گندله (Pellet) به گلوله‌های کوچک، متخلخل و سخت‌شده‌ای گفته می‌شود که عمدتاً از نرمه سنگ آهن و مواد افزودنی تولید می‌شوند. این ماده در واقع یک ماده اولیه میانی و بسیار مهم در زنجیره تولید فولاد است. هدف اصلی از تولید گندله، آماده‌سازی سنگ آهن دانه ریز و پودری شکل (که مستقیماً قابل استفاده در کوره‌های ذوب نیست) به شکلی مناسب برای فرآیندهای بعدی تولید آهن خام و فولاد است.

چرا گندله‌سازی ضروری است؟

سنگ آهنی که از معادن استخراج می‌شود، اغلب به صورت کلوخه‌های بزرگ و حاوی ناخالصی‌های زیاد است. برای افزایش عیار آهن و جداسازی ناخالصی‌ها، سنگ آهن تحت فرآیندهای خردایش، آسیاب و پرعیارسازی (کنسانتره‌سازی) قرار می‌گیرد. نتیجه این فرآیندها، کنسانتره سنگ آهن است که به صورت پودری بسیار ریز (با ذراتی در حد ۴۵ میکرون) و با عیار آهن بالا (معمولاً بالای ۶۰-۶۵ درصد) می‌باشد.

اما استفاده مستقیم از این کنسانتره پودری در کوره‌های بلند یا واحدهای احیای مستقیم (DRI) مشکلات جدی ایجاد می‌کند:

• تراوایی گاز نامناسب: پودر سنگ آهن باعث کاهش یکنواختی و تراوایی گاز در کوره می‌شود که راندمان فرآیند را به شدت پایین می‌آورد.

• خروج مواد از کوره: ذرات ریز پودر ممکن است با جریان گاز از کوره خارج شوند و اتلاف ماده ایجاد کنند.

• ایجاد گرد و غبار: حمل و نقل و استفاده از پودر سنگ آهن، آلودگی زیست محیطی و مشکلات بهداشتی ایجاد می‌کند.

اینجاست که فرآیند گندله‌سازی وارد عمل می‌شود. گندله‌سازی یک روش آگلومراسیون (Agglomeration) یا تجمع ذرات است که نرمه سنگ آهن را به گلوله‌های با اندازه یکنواخت و استحکام مکانیکی بالا تبدیل می‌کند.

فرآیند تولید گندله (گندله‌سازی)

فرآیند گندله‌سازی چند مرحله اصلی دارد:

1. آماده‌سازی مواد اولیه:

   • کنسانتره سنگ آهن: ماده اصلی که معمولاً از مگنتیت یا هماتیت پرعیار شده به دست می‌آید.

   • مواد افزودنی: برای بهبود خواص مکانیکی، شیمیایی و متالورژیکی گندله، مواد مختلفی اضافه می‌شوند. این مواد شامل:

     • چسباننده‌ها (Binders): مانند بنتونیت (رایج‌ترین) یا چسب‌های آلی که به چسبیدن ذرات پودر به یکدیگر کمک می‌کنند.

     • مواد شارژکننده (Fluxes): مانند آهک (سنگ آهک) یا دولومیت که برای تنظیم ترکیب شیمیایی گندله و بهبود خواص سرباره‌سازی در کوره‌های ذوب اضافه می‌شوند.

     • آب: برای ایجاد رطوبت لازم جهت شکل‌دهی.

     • عوامل احیاکننده: در برخی موارد، مقادیر کمی از مواد کربنی (مانند آنتراسیت یا کک ریز) برای بهبود احیاپذیری گندله اضافه می‌شوند.

   • این مواد به دقت اندازه‌گیری و با یکدیگر مخلوط و همگن می‌شوند.

2. تشکیل گندله‌های خام (Green Pellets Formation):

   • مخلوط آماده شده وارد دستگاه‌های گندله‌ساز می‌شود. رایج‌ترین انواع این دستگاه‌ها دیسک‌های گندله‌ساز (Pelletizing Discs) یا درام‌های دوار (Rotary Drums) هستند.

   • در این دستگاه‌ها، با چرخش و افزودن آب، ذرات پودر به یکدیگر می‌چسبند و به صورت گلوله‌های کروی شکل (گندله خام) در می‌آیند. اندازه این گلوله‌ها معمولاً بین ۸ تا ۱۸ میلی‌متر است.

   • گندله‌های خام، نرم و شکننده هستند و استحکام کافی برای حمل و نقل را ندارند.

3. عملیات حرارتی (Heat Treatment):

   • گندله‌های خام از طریق یک فرآیند حرارتی چند مرحله‌ای، سخت و مستحکم می‌شوند. این فرآیند معمولاً در کوره‌های پخت (Firing Kilns) یا گریت‌های متحرک (Travelling Grates) انجام می‌شود و شامل مراحل زیر است:

     • خشک کردن (Drying): حذف رطوبت سطحی و داخلی گندله با استفاده از هوای گرم.

     • پیش‌گرم کردن (Pre-heating): افزایش تدریجی دمای گندله تا حدود ۸۰۰-۹۰۰ درجه سانتی‌گراد.

     • پخت یا تف‌جوشی (Firing/Sintering): مهم‌ترین مرحله که در دماهای بسیار بالا (حدود ۱۲۵۰ تا ۱۳۵۰ درجه سانتی‌گراد) انجام می‌شود. در این مرحله، ذرات سنگ آهن به یکدیگر جوش می‌خورند (تف‌جوش می‌شوند) و گندله به استحکام مکانیکی و متالورژیکی مطلوب می‌رسد.

     • سرد کردن (Cooling): خنک کردن تدریجی گندله‌ها تا دمای محیط.

مزایای استفاده از گندله

استفاده از گندله در صنعت فولاد مزایای چشمگیری دارد:

• افزایش راندمان کوره: گندله‌ها به دلیل اندازه یکنواخت، تخلخل مناسب و استحکام بالا، باعث بهبود تراوایی گاز در کوره بلند یا کوره احیای مستقیم می‌شوند که منجر به افزایش راندمان تولید و کاهش مصرف انرژی می‌گردد.

• کاهش مصرف کک/عامل احیاکننده: به دلیل تخلخل و احیاپذیری بالای گندله، نیاز به کک یا عامل احیاکننده در کوره کمتر می‌شود.

• کاهش آلایندگی: فرآیند گندله‌سازی به خودی خود یک فرآیند کنترل‌شده است و می‌تواند به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای (مانند CO2) در مراحل بعدی کمک کند. همچنین، استفاده از گندله به جای سنگ آهن خام یا کنسانتره پودری، میزان گرد و غبار در محیط کار را کاهش می‌دهد.

• کیفیت یکنواخت محصول: گندله‌ها دارای ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی یکنواختی هستند که به تولید فولاد با کیفیت پایدار کمک می‌کند.

• سهولت حمل و نقل و نگهداری: شکل کروی و استحکام گندله‌ها، حمل و نقل و انبارداری آن‌ها را آسان‌تر می‌کند و ضایعات ناشی از خرد شدن را کاهش می‌دهد.

• استفاده بهینه از منابع: امکان استفاده از سنگ آهن‌های کم‌عیار و نرمه که در گذشته بلااستفاده بودند را فراهم می‌کند.

انواع گندله

گندله‌ها را می‌توان بر اساس معیارهای مختلفی دسته‌بندی کرد:

• بر اساس اندازه:

  • گندله‌های ریز: ۳ تا ۸ میلی‌متر (گاهی برای تولید کلوخه)

  • گندله‌های عادی: ۱۰ تا ۱۵ میلی‌متر (رایج‌ترین برای کوره‌های بلند و احیای مستقیم)

  • گندله‌های بزرگ: ۲۰ تا ۳۰ میلی‌متر (در صنایع سیمان یا کاربردهای خاص)

• بر اساس ترکیب شیمیایی:

  • گندله شارژکننده (Fluxed Pellets): حاوی مواد شارژکننده (مثل آهک) که به کنترل سرباره در کوره کمک می‌کنند.

  • گندله غیر شارژکننده (Non-Fluxed Pellets): بدون افزودنی‌های شارژکننده.

  • گندله دولومیتی: حاوی دولومیت.

• بر اساس کاربرد نهایی:

  • گندله کوره بلند (Blast Furnace Pellets): بهینه‌سازی شده برای استفاده در کوره‌های بلند.

  • گندله احیای مستقیم (DRI Pellets): دارای خلوص آهن بالاتر (معمولاً بالای ۶۷ درصد) و خواص احیاپذیری بهتر برای فرآیند احیای مستقیم.

جایگاه گندله در زنجیره تولید فولاد

در چرخه تولید فولاد، گندله یک حلقه ارتباطی حیاتی بین معدن سنگ آهن و کوره‌های ذوب است:

سنگ آهن خام (استخراج) → خردایش و آسیاب → پرعیارسازی (تولید کنسانتره) → گندله‌سازی (تولید گندله) → احیای مستقیم (تولید آهن اسفنجی) یا کوره بلند (تولید چدن خام) → فولادسازی → تولید محصولات فولادی نهایی

گندله‌سازی نه تنها مشکلات مربوط به استفاده از پودر سنگ آهن را حل می‌کند، بلکه با بهبود خواص بار کوره، به افزایش چشمگیر کارایی، کاهش هزینه‌ها و تولید فولاد با کیفیت بالاتر در مراحل بعدی کمک می‌کند.