تولید گندله آهن

گندله‌سازی آهن چیست؟ هدف و کاربرد آن

گندله‌سازی فرایندی است که از طریق آن کنسانتره‌ی سنگ آهن تبدیل به یک شکل همجوش می‌شود که گندله‌ی سنگ آهن نامیده می‌شود و برای استفاده در کوره‌ی آهن‌سازی مانند یک کوره‌ی ذوب آهن یا کوره‌ی قوس الکتریکی مناسب است. هر کوره‌ی آهن‌سازی ملزومات شیمیایی خاص برای گندله‌ی آهن دارد که معیار طراحی واحد گندله‌سازی سنگ آهن است. در شکل محصول نهایی، یک گندله‌ی سنگ آهن تقریباً کره‌ای شکل است، قطر آن بین ۶ تا ۱۶ میلی‌متر است و مقاومت فشاری آن بیشتر از ۲۰۰ کیلوگرم است. هر چند بعضی از تغییرات در این پارامترها وابسته به فرایند طراحی اتفاق می‌افتد.

پس از اختلاط با عامل اتصال، مخلوط به طور پیوسته به یک دیسک یا غلتک گوی ساز که سنگ آهن را به شکل کره درمی‌آورد منتقل می‌شود. کره‌ها قبل از پخت، گندله‌ی خام نام می‌گیرند. پس از تخلیه از دستگاه گوی‌ساز، گندله‌های خام براساس اندازه جدا می‌شوند. آن دسته از گندله‌های خامی که دارای اندازه‌ی مطلوب هستند، به درون یک فرایند سخت‌سازی منتقل می‌شوند که با پختن در یک جو اکسید کردن سخت می‌شوند. گندله‌های خامی که فاقد اندازه‌ی مطلوب هستند، برای آن که مجدد تحت فرایند قرار بگیرند بازگردانده می‌شوند. فرایند سخت‌سازی در کوره‌های دما بالا که برای رسیدن به گندله با خصوصیات شیمیایی مورد نیاز طراحی و بهینه شده‌اند، انجام می‌شود. در حالت پایانی، محصول گندله‌ی نهایی عموماً گندله‌ی پخته‌شده[۱] نام می‌گیرد. پس از آن که گندله‌ها سخت شدند، گندله‌های پخته‌شده برای رسیدن به اندازه‌ای که مورد نیاز مصرف‌کننده است غربال می‌شوند.

خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و متالورژیکی گندله‌ی پخته‌شده می‌تواند برای مناسب بودن جهت استفاده‌ی نهایی (کوره‌ی ساخت آهن) به وسیله‌ی ترکیب سنگ معدن با افزودنی‌های متنوع تطبیق داشته شود. پروفیل دمای کوره‌ی سخت‌کننده می‌تواند برای اثر گذاشتن بر خواص فیزیکی و متالورژیکی گندله‌های پخته‌شده در یک محدوده‌ی وسیع تطبیق داده شود.

کارخانه‌های مدرن می‌توانند برای تولید بیش از ۷ میلیون تن مکعب در سال گندله‌ی پخته‌شده وابسته به ملزوماتی که جهت طراحی و فرایند سخت‌سازی به کار گرفته می‌شوند، طراحی شوند.

عملیات واحد برای فرایند گندله‌سازی

یک واحد گندله‌سازی سنگ معدن معمولاً شامل یک سری عملیات واحد در توالی فرایندی خاص است. یک واحد گندله‌سازی شامل آماده‌سازی خوراک[۲] است که در آن گندله‌های خام تولید می‌شود. گندله‌ی خام پس از آن به قسمت سخت‌سازی برای پختن، سخت‌سازی و تولید گندله‌های پخته منتقل می‌شوند. گندله‌های پخته‌شده سپس به آخرین قسمت که بررسی محصول[۳] است فرستاده می‌شوند. بررسی محصول قسمتی است که گندله‌های پخته‌شده جهت آن که از نظر اندازه مطلوب کاربر نهایی باشند فرستاده می‌شوند. به طور ساده یا برای ذخیره‌سازی و بار کردن فرستاده می‌شوند یا اگر به فراوری بیشتر نیاز بود جدا می‌شوند و به کوره‌ی سخت‌سازی فرستاده می‌شوند. قسمت بررسی محصول در ماهیت بستگی به نیازمندی‌های کاربر نهایی و فرایند سخت‌سازی که به کار گرفته می‌شود دارد. توجه داشته باشید که در یک واحد گندله‌سازی، فرایند سخت‌سازی با استفاده از یکی از دو فناوری Grate Kiln و Straight Grate می‌تواند انجام گیرد. هر دو فناوری عملی و اثبات‌شده هستند.

آماده‌سازی خوراک

به فرایندی اطلاق می‌شود که گندله‌ی خام را تولید می‌کند. آماده‌سازی خوراک فرایندی است که افزودنی‌های معینی را با سنگ آهن جهت رسیدن به خصوصیات شیمیایی خیلی خاص برای گندله‌ی پخته‌شده‌ی نهایی بعد از سخت‌سازی ترکیب می‌کند. آماده‌سازی خوراک برای واحدهای گندله‌سازی سنگ آهن معمولاً شامل مراحل زیر است.

آماده‌سازی ماده‌ی افزودنی: وابسته به معیاری که کاربر نهایی کوره‌ی ساخت آهن تعیین می‌کند، نیاز خواهد بود که مواد افزودنی با سنگ آهن جهت تولید گندله پخته‌شده با خصوصیت شیمیایی مطلوب ترکیب شوند. کمیت و نوع مواد افزودنی از آزمایش کردن در لابراتوار تعیین می‌شوند. مواد افزودنی برای گندله‌سازی سنگ آهن شامل سنگ آهک، دولومیت[۴]، زغال سنگ، پس‌ماند زغال سنگ و بنتونیت هستند. بنتونیت یک عامل اتصال برای تولید گوی‌های خام است. در برخی واحدها، از اتصال‌دهنده‌های آلی جایگزین به جای بنتونیت استفاده می‌کنند. به منظور آن که مواد افزودنی با سنگ آهن ترکیب شوند، باید به یک اندازه‌ی خاص ذره[۵] برسند. اگر مواد افزودنی خام به واحد داده شوند، باید آسیاب شوند تا به اندازه‌ی مناسب برسند. همچنین، در برخی کاربردها یک ماده کمکی جهت آسیاب مانند سنگ آهک، دولومیت و زغال سنگ یا پس‌ماند زغال سنگ مناسب است. بنتونیت به علت دانسیته‌ی قابل ملاحظه ‌و اختلاف میزان سختی که با دیگر مواد دارد، باید جداگانه آسیاب شود. وابسته به فرایند آماده‌سازی خوراک، گاهی اوقات به آسیاب کردن ماده‌ی افزودنی نیاز نیست، زیرا ماده‌ی افزودنی می‌تواند همراه با سنگ معدن آسیاب شود. همچنین اگر کاربر نهایی ماده‌ی افزودنی پیش‌آسیاب‌شده بخرد، آسیاب شدن ماده‌ی افزودنی نیاز نخواهد بود. این‌ها تمام متغیرهایی هستند که باید برای طراحی در نظر گرفته شوند.

آماده‌سازی سنگ آهن: سنگ آهن یا مستقیماً از معدن یا از یک واحد خارجی دیگر برای واحد تهیه می‌شود. اگر سنگ آهن با اندازه‌ی مناسب و خوب آسیاب شده باشد، نیازی به آماده‌سازی بیشتر نیست. در این حالت، سنگ آهن ذخیره می‌شود و برای فرایندهای پایین‌دستی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما اگر دارای اندازه‌ی مناسبی نباشد، باید جهت رسیدن به اندازه‌ی مطلوب برای فرایند گندله‌سازی آسیاب شود. آسیاب کردن هم می‌تواند با استفاده از فرایند آسیاب خشک و هم با فرایند آسیاب تر انجام شود. انتخاب فرایند آسیاب کردن به نوع سنگ، میزان در دسترس بودن آب و ملاحظات فرایندی پایین‌دستی بستگی دارد. پس از آسیاب کردن، سنگ معدن در انبارهای ذخیره جهت فراوری پایین‌دستی ذخیره می‌شوند.

اختلاط: زمانی که مواد افزودنی و سنگ معدن آماده می‌شوند، از طریق نوار نقاله به منطقه‌ی اختلاط فرستاده می‌شوند که در آن جا درون یک ماده‌ی سازگار با میزان رطوبت مطلوب حدود ۱۰% مخلوط شوند. اختلاط در مخلوط‌کن‌های با شدت بالا هم عمودی و هم افقی انجام می‌گیرد. پس از اختلاط، سنگ معدن مخلوط‌شده از طریق نقاله برای فرایند گوی‌سازی جهت تولید گندله‌های خام فرستاده می‌شوند.

گوی‌سازی: سنگ آهن مخلوط‌شده به انبار خوراک گوی‌سازی و سپس به تجهیزات گوی‌سازی که گندله‌ی خام را با یک شکل کره‌ای و توزیع اندازه‌ی متغیر تولید می‌کند، فرستاده می‌شود. تجهیزات گوی‌سازی در ساختمانی جمع می‌شوند که به آن ساختمان گوی‌سازی گفته می‌شود. در فرایند گوی‌سازی، میزان رطوبت سنگ آهن مخلوط‌شده و گندله‌ی خام نهایی با اضافه کردن آب از طریق پیستول‌های آب‌پاشی[۶] یا تجهیزات لوله‌کشی بهینه می‌شود. فرایند گوی‌سازی با انتقال مقدار ویژه از سنگ آهن مخلوط‌شده از انبارهای خوراک گوی‌سازی از طریق انتقال‌دهنده‌ها به تجهیزات گوی‌سازی انجام می‌گیرد. معمولاً دو نوع تجهیزات گوی‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد، هم دیسک‌های گوی‌ساز و هم استوانه‌های گوی‌ساز که هر یک از آن‌ها دارای عملیات منحصر به خودشان هستند. پس از گوی‌سازی، گندله‌های خام به فرایند سخت‌سازی که گندله‌های پخته‌شده که محصول نهایی واحد گندله‌سازی را تولید می‌کنند، منتقل می‌شوند.

سخت‌سازی

به فرایندی اطلاق می‌شود که گندله‌های خام را می‌گیرد و با استفاده از کوره‌ی با دمای بالا سخت می‌کند. گندله‌های پخته‌شده طوری سخت می‌شوند که تحمل انتقال و جابه‌جایی بر پایه‌ی نیازمندی کاربر نهایی را داشته باشند. جزئیات در زیر شرح داده شده است.

خوراک‌دهی دستگاه: پس از آن که فرایند گوی‌سازی گندله‌های خام را تولید کرد، گندله‌ها باید به فرایند سخت‌سازی منتقل شوند و به عنوان خوراک این فرایند مورد استفاده قرار گیرند. در اکثر واحدهای گندله‌سازی، گندله‌های خام از طریق نقاله‌ها از فرایند گوی‌سازی منتقل می‌شوند. این عمل انتقال به ترتیب با استفاده از (۱) تسمه نقاله‌های سنتی، (۲) نقاله‌های نوسانی و یا نقاله‌های رفت و برگشتی برای خوراک‌دهی در خط[۷] یا زاویه قائمه، (۳) تسمه نقاله‌ی عریض و (۴) یک غربال غلتکی که که مستقیماً گندله‌های خام را به تجهیزات سخت‌سازی می‌فرستد. نقاله‌های نوسانی و رفت و برگشتی گندله‌های خام را طبقه‌بندی و به تسمه نقاله‌ی عریض توزیع می‌کنند. تسمه نقاله‌ی عریض گندله‌ها را به غربال غلتکی جهت حذف گندله‌هایی که خارج از اندازه‌ی مطلوب هستند ما قبل این که به عنوان فرایند خوراک‌دهی فرستاده شوند منتقل می‌کند.

خشک کردن، پختن و سرد کردن: پس از آن که گندله‌ها از غربال غلتکی فرستاده شدند، خشک، پخته و سرد می‌شوند. در واقع این فرایند سخت‌سازی است. دو فناوری سخت‌سازی برای این فرایند به کار گرفته می‌شود؛ (۱) فناوری Grate Kiln و (۲) فناوری Straight Grate. فناوری براساس نوع و مشخصه‌ی سنگ آهن، سوخت، خصوصیات شیمیایی مطلوب گندله‌ی پخته‌شده و اولویت‌های کاربر انتخاب می‌شود. در هر دو فرایند، خصوصیات شیمیایی، فیزیکی و متالورژیکی گندله‌ی پخته‌شده می‌تواند با استفاده از ترکیب مخلوط سنگ آهن پخته‌شده با مواد افزودنی قبل از پخته شدن طوری تطبیق شود که برای استفاده‌ی نهایی کاربر مناسب باشد. پروفیل دما در کوره‌ها و فرایندهای سخت‌سازی می‌تواند برای تأثیر گذاشتن بر خصوصیات فیزیکی و متالورژیکی گندله‌های پخته‌شده در یک محدوده‌ی وسیع تطبیق داده شود.

بررسی محصولات

سیستم بررسی محصولات شامل فرایندهای غربال‌گری برای جداسازی‌های هم مکانیکی و هم وزنی گندله‌ها براساس اندازه است.

اگر جداسازی مکانیکی مورد استفاده قرار گیرد، غربال‌های لرزشی مورد استفاده، گندله‌ها را به سه طبقه‌بندی جدا می‌کنند: اندازه مناسب، اندازه کوتاه، اندزه بزرگ. گندله‌های با اندازه‌ی مناسب نیازمندی کاربر را برطرف می‌کنند. گندله‌های اندازه‌ کوتاه و اندازه‌ بزرگ برای فرایندهای پایین‌دستی دیگر از قبیل خوراک‌دهی ته‌مانده و ضایعات جمع می‌شوند و یا برای فرایند سخت‌سازی بازگردانده می‌شوند.

جداسازی وزنی نوعی دیگر از جداسازی است که عموماً مورد استفاده قرار می‌گیرد. به علت ماهیت ‌گندله‌ها در بررسی محصولات، گندله‌های اندازه بزرگ به لبه‌ی بیرونی انبارهای ذخیره می‌روند. با استفاده از استراتژی قرار دادن ناودان، گندله‌های اندازه‌ی بزرگ از گندله‌های با اندازه‌ی مناسب جدا می‌شوند. در حالی که این یک متدلوزی خام است، در عمل خیلی خوب کار می‌کند و حداقل هزینه را در بر دارد. اگر مشتری اندازه‌ی خاصی را مد نظر دارد، جداسازی مکانیکی بهترین رویکرد است.

پس از قسمت بررسی محصول، گندله‌ها توسط یک نوار برای واحد احیاء مستقیم ارسال می‌شود. بر روی گندله‌های این نوار قدری شیرآهک پاشیده می‌شود تا این پوشش بر روی گندله‌ها مانع از به هم چسبیدن آن‌ها ضمن فرایند احیا شود.

[۱] Fired pellet

[۲] Feed preparation

[۳] Product handling

[۴] CaMg(CO2)3

[۵] Specific particle size

[۶] Spray nozzles

[۷] In-line