بخشی از مقاله
چکیده
تبدیل مگنتیت به هماتیت و تبلور مجدد فاز هماتیت همواره در مراحل مختلف پخت گندلههاي خام سنگ آهن از اهمیت فراوانی برخوردار بودهاست. دلیل این امر وابستگی کیفیت استحکام و احیاپذیري گندلهها به تکمیل این فرایندها است. در پژوهش حاضر تلاش شده است که با تغییر پارامترهاي حرارتی، تاثیر شرایط پخت بر ترکیب شیمیایی گندلههاي نهایی بررسی میگردد. مشاهده شد که با افزایش دما و زمان پخت، میزان مگنتیت در گندلهها بطور پیوسته افزایش مییابد که با توجه به گسترده بودن منطقه پخت، حاکی از حساسیت زیاد کنترل دما در این منطقه است. اما نحوه سرد شدن نیز بر ترکیب شیمیایی گندله تاثیرگذار است. بطوریکه اگر گندلهها به آرامی سرد شوند میزان مگنتیت در آن تقریبا ناچیز خواهدبود.
مقدمه
امروزه به دلایل اقتصادي، دیگر نمی توان بدون آمادهسازي کانه آهن آن را بهطور جدي در کوره بلند یا کارخانههاي احیاي مستقیم به فولاد تبدیل کرد. با توجه به نقش گندلهسازي در فرآیند آمادهسازي کانه آهن، ضروري است که بهترین شرایط ممکن براي انجام آن در نظر گرفته شود. یکی از واکنشهایی که احتمال وقوع آن حین پخت گندلههاي خام در کوره پخت وجود دارد، تجزیه هماتیت است که به افول خواص مکانیکی گندله تولید شده منجر میشود .[1] در مورد گندلههاي تولیدشده در کارخانههاي صنعتی، همیشه در ارتباط با شرایط تجزیه هماتیت ابهام وجود داشته است [2]؛ بهنحوي که در هر واحد گندلهسازي توجه زیادي به محدوده بالایی دما و زمان لازم براي پخت معطوف میشود. از زمان طرح این مسئله در 45 سال پیش [5-3] تاکنون تحقیقی جامع و کاربردي پیرامون سینتیک واکنش تجزیه هماتیت انجام نشدهاست.
با استفاده از کنسانتره هماتیت تولید شده در کارخانه هماتیت مجتمع گلگهر سیرجان گندله هاي هماتیتی ساخته میشود. عملآوري گرمایی گندلهها نیز تا حد امکان مشابه با رژیم دمایی کوره پخت کارخانه گندله سازي این مجتمع انجام شد تا بتوان نتایج بهدست آمده را تا حد ممکن به گندلههاي ساخت این شرکت تعمیم داد.
روش تحقیق
براي ساخت گندله، حدود بیست کیلوگرم کنسانتره از شیر خروجی دستگاه جدایش مغناطیسی با شدت بالاي کارخانه هماتیت مجتمع گلگهر برداشت شد. پس از خشک شدن کنسانتره، یک مرحله جداسازي شدت پایین بر روي نمونه انجام شد.
بهمنظور دستیابی به اندازه مناسب، کنسانتره به مدت 45 دقیقه در آسیاي گلولهاي مورد خردایش قرار گرفت. عدد بلین1 نمونه نهایی 1927 سانتی متر مربع بر گرم بود. کنسانتره پس از مخلوط شدن با 8 درصد وزنی آب، 0/5 درصد بنتونیت و 1 درصد آهک در همزن طی چند مرحله روي دیسک گندلهسازي ریخته شد. زاویه دیسک نسبت به خط افق 44/5 درجه و سرعت گردش آن 18 دور بر دقیقه بود. ترکیب شیمیایی گندلههاي خام با استفاده از آنالیز فلوئورسانس اشعه ایکس بررسی شد که در جدول 1 نشان داده شدهاست. اما براي شناسایی میزان هماتیت و مگنتیت موجود در گندلههاي پخته شده از روش آنالیز شیمیتر بهره گرفتهشد.
براي عملآوري حرارتی گندلهها از کوره تیوبی ساخت شرکت آذرکوره استفاده شد. با توجه به اختلاف دماي ثبتشده توسط واپایشگر کوره و دماي محل دقیق قرارگیري کوره، از یک ترموکوپل نوع K براي تعیین پروفایل دما در کوره استفاده شد. بنابر نتایج بهدست آمده اختلاف دماي منطقه میانی لوله با دماي ثبتشده بهوسیله واپایشگر حدود 50 درجه سلسیوس بود.
گندلههاي خام بلافاصله پس از تشکیل داخل یک خشککن با دماي 120 درجه سلسیوس قرار گرفتند. با تلاش براي انجام عمل پخت گندلهها مطابق با رژیم حرارتی مورد استفاده در کارخانه گندلهسازي مجتمع گلگهر، گندلهها در مدت 15 دقیقه تا 50 سانتیمتري داخل لوله داخل شدند - حدود دویست درجه کمتر از دماي منطقه میانی - . گندلهها به مدت -8دقیقه9 در منطقه میانی کوره قرار گرفته و سپس سریعاً سرد شدند. دماي منطقه میانی در آزمایشهاي انجام شده بهطور متوسط 1212، 1311، 1360 و 1370 درجه سلسیوس بود.
نتایج و بحث
با بررسی ترکیب شیمیایی گندلههاي پخته شده در شرایط گوناگون میتوان تأثیر پارامترهایی مانند دما و زمان پخت به همراه شرایط اتمسفري و سرعت سرد شدن را بر ترکیب شیمیایی گندلههاي نهایی بررسی کرد.
میزان هماتیت و مگنتیت گندلههاي پخته شده در دماهاي مختلف در شکل 1 نشان داده شدهاست. در گندلهي پخته شده در دماي 1212 درجه سلسیوس، میزان مگنتیت در اثر اکسیداسیون کاهش یافتهاست. در گندلهي پخته شده در دماي 1311درجه سلسیوس نیز تقریباً همان میزان مگنتیت وجود دارد. اما با افزایش دماي پخت تا سطوح 1360 و 1370 درجه سلسیوس، درصد مگنتیت باقیمانده نیز روند صعودي پیدا کردهاست. در شکل 2 نیز میزان هماتیت و مگنتیت پخته شده طی زمانهاي گوناگون نشان داده شدهاست. با توجه به ثابت بودن دماي پخت 1370 - درجه سلسیوس - مشخص میشود که کاهش زمان تأثیر قابل توجهی بر میزان مگنتیت بوجود آمده در گندلهها نداشته است.
در شکل 3 ترکیب شیمیایی دو گروه گندلهها که در دماي 1370 درجه سلسیوس پخته شدهاند، ارائه شدهاست. گندلههاي گروه اول در هوا پخته شده و با سرعت متفاوت سرد شدهاند. طبق انتظار، سرد کردن آرام گندلههاي پخته شده در دماي مذکور باعث میشودکه مگنتیت ثانویه اکسید شده و میزان هماتیت در گندله افزایش یابد. در اینصورت گرچه میزان هماتیت گندله در سطح مطلوب قرار دارد اما باید توجه داشت که هماتیت به وجود آمده از اکسیداسیون مگنتیت ثانویه، فرصتی براي تبلور مجدد نداشته و احتمالاً از استحکام کافی برخوردار نیست. گندلههاي گروه دوم در شرایط اتمسفري متفاوت پخته شده و سپس در نیتروژن سرد شدند. کاملاً واضح است که با افت فشار اکسیژن میزان مگنتیت باقیمانده در گندلهها به طور چشمگیري افزایش یافته است. این امر با نتایج بهدست آمده از آنالیز حرارتی پودر هماتیت خالص نیز مطابقت دارد.
نتیجه گیري
در این تحقیق، تاثیر پارامترهایی همچون دما، زمان و اتمسفر کوره بر ترکیب شیمیایی گندلهها با انجام عملیات پخت گندلههاي هماتیتی مشابه با رژیم دمایی کوره پخت کارخانه گندلهسازي گلگهر
