گندله و آهن اسفنجی دو محصول مهم در صنعت فولاد هستند، که در فرایندهای مختلف تولید فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرند. هر کدام از این مواد دارای ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود هستند. گندله گلوله‌های کوچکی است که مواد خام مورد استفاده در کوره‌های بلند است و آهن اسفنجی از فرآیند ترکیب گندله با گازهای طبیعی در کوره‌های احیای مستقیم تولید می‌شود. در این مقاله قصد داریم تا با این دو ماده خام ارزشمند بیشتر آشنا شده و تفاوت‌های آنها را مورد بررسی قرار دهیم؛ با ما همراه باشید.
تعاریف گندله آهن و آهن اسفنجی
گندله به گلوله‌های کوچکی از سنگ آهن گفته می‌شود که طی فرایندهای خاصی از سنگ آهن پودر شده و مواد افزودنی تهیه می‌شود. گندله‌ها پس از طی مراحل پخت و خشک شدن، در کوره‌های بلند و احیا مستقیم به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شوند.
آهن اسفنجی محصولی است که از احیای مستقیم سنگ آهن به دست می‌آید. این محصول در فرایند احیا مستقیم بدون ذوب شدن سنگ آهن و از طریق واکنش‌های شیمیایی با گازهای احیا کننده تولید می‌شود. این ماده به عنوان ماده اولیه در کوره‌های قوس الکتریکی و سایر فرایندهای تولید فولاد استفاده می‌شود.
گندله آهن و آهن اسفنجی هر دو ماده اولیه تولید فولاد هستند، اما خودشان محصول فرآیندی دیگر بوده و طی این فرآیندهای متفاوت، خواص فیزیکی و شیمیایی کاملا متفاوتی را بدست آورده‌اند.
اولین تفاوت این دو ماده در فرآیند تولید آنهاست. برای ساخت گندله، ابتدا سنگ آهن پودر شده را با بتونیت، آهک و آب مخلوط می‌کنند. مخلوط حاصل وارد دستگاه گندله‌ساز شده و با تحمل فشار و حرارت، به گلوله‌های گندله آهن تبدیل می‌شود. سپس این گلوله‌ها در کوره‌هایی با دمای بسیار بالا پخته شده و پس از رسیدن به استحکام و تراکم مورد نظر، سرد شده و بسته‌بندی می‌شوند.
آهن اسفنجی در کوره‌های احیای مستقیم از ترکیب سنگ آهن یا گندله آهن با گازهای کربن مونوکسید یا هیدروژن تولید می‌شود، شاید بهترین راه برای بیان تفاوت میان این دو ماده این جمله باشد: " گندله می‌تواند ماده اولیه تولید آهن اسفنجی باشد." .
گندله ظاهری یکنواخت و گلوله مانند داشته و حاوی 60 الی 70 درصد آهن است. آهن اسفنجی ظاهری متخلخل و اسفنجی داشته و حاوی درصد آهن بسیار بالاتری است. معمولا درصد آهن موجود در آهن اسفنجی حدود 90 درصد است.
گندله‌ها ماده اولیه کوره‌های بلند هستند، این کوره‌ها برای تولید چدن و آهن اسفنجی استفاده می‌شوند. در کوره‌های احیا مستقیم نیز با استفاده از گندله‌های آهن و گاز هیدروژن یا کربن مونوکسید، آهن اسفنجی تولید می‌شود. گندله‌های آهن به عنوان ماده افزودنی در تولید سیمان نیز کاربرد دارند.
آهن اسفنجی ماده اولیه تولید فولاد است؛ این ماده به صورت مستقیم در کوره‌های قوس الکتریکی و کوره‌های القایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سنگ آهن برای تبدیل شدن به آهن اسفنجی دو راه پیش رو دارد؛ می‌تواند به صورت مستقیم توسط فرآیند احیا تبدیل شده و انرژی ناچیزی را مصرف کند، یا ابتدا در فرآیند گندله سازی شرکت کرده و سپس در کوره‌های احیای مستقیم به آهن اسفنجی تبدیل شود.
واضح است که راه اول ساده‌تر بوده و انرژی کمتری را هدر می‌دهد. برای این که راه ساده‌تر را انتخاب کنیم باید شناخت کافی از مسیر داشته باشیم. در ادامه با بررسی نسبت تبدیل گندله به آهن اسفنجی و ضریب تبدیل آهن اسفنجی به شمش، این مسیر را مورد تحلیل قرار می‌دهیم.
نسبت تبدیل گندله به آهن اسفنجی
تبدیل گندله به آهن اسفنجی از طریق فرایند احیای مستقیم انجام می‌شود. این فرایند نقش مهمی در صنعت فولاد دارد و نسبت تبدیل گندله به آهن اسفنجی از اهمیت زیادی برخوردار است. در فرایند احیای مستقیم، گندله‌های آهن در کوره‌های احیا با استفاده از گازهای احیا کننده مانند هیدروژن و مونوکسید کربن به آهن اسفنجی تبدیل می‌شوند. این فرایند در دمایی پایین‌تر از نقطه ذوب آهن انجام می‌شود. بنابراین آهن به شکل جامد باقی می‌ماند.
نسبت تبدیل گندله به آهن اسفنجی به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله کیفیت گندله، کارایی کوره احیا و شرایط کارگاه. به طور معمول از هر ۱۰۰۰ کیلوگرم گندله، حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ کیلوگرم آهن اسفنجی به دست می‌آید. این نسبت معمولاً بین ۰.۶ تا ۰.۷ متغیر است.
ضریب تبدیل آهن اسفنجی به شمش
آهن اسفنجی در کوره‌های قوس الکتریکی ذوب و به فولاد مذاب تبدیل شده و به شمش‌های فولادی تبدیل می‌شود. فرایند ذوب و تصفیه آهن اسفنجی در کوره‌های قوس الکتریکی به کیفیت و خلوص محصول نهایی بستگی دارد.
ضریب تبدیل آهن اسفنجی به شمش فولادی معمولاً بین ۰.۸ تا ۰.۹ متغیر است. این به معنای آن است که از هر ۱۰۰۰ کیلوگرم آهن اسفنجی، حدود ۸۰۰ تا ۹۰۰ کیلوگرم شمش فولادی به دست می‌آید.
سخن پایانی
گندله و آهن اسفنجی هر دو مواد مهمی در صنعت فولاد بوده و هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. تفاوت‌های اصلی این دو محصول شامل فرایند تولید، شکل و ظاهر، کاربردها، محتوای آهن، فرایند احیا و مصرف انرژی است. درک این تفاوت‌ها می‌تواند به بهبود تصمیم‌گیری‌ها و بهینه‌سازی فرایندهای تولید در صنعت فولاد کمک کند.