خواص فیزیکی و مکانیکی گندله

تعداد بازدید: 6563
چهارشنبه 03 دي 1393

خواص فیزیکی و مکانیکی گندله

خواص مکانیکی و فیزیکی گندله ها (Mechanical and Physical Properties) از این لحاظ مهم است که گندله ها باید در حین حمل و نقل، خشک و سخت شدن در درجه حرارت بالا باید بارهای مکانیکی قابل ملاحظه را تحمل کنند. بنابراین آن ها باید مقاومت به سایش و استحکام فشاری کافی برابر خرد شدن را دارا باشند. بر اساس موارد استفاده گندله ها، خصوصیات لازم آنها فرق می کند. برای دستیابی به این خصوصیات از مواد افزودنی خاص استفاده می شود. همین طور دستگاه مورد استفاده برای تولید گندله باید بتواند خواص لازم را تامین کند. روش انتقال آن ها به واحد پخت باید طوری طراحی شود که کمترین ضربه و تنش بر گندله وارد آید.

در گندله های مصرفی درکوره بلند یا در روش های احیای مستقیم در روند احیا تغییراتی به وجود می آید که ممکن است باعث خرد و متلاشی شدن آن ها گردد، لذا بررسی خواص مکانیکی و فیزیکی گندله ها و احیا پذیری آن ها اهمیت شایان توجهی دارد. لازم است که آزمایش هایی به منظور تعیین خواص گندله، تحت شرایط استاندارد انجام شود.

کیفیت گندله ها به ویژگی شیمیایی، مکانیکی و متالورژیکی آن ها بستگی دارد. هر یک از خواص در روند تولید گندله، احیا و نیز ذوب و پالایش آهن اسفنجی و آهن خام موثر می باشند.

خواص فیزیکی گندله

از عوامل تعیین کننده گندله ها ابعاد، شکل، سطح ویژه، توزیع ابعاد، تخلخل، مقاومت به سایش و اصطکاک آن ها را می توان نام برد.

1- ابعاد گندله

گندله ها بر حسب اندازه در سه گروه قرار می گیرند:

-گندله ریز با قطر 3 تا 8 میلیمتر جهت کلوخه سازی و فرآیند هیدرومتالورژی

- گندله های عادی با قطر 10 تا 15 میلیمتر جهت استفاده در کوره بلند و واحد های احیای مستقیم

- گندله های بزرگ با قطر 20 تا 30 میلیمتر جهت استفاده در فولادسازی و مواد خام برای تولید سیمان

2- تخلخل گندله

تخلخل یکی از خواص ویژه گندله ها است و نقش مهمی در تمام مراحل گندله سازی و مصرف آن بازی می کند. در گندله های خام، تخلخل نتیجه حذف یکنواخت آب و تبخیر آن است. تخلخل در گندله روی خاصیت احیا شوندگی بسیار موثر است. با افزایش تخلخل خاصیت احیا شوندگی بسیاری از گندله ها تحت شرایط خاص افزایش می یابد. از طرف دیگر تخلخل نسبت معکوس با استحکام گندله دارد و افزایش آن باعث کاهش استحکام گندله می شود، لذا در تنظیم این دو عامل وضع بهینه باید انتخاب شود. تخلخل به اندازه ذرات و روش گندله سازی بستگی دارد و نقش مهمی در خشک کردن و پختن دارد. طی این مراحل رطوبت تبخیر شده و استحاله فازها رخ می دهد و مواد مجددا کریستالیزه می شوند. با در نظر گرفتن استحکام لازم، بهترین تخلخل گندله ها حدود 20 تا 30 درصد می باشد. تخلخل کل گندله ها، حجم حفره ها نسبت به حجم کل گندله خام تعریف شده است و با استفاده از اختلاف وزن مخصوص حقیقی و ظاهری از معادله زیر محاسبه می شود:

وزن ظاهری گندله ()

وزن مخصوص حقیقی گندله ()

3- رطوبت گندله

طبق تعریف رطوبت گندله خام مقدار آب گندله مرطوب () نسبت به وزن گندله خشک (W) بیان می شود. برای بیان رطوبت گندله معادلاتی تعیین گردیده که برای ارزیابی درصد رطوبت ماده خام به کار می روند:

روش های سنجش رطوبت مواد خام گندله

رطوبت مواد، مخلوط مواد و مواد خام گندله می تواند به طور مستقیم یا غیر مستقیم تعیین شود. هنگام انتخاب یک روش برای اندازه گیری درصد رطوبت موارد زیر باید ملاحظه شود:

- سرعت اندازه گیری

- کاربردی بودن روش در عملیات مداوم

ارزیابی درصد رطوبت می تواند به روش کاملا مستقیم بر اساس خشک کردن و توزین و در فرآیند مداوم توسط روش های الکتریکی و تابشی صورت گیرد. رطوبت از طریق خشک کردن و توزین نمونه ها تعیین می گردد و درصد وزنی نسبی رطوبت (نسبی W) محاسبه می شود:

Wنسبی=

Mw وزن نمونه مرطوب و Ms وزن نمونه خشک است.

1- تعیین رطوبت از طریق سنجش هدایت الکتریکی

برای تعیین رطوبت از طریق اندازه گیری هدایت از این واقعیت استفاده شده است که با افزایش درصد رطوبت هدایت الکتریکی افزایش می یابد. تجهیزات لازم برای این روش ساده، در دسترس هستند و محدودیت های دما، فشردگی مواد و نیز تماس نمونه ها با الکترودها وجود دارد.

2- تعیین رطوبت از طریق سنجش دی الکتریک

روش دی الکتریک بر پایه سنجش دی الکتریک آب استوار است که بالاتر از ثابت دی الکتریک مواد معدنی است. بنابراین هر چه رطوبت مواد بیشتر باشد ثابت دی الکتریک آن ها افزونتر می شود. با اندازه گیری ثابت دی الکتریک یا تغییرات آن در نمونه می توان به کمیت یا تغییرات رطوبت نمونه دست یافت. البته ضریب تصحیح نتایج برای در نظر گرفتن تاثیر دما و تراکم نمونه پایه باید در نظر گرفته شوند.

3- تعیین رطوبت از طریق سنجش تابش اشعه رادیو اکتیو

تعیین رطوبت به روش رادیواکتیو که عملا کمتر مورد استفاده قرار می گیرد، بر پایه تضعیف شدت اشعه گاما و بتا تابشی به نمونه و اندازه گیری آن اشعه ها استوار است. تضعیف اشعه در یک ضخامت معین از نمونه به میزان رطوبت آن ماده مربوط است.

4- تعیین رطوبت از طریق سنجش اشعه نوترونی

روش نوترونی به طور وسیعی برای اندازه گیری درصد رطوبت مواد به کار می رود. در این روش نوترون ها توسط اتم هیدروژن کند می شوند. اساس اندازه گیری بر این اصل استوار است که جریان نوترون های سریع ساطع شده، از مقطعی از ماده عبور و توسط هسته هیدروژن تغییر می کند و میزان تغییرات اندازه گیری می شود. اگر چه این شیوه سنجش رطوبت به ترکیب شیمیایی مواد حساسیت زیادی نشان می دهد اما مزیت آن در دقت و سرعت اندازه گیری است. امکان استفاده از آن در فرآیندهای مداوم و کنترل فرآیند وجود دارد.

درصد بهینه رطوبت گندله ها از طریق تجربه یا اندازه گیریهای آزمایشاهی قابلیت مواد برای جذب رطوبت تعیین می شود. روش های مختلفی برای تخمین رطوبت بهینه وجود دارد اما نتایج همواره با تجربیات واقعی در فرآیند گندله سازی مطابقت ندارند. طرح یک دستگاه ساده برای سنجش رطوبت در شکل زیر نشان داده شده است.

طرح دستگاه اندازه گیری رطوبت گندله ها

محفظه های این دستگاه با آب پر شده و نمونه ها برای حذف گازها در آب غوطه ور می شوند. در مدتی که سطح آب بالاتر از سطح حمام نمونه است، آب به طور یکنواخت از دو شاخه دستگاه به بیرون جریان می یابد. لحظه ای که آب به سطح بالای حمام نمونه می رسد، آب در قسمت مدرج فقط تا ارتفاعی که اختلاف سطح در لوله بر فشار مویینگی غلبه کند، بالا می رود. خواندن عدد روی بورت معرف مقدار رطوبت گندله است. اشکال این روش و روش های مشابه حذف تاثیر دینامیک گندله سازی است. به علاوه پخش ذرات در نمونه همواره معرف پخش آن ها در داخل گندله می باشد و به این دلایل درصد رطوبت تعیین شده با این روش ها تقریبی است.

خواص مکانیکی گندله

مهمترین خاصیت مکانیکی گندله ها، استحکام آن هاست که از مجموعه خواصی نظیر مقاومت فشاری، مقاومت به ضربه و فرسایش نتیجه می شود. هر یک از این خواص مستلزم آزمایش های جداگانه ای است.

- آزمایش استحکام فشاری گندله

استحکام مکانیکی که بر مبنای استحکام فشاری، مقاومت سایش و خرد شدن ارزیابی می شود، برای گندله های خام و پخته یکسان است. مقاومت فشاری گندله ها بر اساس استاندارد بین المللی ISO از طریق اعمال باری به صورت یکنواخت و تدریجی بر تک تک گندله های مستقر بین دو سطح موازی تا مرحله خرد شدن سنجیده می شود. مجموعا تعداد 50 تا 60 گندله به صورت تکی تحت فشار قرار داده و استحکام آن ها بر حسب نیوتن بر گندله بر آورده می شود. حداکثر نیروی لازم برای خرد شدن گندله، مقاومت یا استحکام فشاری نامیده می شود. از آنجایی که ابعاد گندله ها متفاوت است، نیروی لازم برای خرد شدن آن ها نیز کاملا متفاوت خواهد بود. برای بدست آوردن میانگین استحکام گندله ها باید تعداد زیادی گندله مورد آزمایش قرار گیرد و سپس متوسط استحکام فشاری آن ها تعیین می شود. استحکام گندله هایی با قطر 14 میلیمتر حدود 20 تا 50 نیوتن است.

در روش دیگر حدود 2 کیلوگرم گندله را با ابعاد 10 تا 15 میلیمتر پس از خشک شدن در داخل یک استوانه با قطر 200 میلیمتر ریخته و سپس با پیستون، نیرویی معادل 100 تن فشار روی آن ها اعمال می شود. آنگاه گندله ها از استوانه خارج و میزان درصد خرده گندله های بزرگتر از 5 میلیمتر به عنوان ضریب و یا مقاومت فشاری ارائه می شود.

- آزمایش استحکام سایشی گندله

استحکام سایشی گندله ها از طریق روش هایی مشابه آزمایش مقاومت کلوخه بررسی می شود. این آزمایش بر مبنای حرکت گندله ها در یک استوانه چرخان محتوی میله های فولادی در حال صعود و نزول و چرخش، صورت می گیرد. بدین ترتیب با چرخش استوانه در اثر سایش گندله ها به یکدیگر و نیز ضربه های وارد شده از گندله ها به یکدیگر، به میله ها و  بدنه استوانه، پس از مدتی معین، استوانه متوقف و میزان نرمه ایجاد شده توزین می شود. میزان نرمه ایجاد شده معیاری برای مقاومت به سایش گندله ها به شمار می آید.

در یک گندله مناسب ضریب فرسایش باید حدود 81 تا 90 درصد و ضریب ایجاد غبار کمتر از 3 تا 5 درصد باشد. وزن بار اولیه و ابعاد آن در استاندارد های مختلف متغیر می باشد، لذا در ضرایب داده شده باید نحوه آزمایش را نیز ذکر کرد.

- آزمایش استحکام در سقوط آزاد گندله

به منظور اندازه گیری استحکام گندله های خام و پخته مقاومت آن ها در برابر شکست در سقوط آزاد اندازه گیری می شود. استحکام در سقوط آزاد از طریق رها کردن گندله از فاصله 30 الی 45 سانتی متری روی صفحه ای فولادی به دست می آید. تعداد دفعات سقوط آزاد گندله بدون صدمه دیدن آن ها تعیین می شود. مجموعا تعداد 10 گندله مورد آزمایش قرار می گیرد و میانگین تعداد سقوط آن ها محاسبه می شود. در استاندارد های دیگر تعداد حقیقی گندله با ابعاد بزرگتر از 10 میلیمتر از ارتفاع 2 متری، چهار بار روی سطح بتنی رها می شود و سپس گندله ها جمع و ارزیابی از طریق سرند 10 میلیمتری صورت می گیرد. اگر گندله های خرد شده زیر 10 میلیمتر کمتر از 20 درصد باشد در این صورت مقاومت به ضربه گندله خوب و مناسب است.

آزمایش سقوط برای گندله های پخته نیز انجام می گیرد، اما تعداد دفعات سقوط و نیز ارتفاع سقوط چندین برابر است. در یک استاندارد دیگر ارتفاع رها شدن گندله ها 4 متر است و از طریق ارزیابی آنالیز سرند فوق، درصد مواد خرد شده، مشخص کننده مقاومت به ضربه می باشد، لذا مشخصات آزمایش مهم است و باید ارائه شود. تعداد دفعات سقوط آزاد گندله خام سالم و مناسب بین 4 تا 7 می باشد.

- آزمایش استحکام حرارتی گندله

گندله هایی که در کوره بلند یا در واحد های احیای مستقیم احیا می شوند در اثر انتقال از قسمت های مختلف کوره، تحت تاثیر شرایط متفاوتی از نظر دما قرار می گیرند. این تغییرات فیزیکی متنوع شامل تورم و متلاشی شدن است. گندله و کلوخه ها عملا به علت ویژگی آن ها در کوره ها متلاشی نمی شوند. این پدیده بیشتر مربوط به سنگ های آهن متراکم می باشد. دمای متلاشی شدن سنگ های آهن در حدود 500 درجه سانتی گراد قرار دارد.

عامل اصلی متلاشی شدن سنگ ها در اثر تبخیر سریع آب مولکولی و ترکیبی و هم چنین انبساط مختلف سنگ آهن در جهات مختلف شبکه بلوری آن است. تجربه نشان می دهد که وجود حدود 10 درصد تخلخل در سنگ ها، مانع از متلاشی شدن آن ها می شود. چون مقدار تخلخل در گندله و کلوخه همواره بیشتر از این حد است، لذا عملا کلوخه و گندله در اثر این عوامل متلاشی نمی شوند. اندازه گیری ضریب متلاشی شدن عبارتست از گرم کردن مواد با ابعاد بزرگتر از 20 میلی متر تا حدود 500 درجه سانتی گراد و سرد کردن آن ها در هوای آزاد و سپس دانه بندی و تعیین مقدار درصد دانه های زیر 0.5 میلیمتر. گاهی اوقات در این آزمایش دانه های کوچکتر از 5 میلیمتر اندازه گیری می شود و درصد آن ضریبی برای متلاشی شدن است. جهت تعیین مقاومت حرارتی گندله های خام، دمایی را که حداقل 80 درصد گندله های خشک شده صدمه نبینند اندازه گیری می شود. به این منظور 10 عدد گندله خام در کوره پیش گرم شده به مدت 10 دقیقه قرار داده می شوند و بعد از خارج کردن آن ها از کوره نسبت تعداد گندله های سالم به کل گندله ها معیاری برای استحکام حرارتی گندله ها خواهد بود. مقاومت در برابر شوک حرارتی، توانایی و مقاومت در برابر تغییرات ناگهانی است که به عواملی نظیر تخلخل، ابعاد ذرات و قطر گندله ارتباط دارد. مقاومت فشاری گندله در اثر گرم شدن به سرعت کاهش می یابد. گندله ها در داخل کوره بلند باید فشار اعمال شده از سایر مواد را که در روی آن ها قرار دارند تحمل کنند و خرد نشوند. اگر دما در کوره حدود 1000 درجه سانتیگراد و وزن مخصوص ظاهری بار حدود 2 گرم به ازای هر سانتی متر مکعب فرض شود فشار وارده بر یک سانتی متر مربع گندله 4 کیلوگرم می شود. با فرض اینکه گندله ها کروی و قطر آن ها 16 میلیمتر باشد ماکزیمم سطح گندله در مقابل فشار معادل حدود 2 سانتیمتر مربع است و در نتیجه فشار وارده بر آن حدود 8 کیلوگرم خواهد بود. با در نظر گرفتن ضریب اطمینان 2، هر گندله باید در دمای 1000 درجه سانتی گراد حدود 15 تا 20 کیلوگرم فشار را تحمل کند.

برای اندازه گیری مقاومت فشاری تحت دمای بالا، گندله در یک کوره در آتمسفر خنثی و دمای 1000 درجه سانتی گراد قرار می گیرد و نیروی لازم برای خرد کردن آن اندازه گیری می شود. باید توجه داشت که اندازه گیری مقاومت فشاری گندله در دمای 1000 درجه سانتیگراد وضع واقعی گندله را در کوره نشان نمی دهد زیرا در کوره های احیا در این درجه حرارت گندله تحت شرایط احیا نیز قرار دارد و عمل احیا در این درجه حرارت کاملا پیشرفته است و عملکرد احیا در تورم و خرد و متلاشی شدن گندله اثر بسیار مهمی دارد.

منابع و پیوندها

 

لغات و اصطلاحات خواص فیزیکی و مکانیکی گندله

Pellet گندله
Iron Ore کانی های آهن
Magnetite مگنتیت
Hematite هماتیت

 

خواص مکانیکی گندله
خواص فیزیکی گندله
Mechanical and Physical Properties
خواص فیزیگی گندله آهن
برچسب ها: گندله سازیفولاد سازیتولید آهنخواص فیزیکیآهن
بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان اصفهان 97
بیست و یکمین نمایشگاه تخصصی ساختمان اصفهان 97   عنوا ...بیشتر
نمایشگاه صنعت ساختمان البرز 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان البرز 97   عنوان: نمایشگ ...بیشتر
اولین نمایشگاه تخصصی سونا و جکوزی قزوین 97
نمایشگاه تخصصی سونا، استخر و جکوزی قزوین 97   عنوان: ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97
هفدهمین نمایشگاه تخصصی ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97   ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات سرمایشی گرمایشی همدان 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان،آسانسور، درب و پنجره، تجهیزات و تاسیسات سرمایشی و گر ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97
نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97   عنوان: نم ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنندج 97
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنن ...بیشتر
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز شهر آفتاب تهران 97
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز تهران 97   عنوان: ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97   عنو ...بیشتر
نمایشگاه تخصصی لوازم و تجهیزات خانه و آشپزخانه، حمام، سونا و استخر اصفهان 97
نمایشگاه تخصصی لوازم و تجهیزات خانه و آشپزخانه، حمام، سونا و استخر اصفهان 97 ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبریز 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبری ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر