گندله سازی و دستگاه های آن
اصول مقدماتی گندله سازی
با توجه به تکنولوژی امروزی، تقریبا تمام کانه‌های آهن پرعیار قابلیت گندله شدن را دارند. این کانه‌ها عبارتند از: مگنتیت، هماتیت، لیمونیت، مخلوط تولید شده، اکسیدهای باطله، سرباره‌های پیریت و یا فرآورده‌های فرعی وابسته مربوط به دیگر صنایع.
تولید گندله از مواد اولیه دارای سه مرحله متفاوت است:
1-آماده‌سازی مواد اولیه
2- ساخت گلوله‌های(گندله‌های) خام
3- سخت‌گردانی گلوله‌های (گندله‌های) خام
تولید موفقیت‌آمیز گندله مستلزم دست یافتن به راندمان مطلوب و ایجاد هماهنگی بین مراحل مختلف است که تأثیر زیادی بر یکدیگر دارند.
هدف از ساخت گندله خام، بدست آوردن گلوله‌هایی با محدوده اندازه دلخواه و داشتن مقاومت مکانیکی کافیست که این مقاومت قابلیت حمل و نقل سالم را از تجهیزات گلوله‌سازی تا امکانات سخت‌گردانی به گلوله می‌دهد.
مکانیسم اتصال ذرات به هم در گندله‌سازی
مخلوط پودر سنگ آهن، مواد چسبنده (Binder) و آب در محفظه دوار ماشین گندله‌ساز که تحت شیب معینی قرار گرفته، ریخته می‌شود. در این ماشین‌ها محفظه دوار با سرعت مشخصی در حال چرخش است. ذرات بار گندله بطور مداوم توسط آب به یکدیگر پیوسته و به دلیل چرخش محفظه محتوای گندله‌ها مواد تجمع پیدا می‌کنند و شکل کروی به خود می‌گیرند. در این فرآیند تشکیل گندله در دو مرحله انجام می‌شود:
مرحله اول: تشکیل هسته گندله (nucleation)
مرحله دوم: رشد هسته‌های تشکیل شده و رسیدن آن‌ها به ابعاد مطلوب
تشکیل و رشد هسته‌های اولیه ممکن است بعلت کشش سطحی آب باشد که برخی از قسمت‌های ذرات گندله را احاطه کرده است یا بدلیل خاصیت موئینه آب باشد که در داخل خلل و فرج ذرات نفوذ کرده و باعث پیوستگی ذرات می‌شود.
مکانیسم گلوله‌سازی
اگر ذرات جامد خشک با آب تماس پیدا کند، سطح کانه خیس شده و ذرات کانه با لایه‌ای از آب پوشیده می‌شود.در بسیاری از موارد ذرات تر با یکدیگر تماس پیدا می‌کنند. با توجه به کشش سطحی غشاء آب، پیوندهای مایع تشکیل می‌شوند.
در اثر جابجایی ذرات در واحد گندله‌سازی و ترکیب تک تک قطرات کوچک آب که هر یک شامل یک یا چند دانه کانه می‌باشند، تشکیل اولین آگلومره‌ها صورت می‌گیرد. در درون این آگلومره‌های آزاد، اولین پیوندهای مایع در بین حفره‌های خالی که هنوز باقی مانده‌اند ایجاد می‌شود. این پیوندهای مایع، ذرات را مانند یک شبکه در کنار یکدیگر نگه می‌دارد و گلوله‌های آزاد تشکیل می‌شود.
با تأمین آب بیشتر آگلومره‌ها متراکم شده، آب بیشتر و بیشتر در درون آگلومره لایه‌بندی شده باعث تراکم بیشتر آن‌ها می‌گردد. در این مرحله از گلوله‌سازی، نیروهای موئین هر یک از پیوندهای مایع ضرورتاً فعال می‌شوند. زمانی گلوله‌سازی به حد مطلوب می‌رسد که تمامی خلل و فرج داخل گلوله‌ها با مایع پر شوند.
تأثیر افزودن آب بر ساخت گلوله‌های خام
مرحله آخر قدم را فراتر نهاده و زمانی‌که ذرات جامد بطور کامل با یک لایه از آب پوشیده می‌شوند، کشش سطحی قطرات ریز که دربرگیرنده ذرات جامد است کاملاً فعال می‌شود و اثر نیروهای موئین کاهش می‌یابد.
علاوه بر این، حرکت غلتشی دانه‌ها و جابجایی یا انتقال ذرات نسبت به یکدیگر نیز نقش مهمی را ایفا می‌کند. این موارد همزمان با استحکام فشاری که بعلت وزن ماده غلتنده ایجاد می‌شود، چسبندگی را از طریق افزایش تعداد نقاط تماس افزایش می‌دهد.
صرفنظر از فشرده‌سازی و شکل‌گیری آگلومره‌ها در اثر فشار و جابجایی، این عوامل ممکن است تأثیر منفی داشته باشند. این عوامل به دانه‌های ضعیفی که هنوز قدرت چسبندگی کافی پیدا نکرده‌اند، به لحاظ مکانیکی صدمه وارد می‌کنند و در نتیجه گندله‌های خام ضعیف ممکن است به تکه‌هایی با اندازه کوچک‌تر یا ذراتی با اندازه ریزتر خرد شود. ممکن است این اجزا در طی ساخت گلوله خام، بر روی گلوله خام پایدار و مرطوب لایه‌بندی شده و به آن بپیوندند.
تأثیر نیروهای موئین بر مکانیسم پیوند
روش‌های صنعتی گلوله‌سازی
اصول کار کلیه روش‌های گندله‌سازی تقریباً یکسان است. بدین ترتیب که محفظه محتوی بار گندله حول محوری چرخیده و با اضافه شدن تدریجی آب به بار آن، شرایط لازم برای تولید گندله تأمین می‌شود.
روش‌های صنعتی معمول گندله‌سازی عبارتند از:
1- استوانه دوار (بشکه گوی‌ساز):
یکی از راه‌های تولید گندله خام، چرخاندن مواد در داخل یک استوانه است که حول محورش می‌چرخد. بعلت دوران بشکه و اضافه شدن آب، ذرات گندله تجمع پیدا کرده و گندله به مرور رشد می‌کند. گندله‌های خام تولید شده به این روش پس از مدتی با ابعاد مختلف از محفظه خارج می‌شوند و چون ابعاد آن‌ها یکسان نیست باید سرند شوند.
عوامل موثر بر قطر گندله در این دستگاه عبارتند از:
الف-رطوبت: هر چه رطوبت بیشتر باشد قطر گندله نیز بیشتر خواهد بود.
ب-شیب استوانه: هر چه شیب بیشتر باشد، قطر گندله نیز بیشتر خواهد بود.
ج-سرعت چرخش: هر چه سرعت چرخش کمتر باشد، قطر گندله نیز بیشتر خواهد بود.
د-سرعت کاترها: هر چه سرعت کاترها بیشتر باشد، قطر گندله کمتر خواهد بود. کاترها تیغه‌هایی در استوانه هستند که در جهت عکس حرکت استوانه میچرخند و برای این منظور بکار می‌روند که از چسبیدن مواد به بدنه استوانه جلوگیری کند، زیرا با چسبیدن مواد به بدنه در استوانه لنگر ایجاد خواهد شد.
از معایب روش استوانه دوار این است که:
– به همراه گندله‌های ساخته شده مقداری نرمه و کلوخه از محفظه خارج می‌شود.
– محصول این روش نامتجانس است و کنترل ابعاد آن امکان‌پذیر نیست.
-تاسیسات این روش گندله‌سازی نسبتاً جاگیر هستند.
2-دیسک دوار(بشقاب پلت‌ساز)
متداولترین وسیله تولید گندله، ماشین‌های گندله‌ساز بشقابی یا دیسک دوار است. دیسک دوار صفحه‌ایست به قطر 4 تا 8 متر که لبه‌های آن اندکی برآمدگی دارد (عمق 40 تا 50 سانتی‌متر) و زاویه آن با افق حدود 45 الی 55 درجه است. امروزه تقریباً 70 درصد تولید گندله در جهان با دیسک دوار صورت می‌گیرد.
مخلوط مواد (پودر سنگ‌آهن، چسب و آب) در محل خاصی از دیسک شارژ شده و کمی هم آب بصورت قطره‌های ریز توسط افشانک‌هایی روی آن پاشیده می‌شود.در این دیسک‌ها ذرات پودر در اثر رطوبت و تماسی که با یکدیگر پیدا می‌کند به یکدیگر چسبیده و با حرکت چرخشی دیسک ذرات به سمت بالا حرکت می‌کنند و پس از برخورد به تیغه‌ها به پایین سرلزیر شده و در اثر حرکت غلتشی بزرگ شده و به یک پلت بزرگ تبدیل می‌شود. پس از اینکه قطر گلوله‌های شکل گرفته به اندازه کافی رشد کرد از لبه دیسک خارج و توسط نوار نقاله‌ای که در زیر دیسک‌ها قرار گرفته به قسمت انباشت و پخت منتقل می‌شود.
کارهای در دست اقدام و انجام شده شرکت تاو صنعت سپنتا
*خدمات دفتر فنی کارفرما برای احداث واحدهای گندله‌سازی با ظرفیت 1.2 میلیون تن در سال و احیای مستقیم با ظرفیت 800 هزار تن در سال
کارفرما: شرکت لوتوس تجارت ارم
*بررسی مطالعاتی و پژوهشی روش‌های مختلف تولید آهن و فولاد از کانسنگ‌های آهن و تهیه گزارش امکان‌سنجی فنی و اقتصادی احداث واحد احیای مستقیم و تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس با ظرفیت 400 هزار تن محصول در سال- کارفرما شرکت سپهر صنعت آرتا
*طرح تحقیقاتی – پژوهشی برای مرور تکنولوژیک فناوری‌های تولید فولاد از منابع سنگ‌آهن (کانسنگ‌های غیر مگنتیتی) – سفارش طرح به دانشگاه صنعتی اصفهان