گندله ماده اولیه در ساخت تولید آهن و فولاد است که حاوی بیش از 63 درصد آهن است و شکلی شبیه به گلوله دارد. برای ساخت گندله از کنسانتره سنگ آهن به همراه برخی مواد دیگر استفاده می شود. دو روشی که گندله با آن ساخته می شود استفاده از دستگاه استوانه دوار و دیسک چرخشی است که در این مقاله به بررسی عملکرد آن ها خواهیم پرداخت.
آگلومراسیون (Agglomeration) یکی از پروسه های مهم در استخراج سنگ آهن و تولید آهن است. آگلومراسیون به فرایندی گفته می شود که در آن ذراتی با سایز بزرگ از سایزهای کوچکتر ساخته می شود. این فرایند در بخش های مختلفی از صنعت مانند داروسازی، صنایع شیمیایی و صنعت متالورژی مورد استفاده واقع می شود. بر اساس کاربرد آگلومراسیون در صنعت آهن و فولاد می توان آن را به سه بخش تقسیم بندی کرد.
- سینترینگ یا کلوخه سازی(Sintering)
- گندله سازی(Pelleting)
- بریکت سازی (Briquetting)
گندله چیست؟
گندله ها توپ های کوچکی از سنگ آهن هستند که در تولید فولاد کاربرد دارند. زمانی پودرهای حاصل از استخراج سنگ آهن زاید تلقی می شدند و از آنها استفاده نمی شد اما با به ابداع گندله سازی از این مواد به کمک تکنولوژی گندله تهیه می شود که به عنوان ماده اولیه و خوراک کوره های احیای مستقیم و کوره بلند کاربرد دارد.
ماده اصلی در ساخت گندوله سنگ آهن است که می بایست به صورت کنسانتره استفاده شود. کنسانتره سنگ آهن از حذف ناخالصی های آهن و افزایش عیار آهن با خرد کردن و نرم کردن به دست می آید. اندازه ذرات کنسانتره مورد استفاده باید کمتر از 45 میکروهن باشد.
همچنین برای ساخت گندوله از مواد افزودنی و چسباننده مانند بتنتونیت، شیرآهک، مواد آلی، آهک، سیمان و آب نیز استفاده می شود.
این مواد علاوه بر نقش چسبندگی و افزایش پیوند فیزیکی بین اجزای گندله، بر خواص فیزیکی و شیمیایی گندله نیز تاثیر گذار هستند. برخی از این تاثیرات عبارتند از:
- افزایش تخلخل گندله که منجر به بهبود احیاپذیری گندله می شود.
- ایجاد سرباره
- افزایش استحکام گندله
- تسهیل در فرایند گندله سازی
فرایند گندله سازی چگونه است؟
گندله سازی فرایندی ست که در آن به وسیله ی غلتاندن ذرات ریز مرطوب ( ذراتی با سایز کمتر از 72 میکرون) گلوله های توپی شکل ساخته می شود. این پروسه می تواند با یا بدون اضافه کردن مواد متصل کننده به وسیله ی دستگاه گندوله سازی استوانه ای (بشکه ای) یا دیسکی انجام شود. گندله خام (Green Ball) از طریق سیکل سخت شدن که شامل خشک سازی، پیش گرم کردن، سوزاندن در حدود 1350 درجه سانتیگراد و سپس سرد کردن است ساخته می شود.
تاریخچه ی گندله سازی
گندله سازی توسط ا.ج اندرسون سوئدی در سال 1912 ابداع شد. اما استفاده تجاری از گندله در آمریکا به بعد از جنگ جهانی دوم باز می گردد. اولین کارخانه گندله سازی در جهان نیز در سال 1955 در مینسوتا شروع به کار کرد. در ابتدای دهه 80 میلادی 50 درصد از کوره های بلند در آمریکا، کانادا و مکزیک از گندله استفاده می کردند.
روش های ساخت گندله
به طور کلی دو روش ساخت گندله وجود دارد:
- روش مخروطی یا استوانه دوار
- روش دیسکی
روش مخروطی
در ابعاد صنعتی استوانه های گندله سازی طولی بین 9 تا 11 متر و قطری در حدود 3 تا 3.6 متر دارند و برای تولید گندله خام با ظرفیت 90 تا 120 تن در ساعت مورد استفاده واقع می شوند. این استوانه نسبت به افق زاویه ی 6 تا 10 درجه ای دارد. دیواره ی صاف استوانه به وسیله ذرات مرطوبی پوشانده شده اند تا قدرت چسبندگی و سختی استوانه (درام) اصلاح شود. همچنین از اسکرپرهای (Scraper) دوار برای کنترل ارتفاع مخلوط گندله استفاده می شود. مخلوط گندله ی آماده شده از انتهای بالای درام به داخل شارژ می شود.
درام در طول خود منابعی دارد که آب را به داخل اسپری می کند. این کار به منظور شکل گیری گندله ها انجام می شود. گندله ها بر اساس طول، شیب، سرعت چرخش و مقداری که درام از مواد اولیه پر می شود در سایزهای مختلفی تولید می شوند. درام ها با محدودیت هایی هم همراه هستند. به عنوان نمونه گندله های خام درون درام بر اساس سایز دسته بندی نمی شوند. همین مساله باعث می شود تا گندله های بزرگتر خرد شده و در ترکیب با سایزهای کوچکتر مجددا به داخل درام شارژ شوند.
روش دیسکی تولید گندله
دیسک های که برای گندله سازی در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد قطری بین 6 تا 7.5 متر دارند و ظرفیت تولید آنها بین 90 تا 120 تن در ساعت می باشد. در این روش مواد خام روی سطح یک دیسک دوار خاص قرار می گیرند و عمل گندله سازی انجام می شود. سرعت چرخش دیسک در حدود 6 تا 8 دور در دقیقه است و با خط افق زاویه 45 درجه ای دارد. در حدود 70 درصد از سطح دیسک به صورت موثر در تولید گندله مورد استفاده قرار می گیرد. سرعت دوران دیسک، زاویه انحراف نسبت به افق و سیکل حرکتی دیسک از جمله مواردی ست که در ویژگی های گندله ی ساخته شده در این روش تاثیر گذار است.
در دیسک دوار گندله ها دارای اندازه ی برابر هستند و خواص مکانیکی آن ها را می توان تنظیم کرد.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی گندله
ترکیب عناصر شیمیایی گندله برای کوره های بلند به صورت جدول زیر است.
| ترکیبات شیمیایی | مقادیر بر حسب درصد | |
| Fe (آهن) | 64.00% | 63.00 % |
| FeO(اکسید آهن) | 0.50% | 0.50 % |
| SiO2 + Al2O3 | 7.00% | 8.00 % |
| S( گوگرد) | 0.01% | 0.01 % |
| P( فسفر) | 0.045% | 0.045 % |
| TiO2 | 0.20% | 0.20 % |
| AS | 0.01% | 0.01 % |
| سایر مواد | 0.20% | 0.20 % |
| CaO + MgO ( اکسید منگنز و اکسید کلسیم) | 2.00% | 2.00 % |
| خاصیت قلیایی | 0.30 | 0.30 |
| مشخصات فیزیکی | ||
| سایز بین 9 تا 16 میلیمتر: 9 – 16 mm | 85.00% | 85.00% |
| سایز کمتر از 5 میلیمتر | 5.00% | 5.00 % |
| چگالی حجمی | 2.00 T/M3 | 2.00 T/M3 |
| ضریب غلتش (ASTM) + 6.35 MM | 92 % | 92 % |
| ضریب سایش (ASTM) – 0.60 MM | 6.00 % | 6.00 % |
| متوسط مقاومت در برابر ضربه ی حالت سرد | 250 KG/P | 250 KG/P |
| تخلخل | 20.00 % | 20.00 % |
| کاهش پذیری | 60.00% | 60.00 % |
| رطوبت | ||
| فصل های کم بارش | 4.00% | 4.00 % |
| فصل های بارانی | 6.00% | 6.00 % |
تولید گندله در ایران
ایران یکی از بزرگترین تولید کنندگان گندله در جهان است. بر اساس گزارش سازمان توسعه و نوسازی معادل و صنایع معدنی ایران (ایمیدرو)، در سال 1399 بیش از 46 میلیون تن گندله در کشور تولید شده است که در مقایسه با سال 98 این میزان تولید 10 درصد بیشتر بوده است.
در بین شرکت های تولید کننده گندله، گل گهر با تولید 12.2 میلیون تن در رتبه نخست تولید قرار دارد و پس از آن فولاد مبارکه با تولید 7.3 میلیون تن در جایگاه دوم قرار گرفته است. میدکو با تولید 6.2 میلیون تن و فولاد خوزستان با 5.5 میلیون تن در رده های سوم و چهارم قرار دارند.
از دیگر تولید کنندگان گندله در کشور می توان از چادرملو، اپال پارسیان سنگان، فولاد سنگان خراسان، فولاد خراسان، سناباد، سنگ آهن مرکزی و صبانور نام برد.
روش تولید
ابتدا مواد اولیه با نسبتی معین درون دستگاه گندله سازی ریخته می‌شود. علت افزودن هر کدام از مواد افزودنی از دو عامل بهبود خواص میکانیکی و خواص متالوژیکی خارج نیست. عمده خاصیت مکانیکی قابل توجه در استحکام مکانیکی آنهاست. خواص متالوژیکی قابل بهبود در این مرحله شامل چسبندگی مواد خام به یکدیگر و تسهیل احیا سازی در کوره بلند می‌باشد.
باید تلاش شود تا عیار سنگ آهن مورد استفاده در مواد خام به مرز ۶۹ درصد هماتیت یا ۷۲ درصد مگنتیت نزدیکتر باشد. مصرف کانسنگ با عیار بالا موجب صرفه جویی در حامل‌های انرژی خواهد بود.
بطور کلی روش‌های تولید به دو روش مخروط و روش دیسک تقسیم می‌شود. تا ابتدای دهه ۵۰ میلادی تنها روش همان مخروط بود که با پیشرفت تکنولوژی، به تدریج روش دیسکی عمده روش تولید ،در مقیاس صنعتی شد.
اهداف تولید گندله :
هدف از تولید گندله افزایش عیار آهن کنسانتره برای احیای مستقیم در حدود ۷۰ درصد، برای کوره بلند به میزان ۶۷ درصد و تبدیل کنستانتره به گندله است. دیگر اهداف تولید گندله عبارتند از:
– کاهش هزینه و انرژی حمل و نقل
ـ کاهش آلودگی محیط زیست
– افزایش کارآیی روش‌های مختلف احیای اکسید آهن و کوره بلند
– کاهش میزان سرباره تولیدی به ازای هر تن تولید آهن
– نگهداری و انبارداری آسان
