دستگاه تست استحکام گندله پخته
مقاومت فشاری سرد (Cold Compression Strength)، که به‌عنوان استحکام خرد شدن سرد نیز شناخته می‌شود، معیاری برای سنجش توانایی یک ماده در تحمل نیروی فشاری در دمای اتاق است. این ویژگی نشان می‌دهد که یک ماده تا چه میزان فشار را قبل از شکست یا خرد شدن تحمل می‌کند. این معیار به‌ویژه در بررسی مواد سرامیکی مانند آجرهای نسوز اهمیت دارد، زیرا عملکرد آن‌ها تحت بارگذاری در دماهای بالا ارزیابی می‌شود. دستگاه تست استحکام گندله پخته‌شده نیروی موردنیاز برای شکست گندله را اندازه‌گیری می‌کند که به آن قدرت خرد شدن (CCS) نیز گفته می‌شود. این دستگاه برای آزمایش استحکام گندله‌های سنگ آهن و سایر مواد مشابه در صنایع فولادسازی و گندله‌سازی به کار می‌رود. این دستگاه مطابق با استاندارد بین‌المللی مانند ISO 4700 طراحی و ساخته شده است تا کیفیت و استحکام گندله‌ها را ارزیابی کند. از مهم‌ترین قابلیت‌های آن می‌توان به تجزیه‌وتحلیل آماری خودکار نتایج آزمایش اشاره کرد که شامل میانگین قدرت خرد شدن، درصد تغییرات (CV%)، انحراف استاندارد (SD) و محاسبه نیروی فشاری CCS می‌شود.
عملکرد دستگاه (CCS)
این دستگاه با اعمال نیروی فشاری بر روی گندله بین دو صفحه موازی، میزان مقاومت آن را در برابر خرد شدن ارزیابی می‌کند. مقدار نیروی اعمال‌شده به‌طور مداوم ثبت شده و تا لحظه شکست کامل گندله اندازه‌گیری می‌شود.
نمونه‌های آزمایشی گندله سنگ آهن (برای ارزیابی استحکام قبل از احیا)
به منظور ارزیابی استحکام گندله‌های سنگ آهن قبل از فرآیند احیا و تبدیل آن‌ها به آهن اسفنجی، نمونه‌های آزمایشی باید مطابق با استانداردهای مربوطه تهیه شوند. این استانداردها ابعاد و نحوه آماده‌سازی نمونه‌ها را برای انجام آزمون‌هایی نظیر مقاومت فشاری سرد (CCS) مشخص می‌کنند.
ابعاد استاندارد نمونه‌های گندله:
بر اساس استانداردهای رایج در صنعت گندله‌سازی (مانند ISO 4700 که قبلاً به آن اشاره شد)، نمونه‌های آزمایشی گندله معمولاً به صورت کروی با قطر مشخص انتخاب می‌شوند. قطر این گندله‌ها می‌تواند متغیر باشد، اما معمولاً در محدوده 9 تا 16 میلی‌متر قرار دارد. برای اطمینان از نتایج دقیق و قابل مقایسه، توصیه می‌شود از گندله‌هایی با قطر یکنواخت در هر آزمایش استفاده شود.
آزمون مقاومت فشاری سرد (CCS) برای گندله:
همانطور که قبلاً اشاره شد، آزمون مقاومت فشاری سرد (Cold Compression Strength - CCS) برای تعیین میزان نیرویی که گندله قبل از خرد شدن می‌تواند تحمل کند، انجام می‌شود. روش انجام این آزمون برای گندله مشابه با مواد سرامیکی است، با این تفاوت که ابعاد و شکل نمونه متفاوت است.
محاسبه مقاومت خردشدگی سرد (CCS) برای گندله:
با توجه به اینکه نمونه‌های گندله کروی هستند، برای محاسبه مساحت سطح مقطع عمود بر نیروی اعمال شده، باید از میانگین قطر گندله استفاده شود. مساحت دایره با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود:
که در آن:
- A = مساحت سطح مقطع (میلی‌متر مربع)
- π ≈ 3.14159
- r = شعاع گندله (میلی‌متر)
سپس، مقاومت خردشدگی سرد (CCS) با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود:
S=A/W
که در آن:
- S = مقاومت خردشدگی سرد (مگا پاسکال - MPa)
- W = کل حداکثر بار نشان داده شده توسط دستگاه آزمایش (نیوتن - N)
- A = میانگین مساحت سطح مقطع گندله (میلی‌متر مربع)
اهمیت استحکام خام گندله در فرآیند تولید آهن اسفنجی
استحکام مناسب گندله‌های سنگ آهن نقش حیاتی در فرآیند تولید آهن اسفنجی دارد. گندله‌های با استحکام کافی در برابر نیروهای مکانیکی ناشی از بارگیری، انتقال و قرارگیری در راکتور احیا مقاومت کرده و از خرد شدن و تولید گرد و غبار بیش از حد جلوگیری می‌کنند. این امر به موارد زیر کمک می‌کند:
- بهبود راندمان فرآیند احیا: حفظ ساختار گندله‌ها امکان عبور یکنواخت گاز احیاکننده را فراهم می‌کند.
- کاهش افت فشار در راکتور: جلوگیری از تجمع ذرات ریز ناشی از خرد شدن گندله‌ها.
- بهبود کیفیت آهن اسفنجی: جلوگیری از اختلاط ذرات ریز با محصول نهایی.
- کاهش هزینه‌های نگهداری: کاهش نیاز به تمیزکاری و تعمیرات ناشی از تجمع گرد و غبار.
بنابراین، اندازه‌گیری و کنترل استحکام گندله‌های سنگ آهن از طریق آزمون‌هایی مانند CCS، یک گام ضروری در تضمین عملکرد بهینه و کیفیت محصول در فرآیند تولید آهن اسفنجی است. استفاده از دستگاه‌های تست استحکام مطابق با استانداردهای بین‌المللی، امکان ارزیابی دقیق و مقایسه نتایج را فراهم می‌آورد.
اجزای اصلی دستگاه (CCS)
- سیستم اعمال نیرو: این سیستم با استفاده از موتور و سنبه وظیفه اعمال نیرو و شکستن گندله‌ها را بر عهده دارد.
- دیسک: دیسک وظیفه جابجایی گندله در صفحه تست را بر عهده دارد. فرآیند تولید این قطعه شامل ماشین‌کاری دقیق و برش لیزری است.
- فیدر: این بخش گندله‌ها را به دیسک منتقل می‌کند. از آنجایی که این قطعه شامل اجزای متعددی است و احتمال گیر کردن گندله‌ها در آن وجود دارد، در ساخت آن از فرآیندهای پیشرفته مانند CNC استفاده می‌شود.
- سنسورهای الکترونیکی: این سنسورها حرکت گندله‌ها و دیسک را تشخیص داده و اطلاعات را به برد الکترونیکی دستگاه ارسال می‌کنند.
- تابلو برق: این بخش وظیفه تأمین و کنترل برق قسمت‌های مختلف دستگاه را بر عهده دارد.
- برد الکترونیکی: این برد به عنوان مغز دستگاه، تمامی بخش‌ها را کنترل می‌کند. طراحی برد به گونه‌ای است که اطلاعات را با سرعت بالا پردازش می‌کند، به‌طوری‌که تعداد داده‌های جمع‌آوری‌شده از لودسل بیش از 1000 داده در ثانیه است.
- صفحه نمایش: از طریق نمایشگر دستگاه می‌توان بخش‌های مختلف را کنترل و تنظیمات لازم را انجام داد.
- نرم‌افزار کامپیوتری: علاوه بر صفحه نمایش، کنترل دستگاه تست استحکام به‌صورت خودکار از طریق یک برنامه کامپیوتری نیز امکان‌پذیر است. این دستگاه را می‌توان هم از طریق نمایشگر و هم از طریق رایانه کنترل کرد. با استفاده از نرم‌افزار می‌توان دستگاه را کالیبره کرده و تنظیمات تمامی قطعات را تغییر داد.
ویژگی دستگاه تست استحکام گندله پخته (CCS)
- این دستگاه قادر است میانگین قدرت خرد شدن، انحراف استاندارد (SD)، و نیروی فشاری CCS را محاسبه کند.
- قدرت خرد شدن (CCS) حداکثر نیروی فشاری است که باعث شکست کامل یک گندله سنگ آهن می‌شود.
- نیروی فشاری بین دو صفحه موازی با سرعت یکنواخت 15 ± 5 میلی‌متر در دقیقه در کل فرآیند تست اعمال می‌شود.
- دستگاه مجهز به سیستم چرخ‌دنده‌ای با ظرفیت 10 کیلو نیوتن است که امکان اعمال بار با سرعت یکنواخت را فراهم می‌کند.
- دارای لودسل 10 کیلو نیوتنی برای اندازه‌گیری دقیق نیرو.
- مجهز به نشانگر بار با قابلیت نمایش مقدار اوج بار، نگه داشتن مقدار نمایش داده‌شده، و خاموش شدن خودکار پس از رسیدن به حداکثر بار یا شکست گندله.
کاربرد دستگاه استحکام گندله پخته
- مناسب برای استفاده در صنایع فولاد، معادن گندله، مؤسسات تحقیقاتی، و بازرسی‌های کیفی ورودی و خروجی
- کنترل کیفیت: حصول اطمینان از اینکه گندله های سنگ آهن دارای استانداردهای مقاومتی مورد نیاز هستند.
- تحقیق و توسعه: بررسی تأثیر پارامترهای مختلف فرآوری بر استحکام گندله.
- بهینه سازی فرآیند: استفاده از نتایج آزمایش برای بهینه سازی فرآیند گندله سازی برای حداکثر استحکام و دوام
تفاوت بین استحکام خام و پخته گندله چیست؟
گندله خام به دلیل عدم پخت، خواص مکانیکی پایینی دارد. برای افزایش مقاومت و سختی، گندله‌ها در کوره‌های مخصوص حرارت داده می‌شوند تا به خواص بهینه برسند. این گندله‌های پخته‌شده به دلیل مقاومت و سختی بالاتر، برای استفاده در کوره‌های بلند و فرآیند احیای مستقیم مناسب هستند.