Окатыш

Окатыш — это продукт обогащения железной руды, представляющий собой окатанные гранулы (комки) размером от 5 до 30 мм, полученные из тонкоизмельчённого железорудного концентрата (с содержанием железа 60–70 %) путём окомкования и последующей термической обработки (обжига). Окатыши являются основным сырьём для доменного производства чугуна и используются в металлургии как альтернатива или дополнение к агломерату и кусковой руде.

История

Промышленное производство окатышей началось в середине XX века. В 1950-х годах в США и Швеции были разработаны первые технологии окомкования, позволившие перерабатывать тонкодисперсные концентраты, которые было невозможно использовать в доменных печах из-за низкой газопроницаемости шихты. В 1955 году в США была запущена первая фабрика по производству окатышей (компания Reserve Mining Company).

В СССР производство окатышей началось в 1960-х годах. Первая промышленная установка была введена в эксплуатацию на Соколовско-Сарбайском горно-обогатительном комбинате (Казахская ССР) в 1965 году. В 1970-х годах были построены крупные фабрики окомкования на Лебединском, Михайловском и Качканарском горно-обогатительных комбинатах (ГОК) в РСФСР.

Технология производства

Производство окатышей включает несколько последовательных этапов:

Подготовка сырья

Исходным сырьём служит железорудный концентрат с влажностью 8–10 %, полученный после мокрого магнитного обогащения. Для улучшения свойств в концентрат добавляют связующие добавки (обычно бентонитовая глина, реже — известь или органические связующие) в количестве 0,5–1,5 % от массы.

Окомкование

Смесь концентрата и связующего подаётся в окомкователи — вращающиеся барабаны или чашевые (тарельчатые) грануляторы. В результате вращения и увлажнения образуются сырые (необожжённые) окатыши диаметром 10–20 мм. Процесс напоминает образование снежков.

Термическая обработка (обжиг)

Сырые окатыши подвергаются сушке и обжигу при температуре 1200–1350 °C в специальных агрегатах — обжиговых машинах. Наиболее распространены конвейерные обжиговые машины (например, типа «Лурги» или «ОК-108»). В процессе обжига происходит:

• удаление влаги;
• разложение карбонатов и сульфидов;
• рекристаллизация оксидов железа (гематит Fe₂O₃ частично восстанавливается до магнетита Fe₃O₄);
• оплавление поверхности частиц, что придаёт окатышам прочность.

После обжига окатыши охлаждаются на решётке или в холодильниках. Готовая продукция имеет тёмно-серый или чёрный цвет.

Классификация

Окатыши классифицируют по нескольким признакам:

По типу руды

• Магнетитовые — из концентратов магнетитовых руд (Fe₃O₄). После обжига содержат преимущественно гематит.
• Гематитовые — из концентратов гематитовых руд (Fe₂O₃). Требуют более высокой температуры обжига.
• Смешанные — из смеси магнетитовых и гематитовых концентратов.

По назначению

• Доменные — для выплавки чугуна в доменных печах. Размер 10–30 мм, прочность на сжатие не менее 200 кг/окатыш.
• Металлизованные (DRI/HBI) — окатыши, прошедшие процесс прямого восстановления железа (без плавления). Содержат 85–95 % металлического железа. Используются в электросталеплавильном производстве.

По качеству

• Окисленные — обычные обожжённые окатыши (Fe₂O₃).
• Восстановленные — металлизованные окатыши (Fe).

Характеристики

Основные показатели качества окатышей регламентируются ГОСТ 24765-81 (для доменных окатышей) и техническими условиями предприятий:

Применение

Основное применение окатышей — доменное производство чугуна. В доменной печи окатыши загружаются вместе с коксом и флюсами. Благодаря правильной сферической форме и высокой прочности, окатыши обеспечивают лучшую газопроницаемость столба шихты по сравнению с агломератом, что позволяет интенсифицировать процесс плавки.

Кроме того, окатыши используются:

• в процессах прямого восстановления железа (Midrex, HYL) для получения металлизованного сырья;
• в качестве охладителя в конвертерном производстве стали;
• для производства ферросплавов (в небольших количествах).

Производство в России

Россия является одним из крупнейших производителей железорудных окатышей в мире. Основные предприятия:

• Лебединский ГОК (Белгородская область) — крупнейший в России производитель окатышей (мощность около 20 млн тонн в год). Входит в состав компании «Металлоинвест».
• Михайловский ГОК (Курская область) — производит около 10 млн тонн окатышей в год (входит в «Металлоинвест»).
• Качканарский ГОК (Свердловская область) — производит окатыши из титаномагнетитовых руд (около 5 млн тонн в год, входит в «Евраз»).
• Костомукшский ГОК (Карелия) — выпускает окатыши для экспорта в Европу (входит в «Северсталь»).

Общий объём производства окатышей в России по состоянию на 2023 год составлял около 40–45 млн тонн в год, из которых значительная часть экспортируется в Китай, страны Европы и Ближнего Востока.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокое содержание железа (до 67 %) при низком содержании пустой породы.
• Однородный гранулометрический состав, обеспечивающий равномерную газопроницаемость в доменной печи.
• Возможность транспортировки на большие расстояния (в отличие от агломерата, окатыши не разрушаются при перегрузках).
• Меньшее содержание серы и фосфора по сравнению с агломератом.

Недостатки

• Более высокая стоимость производства по сравнению с агломератом (требует обжига при высоких температурах).
• Меньшая восстановимость (скорость восстановления Fe₂O₃ → Fe в доменной печи ниже, чем у агломерата).
• Требует качественного концентрата (с содержанием железа не менее 60 %).

Интересные факты

• Первые окатыши были получены в 1912 году шведским инженером Андерсом Грёнвалем, но промышленное внедрение технологии задержалось на 40 лет из-за отсутствия подходящего оборудования.
• В 1970-х годах в СССР была разработана технология производства «капсулированных» окатышей, покрытых слоем известняка для снижения расхода флюсов в доменной печи.
• Окатыши используются не только в чёрной металлургии: в небольших объёмах их применяют для производства марганцевых сплавов и в качестве балластного материала в строительстве.

Источники

• ГОСТ 24765-81 «Окатыши железорудные. Технические условия».
• Юсфин Ю. С., Базилевич Т. Н. «Металлургия чугуна». — М.: Металлургия, 1993.
• Вегман Е. Ф., Жеребин Б. Н., Похвиснев А. Н. «Металлургия чугуна». — М.: Академкнига, 2004.
• Отчёты компаний «Металлоинвест», «Северсталь», «Евраз» за 2022–2023 годы.
• Данные Ассоциации производителей стали (World Steel Association) за 2023 год.