نوآوری تحولآفرین در گندلهسازی؛ کاهش بنتونیت و ارتقای کیفیت با بایندر پلیمری PTB
صنعت گندلهسازی همواره با چالش ایجاد تعادل میان استحکام مکانیکی، کیفیت متالورژیکی و عیار آهن روبهرو بوده است. یکی از مهمترین عوامل محدودکننده در این مسیر، مصرف بنتونیت بهعنوان بایندر رایج است. پژوهش علمی معتبری که در سال ۲۰۲۴ در Journal of Materials Research and Technology منتشر شده، راهکاری نوآورانه برای حل این چالش ارائه میدهد که میتواند مسیر گندلهسازی صنعتی را دگرگون کند.
بنتونیت اگرچه نقش مهمی در شکلدهی و استحکام گندله خام دارد، اما به دلیل دارا بودن مقادیر قابل توجهی سیلیس و آلومینا، اثر منفی مستقیمی بر عیار آهن میگذارد. بررسیها نشان میدهد که با هر یک درصد افزایش ناخالصیهای حاصل از بنتونیت، عیار آهن بین ۰.۴ تا ۰.۶ درصد کاهش مییابد. از این رو، کاهش مصرف بنتونیت به یک ضرورت جدی برای تولیدکنندگان گندله با کیفیت بالاتر تبدیل شده است.
نوآوری اصلی این پژوهش، معرفی یک بایندر پلیمری جدید با نام PTB است. در این روش، بهجای استفاده از دو درصد بنتونیت، ترکیبی شامل یک درصد بنتونیت و تنها ۰.۰۱ درصد PTB به کار گرفته شده است. نکته قابل توجه آن است که این مقدار بسیار اندک از بایندر پلیمری، توانسته نقش ساختاری مهمی در فرآیند گندلهسازی ایفا کند.
بررسی رفتار حرارتی PTB نشان میدهد که این بایندر تا دمای حدود ۷۰۰ درجه سانتیگراد پایدار باقی میماند و پس از آن تجزیه میشود. تجزیه کنترلشده PTB منجر به ایجاد ساختار متخلخل در گندله میشود؛ ساختاری که انتقال اکسیژن در لایههای گندله را بهبود داده و شرایط مناسبتری برای اکسیداسیون فراهم میکند. نتیجه این فرآیند، رشد بهتر دانههای هماتیت و ارتقای کیفیت متالورژیکی گندله است.
از منظر استحکام مکانیکی، نتایج بهدستآمده بسیار قابل توجه است. در مرحله پیشگرم، گندلههای حاوی PTB در دمای هزار درجه سانتیگراد و زمان ماند یازده دقیقه، به استحکامی در حدود ۵۵۶ نیوتن بر گندله دست یافتهاند که برای عبور ایمن از مرحله زنجیر–گریت کاملاً مناسب و حتی فراتر از انتظار است. در مرحله پخت نهایی نیز، استحکام فشاری گندلهها در دمای ۱۲۵۰ درجه سانتیگراد و همان زمان ماند، به حدود ۲۸۷۹ نیوتن بر گندله رسیده که بهوضوح بالاتر از حداقل استاندارد صنعتی محسوب میشود.
بهبود خواص شیمیایی و متالورژیکی نیز از دیگر دستاوردهای مهم این نوآوری است. استفاده از PTB باعث افزایش عیار آهن از ۶۳.۸۰ درصد به ۶۴.۳۵ درصد شده و همزمان میزان FeO را بهطور محسوسی کاهش داده است. علاوه بر این، شاخص احیا افزایش یافته که نشاندهنده واکنشپذیری بهتر گندله در فرآیندهای احیای مستقیم است. این ویژگی، گندله تولیدی با PTB را به گزینهای مناسبتر برای واحدهای DR تبدیل میکند.
در یک جمعبندی فنی میتوان گفت که افزودن تنها ۰.۰۱ درصد بایندر پلیمری PTB، امکان کاهش یک درصدی مصرف بنتونیت را بدون افت کیفیت فراهم کرده است. گندلههای حاصل از این روش، از اکسیداسیون بهتر، تخلخل کنترلشده، عیار آهن بالاتر و عملکرد متالورژیکی مطلوبتری برخوردارند و از نظر صنعتی کاملاً کاربردپذیر هستند.
با توجه به نتایج این پژوهش، استفاده از بایندرهای پلیمری نوین مانند PTB میتواند فرصتی جدی برای صنعت گندلهسازی ایران نیز باشد. کاهش مصرف بنتونیت، افزایش کیفیت محصول و کاهش هزینه مواد اولیه، این روش را به گزینهای عملی و جذاب برای پیادهسازی در مقیاس پایلوت و صنعتی تبدیل میکند؛ مسیری که میتواند گامی مؤثر در ارتقای رقابتپذیری زنجیره فولاد کشور باشد.