گندله چیست؟ (Iron Ore) فرایند تولید، ویژگی ها و کاربردهای گندله آهن

گندله، محصولی دوار، کوچک و فشرده از سنگ ‌آهن فرآوری ‌شده است که به‌ عنوان ماده اولیه در صنعت فولاد مورد استفاده قرار می گیرد. این محصول از کنسانتره سنگ ‌آهن به همراه موادی مانند بنتونیت، آهک یا دولومیت تهیه می‌ شود و پس از فرم دهی، در دمای بالا پخته می ‌شود تا استحکام لازم را پیدا کند. گندله ‌به دلیل شکل یکنواخت، خواص مکانیکی مناسب و نوع ترکیبش، جایگزین مناسبی برای سنگ ‌آهن خام در فرآیند های ذوب و احیا به ‌شمار می ‌آید و نقش کلیدی در بهبود عملکرد کوره‌ ها و افزایش بهره ‌وری صنعت فولاد دارد.

گندله آهن یا گندله فولاد، همان محصول میانی نام آشنای صنعت فولاد و ماده ی اولیه ی تولید مقاطع فولادی است که شاید بارها نام آن را شنیده باشید. شما چقدر این محصول فولادی را می شناسید؟ آیا می دانید هدف از تولید گندله چیست و با چه هدفی در صنعت آهن و فولاد مورد استفاده قرار می گیرد؟ برای آشنایی با این محصول آهنی و نحوه ساخت آن، همچنین موارد کاربردی که دارد تا انتهای این مقاله با مدیران آهن همراه باشید.

دسترسی به قیمت لحظه‌ ای و به‌ روز انواع مواد اولیه، از جمله گندله و آهن اسفنجی، از طریق لینک زیر به‌ سادگی برای شما فراهم شده است. برای خرید محصولات فولادی با نرخ‌ های رقابتی و شرایط مناسب، کافی‌ ست با مدیران آهن در ارتباط باشید. کارشناسان ما در تمامی مراحل خرید، همراهتان هستند و به سوالاتتان پاسخگو خواهند بود.

تماس با مدیران آهن زاینده رود

ویژگی ها و مشخصات گندله چیست؟

گندله، در واقع حاصل از فرآوری سنگ آهن است با ساختاری متخلخل، که صرفاً یک ماده اولیه نیست، بلکه می توان آن را محصولی حیاتی و جزء لاینفک زنجیره ارزش صنعت فولاد به شمار آورد. این محصول ارزشمند، حاصل فرآوری دقیق و مهندسی شده کنسانتره سنگ ‌آهن مرغوب به همراه مواد افزودنی است. این محصولات میانی، در تغذیه کوره ‌های احیای مستقیم (DRI) و کوره‌ های بلند (BF) نقش اصلی را ایفا می‌کنند و برای تولید آهن اسفنجی و چدن مذاب، این دو ماده اولیه کلیدی در ساخت فولاد، مورد استفاده قرار می گیرد.

گندله دارای ساختاری متخلخل با میزان تخلخل قابل توجه است. این ویژگی منحصر به ‌فرد، سطح تماس ذرات را به طرز چشمگیری افزایش داده و راندمان فرآیند احیا در کوره‌ ها را به حداکثر می ‌رساند. چگالی حجمی مطلوب آن نشان ‌دهنده تراکم مناسب این ماده بوده و استحکام فشاری سردی که دارد تضمین‌ کننده مقاومت مکانیکی لازم در برابر نیروها و فشارهای وارده در حمل ‌و نقل، انبارداری و تغذیه کوره ‌هاست.

از لحاظ شیمیایی گندله ‌ها عمدتاً از آهن با عیار تقریبی ۶۴ درصد تشکیل شده‌ اند. در کنار آهن، عناصری نظیر سیلیس و آلومینا (حدود ۸ درصد) به عنوان ناخالصی ‌های ساختاری حضور دارند. همچنین، مقادیر اندکی از عناصر دیگر مانند فسفر و گوگرد نیز ممکن است در ساختار گندله یافت شوند که کنترل دقیق آن ‌ها در فرآیند تولید، از اهمیت بسزایی برخوردار است؛ چرا که حضور بیش از حد این عناصر می ‌تواند بر کیفیت محصول نهایی تأثیر منفی داشته باشد. در جدول زیر می توانید ویژگی ها و مشخصات شیمیایی این محصول را مشاهده کنید.

تولید گندله در ایران

ایران یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان گندله در جهان است. بر اساس گزارش سازمان توسعه و نوسازی معادن و صنایع معدنی ایران (ایمیدرو)، در سال ۱۳۹۹ بیش از ۴۶ میلیون تن گندله در کشور تولید شد که در مقایسه با سال ۱۳۹۸، این میزان تولید ۱۰ درصد افزایش داشته است. در بین شرکت‌ های تولیدکننده گندله، شرکت معدنی و صنعتی گل‌گهر با تولید ۱۰ تا ۱۲ میلیون تن در رتبه نخست قرار دارد. پس از آن، فولاد مبارکه اصفهان با تولید 7.3 میلیون تن در جایگاه دوم قرار گرفته است. سایر اطلاعات مربوط به تولیدکنندگان بزرگ گندله در کشور را می توانید در جدول زیر مشاهده کنید. (این اطلاعات مربوط به سال 1399 است)

انواع گندله چیست؟

گندله بر اساس مراحل و فرآیند تولید، شرایط استفاده و کاربردهایی که دارد، به انواع گوناگون تقسیم می ‌شود. این دسته ‌بندی ‌ها عمدتاً با توجه به نوع فرآوری حرارتی، کاربرد صنعتی و ساختار فیزیکی آن‌ ها انجام می‌گیرد. شناخت دقیق انواع گندله باعث می شود تا در فرایند تولید فولاد، مواد اولیه مناسب (از لحاظ کیفیت، بازده و صرفه‌ جویی در مصرف انرژی) انتخاب شده و مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه انواع گندله را معرفی کرده ایم. همراه ما باشید.

گندله سبز (Green Pellet)؛ گندله خام

گندله سبز یا خام، نوعی گندله است که در مرحله ابتدایی تولید قرار دارد و هنوز تحت فرآیند خشک ‌سازی یا پخت حرارتی قرار نگرفته‌ است. این نوع گندله از ترکیب کنسانتره سنگ‌ آهن، آب و مواد افزودنی مانند بنتونیت تشکیل می ‌شود و با استفاده از دستگاه‌ های گلوله ‌ساز (مانند دیسک یا درام) به شکل کروی در می ‌آید. گندله ‌های سبز دارای استحکام مکانیکی بسیار پایین بوده چرا که ذرات کنسانتره صرفاً توسط نیروهای سطحی و رطوبت موجود به یکدیگر متصل شده ‌اند و بسیار شکننده هستند؛ به همین دلیل نمی‌ توان آن‌ ها را مستقیماً در فرآیندهای احیای مستقیم یا کوره‌ های بلند استفاده کرد. این گندله‌ ها باید بلافاصله وارد مراحل بعدی (خشک ‌سازی و پخت) شوند تا به گندله پخته تبدیل شده و قابلیت استفاده در صنعت را پیدا کنند. در واقع، گندله سبز، پلی است میان آماده ‌سازی مواد اولیه و تولید گندله نهایی با خواص مطلوب.

گندله پخته شده (گندله پخته)

در این مرحله با هدف تقویت ساختار فیزیکی و افزایش مقاومت مکانیکی گندله، آن را در کوره هایی با دمای بالا قرار می دهند تا بتوان آن ها را به مواد با خواص و ویژگی های ایده آل برای استفاده در کوره های بلند یا کوره های احیای مستقیم تبدیل کرد. چرا که از این طریق می توان به محصول اولیه اصلی برای ساخت مقاطع فولادی دست یافت. گندله پخته به‌ دلیل ساختار متخلخل، مقاومت فشاری بالا و مقاومت در برابر ساییدگی، عملکرد بسیار خوبی در فرآیند تولید آهن دارد و با بهینه ‌سازی شرایط احیا، به افزایش راندمان و کیفیت محصول نهایی در زنجیره تولید فولاد کمک می‌کند. گندله پخته، در حقیقت نمادی از مقاومت و دوام است. استحکام مکانیکی بالای گندله پخته آن را در برابر نیروهای ناشی از انبارداری، حمل ‌و نقل‌ طولانی مدت و فشار وارده در کوره‌ های بلند و واحدهای احیای مستقیم، مقاوم ساخته است.

گندله پخته، در حقیقت خوراک اصلی کوره ‌های بلند برای تولید چدن مذاب (آهن خام) و همچنین ماده اولیه کلیدی در واحدهای احیای مستقیم برای تولید آهن اسفنجی (DRI) به شمار می ‌رود. از این رو کیفیت و خواص گندله پخته، تأثیر مستقیمی بر راندمان و کیفیت محصولات نهایی فولادی دارد.

گندله احیا مستقیم (Direct Reduced Pellet / Metallized Pellet)

گندله احیا مستقیم، محصولی است که پس از پخته شدن، وارد فرآیند احیای مستقیم (نظیر میدرکس MIDREX و HYL) می ‌شود تا اکسیژن موجود در ساختار آن با استفاده از گازهای احیا کننده مانند گاز طبیعی یا هیدروژن حذف شود. هدف از این فرآیند، حذف اکسیژن از ساختار اکسیدی آهن موجود در گندله پخته و تبدیل آن به آهن فلزی (Fe) با عیار بسیار بالاست. نتیجه ی این فرآیند، تولید آهن اسفنجی (DRI) یا آهن متالیزه با درصد خلوص آهن بالا (معمولاً بالای ۹۰٪) است که به ‌عنوان ماده اولیه در کوره ‌های قوس الکتریکی یا واحدهای فولاد سازی به‌ کار می‌ رود. گندله‌ های حاصل از فرایند احیا مستقیم به ‌دلیل تخلخل بالا و واکنش‌ پذیری مناسب، گزینه بسیار مناسبی برای استفاده در فرایند تولید فولاد است. با این وجود شکنندگی بیشتری نسبت به گندله پخته دارد و لازم است در شرایط خاص تری حمل و نگهداری شود.

آشنایی با فرایند کلی تولید گندله

فرآیند تولید گندله، با هدف تبدیل کنسانتره ‌آهن به محصولی با فرم، استحکام و ترکیب شیمیایی مناسب انجام می ‌شود که نیازمند ترکیبی دقیق از فناوری ‌های مکانیکی، حرارتی و شیمیایی است تا محصول نهایی هم از نظر کیفیت و هم از نظر عملکرد صنعتی در شرایط بهینه قرار گیرد. در این فرایند ضمن حفظ خواص مطلوب آهن، امکان حمل ‌و نقل آسان، انبار کردن طولانی ‌مدت و استفاده مؤثر از محصول نهایی در انواع کوره‌ ها فراهم می شود. این محصول میانی طی چند مرحله تولید می شود که عبارتند از:

آماده ‌سازی مواد اولیه

در این مرحله، کنسانتره ‌آهن (Iron Concentrate) با دقت انتخاب شده و با مواد افزودنی نظیر بنتونیت (به عنوان چسباننده)، آهک (به منظور کنترل خواص متالورژیکی و تشکیل فازهای مطلوب) و آب به نسبت ‌های مشخص مخلوط می ‌شود. ترکیب به دست آمده کلید تولید گندله‌ های همگن با خواص مطلوب است.

گلوله ‌سازی

مخلوط آماده شده به دستگاه ‌های گلوله ‌ساز منتقل می ‌شود. در این دستگاه‌ ها که معمولاً شامل دیسک‌ های شیب ‌دار چرخان (Pelletizing Disc) یا درام‌ های دوار (Pelletizing Drum) هستند، از طریق حرکت دورانی و غلتاندن ذرات، گلوله ‌های کوچک و کروی با اندازه‌ های مورد نظر تشکیل می ‌شوند. کنترل دقیق سرعت چرخش، زاویه دیسک یا درام و میزان تغذیه مواد، در تعیین اندازه و کیفیت گندله‌ های تولیدی نقش بسزایی دارد.

خشک‌ کردن

گندله ‌های مرطوب پس از خروج از دستگاه ‌های گلوله‌ ساز، وارد خشک‌ کن ‌های صنعتی می ‌شوند. هدف از این مرحله، حذف رطوبت اضافی از گندله ‌ها به منظور افزایش استحکام اولیه و جلوگیری از ترک خوردگی در مرحله پخت است. در این خشک ‌کن ‌ها معمولاً از هوای گرم برای تبخیر آب موجود در گندله ‌ها استفاده می‌ شود.

پخت گنداله

این مرحله، حیاتی‌ ترین بخش فرآیند تولید گندله به شمار می ‌رود. در مرحله ی پخت، گندله ‌های خشک شده وارد کوره‌ های مخصوص پخت (مانند کوره ‌های تونلی یا کوره ‌های گردان) می ‌شوند و در معرض دمای بسیار بالا قرار می‌گیرند. در این دما، واکنش ‌های شیمیایی و فیزیکی متعددی رخ می ‌دهد که منجر به تشکیل فازهای پیوندی قوی بین ذرات کنسانتره و مواد افزودنی شده و در نهایت، گندله ‌هایی سخت، متراکم و مقاوم در برابر سایش تولید می ‌شود. در فرایند پخت، کنترل دقیق دما و زمان پخت، از اهمیت بالایی برخوردار است.

محصول تولیدی این مرحله برای تولید آهن اسفنجی مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین می توان گفت مراحل تولید آهن اسفنجی از سنگ آهن، به این ترتیب است که ابتدا برای تهیه گندله، کنسانتره آهن را از سنگ آهن استخراج می کنند، سپس گندله ها را برای تولید آهن اسفنجی مورد استفاده قرار می دهند.

روش های صنعتی رایج برای پخت گندله

پیش تر گفتیم مرحله ی پخت گندله یکی از حساس ‌ترین و مهم‌ ترین مراحل در فرآیند گندله‌ سازی است که نقش تعیین ‌کننده ‌ای در استحکام، کیفیت و قابلیت استفاده از محصول نهایی در صنایع فولاد دارد. به طور کلی پخت گندله به دو روش صنعتی انجام می ‌شود که هرکدام ویژگی ‌ها، مزایا و محدودیت ‌های خاص خود را دارند. انتخاب روش مناسب پخت، بسته به نوع سنگ ‌آهن مصرفی، ظرفیت تولید، میزان مصرف انرژی، و شرایط فنی کارخانه صورت می‌گیرد. در میان روش ‌های متداول، دو فناوری لورگی(ژاپن) و آلیس چالمرز(آلمان) بیشترین کاربرد را در صنایع گندله ‌سازی ایران و جهان دارند و در هر کدام فرآیند گرمایش و خنک ‌سازی گندله در کوره های خاص، به شیوه ‌ای متفاوت انجام می‌ شود. تفاوت اصلی این دو روش، در نوع طراحی کوره و سیستم گرمایشی آن ‌هاست. در ادامه به معرفی این دو روش پرداخته ایم.

روش لورگی (Lurgi)

در بیشتر واحدهای گندله‌ سازی ایران مانند گل‌گهر و چادرملو از روش لورگی برای پخت گندله استفاده می شود، با استفاده از کوره‌ های بستر ثابت. به این ترتیب که گندله ها به صورت لایه ای روی چند شبکه‌ قرار گرفته و با عبور کنترل ‌شده هوای گرم از پایین به بالا، مراحل پیش‌گرمایش، پخت و خنک ‌سازی طی می ‌شود. از مزایای مهم این روش، انعطاف ‌پذیری در استفاده از انواع سنگ‌ آهن، شامل هماتیت، مگنتیت یا ترکیب آن‌ هاست.

روش آلیس چالمرز (Allis-Chalmers)

این روش مبتنی بر کوره دوار به همراه مرحله پخت نهایی در بستر متحرک است که بیشتر برای گندله‌ سازی با سنگ ‌آهن مگنتیتی کاربرد دارد و از نظر نوع ماده اولیه محدودتر است. گر چه هر دو روش از نظر کیفیت گندله نهایی قابل ‌قبول هستند، اما روش لورگی به دلیل مصرف بهینه انرژی و تطبیق ‌پذیری با مواد معدنی مختلف، در کشورهای که منابع سنگ ‌آهن متنوعی دارند، روش مناسب تری است.

هدف از تولید گندله آهن چیست؟

آیا تاکنون به این موضوع فکر کرده اید که چرا برای ساخت آهن اسفنجی و به طور کلی برای ساخت مقاطع فولادی از گندله آهن استفاده می شود؟ و اصلا هدف از تولید این محصول به عنوان ماده اولیه برای تولید فولاد چیست؟ در واقع هدف از تولید گندله آهن، بهره ‌مندی از مزایای متعدد آن در صنایع فولاد سازی و بهینه ‌سازی زنجیره تأمین مواد اولیه این صنعت است. گندله آهن، به عنوان محصولی فرآوری ‌شده از سنگ آهن، جایگاه ویژه ای در تولید محصولات فولادی داشته و نقش بسزایی در میزان کارایی فرآیندهای صنعتی ایفا می کند. برخی از مهم ترین مزیت های استفاده از گندله آهن عبارتند از:

• ارتقاء راندمان کوره ‌های احیا و ذوب: گندله آهن به دلیل اینکه کروی شکل است و ابعاد یکنواخت دارد، جریان یکنواخت گازها درون کوره را تسهیل کرده و سطح تماس مواد واکنش‌ دهنده را افزایش می ‌دهد. این امر به نوبه خود، تسریع و بهبود بازده واکنش ‌های شیمیایی در فرآیندهای احیا و ذوب را به دنبال خواهد داشت.
• کاهش مصرف انرژی: ساختار متخلخل و سطح فعال بالای گندله در مقایسه با سنگ آهن خام، باعث تسریع واکنش های شیمیایی شده که منجر به کاهش میزان سوخت مصرفی مورد نیاز در فرآیندهای ذوب و احیا نیز خواهد شد. از این رو، هزینه ‌های تولید نیز کاهش یافته و به ملاحظات زیست ‌محیطی نیز کمک شایانی می کند.
• افزایش استحکام مکانیکی: گندله آهن از استحکام مکانیکی مطلوبی برخوردار بوده و مقاومت قابل توجهی در برابر نیروهای وارده نظیر خرد شدن، سایش و فشارهای ناشی از حمل و نقل و انبارداری از خود نشان می ‌دهند. این ویژگی، سهولت و ایمنی در جابجایی و نگهداری این ماده اولیه ارزشمند را تضمین می ‌نماید.
• تضمین ترکیب شیمیایی یکنواخت: فرآیند تولید گندله امکان کنترل دقیق عناصر شیمیایی موجود در آن را فراهم می سازد. این یکنواختی در ترکیب شیمیایی، تولید فولاد با کیفیت پایدار و خواص مکانیکی قابل اطمینان را تسهیل نموده و از بروز نوسانات کیفی در محصول نهایی جلوگیری می‌ کند.
• کاهش اثرات زیست‌ محیطی: استفاده از گندله آهن در مقایسه با برخی دیگر از مواد اولیه مورد استفاده در صنعت فولاد، می ‌تواند به کاهش انتشار آلاینده‌ های زیست‌ محیطی نظیر گازهای گلخانه ‌ای و ذرات معلق (گرد و غبار) منجر شود. این امر، نقش مهمی در دستیابی به اهداف توسعه پایدار و کاهش اثرات منفی فعالیت‌ های صنعتی بر محیط زیست ایفا می‌ نماید.

کلام پایانی: ویژگی ها، مشخصات و کاربردهای گندله فولاد

گندله یکی از انواع محصولات میانی یا به عبارتی یکی از محصولات اولیه در ساخت و تولید مقاطع فولادی به حساب می آید که با ساختار مهندسی شده، مزایای اقتصادی و زیست‌ محیطی فراوانی در فرایند تولید این محصولات به همراه داشته و جایگاه خود را به عنوان یک ماده استراتژیک و ارزشمند در صنعت فولاد و صنایع وابسته تثبیت کرده است. این محصولات کروی شکل کوچک، نقش بسزایی در ارتقاء کیفیت تولید، کاهش هزینه ‌ها و حرکت به سوی صنعتی پایدار ایفا می‌کنند و همچنان به عنوان یکی از ارکان اصلی زنجیره تأمین فولاد، جایگاه خود را حفظ کرده اند.