خط تولید

گندله از ابتدای قرن بیستم ( ۱۹۱۱میلادی) توسط ای.جی.اندرسون در سوئد و در سال ۱۹۱۲ میلادی به وسیله سی.ای.براکل برگ در آلمان تولید شد.

 استفاده صنعتی از دهه­ ۵۰ قرن بیستم و در آمریکا شروع شد. کشورهای چین، آمریکا و هند همانطور که در سایر محصولات زنجیره­ فولاد سرآمد هستند در تولید گندله نیز پیشرو می‌­باشند و کشورهایی مثل برزیل، روسیه، سوئد و اوکراین به دلیل بهره بردن از ذخایر مناسب سنگ آهن، ظرفیت تولید گندله­ بالایی دارند.

در تولید گندله سه روش کوره عمودی (Shaft Furnace)، کوره افقی دوار یا آلیس چالمرز(Grate Kiln) وکوره با زنجیر متحرک یا لورگی (Travelling Grate)، کاربرد صنعتی پیدا کردند.

روش کوره عمودی در چین بیشترین کاربرد را دارد و باتوجه به محدویت­های این روش، کاربرد وسیعی پیدا نکرده است.

 

توصیف

در کل فرایند گندله سازی از سه مرحله تشکیل شده است:

1. آماده سازی مواد اولیه
2. تشکیل گندله های خام
3. پخته شدن گندله ها

در زیر مختصری از شرایط گندله سازی توضیح داده می شود.

کنسانتره آهن

اصلی‌ترین ماده اولیه ساخت گندله، سنگ آهن است، که به صورت کنسانتره استفاده می‌شود. کنسانتره محصول پرعیار کردن آهن و حذف ناخالصی‌ها از سنگ‌های آهن است که با خردایش و نرم کردن اتفاق می‌افتد. در گندله سازی معمولا خردایش کنسانتره ناکافی بوده و باید دوباره نرم‌تر شوند و اندازه ذرات به کمتر از 45 میکرون (325 مش) برسد.

مواد افزودنی

مواد افزودنی که برا ساخت گندله به ماده اصلی اضافه می‌شود، شامل موارد زیر است.

• موادی که برای مثال در نقش چسبندگی و پیوند فیزیکی و برای تغییر و اثرگذاری بر خواص فیزیکی و مکانیکی گندله خام و پخته اضافه می‌شوند.
• موادی که تخلخل گندله را زیاد کنند و منجر به بهبود خواص متالورژیکی و احیا پذیری گندله شوند.
• موادی که تولید سرباره کنند، مانند آهک که در گندله خودگداز با مواد کانه های آهن واکنش داده و سرباره تولید می‌کند.
• مواد خاصی که با ایجاد پیوند شیمیایی میان ذرات سنگ آهن، باعث استحکام گندله شود.

به طور کلی مواد افزودنی باعث تغییرات زیر در گندله خام می‌شوند.

• افزایش استحکام گندله خام
• تبدیل پیوند شیمیایی به پیوندسرامیکی را آسان می‌کنند.
• عملیات گندله سازی را آسان می‌کنند.
• مسائل ناشی از خشک شدن گندله را حل می‌کنند.

 در ادامه مواد افزودنی در ساخت گندله را توضیح داده‌ایم.

بنتونیت

بهترین عامل پیوند ذرات گندله است. مقدار مصرف بنتونیت در گندله در حدود 0.5 تا 2 درصد براساس مشخصات  بار وردی متغیر است. وقتی در حرارت بالا، این ترکیبات ذوب می‌شوند، بنتونیت به شکل فیلمی دور دانه‌ها را گرفته و پیوند سرامیکی ایجاد می‌کند که افزایش استحکام مکانیکی گندله را ایجاد می‌کند.

مواد آلی

نقش مواد آلی در ساخت گندله ایجاد پیوند شیمیایی میان ذرات است. قدرت این مواد در چسبندگی و توزیع یکنواخت رطوبت به اندازه بنتونیت نیست اما، در جریان پخت، تجزیه شده و به صورت گاز از گندله خارج شده و هیچ موادی را در گندله باقی نمی‌گذارند. خروج مواد آلی به صورت گاز از گندله تخلخل گندله را افزایش می‌دهد و بر کیفیت احیا شوندگی گندله موثر است. مواد آلی تاثیری بر ترکیبات شیمیایی ندارند و از انواع آن‌ها می‌توان به نشاسته، ملاس و غیره اشاره کرد.

شیر آهک

شیر آهک که با نام هیدروکسید کلسیم نیز شناخته می‌شود، تشکیل شده از تکلیس سنگ آهک و مخلوط آهک تولیدی با آب است. این ماده با خاصیت چسبندگی خود می‌تواند ذرات آهن دار را به هم بچسباند. این ماده بیشتر برای چسبندگی گندله خودگذار مناسب بوده و برای گندله‌های اسیدی توصیه نمی‌شود. شیرآهک اگر به اندازه کافی(حدود5 درصد) در گندله وجود داشته باشد باعث استحکام آن می‌شود اما اگر همین مقدار بیش از حد باشد، عکس حالت قبل عمل کرده و مقاومت مکانیکی گندله را در اثر تشکیل فازهای شیشه‌ای، می‌کاهد.

آهک

آهک معمولا در گندله وجود دارد و باعث افزایش اندیس بازی گندله می‌شود. آهک در حالت عادی و با ابعاد حدود 0.1 تا 3 میلی‌متر باعث از دست رفتن استحکام گندله می‌شود و به همین منظور آن را به صورت تکلیس شده با ابعاد زیر 0.5 میلی‌متر استفاده می‌کنند. آهک مانند شیرآهک اگر بیش از 5 درصد در گندله وارد شود باعث عدم مقاومت مکانیکی گندله می‌شود، بنابراین رعایت مقادیر این مواد ضروری است.

سیمان

از سیمان برای سخت کردن گندله‌های سرد استفاده می‌شود. گندله سرد نیازی به پخت ندارد.

آب

آب یکی از مهمترین مواد افزودنی به بار گندله است. مقدار آب اضافه شده به گندله به عوامل مختلفی بستگی دارد که در ادامه مرور می‌کنیم.

• نوع سنگ آهن
• مواد اولیه افزودنی
• ابعاد ذرات
• وجود تخلخل و خاصیت جذب آب توسط سطوح کانی و مواد سنگی کانی

مقدار آب کمتر یا بیشتر از مقدار خاص باشد، باعث کاهش مقاومت مکانیکی گندله می‌شود و این میزان کاملا تجربی و با آزمایش به دست می‌‌آید. اگر آب کمتر باشد فیلم آب تشکیل شده بر سطح ذرات، برای پیوند ذرات به یکدیگر کافی نیست و اگر آب به میزان زیاد به گندله اضافه شود، ذرات بار در آب شناور شده و باز هم پیوند لازم را با دیگر ذرات تجربه نخواهند کرد.

مهم‌ترین خاصیت مکانیکی گندله‌ها، استحکام مکانیکی است. روش‌های گندله سازی به دو نوع تقسیم می‌شوند که شامل:

• روش مخروط گندله سازی
• روش دیسک

روش مخروط گندله سازی، از ابتدای دهه ۵۰ میلادی تنها روش گندله سازی بود که با پیشرفت تکنولوژیکی و شناخت ضعف‌های متعدد روش مخروطی ، به تدریج روش دیسکی جای آن را گرفت و بیشتر توسط صنایع استفاده شد.

دیسک گندله سازی

روش دیسک، در واقع از حل مشکلات و ایرادهای روش مخروط ایجاد شد و پیشرفت کرد. این روش بسیار متداول بوده و تقریبا در سراسر دنیا از این روش برای گندله سازی استفاده می‌شود.

در روش دیسک، مواد خام روی سطح دیسک دوار خاص پخش شده و با حفظ رطوبت مورد نیاز دستگاه عمل گندله سازی را انجام می‌دهد. ویژگی‌های فنی دیسک‌های این روش تابع کانسنگ‌ها و مواد افزودنی مانند بنتونیت و دولومیت هستند، که این ویژگی‌ها شامل موارد زیر هستند.

• سرعت دوران
• زاویه انحراف نسبت به افق
• سیکل حرکتی

دیسک دوار گندله‌ها دارای انداره برابر بوده و خواص مکانیکی آن‌ها نیز قابل تنظیم است.

گندله‌ها از هر روش که تولید شوند، استحکام مکانیکی کافی برای استفاده در کوره بلند را ندارند و برای ایجاد این مقاومت باید مراحل نهایی تولید گندله شامل پیش گرمی گندله‌ها و پخت آنها و درنهایت خشک و سرد کردن انجام شود تا باعث استحکام، ایجاد سهولت در حمل و نقل، تسهیل نگهداری و … شود.

برای اینکه گندله‌ها در گرم و سرد شدن ترک نخورده و متلاشی نشوند، باید مرحله پیش گرمی را گذرانده ( در دمای 1000 درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود) و به آرامی سرد شوند. یکنواخت بودن دما در روند پیش گرمی اهمیت بالای دارد و نباید این دما از 50 درجه سانتی‌گراد(دمای خمیری شدن گندله) پایین‌تر باشد. همچنین سرد شدن گندله نیز نباید در دمای پایین‌تر از 20 درجه سانتی‌گراد بیش از نقطه شبنم، صورت پذیرد.

 

جمع بندی و نتیجه گیری

یکی از مواد اولیه در تهیه آهن و سپس فولاد، گندله (pellets iron ore ) است.

کنسانتره سنگ آهن و افزودنی ها نقش موثر در تولید گندله دارند.

موارد مهم در صنعت گندله سازی در زیر بصورت خلاصه درج شده است.

شاخص های موثر خوراک بر کیفیت گندله

از مهمترین ویژگی های موثر خوراک بر کیفیت گندله  تولیدی می توان به ماهیت کنسانتره مصرفی، نوع مواد افزودنی ( بنتونیت، سنگ آهک میکرونیزه شده (caO> 80%)  سود سوزآور) ، رطوبت کنسانتره ( 7 تا 8%) ، pH آب ( 7 تا 8.5)، ناخالصی های سنگ آهن ( گوگرد، گانگ اسیدی یا بازی)، توزیع دانه بندی و سطح مخصوص کنسانتره (1600 تا 1800  cm2/g) عدد بلین بر حسب سانتی متر مربع بر گرم یا سانتی متر مربع بر سانتی متر مکعب( اشاره کرد.

شاخص های کیفی گندله مطلوب

مهمترین شاخص های کیفی گندله در جدول زیر درج شده است.