Studying the Mechanical Properties of Iron Ore Concentrate Briquettes

L. I. Polyansky; N. A. Babailov; and Yu. N. Loginov

doi:10.17804/2410-9908.2023.2.041-048

L. I. Polyansky, N. A. Babailov, and Yu. N. Loginov

STUDYING THE MECHANICAL PROPERTIES OF IRON ORE CONCENTRATE BRIQUETTES

DOI: 10.17804/2410-9908.2023.2.041-048

This paper studies the properties of metallurgical briquettes of iron ore concentrate with coke screenings and liquid glass as a binder. The briquettes are produced by one-sided pressing in a closed die mounted on the plates of a vertical press with a force of 100 kN. The studies were carried out in the laboratory of Spidermash LLC. The following properties of briquettes were determined: density, impact strength and compressive strength (for green and dry briquettes). The functional dependences of the mechanical properties on 4 parameters are plotted, namely on charge mixture composition (the content of iron ore concentrate and coke), binder (liquid glass) percentage in the mixture, moisture content in the mixture, and charge mixture compacting pressure. The obtained experimental data are approximated with the use of a multiplicative model, with the application
of the least squares method. Various analytical models for describing the behavior of the material to be briquetted are studied. It is concluded that the multiplicative model provides a more adequate description of the mechanical properties. The quality of the multiple regression model is assessed by the adjusted coefficient of determination. The significance of the regression equation is evaluated by the Fisher criterion, and the significance of the regression coefficients is evaluated according to Student.

The mechanical properties of briquettes from iron ore concentrate with coke screenings, presented in the form of analytical dependencies, are necessary to assess the strength of the briquettes when designing the briquetting process. For example, it is necessary to take into account the change in yield during briquette transportation after briquetting. These dependences are also necessary for formulating and solving problems of pressing/briquetting of finely dispersed materials, including iron ore concentrate with coke screenings.

Keywords: briquetting, metallurgical briquette, iron ore concentrate, coke, liquid glass, data approximation, non-linear regression, least square method

References:

Ravich B.M. Briketirovanie rud [Briquetting of Ores]. Moscow, Nedra Publ., 1982, 183 p. (In Russian).
Avdokhin B.M. Osnovy obogashcheniya poleznykh iskopaemykh [Fundamentals of Mineral Processing]. Moscow, Izd-vo MGU Publ., 2006, 417. (In Russian).
Salman A.D., Hounslow M.J., Seville J.P.K., eds. Handbook of Powder Technology. Vol. 11. Granulation, Elsevier, 2007, 1375 p.
Wang Z., Xu A.-J., He D.-F. Influence factors of compressive strength of stainless-steel dust pellets by cold bonded briquetting. Journal of Iron and Steel Research, 2015, vol. 27 (5), pp. 25–29. DOI: 10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20140114.
Mohanty M.K., Mishra S., Mishra B., Sarkar S., Samal S.K. A novel technique for making cold briquettes for charging in blast furnace. In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2016, vol. 115. DOI: 10.1088/1757-899X/115/1/012020.
Kuskov V., Kuskova Ya., Udovitsky V. Effective processing of the iron ores. In: E3S Web Conf.: IInd International Innovative Mining Symposium (devoted to Russian Federation Year of Environment), Kemerovo, 20–22 November, 2017, vol. 21, 02010, EDP Sciences Publ., 2017. DOI: 10.1051/e3sconf/20172102010.
Kuskov V., Kuskova Ya. Research of physical and mechanical properties of briquettes, concentrated from loose high-grade iron ores. In: 17th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2017, Albena; Bulgaria; 29 June–5 July 2017, vol. 17: conference proceedings, STEF92 Tekhnologi Publ., 2017, pp. 1011–1016. DOI: 10.5593/sgem2017/11/S04.129.
Loginov Yu.N., Burkin S.P. Babailov N.A., Polyanskiy L.I. Mekhanika valkovogo briketirovaniya sypuchikh materialov [Mechanics of Roll Briquetting of Loose Materials]. Ekaterinburg, AMB Publ., 2011, 304 p. (In Russian).
Babailov N.A., Polyanskiy L.I., Loginov Yu.N. Briquetting metallurgical lime screenings and parameters making it possible to improve process efficiency. Metallurgist, 2016, vol. 60, pp. 576–580. DOI: 10.1007/s11015-016-0334-3.
Loginov Yu.N., Babailov N.A., Polyanskii L.I. Effect of the precompaction pressure on the density distribution in a metallurgical briquette during roller pressing. Metallurgist, 2018, vol. 61 (9–10), pp. 849–852. DOI: 10.1007/s11015-018-0574-5.
Babailov N.A., Loginov Yu.N., Polianskiy L.I. Mechanical properties of briquettes of chromic concentrates. Obogashchenie Rud, 2019, No. 6. DOI: 10.17580/or.2019.06.06. (In Russian).
GOST 21289–75. (In Russian).
GOST 25471-82. (In Russian).
Lvovskiy E.N. Statisticheskie metody postroeniya empiricheskikh formul [Statistical Methods for Constructing Empirical Formula]. Moscow, Vysshaya Shkola Publ., 1988. (In Russian).
Specification 3821-001-50316524–2004. (In Russian).

Л. И. Полянский, Н. А. Бабайлов, Ю. Н.Логинов

ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БРИКЕТОВ ИЗ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО КОНЦЕНТРАТА

В работе изучены свойства металлургических брикетов из железорудного концентрата, отсева кокса и жидкого стекла, используемого в качестве связующего. Брикеты получены методом одностороннего прессования в закрытой матрице, которая устанавливается на плитах вертикального пресса усилием 100 кН. Исследования проведены в лаборатории промышленного предприятия ООО «Спайдермаш». Определены следующие свойства брикетов: плотность, ударная прочность и прочность на сжатие (для сырых и сухих брикетов). Построены функциональные зависимости механических свойств от 4 параметров: состава шихтовой смеси (содержания железорудного концентрата и кокса), процентного содержания связующего в смеси (жидкого стекла), влажности смеси и давления прессования шихтовой смеси.
В работе полученные экспериментальные данные аппроксимированы с использованием мультипликативной модели, использован метод наименьших квадратов. Исследованы различные аналитические модели описания поведения брикетируемого материала. Сделан вывод, что мультипликативная модель дает более адекватное описание механических свойств. Выполнена оценка качества множественной регрессионной модели по скорректированному коэффициенту детерминации. Оценка значимости уравнения регрессии выполнена по критерию Фишера, а оценка значимости коэффициентов регрессии - по Стьюденту.

Механические свойства брикетов из железорудного концентрата с отсевом кокса, представленные в виде аналитических зависимостей, необходимы для оценки прочности брикетов при проектировании технологического процесса брикетирования. Например, необходимо учитывать изменение выхода годного при выполнении транспортировки брикетов после брикетирования. Эти зависимости необходимы также при постановке и решении задач прессования/брикетирования мелкодисперсных материалов, в том числе железорудного концентрата с отсевом кокса.

Ключевые слова: брикетирование, металлургический брикет, железорудный концентрат, кокс, жидкое стекло, аппроксимация данных, нелинейная регрессия, метод наименьших квадратов

Библиография:

Равич Б. М. Брикетирование руд. – М. : Недра, 1982. – 183 с.
Авдохин В. М. Основы обогащения полезных ископаемых. – М. : Изд-во МГУ, 2006. – 417 с.
Handbook of Powder Technology / ed. by A. D. Salman, M. J. Hounslow, J. P. K. Seville. – Elsevier, 2007. – Vol. 11. – 1375 p.
Wang Z., Xu A.-J., He D.-F. Influence factors of compressive strength of stainless-steel dust pellets by cold bonded briquetting // Journal of Iron and Steel Research. – 2015. – Vol. 27 (5). – P. 25–29. – DOI: 10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20140114.
Novel technique for making cold briquettes for charging in blast furnace / M. K. Mohanty, S. Mishra, B. Mishra, S. Sarkar, S. K. A. Samal // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 115. – DOI: 10.1088/1757-899X/115/1/012020.
Kuskov V., Kuskova Ya., Udovitsky V. Effective processing of the iron ores // E3S Web Conf. 2017, II-nd International Innovative Mining Symposium. Section “Environment Problems in Mining Regions”, Kemerovo, 20–22 November, 2017. – EDP Sciences Publ., 2017. – DOI: 10.1051/e3sconf/20172102010. – Vol. 21.
Kuskov V., Kuskova Ya. Research of physical and mechanical properties of briquettes, concentrated from loose high-grade iron ores // 17th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2017, Albena, Bulgaria, 29 June–5 July 2017. – STEF92 Tekhnologi Publ., 2017. – DOI: 10.5593/sgem2017/11/S04.129. – Vol. 17, iss. 11. – P. 1011–1016.
Механика валкового брикетирования сыпучих материалов / Ю. Н. Логинов, С. П. Буркин, Н. А. Бабайлов., Л. И. Полянский. – Екатеринбург : АМБ, 2011. – 304 с.
Babailov N. A., Polyanskiy L. I., Loginov Yu. N. Briquetting metallurgical lime screenings and parameters making it possible to improve process efficiency // Metallurgist. – 2016. – Vol. 60. – P. 576–580. – DOI: 10.1007/s11015-016-0334-3.
Loginov Yu. N., Babailov N. A., Polyanskii L. I. Effect of the precompaction pressure on the density distribution in a metallurgical briquette during roller pressing // Metallurgist. – 2018. – Vol. 61. – P. 849–852. – DOI: 10.1007/s11015-018-0574-5.
Бабайлов Н. А., Логинов Ю. Н., Полянский Л. И. Изучение механических свойств брикетов из хромовых концентратов // Обогащение руд. – 2019. – № 6. – С. 30–34. – DOI: 10.17580/or.2019.06.06.
ГОСТ 21289–75. Брикеты угольные. Методы определения механической прочности.
ГОСТ 25471–82. Руды железные, агломераты и окатыши. Метод определения прочности на сбрасывание.
Львовский Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул. – М. : Высшая школа, 1988. – 239 с.
ТУ 3821-001-50316524–2004. Прессы брикетировочные валковые серии ПБВ.

Библиографическая ссылка на статью

Polyansky L. I., Babailov N. A., Loginov and Yu. N. Studying the Mechanical Properties of Iron Ore Concentrate Briquettes // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2023. - Iss. 2. - P. 41-48. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2023.2.041-048. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_389.html
(accessed: 03.04.2025).