ряде опытно-промышленных установок, которые явились прототипом первой промышленной фабрики для получения окатышей, открытой в 1955 г. в Сильвер Бее.
    В конце 40-х годов опытно-промышленные установки для производства окатышей были построены в Европе (в Англии, Германии, Швеции) и в Япо

12

нии. В начале 50-х годов в СССР возобновились исследовательские работы по получению окатышей и изучению их потребительских свойств. Первые работы были выполнены в институтах «Механобр», «УралНИИЧМ», ЦНИИЧЕРМЕТ, «УралМеханобр», НИТУ «МИСиС» и др. Результатом исследований явилось создание опытно-промышленных установок на ЮГОК и НТМК в 1958 г., на ССГОК и ЦГОК в 1963 г. В 1964 году в СССР пущена в эксплуатацию первая промышленная фабрика окатышей на Соколовско-Сарбайском ГОК (ныне республика Казахстан). С тех пор введены новые мощности по производству окатышей на ОАО «Качканарский ГОК - Ванадий» (1973 г.), на Лебединском, Михайловском, Стойленском ГОК (1970-1980 гг.), на ГОК «Карельский окатыш» (1982 г.). Существовали мощности по производству окатышей на заводе ОАО «Сибэлектросталь» (г. Красноярск). Производство окатышей в Российской Федерации постоянно растет и приближается к 50 млн т/год, что составляет более 35 % от общего количества железорудного сырья, произведенного в России в 2017 г., и около 10 % мирового производства окатышей (398 млн т). Значительная часть этой продукции направляется на экспорт, составляя вместе с железной рудой и концентратом экспортный сегмент экономики, приносящий более 10 % валютной выручки в бюджет России. Для многих стран мира экспорт железорудного сырья является важной частью экономики.
     Железорудные окатыши - это перспективное металлургическое сырье, обладающее высокими потребительскими свойствами. По сравнению с агломератом окатыши характеризуются более высокой восстановимостью, механической прочностью, содержанием железа. Технология производства окатышей отличается более низкими топливно-энергетическими затратами (0,5-1,75 МДж/т) и себестоимостью (120-140 долл./т). При производстве окатышей выше культура производства - ниже запыленность и загазованность рабочих мест. Существенно меньше экологическая нагрузка на окружающую среду. Окатыши - это единственный вид сырья, легко переносящий длительную транспортировку к потребителям без потери их металлургических свойств. По этим причинам высока доля окатышей в экспорте железорудного сырья во многих странах мира. Их содержание в шихте доменных печей металлургических предприятий Российской Федерации достигает 30-32 %. Доля окатышей в шихте доменных печей Европейских стран превышает 50 %, а в странах Северной Америки приближается к 90-100 %. Производство железорудных окатышей в Китае составляет 121 млн т год (2017 г.), а мировое производство окатышей достигло в 2017 г. 398 млн т/год, что эквивалентно 26 % от общего количества сырья, произведенного всеми странами мира. В США были введены в техническую документацию термины pellet и pelletizing, которые стали широко использоваться в научной литературе. В СССР Ф.М. Базановым (1952 г.) предложен синоним термина pellet -окатыш.
     В РФ научные исследования и опытно-конструкторские работы в производстве окатышей ведут сотрудники специализированных организаций ОАО «ВНИИМТ», НПВП «ТОРЕКС», института металлургии Уральского отделения РАН, ГНЦ ОАО «Уральский институт металлов» (г. Екатеринбург),



13

НИТУ «МИСиС» и его филиалы, УГТУ-УПИ, СибГИУ, инженернотехнические работники лабораторий металлургических и горнодобывающих предприятий страны. Основными проблемами являются улучшение металлургических свойств окатышей и повышение производительности технологического оборудования. Актуальны вопросы энергосбережения и снижения расхода тепловой и электрической энергии. Много внимания исследователи уделяют экологическим проблемам: снижению уровня образования отходов и вредных выбросов при производстве окатышей. Для масштабной продукции, каковой являются железорудные окатыши, актуальны проблемы уменьшения расхода связующих добавок, потерь сырья и, как следствие, снижение себестоимости готовой продукции. Исследователи разрабатывают более эффективные режимы окомкования шихты, сушки и обжига окатышей. Ведутся работы по глубокой утилизации тепла отходящих продуктов горения, горячего спека, по частичной замене природного газа более дешевыми видами органического топлива. Востребована технология получения окатышей в новой отрасли металлургической промышленности, связанной с рециклингом и утилизацией сыпучих отходов производства, имеющих как рудную, так и нерудную составляющие.


        1.2 Общая характеристика технологии производства железорудных окатышей

     Рентабельность металлургической промышленности в мировой экономике характеризуется высокими показателями. В экономике Российской Федерации она самая высокая - 34,5 % [1-4]. По этой причине мировое производство железорудного сырья (ЖРС) растет на10-11%в год и составляет 2,096 млрд т (2018 г.). В Китае рост производства железорудного сырья увеличился на 36 %, в Индии - 21 %, в Австралии - 19 %, в Бразилии и Аргентине - 10 % [3-5]. Наращивают производство сырья в Северной Европе (Швеция, Норвегия), Южной и Северной Америке, Бахрейне и др. [6-8]. Швеция с населением 9 млн человек добывает 46 млн т железной руды, производит железосодержащие брикеты и около 30 млн т окатышей в год, являясь ведущим в мире поставщиком окисленных окатышей [6].
     Крупнейшими импортерами железорудного сырья являются Япония (132 млн т), Китай (275 млн т) и некоторые европейские страны [9-12]. Железорудным сырьем, поставляемым по импорту, являются железные руды и концентраты с высоким содержанием железа и окисленные окатыши, обладающие высокими транспортными свойствами. В Японии железорудная часть шихты доменных печей включает 75 % частично металлизованного агломерата и 25 % окатышей повышенной восстановимости, производимых на собственном оборудовании [10]. Большинство доменных печей Северной Америки работает на шихте, состоящей из 100 % окатышей, а средний состав шихты включает 36,9 % офлюсованных и 49,6 % неофлюсованных окатышей, 8,4 % агломерата и 6 % ру

14