blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2016-6-378-384blackmet-880Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОКИСЛЕНИЯ В ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МАТЕРИАЛАХ ПРИ УМЕРЕННЫХ И ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХSTUDY OF THE OXIDATION PROCESS IN IRON–ORE MATERIALS AT TEMPERATE AND HIGH TEMPERATURESМеламудС. Г.MelamudS. G.

к.т.н., заместитель директора учебно-проектного центра «Проектный институт УРФУ»

Cand. Sci. (Eng.), Deputy Director of Training and Design Center “URFU Design Institute”

e1944@yandex.ruЮрьевБ. П.Yur’evB. P.

к.т.н., доцент кафедры теплофизики и информатики в металлургии

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Thermal Physics and Informatics in Metallurgy” 

yurev-b@mail.ruУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 19)РоссияUral Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, Ekaterinburg, RussiaRussian Federation201601072016596378384Copyright © Меламуд С.Г., Юрьев Б.П., 20162016Меламуд С.Г., Юрьев Б.П.Melamud S.G., Yur’ev B.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/880

Методами физико-химического анализа изучен процесс окисления магнетита и титаномагнетита в окускованных железорудных материалах при умеренных (400 – 1000 °С) и высоких (1000 – 1350 °С) температурах. Для изучения кинетики процесса окисления использовали брикеты из ольховского магнетитового и качканарского титаномагнетитового концентратов, а также образцы неофлюсованных и офлюсованных до основности 1,3 железорудных качканарских окатышей. Установлено, что при умеренных температурах лимитирующей стадией процесса окисления является диффузия реагента на участках шаровой поверхности, величина которых меньше общей поверхности шара. При высоких температурах как в изотермических, так и в неизотермических условиях лимитирующей стадией процесса является диффузия кислорода в порах окатышей. По кинетическим зависимостям изотермического окисления исследуемых материалов рассчитана кажущаяся энергия активации при заданных степенях превращения, изменение которой связано с изменением вида диффузии реагентов через слой продукта реакции. Определены кажущиеся коэффициенты диффузии кислорода в качканарских окатышах при температурах 500 – 1000 °С. Разработана методика определения степени окисления окатышей в зависимости от изменения времени и температуры в неизотермическом режиме. Показана возможность использования этой методики для расчета степени окисления окатышей при их обжиге на конвейерных машинах. Полученные в работе результаты могут быть использованы для определения степени завершенности окислительных процессов в обжигаемом слое окатышей и при оптимизации режимных параметров их термической обработки на обжиговых установках. 

The process of oxidation of magnetite and titanium-magnetite in lumped iron-ore materials at temperate (400 – 1000 °C) and high (1000 – 1300 °C) temperatures was studied by using methods of physical-chemical analysis. Kinetics of the diffusion process was studied on briquettes of Olhov and Kachkanar titanium-magnetite concentrate and also on the samples of non-fluxed and fluxed to the basicity 1.3 iron-ore Kachkanar pellets. It was determined that at temperate temperatures the diffusion of reagent is the limiting point of the oxidation process on the zones of spherical surface the size of which is smaller than the total surface of the spherical object. At high temperatures diffusion of oxygen in the pores of pellets is the limiting point of the process in the isothermal and nonisothermal conditions as well. According to kinetic dependence the isothermal oxidation of investigated materials, the apparent energy of activation at the set degrees of conversion was calculated, and changing of the activation is connected with transformation of the type of diffusion of reagents through the layer of the reaction product. The apparent coefficients of diffusion of oxygen applied to iron-fluxed Kachkanar pellets for temperature 500 – 1000 °C were defined. The methods of definition of the oxidation degree of pellets were obtained in dependence on changing time and temperature at nonisothermal operational parameters. The possibility of using the given methods for calculation of the oxidation degree of pellets at their roasting in the conveyer roasting machinery was shown. The obtained results can be used for definition of the completing degree of oxidizing processes in the roasting layer of pellets and at optimizing of operational parameters in roasting machinery. 

окислениемагнетиттитаномагнетитбрикетыокатышианализдиффузиякинетикаметодрежимoxidationmagnetitetitanium-magnetitebriquettepelletsanalysisdiffusionkineticsmethodsoperational parametersReferencesYur’ev B.P., Spirin N.A. Oxidation of iron-ore pellets // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No 5. P. 400 – 403.Yur’ev B.P., Spirin N.A. Oxidation of iron-ore pellets. Steel in Translation. 2011, vol. 41, no. 5, pp. 400–403.Mazanek E., Krupinska Z., Kulgawezuk D. Zur Oxydationsreaktion von Magnetit // Arch. Eisenhüttenwesen. 1973. B.44. No 8. S. 571 – 577.Mazanek E., Krupinska Z., Kulgawezuk D. Zur Oxydationsreaktion von Magnetit. Arch. Eisenhüttenwesen. 1973, vol. 44, no. 8, pp. 571–577.Papanastassion D., Bitsianes G. Mechanism and kinetics underlying the oxidation of magnetite in the induration of iron ore pellets // Met.Trans. 1973. Vol. 4. No 2. P. 487 – 496.Papanastassion D., Bitsianes G. Mechanism and kinetics underlying the oxidation of magnetite in the induration of iron ore pellets. Met. Trans. 1973, vol. 4, no. 2, pp. 487–496.Readman P.W., O’Reilly W. Oxidation processes in titanomagnetites // Z. Geophys. 1971. B. 37. No 3. S. 329 – 338.Readman P.W., O’Reilly W. Oxidation processes in titanomagnetites. Z. Geophys. 1971, vol. 37, no. 3, pp. 329–338.Кокорин Л.К., Лелеко С.Н. Производство окисленных окатышей. – Екатеринбург: Уральский центр ПР и рекламы «Марат», 2004. – 280 с.Kokorin L.K., Leleko S.N. Proizvodstvo okislennykh okatyshei [Production of oxidated pellets]. Ekaterinburg: Ural’skii tsentr PR i reklamy “Marat”, 2004, 280 p. (In Russ.).Булах А.Г., Золотарев А.А., Кривовичев В.Г. Общая минералогия. – М.: Академия, 2008. – 360 с.Bulakh A.G., Zolotarev A.A., Krivovichev V.G. Obshchaya mineralogiya [General mineralogy]. Moscow: Akademiya, 2008, 360 p. (In Russ.).Плотников С.В., Бормотов А.С. Механизм фазовых превращений при окислительном обжиге промышленных окатышей из концентратов руд железистых кварцитов // Изв. вуз. Черная металлургия. 2011. No 3. С. 29 – 32.Plotnikov S.V., Bormotov A.S. Phase transformation mechanism at oxidation burning of industrial pellets, produced from iron quaztzite ores. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2011, no. 3, pp. 29–32. (In Russ.).Юсфин Ю.С., Малышева Т.Я., Плотников С.В. Критерии качества железорудных окатышей из концентратов руд магнетитовых кварцитов // Изв. вуз. Черная металлургия. 2009. No 5. С. 7 – 10.Yusfin Yu.S., Malysheva T.Ya., Plotnikov S.V. Quality criteria of iron-ore pellets from the concentrates of magnetite quartzite ores. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2009, no. 5, pp. 7–10. (In Russ.).Юсфин Ю.С., Базилевич Т.Н. Обжиг железорудных окатышей. – М.: Металлургия, 1973. – 272 с.Yusfin Yu.S., Bazilevich T.N. Obzhig zhelezorudnykh okatyshei [Roasting of iron-ore pellets]. Moscow: Metallurgiya, 1973, 272 p. (In Russ.).Gorbachev V.A., Abzalov V.M., Yur’ev B.P. Conversion of magnetite to hematite in iron-ore pellets // Steel in Translation. 2007. Vol. 37. No 4. P. 336 – 338.Gorbachev V.A., Abzalov V.M., Yur’ev B.P. Conversion of magnetite to hematite in iron-ore pellets. Steel in Translation. 2007, vol. 37, no. 4, pp. 336–338.Abzalov V.M., Klein V.I., Yur’ev B.P. Oxygen diffusion in pores of iron-ore pellets // Steel in Translation. 2008. Vol. 38. No 6. P. 421 – 423.Abzalov V.M., Klein V.I., Yur’ev B.P. Oxygen diffusion in pores of iron-ore pellets. Steel in Translation. 2008, vol. 38, no. 6, pp. 421–423.Уэндландт У. Термические методы анализа. – М.: Мир, 1978. – 526 с.Wendlandt Wesley Wm. Thermal methods of analysis. New York: Interscience Publishers, 1964. 424 p. (Russ.ed.: Wendlandt W. Termicheskie metody analiza. Moscow: Mir, 1978, 526 p.).Мерер Х. Диффузия в твердых телах. – М.: Интеллект, 2011. – 536 с.Mehrer Helmut. Diffusion in solids. Fundamentals, Methods, Materials, Diffusion-Controlled Processes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007. (Russ.ed.: Mehrer H. Diffuziya v tverdykh telakh. Moscow: Intellekt, 2011, 536 p.).Франк–Каменецкий Д.А. Основы макрокинетики. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. – М.: Интеллект, 2008. – 408 с.Frank–Kamenetskii D.A. Osnovy makrokinetiki. Diffuziya i teploperedacha v khimicheskoi kinetike [Basis of macrokinetics. Diffusion and heat transfer in chemical kinetics]. Moscow: Intellekt, 2008, 408 p. (In Russ.).Горбачев В.А., Абзалов В.М., Юрьев Б.П. Поведение реакционной зоны при окислительном обжиге железорудных окатышей // Изв. вуз. Черная металлургия. 2007. No 6. С. 11 – 13.Gorbachev V.A., Abzalov V.M., Yur’ev B.P. Behavior of the reaction zone at the oxidizing roasting of iron-ore pellets. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2007, no. 6, pp. 11–13. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.