مواد اولیه برای تولید گندله

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

سنگ های آهن:
مهم ترین و عمده ترین مواد اولیه تولید گندله را سنگ های آهن 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.

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.

باید مجددا کنسانتره ها نرم تر شوند، به طوری که قسمت عمده ذرات سنگ آهن به ابعاد زیر 45 میکرون 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 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.

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.

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 تأثیر مطلوب دارد.

در هر حال مواد آلی تأثیری 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.

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 مهم ترین مواد افزودنی به بار گندله، آب است. کمیت و کیفیت آب می تواند تأثیر 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 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 تأثیر دارد. با افزایش قطر گندله ها مقدار آب لازم افزایش می یابد.