این مقاله در حکم پاسخی به سوالاتی از قبیل؛ گندله سنگ آهن چیست ، فرآیند گندله سازی به چه صورت می باشد، و گندله سنگ آهن از چه موادی تشکیل شده است، است.
گندله در اصطلاح به معنی گلوله‌های تولید شده از سنگ آهن‌های نرمه و مواد افزودنی است که در ابتدا به شکل خام هستند و سپس پخته و سفت می‌شوند. به مرحله متراکم‌سازی این ذرات، نرمه گندله‌سازی یا Pelletizing گفته میشود که به عنوان ماده اولیه تولید آهن خام و آهن اسفنجی در دو روش سنتی (کوره‌های بلند) و یا روش‌های متعدد احیا به کار می‌روند. لازم به ذکر است گندله مورد استفاده در روش احیای مستقیم نسبت به کوره بلند دارای عیار آهن بیشتر و ناخالصی کمتر می‌باشد. در ادامه به مهمترین مواد اولیه تولید این محصول اشاره خواهیم کرد.
در تولید آهن آلات به روش احیا مستقیم با جداسازی گندله‌های ریزتر و جداسازی اکسیژن‌های باقی مانده در آن بدون تغییر حالت اصلی آن، آهن اسفنجی تولید می‌کنند که در مقاله‌ای منفصل درباره نقش، اهمیت و قیمت آهن اسفنجی پرداخته‌ایم.
چرا نرمه های آهن را به گندله تبدیل می کنند؟
اگر از این نرمه‌های آهن به همان شکل در کوره‌های بلند استفاده کنند، باعث کاهش تروایی گاز به شکل ناموزونی می‌گردد. همچین استفاده از آنها در کارخانه احیا مستقیم هم بدون دردسر نمی‌باشد. نتیجتا بهترین راه تبدیل کنسانتره و نرمه‌های آهن همراه با آب و سایر مواد افزودنی به گندله می‌باشد.
به عبارت دیگر با ورود و چرخش کنسانتره آهن، آب و سایر مواد افزودنی (که به بالابردن چسبندگی و کیفیت این محصول کمک می‌کنند) به دستگاه گندله‌ساز، گندله خام تولید میشود که در مرحله بعدی برای سختی بیشتر پخته می‌شوند و حال آماده استفاده هستند.
در ادامه به مهمترین اجزاء تشکیل دهنده گندله سنگ آهن اشاره خواهیم کرد.
سنگ‌‌های آهن
سنگ‌‌های آهن مهمترین و عمده ترین مواد اولیه را برای تولید گندله تشکیل می‌دهند که این ماده اغلب به صورت کنسانتره است. کنسانتره در کارخانه‌های کانی آرایی حاصل از حذف مواد سنگی کانی‌های آهن ساخته میشود و سپس مورد خردایش قرار می‌گیرند و نرم می‌شوند تا ذرات سنگ آهن به ابعاد زیر 45 میکرون در آیند.
مواد افزودنی
موادی که نقش چسبندگی و پیوند فیزیکی ذرات سنگ آهن مانند 10 درصد رطوبت را به هم دارند. موادی که تخلخل گندله‌ها را افزایش می‌دهند تا باعث بهبود خواص حیا پذیری آن شوند. موادی که از طریق واکنش با گندله باعث تسهیل در فرآیند گندله‌سازی می‌شوند. این مواد اولیه از قبیل بنتونیت، مواد آلی و شیر آهک به ترکیب ذرات آهن اضافه می‌شوند تا محصول نهایی از خاصیت تخلخل، چسبندگی و کیفیت بالاتری برخوردار باشد. حال آنکه هر یک از این مواد افزودنی ویژگی خاص خود را دارند که در ادامه خواهید خواند:
گندله
این ماده یک کانی ناخالص است که دارای خاصیت پلاسیتیسه و به عنوان مناسب‌ترین عامل پیوند دهنده ذرات گندله شناخته میشود. ذرات بنتونیت بسیار ریز هستند و سطح ویژه بنتونیت 6000 تا 10000 سانتی‌متر مربع به ازای گرم است. این دانه‌بندی ریز و توزیع عالی آن در بین ذرات سنگ آهن باعث توزیع یکنواخت آب در گندله میشود. این امر در صوت خشک‌شدن گندله خام مانع از ترک برداشتن آن میشود. مقدار این کانی در گندله در حدود نیم تا یک درصد می‌باشد.
مواد آلی
این ماده نیز مانند بنتونیت دارای خاصیت چسبندگی است. این امر در جریان گندله‌سازی پیوند شیمیایی میان ذرات ایجاد می‌کند. البته لازم به ذکر است که مواد آلی مانند بنتونی قادر به توزیع یکنواخت و یکسان رطوبت در حجم نیستند. اما در جریان پخت این ماده به صورت گاز از گندله خارج میشود و باعث افزایش تخلخل میشود. این امر روی کیفیت احیا شوندگی تاثیر بسیار مطلوب دارد. از مهمترین این مواد آلی می توان به نشاسته و ملاس اشاره کرد.
شیر آهک
شیر آهک یا هیدروکسید کلسیم خاصیت چسبندگی دارد و می تواند ذرات آهن دار را به هم متصل کند. افزایش آهک تا 5 درصد به گندله باعث افزایش مکانیکی این ماده می شود ولی بیش از این مقدار می تواند اثر معکوس بر جا بگذارد و مقاومت مکانیکی گندله را کاهش دهد.
آب و گندله
کیفیت و کمیت آب تاثیر مستقیمی بر کیفیت گندله دارد و مقدار آن به عوامل مختلفی از جمله نوع سنگ آهن، مواد اولیه افزودنی، ابعاد ذرات، وجود تخلخل و خاصیت جذب آب توسط کانی‌ها دارد. تعیین میزان آب باید طی آزمایش‌های بسیار دقیق تعیین شود چرا که کم و یا زیاد شدن مقدار آن باعث کاهش مقاومت مکانیکی گندله می شود.
فرآیند گندله سازی
به منظور تولید گندله سنگ آهن، مواد اولیه که به آنها اشاره شد، را در دستگاه‌های گندله‌ساز به چرخش در می‌آوردند تا به شکل کروی متخلخل در آیند. لازم به ذکر است اندازه 90 درصد این مواد اولیه باید زیر ۴۵ میکرون باشد. پس از رسیدن به ابعاد و استحکام مکانیکی مطلوب، این ماده تا زیر دمای نرم‌شدن سنگ‌آهن حرارت داده میشود تا پخته شوند، به گونه‌ای که درجه تخلخل آنها کاهش پیدا نکند. در پایان مرحله پخت، گندله سنگ آهن باید بدون آنکه ترک در آنها ایجاد شود، سرد شوند.
عمده ترین روش‌های گندله‌سازی حال حاضر دنیا تکنولوژی های آلیس چالمرز (گریت- روتاری کیلن) و تکنولوژی لورگی (تراولینگ گریت) می باشد که در ادامه به تفاوت های هر کدام اشاره خواهیم کرد:
- ظرفیت تولید
ظرفیت تولیدی پلنت های تکنولوژی لورگی سطح وسیعی را از 1 میلیون تن تا بیش از 5 میلیون را در بر می‌گیرد. و ظرفیت جهانی این سیستم در حال حاضر به بیش از 360 میلیون تن می‌رسد. اما حداکثر ظرفیت تولید پلنت‌های آلیس چالمرز 6 میلیون تن بود که ظرفیت جهانی آن در حدود 139 میلیون تن می‌باشد. در ایران پلنت‌های اولیه با سیستم آلیس چالمرز ساخته می‌شد که به تدریج به سمت لورگی حرکت کرده است. - زمان پخت و نحوه انتقال حرارت
در پلنت‌های آلیس چالمز زمان پخت به طور تقریبی 70 دقیقه است که در آن انتقال حرارت به روش تشعشعی انجام می‌گیرد. اما در تکنولوژی لورگی زمان پخت در حدود 40 دقیقه است که برای انتقال حرارت از روش همرفت و کانوکشن استفاده می‌کند. - تشکیل نرمه و غبار
درصد تولید نرمه و تشکیل غبار در تکنولوژی آلیس چالمرز بالا بوده و حدود 7-8 درصد می‌باشد در حالیکه این مقدار در تکنولوژی لورگی حدود 3 درصد است. این امر به دلیل تعداد نقاط ریزش بیشتر در آلیس چالمرز می‌باشد که موجب ایجاد نرمه بیشتر و تشکیل غبار بیشتر در این تکنولوژی است. - گرید گندله های تولیدی
از نظر استفاده در فرآیند احیا مستقیم و کوره بلند هر محصول نهایی هر دو تکنولوژی مناسب است، اما به دلیل سطح صاف و پخت بیشتر محصول در تکنولوژی آلیس چالمرز مسیرهای عبور گاز در گندله بسته میشود و میزان نفوذپذیری آن کاهش پیدا می‌کند و که باعث کاهش احیا پذیری محصول میشود. - تعمیرات و نگهداری
به دلیل تماس نسوزها با مواد در تکنولوژی آلیس چالمرز میزان تعمیرات و نگهداری در این تکنولوژی را به شدت افزایش می‌دهد. همچنین به دلیل فرسایش بالای نسوزها، آنها نیاز به توقف و سرد‌کردن کوره را دارند و این امر علاوه بر هزینه بالاتر تعمیرات، میزان ساعت کاری پلنت را در سال نیز کاهش می‌دهد. اما در تکنولوژی لورگی مواد با نسوزها تماس نداشته و امکان تعویض آنها در کوتاه مدت نیز وجود دارد. - مصرف انرژی
در تکنولوژی آلیس چالمرز سخت جامد و مایع گازی وجود دارد و نسبت به تکنولوژی دیگر میزان برق مصرفی بیشتر است. اما در تکنولوژی لورگی تنها از سوخت مایع و گازی می توان بهره برد و امکان استفاده از سوخت جامد وجود ندارد و میزان مصرف آب در آن نیز کمتر است. - کیفیت محصول نهایی
در ارتباط با کیفیت محصول در فرآیند گندله‌سازی نمی‌توان نظر قاطعی ارائه کرد اما محصول نهایی در تکنولوژی آلیس چالمرز پخت یکنواخت تری نسبت به تکنولوژی لورگی دارد. در پایان لازم به ذکر است که هزینه تولید محصول روش لورگی به دلیل تعمیرات کمتر، به مراتب مناسب‌تر است.