Влияние влаги на комкуемость окатышей и их прочность

Сырые окатыши формируются при окатывании тонкодисперсного железорудного материала, увлажненного до определенной степени. Тонкоизмельченный железорудный порошок относится к гидрофильным дисперсным системам, которые интенсивно взаимодействуют с водой. В такой системе стремление к уменьшению энергии достигается путем снижения величины поверхностного натяжения на границе раздела фаз (при взаимодействии с водой) и укрупнения частиц (в результате их сцепления). Можно считать, что в целом дисперсная система железорудный материал—вода обладает определенным термодинамическим стремлением к окомкованию. Это реализуется под действием динамических нагрузок при пересыпании увлажненного материала, в результате которого образуются комочки (окатыши)[1].

Основные силы, обеспечивающие прочность сцепления частиц шихты в окатыше, являются молекулярные и капиллярные силы. Они зависят от следующих основных факторов:

содержания влаги в окомковываемом материале;

гранулометрического состава этого материала;

природы окомковываемого материала (степени гидрофильности), формы зерен (пластинчатая, шарообразная или цилиндрическая);

условий образования гранул – длительности окомкованияи его интен­сивности, т. е. степени уплотнения окатышей, характеризуемой их пористостью.

Комкуемость определяется как склонность дисперсного материала к мокрому гранулированию методом окатывания. Она существенно влияет на скорость образования и роста гранул и их прочность. Определение оптимального содержания влаги в окатышах начинается с окомкования увлажненного концентрата, способного на грануляторе образовывать комки.

В процессе слоевой сушки происходит перераспределение влаги, что обуславливает образование двух горизонтов сушки и частичного переувлажнения. Причем переувлажнению могут подвергаться горизонты, находящиеся на различном расстоянии от входа теплоносителя в слой[2].

Большое влияние на окомкование, оказывает влажность шихты. Оптимальная влажность шихты зависит от свойств железорудного концентрата. Различные материалы отличаются различной способностью к окомкованию, оцениваемой показателем комкуемости К.

Где  - максимальная молекулярная влагоемкость материала, соответствующая состоянию, когда влажность шихты при изменении давления не меняется и соответствует максимальной толщине слоя прочно связанной воды;

- максимальная капиллярная влагоемкость, соответствующая капиллярному насыщению материала.

В процессе слоевой сушки происходит перераспределение влаги, что обуславливает образование двух горизонтов сушки и частичного переувлажнения. Причем переувлажнению могут подвергаться горизонты, находящиеся на различном расстоянии от входа теплоносителя в слой.

Время пребывания элементарного горизонта окатышей в переувлажненном состоянии определяется его расположением относительно входа теплоносителя в слой.

Явление переувлажнения влечет за собой ослабление прочности связей между частицами компонентов шихты в объеме окатыша, «размывает» контакты, что приводит к снижению прочности окатыша или кегоразрушению, в результате этого снижается эффективность сушки.

Переувлажнение окатышей зависит от температуры и скорости фильтрации теплоносителя. С повышением скорости фильтрации теплоносителя от 0,6 до 2,0 нм³/м²·с относительная высота переувлажненного слоя окатышей снижается. С повышением температуры теплоносителя от 250 до 600 С при постоянной его скорости фильтрации (2,0 нм³/м²·с) относительное переувлажнение верхнего слоя окатышей возрастает[2].

Процесс окомкования в основном зависит от взаимодействия твердых и жидких фаз, осуществляемого в результате накатывания шихты на локально переувлажненные её частицы –зародыши при грануляции под действием молекулярных икапиллярных сил.

Однако, на практике в производственных масштабах для планирования алгоритма процесса грануляции не рассчитывают показатель комкуемости, а пользуются параметром оптимальной влажности. Это происходит из-за недостаточной точности определения и отсутствия строгого научного обоснования показателя комкуемости, по расчетам которого можно значительно улучшить процесс получения сырых окатышей[3]. Для выявления действия остаточной влаги бентонита на комкуемость были проведены эксперименты в лаборатории кафедры металлургии и металловедения. Для окомкования использовался барабанный окомкователь (рис.1).

Рисунок 1. Барабанный окомкователь

Полученные окатыши (рис. 2) с различным содержанием остаточной влаги в бентоните, которая определялась на приборе «Элвиз» (рис. 3)и подвергались исследованию на прочность(сжатие и удар).

Рисунок 2. Полученные окатыши

Рисунок 3. Прибор для определения влажности сыпучих веществ.

Результаты эксперимента представлены на рисунке 4

Рисунок 4. Влияние содержания остаточной влаги в бентоните на комкуемость шихты.

В результате можно сделать вывод, что влажность различных концентратов оказывает решающее влияние на форму и размер получившихся окатышей, на скорость процесса окомкования и их прочность. Каждому конкретному материалу, в зависимости от его свойств, присуща определенная оптимальная влажность окатывания. При недостатке влаги процесс образования окатышей проходит медленно, они получаются мелкими и хрупкими. При избытке- окатыши получаются мягкими и ломкими. Если количество влаги превышает собственную влагоемкость материала, окомкование происходить не будет.Для данного бентонитаоптимальный процент содержания влаги составляет 5 %, так какпри этом содержании комкуемость шихты повышается на 30% по сравнению с остаточной влажностью 6%, действующей сейчас по инструкции.

Список литературы:

1. Абзалов В.М. Физико-химические и теплотехнические основы производства железорудных окатышей / В.М. Абзалов. – Екатеренбург: НПВП «ТОРЭКС», 2012. – 339 c.
2. Маерчак Ш. Производство окатышей [Электронный ресурс] // Раздел ГРНТИ: производство черных металлов и сплавов,1982г. URL: http://www.markmet.ru/kniga-po-metallurgii/proizvodstvo-okatyshei (дата обращения 10.05.2015)
3. Ручкин И.Е. Производство железорудных окатышей / И.Е. Ручкин. Москва: “Металлургия”, 1976. – 40 с.