ابزار کاربر

ابزار سایت


گندله_چیست

گندله سازی (Pelletizing)

یکی از روش های تبدیل ذرات و نرمه مواد اولیه به توده ای متراکم است. گندله محصول نهایی فرآیند گندله سازی و ماده اولیه برای فرآیندهای تولید آهن خام در کوره بلند و تولید آهن اسفنجی به روش های متعدد احیای مستقیم می باشد. برای کاربرد گندله باید کیفیت آن جهت حمل و نقل و غیره مطلوب باشد.

در اصطلاح متداول گندله یعنی گلوله های تولید شده از سنگ آهن و سایر مواد افزودنی که نخست خام و سپس سخت یا پخته می شود و برای احیا به روش سنتی تولید آهن در کوره بلند و یا روش های متعدد احیای مستقیم به کار می رود.

چون گندله ماده اولیه برای تولید آهن خام است لذا باید در کوره های احیا ویژگی مکانیکی شیمیایی و حرارتی مطلوبی را داشته باشد. برای تولید گندله خام، نرمه سنگ آهن شامل مواد افزودنی که 90 درصد آن زیر 325 مش (معادل 45 میکرون) است با محلول های تر کننده مانند آب جهت دستیابی به شکل کروی، در دستگاه های گندله ساز به چرخش درآروده می شوند تا گندله خام تولید گردد.

در حین تولید گندله خام ممکن است مواد افزودنی و چسبنده مانند هیدروکسید کلسیم برای بالا بردن کیفیت و خواص متالورژیکی مکانیکی گندله به آن اضافه شود. در این مرحله گندله با ابعاد مطلوب و استحکام مکانیکی کافی تولید و جهت حمل و نقل تا دستگاه سخت کردن یا پخت ارسال می شود.

گندله، Iron ore Pellet

در مرحله دوم گندله های خام، جهت سخت شدن در اتمسفر اکسید کننده به دقت تا زیر دمای نرم شدن سنگ آهن در دستگاهی حرارتی داده می شوند تا نخست خشک و سپس پخته شوند، به طوری که درجه تخلخل آن ها کاهش نیابد. در این مرحله با پیوند بین ذرات سنگ آهن و مواد دیگر بار گندله، ساختار بلوری سنگ تغییر می یابد و واکنش هایی بین مواد سرباره ساز و اکسیدهای آهن نیز انجام می شود. در این مرحله نخست مواد با یکدیگر مبادله شده و ترکیبات خنثی یا بازی بین دانه های اکسیدهای آهن تشکیل می شوند. در پایان مرحله پخت، سرد نمودن گندله داغ باید به صورتی انجام گیرد که ترک هایی در آن ها ایجاد نشود.

مواد اولیه برای تولید گندله

مواد اولیه برای گندله سازی سنگ های آهن، عبارتند از:

- سنگ های آهن

سنگ های آهن مهم ترین و عمده ترین مواد اولیه را برای تولید گندله تشکیل می دهند. این ماده اولیه اغلب به صورت کنسانتره حاصل از پر عیار کردن یا حذف مواد سنگی کانه های آهن در کارگاه های کانه آرایی است. این کنسانتره ها بر حسب نوع عملیات کانه آرایی مورد خردایش قرار گرفته و نرم می شود.

در اکثر موارد خردایش انجام شده برای کانه آرایی به منظور گندله سازی کافی نیست و باید مجددا کنسانتره های نرم تر شوند، به طوری که قسمت عمده ذرات سنگ آهن به ابعاد زیر 45 میکرون (معادل مش 325) در آیند. این کنسانتره ها معمولا مرطوب بوده و حاوی حداقل 10 درصد رطوبت می باشند. گاهی اوقات به منظور کاهش رطوبت کنسانتره، نرمه های سنگ آهن خشک را با آن مخلوط می کنند.

در هر حال ماده اولیه آهن دار باید تمام مشخصات و کیفیت لازم را برای کاربرد در کوره بلند یا روش های احیای مستقیم داشته باشند. این مشخصات در بخش های مربوطه آورده شده است.

- مواد افزودنی

مواد افزودنی به چند دسته تقسم می شوند که عبارتند از:

1- موادی که روی خواص فیزیکی و مکانیکی گندله خام و پخته اثر می گذارند و شامل انواع موادی هستند که نقش چسبندگی و پیوند فیزیکی ذرات سنگ آهن را بهم دارند.

2- موادی که در بهبود خواص متالورژیکی و احیا پذیری گندله موثرند، مانند موادی که تخلخل گندله ها را افزایش می دهند.

3- موادی مانند آهک که در گندله های خود گداز با مواد سنگی کانه های آهن وارد واکنش شده و سرباره تولید می کنند.

4- مواد چسبنده ای که برای افزایش استحکام مکانیکی گندله خام اضافه می شوند و باعث ایجاد پیوند شیمیایی بین ذرات ریز سنگ آهن شده و استحکام گندله خام را بهبود می بخشند. به طور کلی اثر این مواد به شرح زیر خلاصه می شود:

- افزایش استحکام گندله خام

- تسهیل در تبدیل پیوند شیمیایی به پیوند سرامیکی

- تسهیل در عملیات گندله سازی

- برطرف کردن مشکلات ناشی از خشک شدن گندله

گندله سازی

مواد افزودنی شامل چند نوع ماده شیمیایی هستند که برخی از آن ها مورد بررسی قرار می گیرند.

بنتونیت

بنتونیت مناسب ترین عامل پیوند دهنده ذرات گندله است. بنتونیت یک کانی خالص نبوده و از تعدادی کانی های رسی تشکیل می شود که خاصیت پلاستیسیته بالایی دارند. در بین این کانی ها از مونت موریلونیت، آلوفان و غیره می توان نام برد.

دراین کانی ها یک لایه اکسید آلومینیم هشت وجهی بین دو قشر سیلیس چهار وجهی قرار دارد و بدین ترتیب پیوند دو لایه سیلیسی که در آن ها سیلیسیم، چهار ظرفیتی است توسط یک لایه آلومینیم سه ظرفیتی برقرار می شود. بدین ترتیب در این لایه یک ظرفیت کمتر از دو لایه دو طرف وجود دارد.

این امر باعث جذب کاتیون هایی مانند سدیم، پتاسیم و کلسیم در این لایه واسطه می شود. اضافه کردن آب به کانی باعث می شود که مولکول های آب دور این کاتیون را احاطه کنند و فاصله دو لایه سیلیسی را از یکدیگر افزایش دهند و باعث ازدیاد حجم شوند.

ذرات بنتونیت بسیار ریز هستند و سطح ویژه بنتونیت 6000 تا 10000 سانتی متر مربع به ازای گرم است. این دانه بندی ریز و توزیع عالی آن در بین ذرات سنگ آهن باعث توزیع یکنواخت آب در گندله می شود که در صوت خشک شدن گندله خام مانع از ترک برداشتن آن می شود.

در جریان پخت گندله در دمایی حدود 1200 تا 1400 درجه سانتی گراد بنتونیت با اکسیدهای آهن وارد واکنش شده و تولید ترکیبات سرباره ای می کند. این ترکیبات ذوب شده و به صورت فیلمی دور دانه ها را می پوشاند. پیوند سرامیکی برقرار شده باعث افزایش استحکام مکانیکی گندله می شود. مقدار بنتونیت در گندله در حدود 0.5 تا 1 درصد است. ==== مواد آلی ====

مواد آلی نیز بین ذرات پیوند شیمیایی برقرار می کنند. خاصیت چسبندگی و پیوند مواد آلی معمولا کمتر از بنتونیت است و به خصوص مانند بنتونیت قادر به توزیع یکنواخت و یکسان رطوبت در حجم نیستند ولی از آنجایی که در جریان پخت، تجزیه شده و به صورت گاز از گندله خارج می شوند و مواد باقی مانده ای را در گندله باقی نمی گذارند بسیار جالب توجه می باشند.

از طرف دیگر تجزیه این مواد گاز تولید می کند و خروج گاز از گندله باعث افزایش تخلخل می شود که روی کیفیت احیا شوندگی گندله تاثیر مطلوب دارد. در هر حال مواد آلی تاثیری بر ترکیب شیمیایی گندله نداشته و عیار ترکیبات تشکیل دهنده گندله را تغییر نمی دهند. مواد آلی به کار برده شده شامل انواع مواد آلی مانند نشاسته، ملاس و غیره می باشد.

شیر آهک

شیر آهک یا هیدروکسید کلسیم از تکلیس سنگ آهک و مخلوط آهک تولیدی با آب تولید می شود. شیر آهک خاصیت چسبندگی داشته و می تواند ذرات آهن دار را به یکدیگر متصل کند.

کاربرد شیر آهک به عنوان مواد چسبنده گندله های خود گداز، معمول است ولی برای گندله های اسیدی مصرف آهک متداول نیست. تجربه نشان می دهد که افزایش آهک تا حدود 5 درصد به گندله باعث افزایش استحکام مکانیکی گندله پخته می گردد ولی اگر آهک گندله از این حد تجاوز کند در این صورت اثر معکوس روی خواص مکانیکی گندله ایجاد خواهد نمود و مقاومت مکانیکی گندله را کاهش خواهد داد. علت این امر تشکیل فازهای شیشه ای در فرآیند پخت می باشد.

آهک

گندله هایی که در کوره بلند مصرف می شوند اغلب حاوی آهک هستند که در حقیقت اندیس بازی گندله را بالا می برند. آهک ممکن است به صورت سنگ آهک با ابعادی حدود 0.1 تا 3 میلی متر به گندله اضافه شود که باعث کاهش استحکام گندله خواهد شد بنابراین از آهک تکلیس شده با ابعاد زیر 0.5 میلی متر برای این منظور استفاده می شود.

اگر مقدار آهک در گندله بیشتر از 5 درصد باشد، باعث کاهش مقاومت مکانیکی می شود، لذا مقدار آهک در گندله ها از این حد تجاوز نمی کند. با توجه به اینکه گندله ها معمولا حاوی درصد آهن بالایی می باشند و عیار آهن برای تولید گندله مصرفی در کوره بلند حدود 64 درصد است که این مقدار آهن معادل 92 درصد هماتیت در گندله است. لذا کمیت مواد سنگی کانه های آهن در گندله کمتر از 8 درصد است. بنابراین افزودن این مقدار آهک در گندله می تواند اندیس بازی را به مقدار قابل توجهی تامین کند.

سیمان

در گندله هایی که به گندله سرد معروفند و نیازی به پخت ندارند می توان برای سخت کردن آن ها از سیمان استفاده نمود.

آب

یکی از مهمترین مواد افزودنی به بار گندله، آب است. کمیت و کیفیت آب می تواند تاثیر اساسی روی کیفیت گندله داشته باشد. مقدار آب لازم برای گندله سازی بستگی به نوع سنگ آهن، مواد اولیه افزودنی، ابعاد ذرات، وجود تخلخل و خاصیت جذب آب توسط سطوح کانی و مواد سنگی کانه دارد.

میزان دقیق درصد آب لازم برای تولید گندله تجربی بوده و با آزمایش باید تعیین شود. اگر درصد آب گندله از حدی کمتر و یا بیشتر باشد در هر دو حالت مقاومت مکانیکی گندله خام کاهش می یابد. زیرا در حالت اول فیلم آب تشکیل شده بر سطح ذرات، ناقص بوده و برای پیوند ذرات به یکدیگر کافی نیست. در حالت دوم اگر مقدار آب از حد معینی بیشتر باشد ذرات بار در آب شناور شده و باز هم پیوند لازم را با دیگر ذرات نخواهند داشت.

مقدار آب لازم نه تنها به ابعاد ذرات بلکه به نوع کانی نیز بستگی دارد. به عنوان مثال آب لازم برای کانی های مختلف به ترتیب زیر است:

برای کانی هماتیتی 7 تا 11 درصد

برای کانی مگنتیتی 8 تا 12 درصد

برای کانی لیمونیتی 12 تا 15 درصد

مقدار آب به کار برده شده در گندله سازی و ابعاد ذرات، دو عامل اصلی گندله سازی را تشکیل می دهند.

از آنجایی که آب اضافه شده به گندله در روند خشک شدن و پخت گندله، تبخیر می شود و این عمل مستلزم تامین هزینه هایی از بابت آب لازم و مصرف انرژی برای تبخیر آن است، لذا در صنعت گندله سازی کوشش می شود که از حداقل آب ممکن برای این منظور استفاده شود.

به این جهت آب لازم برای هر نوع سنگ آهن باید با توجه به ابعاد ذرات به طور تجربی برآورده شود. باید توجه داشت که تشکیل فیلم آب بر روی ذرات سنگ های آهن و مواد افزودنی تابع نوع، شکل، کیفیت سطحی و ابعاد ذرات است.

معمولا سطوح صاف، بلوری و غیر متخلخل میل کمتری به جذب آب دارند و آب کمتری جذب آن سطوح می شود و از طرفی آب مصرفی رابطه مستقیم با ابعاد ذرات دارد. هر چه ابعاد کوچتر باشد، سطح ویژه آن ها افزونتر خواهد بود. به عنوان مثال در مورد یک نوع سنگ آهن هماتیتی افزایش سطح ویژه دانه ها از 1900 به 2500 سانتیمتر مربع به ازای هر گرم، رطوبت را از 8 به 11 درصد افزایش می دهد. هم چنین قطر گندله های تولیدی در آب مصرفی تاثیر دارد. با افزایش قطر گندله ها مقدار آب لازم افزایش می یابد.

پروسه گندله‌سازي شامل سه مرحله است:

1. آماده‌سازي مواد اوليه (شامل خرد كردن، جدايش، افزودن مواد چسبنده و مخلوط كردن)

2. تشكيل گندله‌هاي خام

3. سخت كردن و پختن گندله.

تفاوت فرآيند توليد گندله عمدتا در مرحله سوم از مراحل فوق است. بنابراين در اينجا قبل از پرداختن به شرح تكنولوژي‌هاي مزبور، مطالبي به اختصار در ارتباط به دو مرحله اوليه توليد گندله بيان خواهد شد.

1. آماده‌سازي مواد اوليه

پيش از ايجاد گندله‌هاي خام، براي تنظيم تركيب شيميايي و رطوبت خوراك، كانسنگ‌آهن با روش‌هاي تر يا خشك در آسياب‌هاي گلوله‌اي يا ميله‌اي به اندازه مناسب خرد مي‌كنند و چنانچه از روش تر استفاده شده باشد قبل از ارسال به مرحله مخلوط‌سازي بايد رطوبت آن به كمتر از رطوبت نهايي بهينه براي توليد گندله كاهش داده شود و سپس براي مخلوط‌سازي ارسال مي‌شود.

در مخلوط‌سازي، مواد نرم شده با مواد چسبنده مانند بنتونيت (حدود 5/0 تا يك درصد) و موادي مثل سنگ آهك، اليوين و دولوميت (حدود يك تا 5 درصد) و… مخلوط شده و رطوبت اين مواد بسته به نوع و ويژگي‌هاي كانسنگ‌آهن در حدود 10 درصد تنظيم مي‌شوند. اين مواد، به گندله خواص فيزيكي و متالورژيكي لازم براي مراحل بعدي را مي‌دهد. عمليات مخلوط شدن در ميكسرهاي استوانه‌اي شكل انجام مي‌پذيرد.

2. ساخت گندله خام

تا سال 1949 تنها دستگاه قابل استفاده براي توليد گندله در مقياس صنعتي استوانه‌هاي دوار بود تا اينكه در اين سال استفاده از ديسك‌هاي گندله‌سازي توسط شركت لورگي معرفي شد[8]. درحال حاضر تمامي طرح‌ها و كارخانه‌ها فعال توليد گندله در ايران مانند ساير كشورهاي دنيا، از ديسك‌هاي دوار براي توليد گندله خام استفاده مي‌كنند.

در قسمت بالاي اشكال (9 و 13) مراحل مختلف آماده‌سازي بار براي توليد گندله و در شكل (5) يك ديسك گندله‌ساز ديده مي‌شوند. در اين ديسك‌ها ذرات پودر در اثر رطوبت و تماسي كه با يكديگر پيدا مي‌كنند به يكديگر چسبيده و پس از اينكه قطر گلوله‌هاي شكل گرفته به ‌اندازه كافي رشد كرد، از لبه ديسك خارج مي‌شوند.

عواملي همچون كيفيت ذرات پودر، ميزان رطوبت، شيب، قطر و سرعت چرخش ديسك در اندازه و كيفيت گندله توليدي مؤثر هستند. فاكتورهاي فوق عمدتا براي هر سنگ معدني با مشخصات معين بايد به صورت تجربي تنظيم شوند.

استحكام گندله‌ها در هنگام غلتيدن از بالا به پايين ديسك كه باعث متراكم شدن آنها مي‌شود، به‌تدريج افزايش مي‌يابد بنابراين هرچه زاويه ديسك كمتر باشد، استحكام گندله بيشتر خواهد شد. وقتي قطر ديسك افزايش يابد، براي يك زاويه ثابت، سرعت غلتيدن گندله‌ها نيز افزايش خواهد يافت و هرگاه اين سرعت از حد خاصي بيشتر شود، باعث از هم پاشيدن گندله‌هاي خام توليدي بر اثر برخورد مي‌شود. اين اثر را با كم كردن زاويه ديسك مي‌توان خنثي كرد.

بنابراين بايد براي هر نوع كنسانتره سنگ‌آهن، زاويه ديسك و سرعت آن را به صورت تجربي تنظيم و با هم وفق داد. گندله‌هاي خام توليدي را آزمايش كرده و بر مبناي نتايج آزمايش نسبت به تغيير جزيي فاكتورهاي مختلف و موثر در كيفيت گندله خام را به صورت تجربي بهينه‌سازي كرد. براي اين كار يك واحد پايلوت توليد گندله خام تقريبا هميشه در جوار خط توليد گندله وجود خواهد داشت مانند واحد پايلوت توليد گندله در مجتمع فولاد اهواز.

نوع حركت جهت توليد گندله با كيفيت، استحكام مكانيكي و… مناسب به حركت چرخشي ديسك وابسته است.

گندله_چیست.txt · آخرین ویرایش: 2017/01/08 09:01 توسط maleki