skip to Main Content

گندله: روشهای تولید، بهینه سازی مشکلات

با افزایش روزافزون نیاز به فولاد در سطح جهان و چندبرابر شدن ظرفیت کارخانه‌های تولیدی، امروزه بیش از هرزمان دیگر نیاز به بهبود فرآیندهای متالورژیکی ساخت صنعتی فولاد حس می‌شود. فرآیندهایی از قبیل احیای مستقیم آهن با صرف میلیون‌ها تن انرژی سبب تولید مقادیر متنابهی از آلاینده‌ها می‌باشد. دراین مقاله ضمن مروری اجمالی بر فرآیند تولید گندله، روشهای تولید متعارف و درنهایت، مشکلات و موانع تولید این ماده خام در اشل صنعتی مورد بررسی قرارگرفته می‌شود.

گندله به گلوله‌های تولیدی از نرمه کانسگ به علاوه مقادیر قابل توجهی افزودنی‌های دیگر گفته می‌شود که در احیای مستقیم آهن در کوره بلند مستقیما مورد استفاده قرار می‌گیرند. ابعاد استاندارد هرگلوله از نظر تئوری درحدود ۴۵ میکرون می‌باشد که در اشل صنعتی حدود ۸۰ درصد از کل گندله‌ها دارای این استاندارد هستند. طی سال‌های اخیر استفاده از گندله درصنعت تولید فولاد افزایش چشمگیری داشته است به نحوی که در سال ۲۰۰۵، ۲۷ درصد از کل ماده خام اولیه برای شارژ کوره بلند در آلمان گندله بود از اینرو بهینه سازی فرآیندهای ساخت گندله نقش به سزایی از جهات اقتصادی برای کارخانجات تولید فولاد خواهند داشت.

روشهای تولید گندله

در تولید گندله ابتدا مواد اولیه با نسبتی معین درون دستگاه گندله سازی ریخته می‌شوند. مواد خام اولیه برای گندله سازی متشکل از نرمه کانسنگ به علاوه افزودنی‌هایی از جمله : بنتونیت، آهک، هیدروکسید کلسیم، دولومیت، شیرآهک، سیمان و انواع مواد آلی می‌باشد ضمن آنکه آب بعنوان جزئی حیاتی از این مرحله به مواد خام افزوده می‌شود. علت افزودن هرکدام از مواد افزودنی از دو عامل بهبود خواص مکانیکی و خواص متالورژیکی گندله خارج نیست. عمده خاصیت مکانیکی قابل توجه در گندله‌ها استحکام مکانیکی آنهاست (درادامه مقاله علت مفصلاً بررسی می‌شود) خواص متالورژیکی قابل بهبود در این مرحله شامل چسبندگی مواد خام گندله سازی (پیوندهای شیمیایی) به یکدیگر و تسهیل احیاسازی گندله در کوره بلند می‌شود. باید تلاش شود تا عیار سنگ آهن مورد استفاده در مواد خام گندله سازی به مرز ۶۹ درصد هماتیت یا ۷۲ درصد  مگنتیت نزدیک‌تر باشد. مصرف کانسنگ با عیار بالاموجب صرفه جویی در حامل‌های انرژی خواهد بود. امروزه متخصصان با بهره‌گیری از روشهای مختلف تغلیظ توانسته‌اند کنسانتره‌هایی با عیار ۷۱ درصد نیز تولید کنند به نحویک عیار آهن در گندله‌های تولیدی کشور سوئد حدود ۷۱ درصد می‌باشد.

به طور کلی روش‌های گندله سازی به دو روش مخروط گندله سازی و روش دیسک تقسیم‌بندی می‌شود. تا ابتدای دهه ۵۰ میلادی تنها روش گندله سازی همان مخروط بود که با پیشرفت تکنولوژیکی و شناخت ضعف‌های متعدد روش مخروط ، به تدریج روش دیسکی عمده روش تولید گندله در مقیاس صنعتی شد.

 مخروط گندله سازی

دراین روش مشابه صنایع رنگ‌سازی از دیگ‌های مخروطی شکل ناقص با زاویه محاسبه شده خاص(حدود ۱۰ تا ۱۵ درجه نسبت به افق) استفاده می‌شود.کلیات کار در این روش به دو قسمت کلی قابل تقسیم است؛یکی دوران مخروط و دیگری ریزش تدریجی مواد خام به داخل مخروط ضمن اضافه شدن رطوبت مورد نیاز.مواد خام بر اثر دوران مخروط و کاتالیزورهایی نظیر بنتونیت ،دولومیت و سیمان ضمن حفظ رطوبت مورد نیاز سنگ معدن مورد نظر که درحدود ۱۰ درصد می‌باشد با یکدیگر ترکیب شده و هسته‌های اولیه گندله شکل می‌گیرند.مکانیسم تئوری ارائه شده برای تشکیل گندله شامل تشکیل هسته‌های اولیه و در ادامه چسبیدن تدریجی مواد خام دیگر به این جوانه اولیه می‌باشد.از نظر تئوری محتمل‌ترین مکان برای تشکیل هسته اولیه ،نقطه اضافه شدن آب به مخلوط در دستگاه می‌باشد و سرعت دوران مخروط نیز بین ۲۰ تا ۳۵ درصد سرعت بحرانی(سرعتیک چسبیدن ذرات مخلوط به دیواره را سبب می‌شود) متغیراست که ناشی از همان تفاوت سنگ معدن است.در انتها گندله‌های نهایی با اندازه‌هایی متفاوت از دستگاه خارج شده و روانه مرحله پخت می‌شوند.

دیسک گندله سازی

مشکلات فنی روش مخروط طی سالهای متمادی علت تکامل روش دیسک گندله‌سازی بود.فراگیر شدن دیسک‌های گندله سازی تا آنجا بود که درحال حاضر تقریبا تمامی کارخانجات و مراکز تولیدی گندله سازی در جهان از این روش استفاده می‌کنند.دراین روش مواد خام روی سطح دیسک دوار مورد نظر پخش شده و ضمن حفظ رطوبت مورد نیاز دستگاه عمل گندله سازی را انجام می‌پذیرد.ویژگیهای فنی دیسک‌های گندله سازی از جمله سرعت دوران،زاویه انحراف نسبت به افق و سیکل حرکتی گندله‌های درحال شکل‌گیری همه و همه تابع تجربی کانسنگ مورد استفاده و مواد افزودنی نظیر بنتونیت و دولومیت هستند.در دیسک دوار گندله‌های حاصل دارای انداره یکسان هستند ضمن آنکه خواص مکانیکی گندله‌ها نیز قابل تنظیم و تغییر است.

گندله‌های تولیدی چه از روش مخروط و چه از روش دیسک بدلیل نداشتن استحکام کافی مورد نیاز قابل استفاده در کوره بلند نخواهند بود.مراحل نهایی تولید گندله شامل پیش‌گرمی گندله ها و پخت آنها و درنهایت خشک و سرد کردن خواهد بود.علاوه بر استحکام نقش عواملی همچون ایجاد سهولت در حمل و نقل ،تسهیل نگهداری و … را نیر می‌توان از مزایای مرحله پخت گندله دانست.هردو عامل گرم کردن و سرد کردن سریع گندله‌ها سبب ترک خوردن و متلاشی شدن گندله‌ها خواهد شد. بهمین علت در ابتدا گلوله‌ها مرحله پیش‌گرمی را گذرانده و پس از پخته شدن به آرامی و به تدریج سرد خواهند شد.پیش گرم شدن گندله ها تا دمای حدود ۱۰۰۰ درجه سلسیوس انجام می‌پذیرد.نقش عوامل بهبود بخشی همچون یکنواختی حرارت‌دهی طی این مرحله اهمیت پیدا می‌کند.از طرفی پخته شدن گلوله ها نباید از دمای حداکثر ۵۰ درجه سلسیوس کمتراز دمای خمیری شدن گندله تجاوز کند.این حدود دمایی برای مرحله نهایی تولید گندله نیز برقرار است به نحویک تبرید گندله ها نباید در حرارتی با دمای پایینتراز ۲۰ درجه بالاتراز نقطه شبنم صورت گیرد.

بهبودهای اعمالی در فرآیند تولید گندله را می‌میتوان عمدتا مربوط به مراحل اولیه تهیه و مخلوط مواد خام ابتدایی دانست.اولین عامل تاثیرگذار بر کیفیت گندله های تولیدی عیار سنگ آهن مورد استفاده است که در حال حاضر در اشل صنعتی در جهان میانگین خلوص ۶۵ درصد دسا یافتنی بوده است.خلوص افزودنی‌های مورد استفاده عامل مستقیم اثرگذار بعدیست.یکی از موارد مهم فرآیند تولید گندله، بنتونیت مورد استفاده در مخلوط است.به طور طبیعی بنتونیت باعث افزایش چسبندگی و ایجاد پیوندهای سرامیکی در گندله درحال ساخت می‌شود که از نظر مکانیکی مورد مطلوب است و باعث افزایش استحکام گلوله ها خواهد بود.از طرف دیگر بنتونیت ماده‌ای چسبنده است که دلیل آن خاصیت تیکسوتروفی آن می‌باشد.طبق تعریف؛ این خاصیت، ویژگی سیالی غیر نیوتونی است که نتیجه آن پایین آمدن ویسکوزیته سیال ضمن افزایش مدت زمان اعمال تنش بر سیال است.بهمین دلیل رسوب دادن  بنتونیت درگذر زمان در کف دیسک گندله ساز غیرقابل اجتناب است که این خود به تدریج مانع مهمی درسیکل حرکتی منظم گلوله ها در کف ظرف خواهد بود.بهمین دلیل لزوم بازبینی مداوم تیغه‌های دیسک گندله ساز و همچنین میزان رسوب مواد چسبنده در کف ظرف همواره وجود دارد.مورد بسیار جالب توجه دیگر تخلخل در گندله است که سبب دو اتفاق مهم در گندله ها خواهد شد.تخلخل خاصیت احیا شوندگی گندله هارا به شدت افزایش میدهد درصورتیک از نظر خواص مکانیکی به هیچ وجه مطلوب نیست.بهینه‌ترین حالت آنست که نرخ ۲۰ تا ۳۰ درصد تخلخل در تولید گندله‌ها رعایت شود.مواد آلی افزودنی به مخلوط خام طی مراحل پخت بخار شده و ایجاد تخلخل میکنند به همین دلیل میزان بهینه مواد آلی مورد استفاده در تولید گندله هم از جهت مکانیکی  هم از جهت متالورژیکی قابل توجه خواهد بود.

مراجع و منابعی برای مطالعه بیشتر

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

1 × دو =

Back To Top
×بستن جستجو
جستجو