گندله چیست؟ کاربرد گندله سازی چیست؟ از تولید و ویژگی تا کاربرد و مزایای

با توجه ‌به افزایش جمعیت روزبه‌روز جهان، ساخت‌وساز نه‌تنها در خاورمیانه بلکه در کشورهای اروپایی، هند، آفریقا و… به علت نیاز به مسکن افزایش ‌یافته است. در ادامه این روند برای تولید فولاد،  از گندله سازی سنگ‌آهن، به‌عنوان ماده اولیه و همچنین در دیگر صنایع استفاده می‌شود. ازاین‌رو قصد داریم در این مقاله از پاوان به طور خاص به گندله و کاربرد گندله سازی بپردازیم. با ما همراه باشید.

گندله چیست؟

 معنی لغت گندله (Iron Pellet)، گلوله آهنی است که تلفظ درست آن گُندُله می باشد. این ماده، گلوله‌های کوچکی هستند که از ترکیب سنگ‌آهن با سایر محصولات ساخته می‌شوند تا موادی را ایجاد کنند که حمل‌ونقل آسانی دارند. مواد افزودنی گندله و مقدار آن‌ها در ترکیب با گلوله‌ها می‌تواند متفاوت باشد.

ترکیبات افزودنی ممکن است حاوی یک نوع خاک رس، سنگ آهک، دولوستون (سنگ کربناته رسوبی حاوی دولومیت)، کانی الیوین (سنگی قیمتی با ترکیب سیلیکات آهن منیزیم) و گاهی اوقات بتونیت (سنگی با ساختار خاک رس و دیگر مواد معدنی مانند مونتموریلونیت) باشد که از این مواد معمولاً به‌عنوان بخشی از مخلوط و از بتونیت به‌عنوان یک عامل اتصال‌دهنده برای گلوله‌های سنگ‌آهن استفاده می‌شود.

بیشتر بخوانید: کنسانتره آهن چیست و چه کاربردی دارد؟ چگونه تولید می شود؟

آنالیز و ترکیب شیمیایی گندله

خواص این گلوله‌های کوچک یا گندله از نظر ترکیب شیمیایی در جدول زیر آمده است.

قدرت تحمل (تلورانس)	مقدار	واحد	آنالیز شیمیایی
حداقل	65	درصد	آهن (Fe)
حداکثر	0.3	درصد	اکسید آهن (FeO)
حداکثر	5	درصد	اکسید آلومینیوم (Al2O3) + دی‌اکسید سیلیکون (SiO2)
±0.01	0.03	درصد	اکسید کلسیم (CaO)
±0.01	0.06	درصد	اکسید منیزیم (MgO)
حداکثر	65	درصد	خاصیت بازی و قلیایی (Basicity)
حداکثر	0.05	درصد	فسفات
مشخصات فیزیکی
±0.2	2.2	t/cum	چگالی حجمی
حداقل	93	درصد	ضریب غلتش
Min ±0.5%	3	درصد	شاخص سایش
حداقل	250	Kg/p	مقاومت در برابر خردشدگی
تجزیه‌وتحلیل اندازه
حداقل	94	درصد	8 mm- 16mm
حداکثر	2	درصد	-5 mm
حداکثر	4	درصد	+16 mm
خواص متالورژیکی
حداقل	18	درصد	تخلخل
حداقل	62	درصد	تقلیل‌پذیری

گندله کردن سنگ‌آهن به دلیل خواص فیزیکی و متالورژی عالی گلوله‌های سنگ‌آهن انجام می‌شود. گلوله‌های سنگ‌آهن کُره‌هایی با ابعاد 6 تا 16 میلی‌متر هستند که به‌عنوان ماده خام برای کوره‌ها استفاده می‌شوند.

آنها معمولاً حاوی 64 تا 72 درصد آهن و مواد افزودنی مختلف هستند که ترکیب شیمیایی و خواص متالورژی گلوله‌ها را تنظیم می‌کنند. همان‌طور که پیش‌تر گفته شد، این مواد افزودنی به طور معمول سنگ آهک، دولومیت و الیوین هستند و از بنتونیت به‌عنوان چسب استفاده می‌شود.

گندله سازی چیست؟

فرایند گندله‌سازی شامل؛ تهیه ترکیبی از مواد خام، تشکیل گلوله و عملیات حرارتی پخت گلوله خام و نرم به کره‌های سخت است. بدین صورت که مواد خام را به شکل یک گلوله می‌غلتانند، سپس در یک کوره یا در دیگ تورینگ (این دیگ غلتان طوری طراحی شده است که می‌تواند اجازه ورود هوا به سوخت جامد برای احتراق را بدهد) پخته می‌شوند تا ذرات را به کره‌های سخت متخلخل تبدیل کنند.

بیشتر بخوانید:تیرآهن چیست؟ کاربرد انواع تیرآهن در ساختمان سازی

چرا گندله آهن شکل گلوله‌ای دارد؟

پیکربندی گلوله‌های آهن به شکل کره، باعث می‌شود که هوا در میان گلوله‌ها در کوره جریان یابد و مقاومت در برابر هوایی که هنگام ذوب در لایه‌های مواد داخلی آن‌ها جریان می‌یابد، کمتر شود. پیکربندی پودر سنگ‌آهن در کوره، به علت فشرده‌تر بودن، جریان هوا را محدود می‌کند. به همین دلیل است که سنگ‌آهن به‌صورت گلوله‌ای به جای ذرات ریزتر و پودری در می‌آورند.

کیفیت این گلوله‌های سنگ‌آهن به عوامل مختلفی بستگی دارد که شامل اندازه ذرات افزودنی، میزان آب مصرفی، سرعت چرخش دیسک یا کوره، زاویه شیب پایین دیسک، زمان ماندن در کوره و همچنین کیفیت و کمیت چسب‌های استفاده شده است.

کاربرد گندله چیست؟

استفاده تجاری از گلوله‌ها در ایالات متحده آمریکا پس از جنگ جهانی دوم آغاز شد. به طور معمول از گندله در تولید فولاد استفاده می‌شود که در ساخت پل، اتومبیل، هواپیما، دوچرخه، لوازم‌خانگی کاربرد دارد.

رشد صنعت ساخت‌وساز به طور قابل‌توجهی به رشد بازار گندله سنگ‌آهن کمک می‌کند زیرا ماده ضروری موردنیاز برای ساخت‌وساز ساختمان‌ها است.

 در برخی صنایع چون پزشکی، خوراک دام و طیور و صنایع چوبی مواد را به شکل گندله نیز تهیه می‌کنند.

روش تولید گندله

تهیه مواد اولیه

مواد افزودنی به سنگ‌آهن (مواد پلت) اضافه می‌شود تا نیازهای گلوله‌های نهایی را برآورده کند. این کار با قراردادن مخلوط در پلت ساز که می‌تواند انواع مختلف سنگ معدن و مواد افزودنی را در خود جای دهد آغاز می‌شود و سپس مخلوط کردن برای تنظیم ترکیب شیمیایی و خواص متالورژی گلوله‌ها انجام می‌شود. به‌طورکلی مراحل زیر در پروسه فرآوری گلوله‌ها گنجانده شده است:

1. تغلیظ و جداسازی
2. همگن‌سازی نسبت‌های ماده
3. آسیاب
4. طبقه‌بندی
5. افزایش ضخامت
6. همگن شدن خمیر
7. فیلترکردن

تشکیل گلوله‌های خام

هدف از تشکیل گلوله‌های سنگ‌آهن خام که به گندله‌سازی نیز معروف است، تولید گلوله در اندازه‌های مناسب و با خواص مکانیکی بالا، جهت کاربرد مفیدتر و راحت‌تر در حمل‌ونقل و دیگر موارد است. به‌عنوان مثال، مواد زائد قبل از حرارت دادن، آسیاب می‌شوند و برای فشرده‌سازی به دستگاه پرس وارد می‌شوند.

در این پروسه نیروهای مکانیکی و فرایندهای حرارتی، هر دو برای تولید درست و استاندارد ویژگی‌های در نظر گرفته شده گلوله استفاده می‌شود که از نقطه‌نظر تجهیزات دو گزینه برای تولید صنعتی گلوله‌های سنگ‌آهن وجود دارد:

• کوره دوار گندله‌سازی
•  کوره دیسکی گندله‌سازی

پردازش حرارتی

به‌منظور دادن ویژگی متالورژی مکانیکی با مقاومت بالا و دیگر ویژگی‌ها به گلوله‌ها، آن‌ها در یک پروسه و پردازش حرارتی قرار می‌گیرند که شامل مراحل خشک‌کردن، پیش گرمایش، پختن، پس از پخت و خنک شدن است. مدت زمان هر مرحله و دمایی که گلوله‌ها در معرض آن قرار می‌گیرند تأثیر زیادی بر کیفیت محصول نهایی دارد.

بیشتر بخوانید: صفر تا صد انواع فولاد از تفاوت و کاربرد تا طرز تولید

فرایندها یا فناوری‌های گندله سازی سنگ‌آهن

1- فرایند کوره مستقیم غلتان (دیسک گندله‌سازی)

این فرایند (Straight travelling grate process) توسط شرکت لورگی متالوژی (Lurgi Metallurgie) توسعه داده شد که اکنون ظرفیت‌های اصلی جهانی را در بر می‌گیرد.

در این فرایند، یک صفحه غلتکی دوطبقه که گلوله‌ها در آن با اندازه مناسب (8 میلی‌متر تا 16 میلی‌متر) به طور مساوی در عرض غلتک توزیع شده‌اند، در حال حرکت است.

این غلتک گلوله‌های را روی بستری با ارتفاع بین 300 میلی‌متر تا 550 میلی‌متر از طریق کوره‌ای که دارای چندین بخش است حمل می‌کند. این بخش‌ها دارای قسمت‌های: جمع‌آوری به سمت بالا، خشک‌کن زیرین، پیش گرمایش، پخت، پس از پخت و گرمایش مجدد هستند.

2- فرایند کوره شبکه‌ای

فرایند کوره شبکه‌دار (Grate kiln process) توسط آلیس چالمر (Allis Chalmer) ایجاد و اولین کارخانه بر روی این فناوری در سال 1960 ساخته شد. مواد روی یک غلتک مستقیم حرکت می‌کنند تا زمانی که به دمای بین 800 درجه سانتیگراد تا 1000 درجه سانتیگراد برسند.

پس از آن، مواد برای استحکام به کوره دوار با اندود نسوز منتقل می‌شوند که در آن دما تا حدود 1250 درجه سانتیگراد تا 1300 درجه سانتیگراد بیشتر می‌شود.

 در 800 درجه سانتیگراد، اکسید آهنِ (FeO) سنگ‌آهن مگنتیت در یک واکنش گرمازا به اکسید آهن سه‌ظرفیتی یا هماتیت (Fe2O3) تبدیل می‌شود.

گرمای آزاد شده گلوله‌های را سفت می‌کند که برای مقاومت در برابر ضربه غلتک ناشی از چرخش کوره دوار مفید است. برای خنک‌کردن گلوله‌های پخته شده از یک خنک‌کننده دایره‌ای مانند استفاده می‌شود.

فرایند کوره شبکه‌ای	فرایند کوره مستقیم غلتان
چرخه خشک‌کردن، پیش گرمایش، مقاوم‌سازی و سرمایش در واحدها مختلف انجام می‌شود	چرخه خشک‌کردن، پیش گرمایش، مقاوم‌سازی و سرمایش در یک واحد انجام می‌شود
کل فرایند در سه تجهیزات به نام‌های غلتک توری، کوره دوار و کولر دایره‌ای صورت می‌گیرد و ازاین‌رو گلوله‌ها انتقال داده می‌شوند	گلوله‌ها در طول فرایند دست‌نخورده باقی می‌مانند
کنترل سه منطقه، مستقل انجام می‌شود، ازاین‌رو فرایند انعطاف‌پذیری عملیاتی بهتری دارد	ماشین‌ها با سرعت یکسان در بخش‌های خشک‌کردن، مقاوم‌سازی و خنک‌کننده حرکت می‌کنند، ازاین‌رو هرگونه اختلال در یک منطقه بر سایر مناطق تأثیر می‌گذارد
ازآنجایی‌که انتقال مواد در چندین مکان انجام می‌شود، مازادهای بیشتری وجود دارد	تولید مواد مازاد ناچیز است زیرا انتقال مواد وجود ندارد
قبل از انتقال به کوره، گلوله‌ها باید به‌اندازه کافی سفت شوند	هیچ نیازی به ایجاد مقاومت در گلوله‌ها نیست
دردسترس‌بودن فرایند کمتر است	دردسترس‌بودن فرایند محتمل تراست
مصرف انرژی کمتر	مصرف انرژی بالاتر
نیاز به نگهداری بیشتر	نیاز به نگهداری کمتر
تولید گردوغبار بیشتر	تولید گردوغبار کمتر
نیاز به سرمایه‌گذاری به‌مراتب کمتر	نیاز به سرمایه‌گذاری بیشتر
برای سنگ معدن مگنتیت مناسب‌تر است	هم برای سنگ معدن هماتیت و هم مگنتیت مناسب است

مزایای گندله چیست؟

• گلوله سنگ‌آهن نوعی ریزدانه آگلومره است که در مقایسه با سنگ‌آهن دارای شاخص غلتش بهتری است و می‌توان از آن به‌عنوان جایگزینی برای کلوخه‌های سنگ‌آهن هم در کوره ذوب‌آهن (Blast Furnace) و هم برای تولید مستقیم کاهش آهن (Direct Reduced Iron) استفاده کرد.
• گلوله‌ها به دلیل دارا بودن تخلخل بالا (25 تا 30 درصد) قابلیت نفوذپذیری خوبی دارند. معمولاً گلوله‌ها به مقدار طور قابل‌توجهی سریع‌تر از زینتر (زینترینگ شدن یا کلوخه سازی، عملی است که طی آن ماده با حرارت اما بدون ذوب شدن تبدیل به یک توده منسجم می‌شود) و همچنین توده‌های سنگ‌آهن خرد می‌شوند. این تخلخل بالا همچنین به متالیزاسیون بهتر در تولید آهن (DRI) کمک می‌کند.
• سایز گلوله‌ها عموماً در محدوده 8 تا 16 میلی‌متر است.
• گلوله‌ها دارای شکل کروی و منافذ باز هستند که به بستر آنها نفوذپذیری خوبی می‌دهد.
• گلوله‌ها دارای زاویه‌های نامنظم هستند که یک عیب محسوب می‌شود زیرا توزیع ناهموار چسب را باعث می‌شود.
• تجزیه‌ و تحلیل شیمیایی یکنواخت است زیرا در طول فرایند بهره‌وری کنترل می‌شود. مقدار آهن در محدوده 63 تا 68 درصد بسته به میزان آهن موجود در سنگ معدن متفاوت است. عدم اشتعال‌پذیری (loss on ignition) یکی دیگر از مزایای گلوله‌ها است.
• گلوله‌ها دارای استحکام مکانیکی بالا و یکنواختی هستند و می‌توان آنها را بدون ایجاد ریزدانه در مسافت‌های طولانی حمل کرد. علاوه بر این، مقاومت در برابر تجزیه و خردگی دارد. این مقاومت بالای مکانیکی گلوله‌ها حتی تحت تنش حرارتی در اثر کاهش جو نیز پایدار است.

سخن آخر

سعی شد در این مقاله به عنوان‌های گندله چیست؟ کاربرد گندله چیست؟ روش تولید گندله چگونه است؟ فناوری‌ها یا فرایندهای گندله‌سازی سنگ‌آهن کدام‌اند؟ پرداخته شود. اگر در خصوص هریک از مواد گفته شده همچنان سؤالی برای شما باقی‌مانده است با ما در میان بگذارید.