Теплофизические особенности брикетов, предназначенных для использования в качестве искусственной донной постели при производстве окатышей

Цель – исследовать теплофизические свойства брикетов как альтернативы обожженным железорудным окатышам для формирования искусственной донной постели на конвейерных обжиговых машинах. Методология включала физическое моделирование сушки (продувка теплоносителем 150/300°C), дилатометрический анализ, измерение температурных профилей в брикетах, а также математическое моделирование в ПО TOREX Sensible Indurating Machine. Брикеты изготавливались из концентрата окисленных железистых кварцитов с органическими и неорганическими связующими (цемент, бентонит) при давлении 15 т (цилиндры Ø35×35 мм). Установлено, что переувлажнение при сушке не снижает прочность брикетов (70,1 даН/брикет) благодаря низкой пористости (10% против 30% у окатышей), ограничивающей водопоглощение. Показано, что сушка брикетов протекает на 30–40% медленнее, что обусловлено уменьшенной удельной поверхностью и сниженной проницаемостью по сравнению с железорудными окатышами и требует корректировки режимов нагрева. Коэффициент теплопроводности составил 0,12 Вт/(м·К). Показано, что при обжиге спекание происходит исключительно в поверхностных слоях (глубина 2-3 мм), так как внутренние зоны не достигают температурного порога спекания (>1000°C) из-за низкой теплопроводности материала. Целостность брикета обеспечивается прочностью обожженной корки и термостойкостью связующего в ядре. Математическое моделирование для конвейерной обжиговой машины № 3 АО «Михайловский горно-обогатительный комбинат» показало, что замена стандартной постели, представляющей собой обожженные окатыши с температурой 80°C, на брикеты с температурой 15°C увеличивает производительность данной машины на 25% (до 583 даН/окатыш) и снижает удельный расход природного газа при обжиге окатышей на 8,3% (до 8,8 м³/т) при сохранении качества основной продукции – показателя прочности. Полученные результаты подтверждают принципиальную возможность промышленного применения брикетов всех испытанных составов в качестве искусственной донной постели конвейерной обжиговой машины, демонстрируя их ключевое теплофизическое преимущество – снижение те- плопотерь в зоне колосников.

1. Ишимбаев А.В., Матюхин В.И., Берсенев И.С., Сабиров Э.Р., Бижанов А.М. Разработка технологии брикетов для искусственной постели // Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве: сборник до- кладов XIII Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных с междунар. участием (г. Екате- ринбург, 15–16 мая 2025 г.). Екатеринбург: УрФУ, 2025. С. 24–31.

2. Farjana S.H., Huda N., Mahmud M.A.P., Saidur R. A review on the impact of mining and mineral processing industries through life cycle assessment // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 231. P. 1200–1217. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.05.264.

3. Li Qiuyu, Ma Ke, Su Zijian, Zhang Yuanbo, Jiang Tao. Insights into phase transformations of PM in high SO2 and HF flue gas from iron ore pelletizing: implications for cleaner emission control strategy // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2025. Vol. 13. Iss. 5. Р. 118557. https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.118557.

4. Yonghe Ma, Qian Li, Xuling Chen, Yan Zhang, Yongbin Yang, Qiang Zhong. Reducing bentonite usage in iron ore pelletization through a novel polymer-type binder: impact on pellet induration and metallurgical properties // Journal of Materials Research and Technology. 2024. Vol. 30. P. 8019–8029. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.05.175. EDN: SBSGPM.

5. Буданов И.А. Макроэкономические перспективы производства металла // Сталь. 2024. № 6. С. 47–53. EDN: BIAHFI.

6. Kapelyushin Yu.E. Comparative review on the technologies of briquetting, sintering, pelletizing and direct use of fines in processing of ore and technogenic materials // CIS Iron and Steel Review. 2023. Vol. 26. Iss. 2. P. 4–11. https://doi.org/10.17580/cisisr.2023.02.01. EDN: TVDICQ.

7. Bizhanov A., Chizhikova V. Agglomeration in metallurgy. Cham: Springer, 2020. 454 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-26025-5.

8. Буткарев А.А., Буткарева Е.А. Сравнительный анализ обжиговых конвейерных машин и комбинированных установок решетка – трубчатая печь – охладитель для выбора технологии производства окатышей // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2021. Т. 77. № 8. С. 957–968. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2021-8-957-968. EDN: DGOQES.

9. Фролов Ю.А. Агломерация: технология, теплотехника, управление, экология: монография. М.: Металлургиздат, 2016. 672 с.

10. Азимова Л.Г. Теоретические основы новых энергосберегающих технологий производства железорудных окатышей // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2025. № 47. С. 71–76. https://doi.org/10.26160/2474-5901-2025-47-71-76. EDN: OBMXNO.

11. Геедерс М., Ченьо Р., Курунов И., Лингарди О., Рикеттс Д. Современный доменный процесс. Введение / пер. с англ. и ред. И.Ф. Курунова. М.: Металлургиздат, 2016. 274 с.

12. Абзалов В.М., Горбачев В.А., Евстюгин С.Н., Клейн В.И., Леонтьев Л.И., Юрьев Б.П. Физико-химические и теплотехнические основы производства железорудных окатышей: монография. Екатеринбург: ООО «Научно-про- изводственное внедренческое предприятие Торэкс», 2015. 335 с. EDN: YUMUCB.

13. Селезнев В.С., Мальцева В.Е., Чукин Д.М., Катаев А.П., Ложкин И.А. Сортировка и отгрузка окатышей. Экология фабрик окомкования. М.: Металлургиздат, 2024. 329 с.

14. Ishimbaev A.V., Bersenev I.S., Matyukhin V.I., Bragin V.V., Sabirov E.R. Increasing the productivity of conveyor machines by using an artificial bottom bed // Steel in Translation. 2024. Vol. 54. No. 4. P. 360–364. https://doi.org/10.3103/S0967091224700761. EDN: QZNCQS.

15. Пат. № 2824512, Российская Федерация, C1. Способ защиты колосникового поля с помощью постели из брикетов и его применение в конвейерной обжиговой или агломерационной машине / А.В. Ишимбаев, Э.Р. Сабиров, В.И. Матюхин, В.В. Брагин, С.П. Пигарев, А.И. Груздев, И.С. Берсенев; заявитель и патентообладатель ООО «НПВП Торэкс». Заявл. 27.11.2023; опубл. 08.08.2024. Бюл. № 22.

16. Bizhanov A., Kurunov I., Podgorodetskyi G., Dashevskyi V. Extruded briquettes – new charge component for the ferroalloys production // ISIJ International. 2014. Vol. 54. Iss. 10. P. 2206–2214. https://doi.org/10.2355/isijinternational.54.2206.

17. Никишанин М.С., Сеначин П.К. Углеродосодержащие брикеты на разных связующих веществах, их теплофизические характеристики и использование в газогенераторах // Ползуновский вестник. 2009. № 1-2. C. 305–311. EDN: KZCPGV.

18. Павловец В.М. Особенности развития техники и технологии окомкования железорудной шихты в производстве окатышей // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2023. Т. 66. № 5. С. 529–537. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2023-5-529-537. EDN: BGGSOY.

19. Zhang Yuan-bo, Chen Xi-jun, Su Zi-jian, Liu Shuo, Chen Fang, Wu Nan-yong, et al. Improving properties of fluxed iron ore pellets with high-silica by regulating liquid phase // Journal of Iron and Steel Research International. 2021. Vol. 29. Р. 1381–1392. https://doi.org/10.1007/s42243-021-00665-4. EDN: YYKHPF.

20. Мальцева В.Е., Селезнев В.С., Чукин Д.М. Термообработка сырых окатышей: технология и схемы обжиговых машин: монография. М.: Металлургиздат, 2023. 719 с. EDN: KDEKOZ.