مراحل تولید محصولات فولادی
بخش سوم: گندله، روش تولید و کاربرد
گندله چیست؟
گُندله (آهن) یعنی گلولههای تولید شده از نرمه سنگ آهن و سایر مواد افزودنی که نخست خام و سپس پخته شده و سخت میشود. این گلولهها ، ماده اولیه اصلی برای تولید فولاد و فلزات مختلف در کوره بلند هستند. سنگآهن پس از تبدیل به کنسانتره و سپس گندله به فولاد تبدیل میشود. اگرچه گندله آهن ، از ذرات بسیار ریز و تقریبا پودری ساخته شده است، با این حال، محصول نهایی استحکام خوبی دارد. این گلولهها، عملا از بین نمی روند، غیر سمی، غیر قابل اشتعال و غیر قابل انفجار بوده و همچنین میتوان آن را برای مدت طولانی در فضای باز نگهداری کرد.
اهداف تولید گندله:
- از اهداف تولید آن افزایش عیار آهن کنسانتره به حدود ۷۰ درصد برای احیای مستقیم و حدود ۶۷ درصد برای کوره بلند است.
- تبدیل کنسانتره به گندله یعنی خرد کردن مواد آهندار تا حدود ۵۰ میکروتن و افزایش درصدی از مواد چسبنده به مواد آهندار خرد شده
- کاهش انرژی و هزینه حمل و نقل و جابجایی به ویژه در حمل مواد آهندار
روش تولید:
فرآیند گندله سازی ترکیبی از اختلاط مواد خام، تشکیل گلوله و عملیات حرارتی پخت و تبدیل آن به کرههای سخت است. مواد خام را به شکل یک گلوله میغلطانند، سپس در یک کوره یا در توری پخته میشوند تا ذرات را در یک کره سخت تف جوشی کنند. گندله آهن از ریزدانه های آهن غنی شده معدن تشکیل میشود. در فرایند تولید این گندلهها ، آهن را معمولا به اندازه بسیار ریز، آسیاب کرده و با سنگ آهک یا دولومیت به عنوان فلاکس و بنتونیت یا چسب های آلی مخلوط میکنند.
برای این که قادر باشیم در یک ترکیب که محصول نهایی گندله، خرده سنگها را در کنار هم ثابت نگه داریم. عاملی ضروری مورد نیاز است این عامل همانند چسب این خرده سنگها را کنار هم نگه میدارد نوع این فاکتور به پروژه مد نظرمان بستگی دارد و میتواند با توجه به هدف پروژه، متغیر باشد. یکی از متداولترین آپشنها برای این فاکتور خاک رس بنتونیت میباشد. برای عملکرد بهتر کورههای حرارتی میتوان از مواد اولیه به علاوه مواد افزودنی دیگری نیز استفاده کرد.
نقش خاک رس بنتونیت در تولید گندلههای آهن:
به طور کلی، حجم خاک رس بنتونیت هنگام تعامل با آب، افزایش یافته و چسبناک میشود. این خاصیت موجب میشود که از بنتونیت به عنوان یک چسب برای تولید گندله آهن از کنسانتره سنگ آهن (سنگ آهن خرد شده مرطوب که مرحله بهینه سازی را پشت سر گذاشته است) استفاده شود.
شایان ذکر است که تولید این پلتها به طور کلی شامل دو مرحله است:
تشکیل گرانولهای مرطوب به اندازه مورد نیاز از بار سنگ آهن روی گندله سازها.
تف جوشی این گلولهها در ماشینهای برشته به حدی که تحمل حمل و نقل طولانی مدت، بارگیری مجدد، حرارت دادن و ذوب شدن در کوره ها را داشته باشند.
بنابراین، بنتونیت نه تنها به عنوان یک جزء چسبنده عمل میکند، بلکه پیوندهای بین دانهای قوی ایجاد میکند که به کاهش تشکیل ترک ها تحت تاثیر دمای بالا کمک کرده و به گلوله ها استحکام میبخشد.
نیروی مکانیکی ناشی از فشرده شدن و چرخش گندله به وجود آمده در داخل دیسک یا استوانه تولید گندله، کشش سطحی آب و نیروی مویینگی آب و مواد چسبنده از قبیل بنتونیت، آهک و دولومیت از جمله عوامل مؤثر بر مقاومت گندلهها محسوب میشود.
نرمه سنگ آهن با مش ۳۲۵ یا ابعاد (۴۵ میکرون) به همراه آب و مواد افزودنی مثل: هیدرواکسید کلسیم یا شیر آهک، آهک، بنتونیت، و انواع چسبهای آلی و معدنی (نشاسته، سیمان…) با نسبت معین درون دستگاه گندله سازی ریخته میشود سپس مخلوط شده و توسط دستگاه گندلهساز چرخانده میشود تا گندلههای مورد نظر ساخته شود. آنالیز آن شامل اکسید فلزاتی مانند سیلیسیم، کلسیم، آلومینیوم، منیزیم، وانادیوم، تیتانیوم، منگنز میباشد. همچنین فسفر و گوگرد جزء موارد مضر در آنالیز میباشند.
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.
آماده سازی مواد اولیه:
مواد اولیه برای گندله سازی سنگ های آهن شامل:
- بنتونیت
- شیر آهک
- مواد آلی
- آهک
- سیمان
- آب
در اولین مرحله اقدام به آمادهسازی کنستانتره سنگ آهن و مواد مکملی نظیر بنتونیت میشود.
مواد اولیه دریافتی و چگونگی آمادهسازی، دریافت، انباشت و برداشت آنها به شرح کنسانتره آهن، سنگ آهک، بنتونیت و زغال سنگ هستند.
مواد اضافی به سنگ آهن اضافه میشود تا نیازهای گلولههای نهایی را برآورده کند. این کار با قرار دادن مخلوط در پلت ساز که میتواند انواع سنگ معدن و مواد افزودنی را در خود جای دهد و مخلوط کردن برای تنظیم ترکیب شیمیایی و خواص متالورژیک گلولهها انجام میشود.
استفاده از مخروط (دیگواره) گندله سازی:
در گذشته برای تولید گندله از مخروط گنده سازی استفاده میشد اما امروزه به این منظور در مقیاس صنعتی از دیسک استفاده میشود این دیسکها قادر هستند با پاشش آب رطوبت مورد نیاز تولید گندله را نیز فراهم کنند. این بخش تهیه مخلوط همگن شده از کنسانتره سنگ آهن، پودر سنگ آهک، پودر بنتونیت، پودر زغال سنگ، مواد بازیافت شده از ضایعات و آب را بر عهده دارد. به طوری که مخلوط بتواند در بخش تولید گندله خام به محصولی با ابعاد و ترکیب شیمیایی مناسب برای احیا تبدیل شود. میزان هر یک از افزودنیها با توجه به ترکیب شیمیایی کنسانتره و کیفیت محصول از قبل تعیین و تنظیم میگردند.
این دیگواره از یک استوانه بزرگ تشکیل شدهاست که در صورتی که این استوانهها باعث میشوند تا مواد بهطور متراکم صورت گیرند. همانطور که در فرایند دیسکهای گردکننده نیز مشاهده میکنیم همواره مقداری چسب بهطور مستمر وارد این استوانهها میشوند و شیب به صورت ملایم میباشد به همین منظور باعث سهولت در جاذبه حرکت گلولهها شود.
دیسک گندله سازی :
دیسکهای گرد یا چرخان متشکل از دیسک چرخشی شیبدار است که بر روی یک قسمت بهطور ثابت نصب شدهاست. دیسکها به دلیل تنظیم دقیق ذرات و توزیع آنها انتخاب میشوند. همچنین این گندلهها به مواد بازیافتی بسیار کمتری نیاز دارند. دیسکهایی که برای تولید گندله آهن مورد استفاده قرار میگیرند، قطری میان 6 تا 7.5 متر دارند و ظرفیت تولید آنها بین 90 تا 120 تن در ساعت میباشد.
شیوه کار دیسک گرد کننده:
با ورود مواد به دیسک، چرخش شروع میشود. با افزودن مداوم چسب و مواد، ذرات بهطور طبیعی به یکدیگر میچسبند و همانند یک نوع گلوله برفی که به مرور بزرگتر و بزرگتر میشود گندله سازی صورت میگیرد و زمانی که اندازهگیری شوند و به اندازه دلخواه برسند، از دیسک تخلیه میشوند
سرعت چرخش دیسک در حدود 6 تا 8 دور در دقیقه است و با خط افق زاویه 45 درجهای دارد. در حدود 70 درصد از سطح دیسک به صورت موثر در تولید گندله مورد استفاده قرار میگیرد.
سرعت دوران دیسک، زاویه انحراف نسبت به افق و سیکل حرکتی دیسک از جمله مواردی است که در ویژگیهای گندله ساخته شده در این روش تاثیر گذار است. در دیسک دوار گندلهها دارای اندازه برابر هستند و خواص مکانیکی آنها را میتوان تنظیم نمود.
تفاوت اصلی ما بین دیسکهای دوار و استوانه دوار:
این تفاوت در قابلیت کنترل کردن آهن است. استوانههای چرخنده قابلیت کنترل کمتری نسبت به دیسکهای گردکننده دارد. از نظر بهرهوری، بهرهوری بیشتری دارند اما فرایند سادهتری را ارئه میکند.
لازم به ذکر است که گندلههای تولید شده در هر روش، خام هستند و استحکام کافی برای استفاده در کوره را ندارند. برای به دست آوردن مقاومت مورد نیاز، لازم است تا عملیات پیش گرم کردن، پخت و در نهایت خشک کردن و سرد نمودن روی آن انجام گیرد.
پختن گندله خام
ترکیب به دست آمده از قسمت قبل، آب و کنستانتره سنگ آهن گندله خام است. گندله خام مقاومت کافی جهت قرار گرفتن در کوره بلند را ندارد و ممکن است در این کورهها خرد شود و مشکلاتی را در روند تولید ایجاد کنند (مانند نرمهها)، به همین دلیل مرحله پختن گندله خام و به مجموعه مراحل اضافه میشود و مقاومت گندله خام پیدا افزایش میکند.
خشک کردن گندله سبز
گندله بعد از پخته شدن در مرحله قبل اصطلاحاً تحت عنوان گندله سبز شناخته میشود. در این مرحله گندلهها به صورت کامل خشک نمیشوند و هدف از این مرحله حذف رطوبت است. به همین منظور با توجه به کانی موجود در گندله ۲۰ درجه بیشتر از نقطه تشکیل شبنم به گندله حرارت میدهند.
پیش گرم کردن
گندلههای خشک شده در این مرحله تا ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد حرارت میبینند. در این مرحله گرم کردن تمامی گندلهها بهطور یکنواخت اهمیت ویژه ای دارد.
پخت گندله
در این مرحله گندلهها با دمای حداکثر ۵۰ درجه سانتی گراد پخته میشوند. تمامی این مراحل به منظور جلوگیری از ترک خوردن و خورد شدن و افزایش مقاومت گندله طراحی شدهاست و چنانچه هر یک از این مراحل حذف شود احتمال شکست در تولید گندله بالا خواهد رفت.
نرمه گندله چیست؟
نرمه گندله آهن به عنوان محصولی کارآمد در صنایع مختلف کشور شناخته میشود. این محصول به واسطه ساختاری که دارد، امکان بازیافت آسان را در اختیار تولید کنندگان محصولات فولادی قرار میدهد. شرایطی که موجب میشود به راحتی بتوان مجددا از آن در زنجیره فولاد سازی بهره برد.
علاوه بر این مورد، با توجه به پیشرفت در زمینه تولید قطعات مختلف، امروزه از نرمه میتوان برای تولید محصولاتی مانند لنت ترمز خودرو، پس از بازیابی استفاده نمود. نرمه به عنوان دانههای ریز با سایز کمتر از 6 سانتیمتر شناخته میشود.
با استفاده از روش آسیاب کردن میتوان آن را با هدف بازگردانی مجدد به خط گندله سازی، به کنسانتره آهن اضافه کرد. در حالت طبیعی رنگ نرمه قهوهای و دایرهای شکل است. با این حال در برخی از موارد میتوان آن را با رنگهای مشکی یا کرمی نیز مشاهده کرد.
کارایی بهتر و کیفیت بالاتر نرمههای قهوهای رنگ موجب شده که در صنایع مختلف، به استفاده از آنها روی آورند. پتانسیل بسیار بالای نرمه این امکان را فراهم کرده که در کورههای آهنپزی به عنوان محصولی کاربردی مورد استفاده قرار گیرد.
امروزه کارخانجات تولید محصولات فولادی به شکل گسترده از این محصول برای ساخت قطعات و مقاطع مختلف بهره میبرند. ساختار نرمه به شکلی است که میتوان از آن برای بهبود روشهای سنتی تولید آهن، بیشترین استفاده را برد؛ به همین علت با گسترش تکنولوژی و استفاده از روشهای نوین برای تولید آهن و مقاطع فولادی، امروزه توجه بسیاری از خریداران به این محصول برای استفاده در کارخانجات تولیدی آهن، جلب شده است.
اولین کارخانه و ساخت گندله:
گندله سازی توسط ا.ج اندرسون سوئدی در سال 1912 اختراع شد. اما استفاده تجاری از گندله در آمریکا به بعد از جنگ جهانی دوم باز میگردد. اولین کارخانه گندله سازی در جهان نیز در سال 1955 در مینسوتا شروع به کار کرد. در ابتدای دهه 80 میلادی 50 درصد از کورههای بلند در آمریکا، کانادا و مکزیک از گندله استفاده میکردند.
خطوط گندله سازی در ایران:
بنا به اطلاعات سامانه صبا (صنایع بالا دستی ایران)، کارخانه های زیر در تولید گندله فعالیت دارند:
- مجتمع فولاد مبارکه
- مجتمع صنعتی و معدنی اپال پارسیان سنگان
- سنگ آهن مرکزی ایران
- مجتمع سنگ آهن گهر زمین
- مجتمع معدنی و صنعتی گل گهر
- مجتمع فولاد سنگان خراسان
- مجتمع فولاد خوزستان
- مجتمع صنعتی ذوب آهن پاسارگاد
- کارخانه گندله سازی اردکان
- مجتمع صنعتی و معدنی توسعه فراگیر سناباد
- مجتمع گندله سازی مادکوش
- مجتمع فولاد بوتیای ایرانیان
- مجتمع فولاد زرند ایرانیان
- مجتمع فولاد سیرجان ایرانیان
- مجتمع فولاد خراسان
- کارخانه ذوب آهن اصفهان
- مجتمع سنگ آهن مرکزی ایران
- مجتمع سنگ آهن بافق
- مجتمع صنایع فولادی آروند نوین رشتخوار
- مجتمع آینده سازان فولاد البرز
- مجتمع ذوب فولاد اردکان
- مجتمع سنگ آهن فلات مرکزی ایران
- مجتمع ذوب آهن غرب کشور
بدون دیدگاه