Предсказывать пористость железорудных брикетов и влиять на их свойства с помощью состава исходного вещества позволяет новый метод, предложенный исследователями Университета МИСИС. В перспективе он позволит снизить затраты на производство сплавов и улучшить качество конечной продукции.
Пористость брикетов влияет на их восстановимость — то есть, способность материала пропускать газ и вступать в химические реакции, например для извлечения железа из вторичного сырья и низкосортных руд. Пористость также влияет на прочность: если пор слишком много, материал становится хрупким и разрушается при транспортировке или загрузке в печь. Раньше не существовало точных методов, позволяющих заранее рассчитать, как состав смеси влияет на пористость итогового продукта. Для решения этой задачи учёные предложили новый алгоритм, с помощью которого можно анализировать, как разноразмерные сферические частицы укладываются в определённом пространстве, и позволяет вычислить минимальное расстояние, необходимое для их размещения в виде плотного слоя. Алгоритм позволяет моделировать, как добавление конкретных частиц влияет на общий объём пустот в материале.
«Предложенный метод позволяет управлять пористостью окускованных материалов, таких как брикеты и окатыши, благодаря подбору размеров частиц в смеси. Мы впервые показали, что пористость можно как увеличивать, так и снижать, в зависимости от задачи конкретного предприятия — для улучшения восстановимости или повышения прочности. Это открывает новые возможности для оптимизации металлургических процессов», — сказал к.т.н. Айтбер Бижанов, ведущий эксперт проекта кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС.
Алгоритм позволяет вычислить минимальный объём контейнера, который можно наиболее плотно заполнить окускованной рудой. Учёные выяснили, что пористость зависит не только от количества частиц, но и от их размеров. Например, если в исходную смесь добавить 5% крупных сфер оксида железа, пористость брикетов увеличивается до 60%, что улучшает прохождение газов через материал в доменной печи. Метод также адаптирован для частиц неправильной формы и учитывает сжимаемость материалов.
«Результаты можно применять для оптимизации шихты в доменных, сталеплавильных печах и установках прямого восстановления. Это снизит затраты на связующие вещества, термообработку и сократит выбросы при агломерации. Кроме металлургии, предложенный метод полезен в других отраслях, где важна управляемая пористость материалов и контроль структуры влияет на эффективность химических процессов и качество продукции: в производстве фильтров, катализаторов и пористых сорбентов», — рассказал Айтбер Бижанов.
