گندله آهن دانههای کروی و متراکم از نرمه سنگآهن و افزودنیهاست. این دانهها پس از خام و سپس پخته شدن، بهعنوان خوراک اصلی کوره بلند و واحدهای احیای مستقیم در زنجیره تولید فولاد به کار میروند.این محصول، عیار آهن را بالا میبرد، قابلیت شارژ و حمل را بهبود میدهد و هزینه و مصرف انرژی تولید فولاد را کاهش میدهد
تعریف گندله و انواع آن
گندله آهن به گلولههایی با قطر حدود 8 تا 16 میلیمتر از نرمه سنگآهن گفته میشود که با آب و مواد چسباننده شکل گرفته و سپس تا رسیدن به استحکام مکانیکی مناسب خشک و پخته میشود.
ماده اولیه گندله، کنسانتره ریزدانه با اندازه ذرات تا حدود 45 میکرون است که از خردایش و پرعیارسازی سنگآهن حاصل میشود.
انواع گندله سنگ آهن
۱. انواع گندله بر اساس سایز
بهصورت بولت یا جدول بنویسید:
گندله ریز:
قطر حدود ۳ تا ۸ میلیمتر، مناسب کلوخهسازی و برخی فرایندهای هیدرومتالورژی.
گندله عادی:
قطر حدود ۱۰ تا ۱۵ میلیمتر، رایجترین سایز برای کوره بلند و احیای مستقیم.
گندله درشت/بزرگ:
قطر حدود ۲۰ تا ۳۰ میلیمتر، کاربرد در فولادسازی و بعضی کاربریهای سیمان.
گندله اسفنجی:
محصولی با شکل کروی و متخلخل که بیشتر در ریختهگری و بهجای قراضه کاربرد دارد.
۲. انواع گندله بر اساس وضعیت فرایندی
گندله خام (Green Pellet):
فقط شکل گرفته و خشک/پیشگرم شده، مناسب حمل کوتاهمدت و ادامه فرایند.
گندله پخته (Fired Pellet):
پس از پخت در دمای بالا، استحکام مکانیکی کامل برای حمل و شارژ به کوره دارد.
۳. انواع گندله بر اساس ترکیب شیمیایی
گندله شار (Fluxed):
دارای آهک/دولومیت بیشتر برای تنظیم basicity.
گندله غیرشار (Non‑fluxed):
basicity نزدیک ۱، بدون افزوده شار زیاد.
گندله دولومیتی:
حاوی دولومیت برای بهبود رفتار متالورژیکی در احیا.
جایگاه گندله در زنجیره فولاد
- در زنجیره تولید فولاد، سنگآهن پس از تبدیل به کنسانتره، در واحد گندلهسازی به گندله تبدیل میشود و سپس در فرایند احیا مستقیم یا کوره بلند، به آهن اسفنجی یا چدن و در نهایت به فولاد تبدیل میگردد
- گندله در کوره بلند بهعنوان خوراک اصلی بههمراه کک و سنگآهک استفاده میشود و در فرایند احیای مستقیم نیز خوراک واحدهای تولید آهن اسفنجی است.
- استفاده از گندله نسبت به سنگآهن دانهبندیشده، کنترل بهتر ترکیب شیمیایی، تخلخل و استحکام ذرات را ممکن میکند و راندمان کوره را بالا میبرد.
مواد اولیه و ترکیب گندله
- هسته اصلی مخلوط، نرمه کنسانتره سنگآهن با عیار بالا است که پس از خردایش و پرعیارسازی، نرمه آن وارد واحد گندلهسازی میشود.
- مواد افزودنی معمول شامل بنتونیت برای چسبندگی، آهک و دولومیت برای تنظیم basicity و بهبود خواص متالورژیکی، و مقدار کمی آب برای رطوبتدهی مناسب گلوله است.
- در برخی فرایندها از چسبهای آلی نظیر نشاسته یا سیمان نیز بهصورت محدود استفاده میشود تا استحکام گندله خام را بهبود دهد و در عین حال بر رفتار احیایی اثر منفی نگذارد.
مراحل اصلی تولید گندله
آمادهسازی کنسانتره و مخلوطسازی
- ابتدا سنگآهن استخراجی خردایش و آسیاب میشود تا اندازه ذرات به محدوده زیر 45 میکرون برسد و کنسانتره مناسب گندلهسازی حاصل شود.
- کنسانتره خشک شده سپس با بنتونیت، آهک و سایر افزودنیها مخلوط و مقدار مشخصی آب به آن افزوده میشود تا رطوبت و روانی لازم برای گندلهسازی تأمین شود.
تشکیل گندله خام (Green Pelletizing)
- مخلوط تر در دستگاههایی مانند دیسک گندلهساز یا درام دوار شارژ میشود؛ حرکت چرخشی دستگاه باعث تجمع و گرد شدن تدریجی نرمهها و تشکیل گلولههایی با اندازه کنترلشده میگردد.
- در حین گردش، رطوبت، زاویه دیسک، سرعت دوران و زمان ماند تنظیم میشود تا توزیع اندازه ذرات، شکل و استحکام گندله خام در محدوده مطلوب قرار گیرد.
خشککردن، پیشگرم و پخت
- گندلههای خام روی بستر متحرک (گریت) یا در سیستمهای ویژه، ابتدا خشک شده و رطوبت آزاد و بخشی از رطوبت شیمیایی آنها گرفته میشود تا از ترکخوردگی در مراحل بعد جلوگیری شود.
- سپس مرحله پیشگرم اتفاق میافتد که در آن گندلهها تا دماهای متوسط گرم میشوند تا برای پخت نهایی آماده شوند و ساختار داخلی آنها تثبیت شود.
- در مرحله پخت اصلی، گندلهها در دماهای بالا (معمولاً بیش از 1200 درجه سانتیگراد) قرار گرفته و پدیده زینترینگ بین ذرات رخ میدهد که منجر به ایجاد استحکام فشاری و ضربهای کافی میشود.
خنککاری و آمادهسازی برای حمل
- گندلههای قرمز داغ خروجی از ناحیه پخت در واحدهای خنککن (اغلب بهصورت خنککن حلقوی یا بستر متحرک) با هوای محیط خنک میشوند تا به دمای مناسب برای ذخیرهسازی و حمل برسند.
- در انتها، عملیات جداسازی دانهبندی، حذف گندلههای شکسته یا ریزدانه و انتقال به سیلوها یا انبارهای روباز انجام میشود.
فرایندهای صنعتی گندلهسازی (Straight Grate و Grate‑Kiln)
فرایند استریت گریت (Straight Grate)
- در این فرایند، سیستم گریت مستقیم گندلهها را بهصورت یکنواخت روی یک بستر مشبک متحرک پخش میکند و مراحل خشککردن، پیشگرم، پخت و خنککاری را بهصورت متوالی در طول مسیر انجام میدهد.
- بستر گندله در این روش نسبتاً ثابت است و گرمایش عمدتاً از بالا انجام میگیرد که میتواند به توزیع حرارت غیریکنواخت در امتداد ارتفاع بستر و اختلاف کیفیت بین لایههای بالا و پایین منجر شود.
فرایند گریت–کिलن (Grate‑Kiln)
- در فرایند گریت–کیلن، ابتدا گندلهها روی گریت متحرک پیشگرم میشوند و سپس وارد یک کوره دوار میگردند که در آن بهطور یکنواخت تحت چرخش و تماس با گاز داغ قرار میگیرند.
- این فرآیند بهدلیل چرخش آرام کوره دوار، امکان توزیع یکنواخت گرما بر کل حجم گندلهها را فراهم میکند و در نتیجه استحکام و کیفیت محصول نهایی بهطور قابلتوجهی بهبود مییابد.
- در انتها، خنککنهای حلقوی گندلههای داغ را تحت جریان هوای معکوس خنک میکنند و سیستم، بخشی از هوای گرم تولیدشده را برای پیشگرمکردن گندله خام بازیافت میکند که به کاهش مصرف انرژی کمک میکند.
مقایسه کلی دو فرایند
خواص فیزیکی و متالورژیکی گندله
- گندله باید دارای توزیع اندازه یکنواخت (معمولاً 8 تا 16 میلیمتر) باشد تا افت فشار یکنواخت، جریان گاز خوب و راندمان حرارتی بالایی در کوره بلند یا راکتور احیا ایجاد کند.
- استحکام فشاری سرد، استحکام ضربهای و مقاومت سایشی از پارامترهای کلیدیاند؛ گندله با استحکام بالا، خردشدگی و تولید ریزدانه کمتری در حمل و شارژ خواهد داشت.
- از نظر متالورژیکی، تخلخل، قابلیت احیا (Reducibility) و مقاومت در برابر خرد شدن در حین احیا از پارامترهای مهم برای عملکرد در فرایندهای احیای مستقیم و کوره بلند هستند.
مزایا و کاربردهای گندله در فولادسازی
- فرایند استفاده از گندله پخته، بهدلیل عیار آهن بالاتر و ناخالصی کمتر نسبت به سنگآهن خام، کیفیت نهایی محصولات فولادی را افزایش میدهد و نوسان ترکیب شیمیایی آنها را کاهش میدهد.
- گندله بهدلیل شکل کروی و استحکام مناسب، قابلیت انبارش، حملونقل و بارگیری مکانیزه بالایی دارد و شکستگی و گرد و غبار کمتری ایجاد میکند که هزینههای لجستیک و آلودگی محیطی را کاهش میدهد.
- استفاده از گندله در کورههای بلند و واحدهای احیای مستقیم، بهرهوری حرارتی و متالورژیکی را افزایش میدهد، مصرف سوخت و انرژی را کاهش میدهد و ظرفیت تولیدی واحد را ارتقا میدهد.
- بهینهسازی خوراک به شکل گندله، تولید گازهای گلخانهای و آلودگی محیطی را نسبت به استفاده از سنگآهن خام کاهش میدهد، زیرا این روش نسبت سوخت به واحد محصول را کاهش میدهد و فرایندهای احتراق و احیا را در شرایط کنترلشدهتری انجام میدهد.
جمعبندی
گندله، صرفاً یک محصول میانی در زنجیره فولاد نیست، بلکه نقطه اتصال کیفیت سنگآهن با بهرهوری فرایندهای فولادسازی بهشمار میرود. تبدیل نرمههای کمقابلیت شارژ به گلولههایی یکنواخت، مقاوم و قابلکنترل، امکان مدیریت دقیقتر ترکیب شیمیایی، رفتار احیایی و عملکرد کورهها را فراهم میکند.
انتخاب نوع گندله، ترکیب شیمیایی آن و حتی فرایند گندلهسازی (Straight Grate یا Grate-Kiln)، تأثیر مستقیمی بر مصرف انرژی، راندمان تولید و کیفیت آهن اسفنجی یا چدن نهایی دارد. به همین دلیل، گندلهسازی تنها یک مرحله جانبی نیست، بلکه بخشی راهبردی از زنجیره تولید فولاد مدرن محسوب میشود.
در شرایطی که صنعت فولاد با محدودیتهای انرژی، الزامات زیستمحیطی و رقابت کیفی روبهروست، نقش گندله بهعنوان خوراکی مهندسیشده و بهینه، بیش از گذشته اهمیت پیدا میکند و بهدرستی بهعنوان یکی از پایههای اصلی فولادسازی پایدار شناخته میشود.