گندله سنگ آهن چیست؟ بررسی فرآیند تولید و کاربرد صنعتی آن
گندله سنگ آهن (Iron Ore Pellets) یکی از محصولات کلیدی زنجیره تولید فولاد است که نقش مهمی در فرآیند احیای مستقیم و ذوب در کوره بلند دارد.
گندله‌ها به شکل گلوله‌های کروی با قطر ۶ تا ۱۶ میلی‌متر هستند که از ترکیب کنسانتره سنگ آهن با مواد افزودنی و چسب‌ها ساخته می‌شوند.
این گلوله‌ها پس از پخت در دمای بالا، سخت و مقاوم شده و به عنوان ماده اولیه برای تولید آهن و فولاد در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
ترکیب و ساختار گندله سنگ آهن
گندله‌ها معمولاً حاوی ۶۴ تا ۷۲ درصد آهن هستند و برای دستیابی به کیفیت و استحکام مطلوب، مواد افزودنی مختلفی به آن‌ها اضافه می‌شود.
از جمله این مواد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
-
سنگ آهک، دولومیت و الیوین: برای تنظیم خواص متالورژیکی و کاهش ناخالصی‌ها
-
بنتونیت: به عنوان چسب جهت افزایش استحکام مکانیکی گندله‌ها در مراحل سبز و خشک
-
آب و افزودنی‌های اصلاح‌کننده ساختار: برای کنترل رطوبت و بهبود تشکیل گلوله‌ها
این ترکیب باعث می‌شود گندله‌های سنگ آهن از نظر فیزیکی، شیمیایی و متالورژیکی دارای عملکردی پایدار و قابل پیش‌بینی باشند.
فرآیند تولید گندله آهن
فرآیند گندله‌سازی (Pelletizing) شامل چند مرحله‌ی متوالی است که در نهایت منجر به تولید گندله‌های سخت و یکنواخت می‌شود:
۱. آماده‌سازی و اختلاط مواد اولیه
در این مرحله، کنسانتره سنگ آهن با مواد افزودنی و چسب بنتونیت مخلوط می‌شود تا ترکیب یکنواختی با ویژگی‌های مورد نیاز گندله نهایی ایجاد شود.
۲. گندله‌سازی (تشکیل گلوله‌ها)
مخلوط آماده‌شده وارد دیسک یا درام گندله‌ساز می‌شود. با چرخش دیسک و پاشش کنترل‌شده‌ی آب، ذرات ریز سنگ آهن به‌تدریج به شکل گلوله‌های کروی در اندازه‌های مشخص درمی‌آیند.
۳. خشک‌کردن گندله سبز
گندله‌های تازه تشکیل‌شده که به آن‌ها گندله سبز گفته می‌شود، دارای رطوبت بالایی هستند.
در این مرحله، گندله‌ها در دمای کنترل‌شده خشک می‌شوند تا رطوبت از بین برود و از ترک‌خوردگی در مراحل بعدی جلوگیری شود.
۴. پیش‌گرم کردن
گندله‌های خشک‌شده به مدت مشخصی در معرض دمای حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرند تا ساختار داخلی آن‌ها پایدار و آماده‌ی پخت شود.
۵. پخت نهایی
در مرحله پخت، دمای کوره به حدود ۱۲۵۰ تا ۱۳۵۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. در این دما، ذرات سنگ آهن به‌صورت تف‌جوشی (Sintering) به یکدیگر متصل شده و گندله‌ها سخت و مقاوم می‌شوند.
تجهیزات اصلی در واحد گندله‌سازی
-
دیسک گندله‌ساز (Pelletizing Disc)
برای تشکیل گندله‌های کروی با اندازه یکنواخت -
درام گندله‌ساز (Pelletizing Drum)
برای تولید گندله در ظرفیت‌های بالا -
کوره پخت گندله (Induration Furnace)
جهت خشک‌کردن، پیش‌گرم و پخت نهایی گندله‌ها با کنترل دقیق دما
اهداف تولید گندله سنگ آهن
تولید گندله به‌منظور بهینه‌سازی مصرف مواد اولیه در فرآیندهای فولادسازی انجام می‌شود. مهم‌ترین اهداف گندله‌سازی عبارت‌اند از:
-
افزایش عیار آهن در خوراک کوره‌ها تا حدود ۷۰٪ در احیای مستقیم و ۶۷٪ در کوره بلند
-
کاهش هزینه‌ها و انرژی حمل‌ونقل
-
کاهش آلودگی محیط‌زیست نسبت به مصرف پودر سنگ آهن
-
بهبود عملکرد کوره بلند و افزایش راندمان احیا
-
کاهش میزان سرباره در فرآیند ذوب
-
امکان نگهداری، انبارداری و انتقال آسان‌تر
مزیت گندله نسبت به پودر سنگ آهن
در کوره بلند، چیدمان کروی گندله‌ها باعث افزایش جریان هوای یکنواخت میان ذرات و کاهش مقاومت هوا در مسیر صعودی گازهای داغ می‌شود.
در حالی‌که پودر سنگ آهن به دلیل فشردگی بالا، مانع از جریان مؤثر هوا شده و راندمان ذوب را کاهش می‌دهد.
به همین دلیل، گندله‌ها گزینه‌ای ایده‌آل برای افزایش بازدهی حرارتی و یکنواختی فرآیند احیا هستند.
کاربرد گندله سنگ آهن
گندله سنگ آهن به عنوان ماده‌ی اولیه در تولید آهن و فولاد کاربرد گسترده‌ای دارد، از جمله:
-
خوراک کوره‌های احیای مستقیم (DRI)
-
خوراک کوره‌های بلند (Blast Furnace)
-
صنایع فولادسازی و ذوب فلزات
-
واحدهای تولید آهن اسفنجی و شمش فولادی
جمع‌بندی
گندله سنگ آهن محصولی کلیدی در زنجیره فولاد است که با ترکیب علمی مواد اولیه، فرآیند دقیق پخت و کنترل متالورژیکی، عملکردی پایدار و بازدهی بالا را در مراحل تولید آهن تضمین می‌کند.
استفاده از گندله به‌جای پودر سنگ آهن نه تنها کارایی فرآیند ذوب و احیا را افزایش می‌دهد، بلکه موجب کاهش هزینه، آلودگی و مصرف انرژی نیز می‌شود.
برای دستیابی به بهترین کیفیت گندله با ترکیب شیمیایی استاندارد و استحکام بالا، استفاده از تجهیزات مدرن گندله‌سازی و کنترل دقیق فرآیند ضروری است.