Thermophysical properties of briquettes intended for use as an artificial bottom bed in iron ore pelletizing

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The study aimed to examine the thermophysical properties of briquettes as an alternative to indurated iron ore pellets in the formation of an artificial bottom bed in horizontal-grate machines. The methodology included physical simulation of the drying process (circulation of a heat transfer agent at 150/300℃), dilatometric analysis, measurement of temperature profiles in briquettes, and mathematical modeling with the use of TOREX Sensible Indurating Machine software. The briquettes were made from oxidized ferruginous quartzite concentrate with organic and inorganic binders (cement; bentonite) under a load of 15 t (cylinders measuring Ø35×35 mm). It was established that excessive moisture during drying does not reduce the strength of briquettes (70.1 daN/briquette) due to their low porosity (10% as compared to 30% in pellets) that limits water absorption. The drying of briquettes was shown to proceed 30–40% slower due to their reduced specific surface area and permeability compared to iron ore pellets, thus requiring adjustments to the heating conditions. The thermal conductivity coefficient amounted to 0.12 W/(m·K). During firing, sintering occurs exclusively in the surface layers (depth of 2–3 mm) since the inner zones do not reach the sintering temperature threshold (>1000℃) due to the low thermal conductivity of the material. The integrity of the briquette is ensured by the strength of the indurated surface and the thermal stability of the binder at its core. The mathematical simulation performed for the horizontal-grate machine No. 3 at the Mikhailovsky Mining and Processing Plant showed that the replacement of a standard bed comprising indurated iron ore pellets having a temperature of 80℃ with briquettes having a temperature of 15℃ increases the capacity of this machine by 25% (up to 583 daN/pellet) and reduces the specific consumption of natural gas during iron ore pellet firing by 8.3% (up to 8.8 m3/t) while maintaining the quality of the main product – the strength index. The obtained results confirm the feasibility of using briquettes of all tested compositions as an artificial bottom bed in horizontal-grate machines, demonstrating their key thermophysical advantage – heat loss reduction in the grate zone.

About the authors

A. V. Ishimbaev

Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin, Torex Research and Development Company

Email: a.ishimbaev@torex-npvp.ru

I. S. Bersenev

Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin, Torex Research and Development Company

Email: i.bersenev@torex-npvp.ru
ORCID iD: 0009-0000-4270-6042

A. I. Gruzdev

Torex Research and Development Company

Email: a.gruzdev@torex-npvp.ru

N. A. Spirin

Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin

Email: n.a.spirin@urfu.ru

V. I. Matyukhin

Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin

Email: matyhin53@mail.ru

B. O. Torobekov

Torex Research and Development Company

Email: b.torobekov@torex-npvp.ru

I. A. Motygulin

Torex Research and Development Company

Email: i.motygullin@torex-npvp.ru

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).