گندله چیست؟ کاربرد و فرآیند تولید گندله آهن
در فرآیند استخراج سنگ آهن، بخشی از مواد به شکل ذرات بسیار ریز و پودرمانند باقی میمانند که در گذشته کاربرد صنعتی مشخصی نداشتند. با توسعه فناوریهای فرآوری، روشی به نام گندلهسازی شکل گرفت تا این ذرات ریز به مادهای قابلاستفاده در زنجیره تولید فولاد تبدیل شوند. نتیجه این فرآیند، تولید گندله آهن است؛ محصولی فشرده و یکنواخت که بهعنوان یکی از مهمترین مواد اولیه در تولید آهن و فولاد به کار میرود. امروزه گندله آهن نقش کلیدی در واحدهای احیای مستقیم و کورههای فولادسازی ایفا میکند و به دلیل عیار مناسب، استحکام بالا و قابلیت حملونقل بهتر، جایگاه ویژهای در صنعت فولاد دارد.
گندله (pellet iron ore) چیست؟
در فرآیند تولید فولاد، آمادهسازی سنگ آهن برای ورود به مراحل ذوب و احیا از اهمیت بالایی برخوردار است. در همین راستا، گندله (Pellet) به گلولههای کوچک و یکنواختی از نرمه سنگ آهن گفته میشود که با افزودن موادی مانند بنتونیت و پس از طی مراحل آمادهسازی، شکلدهی و سپس پخت در دمای بالا، به محصولی سخت و مقاوم تبدیل میشوند. این فرآیند باعث میشود نرمههای سنگ آهن که بهصورت مستقیم قابلیت استفاده در صنعت فولاد را ندارند، به مادهای قابل مصرف در زنجیره تولید آهن و فولاد تبدیل شوند.
گندله بهعنوان یکی از مهمترین مواد اولیه در تولید آهن خام، جایگزین مناسبی برای کانههای دانهریز محسوب میشود؛ زیرا استفاده مستقیم از این نرمهها در فرآیند تولید، موجب کاهش نفوذپذیری گاز در بار کوره و اختلال در عملکرد آن میشود. به همیندلیل، تبدیل آنها به گندله باعث بهبود جریان گاز و افزایش راندمان فرآیند احیا در واحدهای صنعتی میگردد.
گندله در دو حوزه اصلی یعنی کوره بلند و روشهای احیای مستقیم مورد استفاده قرار میگیرد. در کاربرد مرتبط با کوره بلند، گندلهها باید از استحکام مکانیکی بالاتر و ابعاد مناسبتری برخوردار باشند تا در برابر فشار و شرایط حرارتی مقاومت کنند. همچنین در روش احیای مستقیم، گندلهها معمولاً دارای درصد آهن بالاتر و ناخالصی کمتری هستند تا بازدهی فرآیند افزایش یابد. بهطور کلی، گندله بهعنوان یک محصول میانی کلیدی در زنجیره تولید فولاد، نقش مهمی در بهینهسازی فرآیند تولید آهن خام، بهبود کیفیت محصول نهایی و افزایش بهرهوری در استفاده از منابع معدنی ایفا میکند.
مشخصات و ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی گندله
آنچه ما بهعنوان گندله میشناسیم، درواقع نتیجه ترکیب کنسانتره سنگآهن با مواد افزودنی است که خاصیت چسباننده دارند و موجب ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی زیر در گندله میشوند:
- افزایش تخلخل گندله
گندله ازجمله مواد اولیه پرکاربرد در کوره بلند است و در روش تولید محصولات فولادی به روش احیای مستقیم مورداستفاده قرار میگیرد. زیرا اجزای بهکاررفته در تولید گندله موجب افزایش درجه تخلخل، سطح تماس و تماس جامد میشود و احیا پذیری آهن را افزایش میدهد. تخلخل انواع گندله معمولاً بین 25 تا 30 درصد است.
- کاهش چگالی گندله سنگ آهن
یکی از تأثیرات اجزای گندله بر ویژگیهای فیزیکی آن، کاهش چگالی است. همواره میان تخلخل و چگالی رابطه معکوس برقرار است. بنابراین، با افزایش تخلخل، چگالی گندله کاهش مییابد.
- ایجاد سرباره
یکی از محصولات فرایند گندلهسازی، سرباره است. سرباره درواقع ترکیبی از سیلیکات و اکسیدهای فلزی پیچیده است که بعد از سرد شدن، به شکل جامد در کاربردهای مختلف بهعنوان مصالح زیرسازی جاده، مواد نسوز، بالاست راهآهن، مصالح سنگی آسفالت و بتن و... استفاده میشود.
- تسهیل فرایند گندلهسازی
مواد افزودنی بهکاررفته در ساخت گندله خواص متالورژی توپها را تنظیم کرده و برای ایجاد تکههای گندله، مانند چسبی محکم عمل میکنند.
- افزایش استحکام گندله
درواقع این ترکیباتی مانند بنتونیت هستند که ترکیبات و اجزای بهکاررفته در ساخت گندله را به یکدیگر چسبانده و موجب استحکام بالای توپها میشوند. این گندله حتی در برابر تنشهای گرمایی در محیطهای احیاکننده نیز استحکام بالایی از خود نشان میدهند.
انواع گندله
در صنعت فولاد، گندلهسازی بر اساس ویژگیهای فنی و کاربرد نهایی محصول در فرآیندهای مختلف تولید آهن انجام میشود. بهطور کلی گندله به 4 دسته اصلی تقسیم میشود که در ادامه آنها را نام میبریم:
- گندله بزرگ: گندلههای بزرگ یکی از انواع پرکاربرد در صنایع فولاد و برخی فرآیندهای صنعتی هستند. این نوع گندله معمولاً در ابعاد ۲۰ تا ۳۰ میلیمتر تولید میشود و به دلیل اندازه بزرگتر، در برخی واحدهای تولیدی خاص کاربرد دارد.
- گندله عادی: این محصول، رایجترین نوع گندله در صنعت فولادسازی است که معمولاً قطری بین ۱۰ تا ۱۵ میلیمتر دارد. این نوع بیشترین استفاده را در واحدهای احیای مستقیم و کورههای بلند به خود اختصاص داده است.
- گندله ریز: گندلههای ریز کوچکترین نوع گندله محسوب میشوند و اندازه آنها معمولاً بین ۳ تا ۸ میلیمتر است. از این نوع بیشتر در فرآیند تولید کلوخه و برخی کاربردهای جانبی صنعتی استفاده میشود.
- گندله اسفنجی: این ماده، نوعی گندله با ساختار کروی و متخلخل است که در کارخانههای فولادی با ابعاد مختلف تولید میشود. این محصول عمدتاً در صنایع ریختهگری و بازیافت فلزات قراضه کاربرد دارد و نقش مهمی در چرخه تولید فولاد ایفا میکند.
نرمه گندله چیست؟
نرمه گندله یکی از محصولات بسیار کاربردی در صنایع مختلف است که بهصورت دانههای حداکثر 6 سانتیمتری و معمولاً دایرهای به بازار عرضه میشود. نرمه گندله در حالت نرمال به رنگ قهوهای است؛ اما نمونههای مشکی و کرمی رنگ نیز در بازار وجود دارند که کیفیت آنها در حد نرمههای قهوهای نیست. نرمه گندله کاربرد زیادی در ساخت انواع مقاطع فولادی دارد. بااینحال، نرمهها را میتوان آسیاب کرد و پس از تبدیل به کنسانتره آهن، تحت فرایند گندلهسازی قرار داد.
کاربرد گندله آهن
بهدلیل ترکیب شیمیایی کنترلشده و ویژگیهای فیزیکی مطلوب، گندلهها به یکی از مواد اولیه مهم در زنجیره تولید فولاد تبدیل شدهاند. گندله سنگ آهن با برخورداری از تخلخل مناسب، استحکام بالا و یکنواختی در ابعاد، عملکرد بهتری در فرآیندهای احیا و ذوب دارد و همین موضوع دامنه کاربرد آن را در صنایع مختلف گسترش داده است. مهمترین کاربردهای گندله آهن در زیر آمده است:
- تولید مقاطع فولادی
- صنایع خودروسازی و ساخت قطعات فلزی
- تولید لوازم خانگی فلزی مانند یخچال
- ساخت دوچرخه و تجهیزات سبک
فرآیند تولید گندله
برای تولید گندله لازم است ابتدا آمادهسازیهای لازم مانند تهیه مواد خام، کنسانتره آهن و... انجام شده و پس از تشکیل گندله خام، به مرحله پخت برسد. برای تولید گندله از دو روش آلیس چارلمرز و لورگی استفاده میشود که تنها تفاوت آنها در مرحله پخت است. در ایران عمدتاً از روش لورگی استفاده میشود. در این روش، مرحله سوم شامل دمش، مکش، پیشگرمایش و پخت است که جهت سخت کردن گندله و با عبور هوا از درون آن انجام میشود. در آخر، فرایند گندلهسازی با خنک شدن گندلهها تکمیل میشود.
تفاوت گندله و کنسانتره
در زنجیره تولید فولاد، هر مرحله از فرآوری سنگ آهن نقش مشخصی در آمادهسازی ماده اولیه برای تولید نهایی دارد. تفاوت گندله و کنسانتره در ماهیت و مرحله تولید آنها در این زنجیره است. کنسانتره سنگ آهن محصولی پودری و غنیشده از سنگ آهن خام است که پس از فرآوری و جداسازی ناخالصیها به دست میآید و بهعنوان ماده اولیه در مراحل بعدی استفاده میشود. در مقابل، گندله از فشردهسازی و شکلدهی کنسانتره به صورت گلولههای کوچک و مقاوم تولید میشود که قابلیت استفاده مستقیم در کورههای احیای آهن را دارد. بهطور خلاصه، کنسانتره ماده خام فرآوریشده است، در حالی که گندله محصولی آمادهتر و با قابلیت مصرف بیشتر در فرآیند تولید فولاد محسوب میشود.
تفاوت کلوخه و گندله
مهمترین تفاوت گندله و کلوخه، فرایند تولید آنها است که آغازگر تفاوتهای دیگر شده است. در ساخت کلوخه آهن از نرمه آهن، کمکذوبها و مواد بازیافتی کارخانههای فولاد استفاده میشود. در فرایند تولید کلوخه، این ترکیب را میسوزانند تا انرژی موردنیاز برای اتصال ذرات آهن و استحکام بیشتر مقاطع فولادی با سوختن کک تأمین شود. این در حالی است که در ساخت گندلهها از مواد بازیافتی کارخانهها استفاده نمیشود و کنسانتره آهن، بنتونیت و... ازجمله مواد اولیه تولید آن هستند.
کلوخهها گلولههایی کوچک با ظاهری نامنظم هستند و ابعاد کوچکتری نسبت به گندلهها دارند. آنها قابلیت بالایی در کاهش ضایعات دارند و بازده تولید محصولات فولادی را افزایش میدهند. حداکثر اندازه توپهای گندله 16 میلیمتر است. در هنگام تولید گندله، اندازه آنها بسیار مهم است. درصورتیکه گندلهها با سایزی متفاوت از حد اندازه موردنظر تولید شده باشند، بازیافت شده و به چرخه تولید برگردانده میشوند.
تفاوت گندله و آهن اسفنجی
آهن اسفنجی یکی از محصولات فولادی است که در تولید آن از گندله آهن استفاده میشود. بااینحال، تفاوتهای زیادی میان آنها وجود دارد. اولین و مهمترین تفاوت آنها، عیار آهن است. عیار آهن در گندله 67 درصد و برای آهن اسفنجی 84 درصد است. نگهداری و جابجایی گندلهها بسیار راحت است؛ درحالیکه آهن اسفنجی به دلیل قابلیت خود اشتعالی باید در شرایط خاص نگهداری و حمل شود.
عوامل موثر بر قیمت گندله آهن
مهمترین عوامل تعیینکننده قیمت گندله آهن، مشخصاتی مانند قطر، استحکام و خواص فیزیکی مانند مقاومت در برابر فشار، ضربه و فرسایش است. هرچه قطر گندله بیشتر باشد، وزن آن نیز بالاتر رفته و به مواد اولیه بیشتری برای تولید نیاز دارد. به همین دلیل، گرانتر از گندلههای سبکتر خواهد بود. خواص مکانیکی گندله سنگ آهن موجب کیفیت و دوام بالاتر آن میشوند. ازاینرو، بر روی قیمت آن نیز مؤثرند. علاوه بر مشخصات توپهای آهنی، میتوان عوامل دیگری را نیز در قیمت روز گندله دخیل دانست. ازجمله مهمترین این عوامل میتوان به قیمت دلار و مواد اولیه اشاره کرد که همواره نوسان داشتهاند.
