Максимальная прочность сцепления частичек железорудного материала получается только после добавки определенного количества воды. Вместе с тем опыты показывают, что железорудные материалы (особенно мелкие), увлажненные до оптимальной величины и предварительно тщательно перемешанные, практически не комкуются - в грануляторе пересыпается рыхлая пористая масса без комочков. При соприкосновении отдельных зерен увлажненного материала в процессе перемешивания происходит слияние окружающих их водных пленок и стягивание свободной воды к месту контакта с образованием капиллярных менисков, вызывающих взаимное сцепление зерен. Через некоторое время весь материал переходит в рыхлое, вспушенное состояние, т. е. образуется ячеистая структура (рис. 2.19, а). Капиллярные силы, возникшие в точках контакта частиц, препятствуют образованию плотной укладки зерен в комке.

Таким образом, наряду с благоприятным гранулометрическим составом и оптимальной влажностью обязательным условием успешного течения процесса окомкования является наличие в объеме влажного материала особых центров - зародышей комочков и определенных уплотняющих нагрузок.

Основному динамическому воздействию комкуемый материал подвергается при ударе о неподвижный слой материала или о стенку гранулятора. В этот момент большая часть кинетической энергии, которую приобрел комок при скатывании вниз, расходуется на совершение остаточной деформации - на перемещение зерен и уплотнение окатыша. Очевидно, что величина кинетической энергии определяется не только скоростью скатывания, но и массой комочка.

В связи с этим должен существовать минимальный размер влажного комочка, чтобы при ссыпании он приобрел достаточную величину кинетической энергии. Если масса комочка меньше критической величины, то накопленной энергии не хватит для совершения работы уплотнения - этот комочек не сможет стать зародышевым центром. Именно такой массой, меньше критической величины, обладают ячеистые агрегаты, составляющие равномерно увлажненный материал.

Образование зародышей происходит вблизи подвода увлажнителя, где наиболее вероятно переувлажнение шихты. Эта часть тарели называется зоной образования зародышей. Остальная часть тарели называется зоной
окомкования. Определенный гранулометрический состав получаемых окатышей может измениться только в том случае, если часть окатышей с низкой прочностью при ударах о стенки окомкователя или взаимных столкновениях разрушится.

Большую плотность имеют те окатыши, на которые при столкновениях действуют небольшие силы. Окатыши, подвергнутые воздействию больших сил, разрушаются, но возможен их повторный рост. Процесс роста окатышей заканчивается по достижении равновесного состояния. Ход процесса окомкования до наступления равновесного состояния зависит от гранулометрического состава смеси: если смесь содержит только тонкоизмельченные частицы, то скорость роста окатышей будет низкой. Одновременно с увеличением размеров окатышей возрастает и их плотность. Силы, которые возникают при столкновении окатышей между собой или со стенками установки, часто являются недостаточными для разрушения окатышей, но могут увеличивать их плотность. Если смесь содержит только крупные частицы, то вероятность разрушения окатышей при столкновениях возрастает. В системах с зернами разных размеров образовавшиеся крупные комки при столкновениях с мелкими разрушают их и растут за счет материала разрушенных окатышей. В результате скорость роста окатышей уменьшается, но наблюдается уплотнение окатышей, повышение их прочности и сопротивление разрушению.

В зависимости от гранулометрического состава комкуемых материалов возможны два механизма окомкования. Согласно одному — из более мелких зерен материалов образуются зародыши окатышей, которые под влиянием различных сил в окомкователе растут до требуемых размеров. По другому механизму - более мелкие частицы материала накатываются на поверхность более крупных зерен.

При окомковании тонкоизмельченных концентратов, как правило, не имеется большого диапазона размеров зерен. Поэтому образование окатышей по второму механизму маловероятно. Этот механизм может реализоваться при предварительном окомковании агломерационной шихты.

Сырые окатыши формируются под действием ряда элементарных процессов. Отдельные фазы формирования сырых окатышей можно изобразить схематически в определенной последовательности (рис. 2.20).

Коалесценция Разламывание

Расслаивание ^+шня-»-0 Истирание

О

Перечисленные семь явлений полностью отражают процессы, протекающие при изменении формы окатышей и их количества. Образование зародышей происходит под действием одного или нескольких процессов.

При непрерывном производстве окатышей и при производстве окатышей с загрузкой материала через определенные интервалы сочетание отмеченных явлений неодинаково. В последнем случае характерными являются нуклеация (образование зародышей) и коалесценция при определенной степени переноса массы после истирания, а также рас­щепление и расслаивание. Непрерывный способ окомкования харак­теризуется коалесценцией и расслаиванием влажного материала, пода­ваемого на поверхность окатышей.