利用煉鋼工藝處理廢塑料的工業(yè)試驗(yàn)研究

文 / 包向軍 周劍波 陳 光

利用煉鋼工藝處理廢塑料的工業(yè)試驗(yàn)研究

文 / 包向軍 周劍波 陳 光

利用廢塑料與鐵鱗進(jìn)行混合，加熱成型制成球團(tuán)，并在80噸轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)條件下進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：加入廢塑料鐵鱗球團(tuán)后，鋼水成分達(dá)標(biāo)，并利于后期脫硫脫磷；在試驗(yàn)條件下，隨著廢塑料鐵鱗球團(tuán)加入量增加，渣中的Σw（FeO）呈上升趨勢(shì)，有利于快速化渣；廢塑料鐵鱗球團(tuán)能夠替代OG 泥球團(tuán)和礦石作為造渣劑使用；1噸廢塑料鐵鱗球團(tuán)能夠降低鋼水溫度35～40℃，介于礦石和OG泥球團(tuán)之間。

煉鋼工藝；廢塑料；鐵鱗；球團(tuán)；工業(yè)試驗(yàn)

廢塑料很大一部分來自于城市垃圾，具有成分復(fù)雜、含水率高、熱值波動(dòng)大、燃燒溫度寬等特點(diǎn)[1-2]，由于含重金屬、Cl等元素，在焚燒處理過程中不易燃盡，尤其在煙氣冷卻過程中容易產(chǎn)生二噁英等有毒物質(zhì)，帶來二次污染[3]。

煉鋼轉(zhuǎn)爐工藝具有高溫、高氧化氣氛和煙氣急速降溫的特點(diǎn)[4]，廢塑料可以充分燃燒，避免二噁英產(chǎn)生。因此，利用煉鋼轉(zhuǎn)爐工藝處理廢塑料具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

鐵鱗(也稱氧化鐵皮)是煉鋼廠及軋鋼廠生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，主要物相組成是磁鐵礦(Fe3O4)和赤鐵礦(Fe2O3) 構(gòu)成，全鐵(TFe)含量72%左右，屬于低硫、低硅和低磷產(chǎn)物，可以代替鐵礦石作是優(yōu)良的造渣劑。

但是，鋼鐵廠產(chǎn)出的鐵鱗大都以粉狀為主[5-6]。如果不經(jīng)造塊，直接將氧化鐵皮投入轉(zhuǎn)爐會(huì)被高壓氣流吹走，造成污染和浪費(fèi)。

本次工業(yè)試驗(yàn)以廢塑料和鐵鱗為原料，生產(chǎn)制造廢塑料鐵鱗球團(tuán)，替代一部分礦石或OG泥冷固結(jié)球團(tuán)，實(shí)現(xiàn)資源再利用的目的。

一、實(shí)驗(yàn)原料

1. 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)原料為廢塑料和含油鐵鱗，先將廢塑料拆包、破碎，按照一定比例與含油鐵鱗混合均勻并加熱，將物料中的水分干燥和廢塑料軟融后，送入成型機(jī)壓制成球團(tuán)。

2. 原料成分

廢塑料鐵球、OG泥冷固結(jié)球團(tuán)和鐵礦石的成分對(duì)比見表1。

從表1中可以看出，廢塑料鐵球的TFe含量最高，為59.3%，w(Si)最低為0.87%，S、P含量均小于OG泥球團(tuán)，C含量與OG泥球團(tuán)相當(dāng)，可見，如果按照OG泥球團(tuán)的加入方式進(jìn)行處理，可以滿足煉鋼工藝要求。

3. 冷強(qiáng)度測(cè)試

試驗(yàn)對(duì)廢塑料鐵鱗球團(tuán)、OG泥球團(tuán)和鐵礦石的冷強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。具體結(jié)果見表2。

從表2中可以看出，廢塑料鐵球的最小強(qiáng)度、最大強(qiáng)度和平均強(qiáng)度分別為600、2580和1099N/個(gè)，OG泥球團(tuán)廢的最小強(qiáng)度、最大強(qiáng)度和平均強(qiáng)度分別為130、1040和499N/個(gè)，鐵礦石的最小強(qiáng)度、最大強(qiáng)度和平均強(qiáng)度分別為270、600和445N/個(gè)，在三種物料中廢塑料鐵球的強(qiáng)度最好。

4. 工業(yè)試驗(yàn)流程

廢塑料鐵鱗球團(tuán)按照鐵礦石或者OG泥球團(tuán)的加入方式，直接送入轉(zhuǎn)爐。通過兌鐵水、吹氧過程中產(chǎn)生的沖刷、攪拌和混合，將廢塑料鐵鱗球團(tuán)完全熔入鋼水中，廢塑料在此過程中充分分解和燃燒，并進(jìn)入煙氣系統(tǒng)。

具體工藝路線為：廢塑料鐵鱗球團(tuán)通過汽車運(yùn)輸?shù)捷o料車間的地坑料倉(cāng)，通過地下皮帶輸送機(jī)將物料送入爐頂料倉(cāng)儲(chǔ)存，轉(zhuǎn)爐兌入鐵水后，通過爐頂料倉(cāng)下方振動(dòng)給料器，將物料送入轉(zhuǎn)爐內(nèi)(見圖1)。

二、試驗(yàn)結(jié)果和分析

1. 試驗(yàn)條件和檢測(cè)數(shù)據(jù)

本次工業(yè)試驗(yàn)是在80 t轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)條件下完成，一共進(jìn)行了12爐加料生產(chǎn)。試驗(yàn)爐次和鐵水條件見表3。

從表3可見，試驗(yàn)爐次鐵水溫度均較高，平均1370℃，根據(jù)鐵水溫度確定廢塑料鐵球的加入量和各原輔料加入，其中廢塑料鐵鱗球團(tuán)按照替代部分礦石或OG泥球團(tuán)計(jì)算。具體加入量見表4。

2. 結(jié)果分析

1)鋼水成分影響分析

試驗(yàn)測(cè)量加入廢塑料鐵鱗球團(tuán)后鐵水杯樣成分(開吹5 min后取樣)和終點(diǎn)鋼水成分(按照平均值計(jì))，具體見表5和表6。同加入OG泥球團(tuán)和礦石相比，廢塑料鐵鱗球團(tuán)在初期的脫S和脫P(yáng)的作用并不明顯，一方面和成分波動(dòng)有關(guān)，另一方面也和加入時(shí)間和加入量有關(guān)。其終點(diǎn)P和S最低，說明鐵鱗在充分進(jìn)入熔渣后，對(duì)脫S和脫P(yáng)有一定作用。

2)轉(zhuǎn)爐渣成分分析

加入廢塑料鐵鱗球團(tuán)后，初期渣化的較好，渣子具有較好的流動(dòng)性，未發(fā)生噴濺，其中初期爐渣CaO、SiO2含量達(dá)到較高水平。從轉(zhuǎn)爐的出渣和終渣的成分分析可以看出，加入廢塑料鐵鱗球團(tuán)后初渣和終渣的TFe較高，分別達(dá)到14.09%和25.83%，堿度分別為2.21和4.23，相比較OG泥球團(tuán)和鐵礦石，廢塑料鐵鱗球團(tuán)有較好的化渣作用（表7）。

試驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入500kg廢塑料鐵鱗球團(tuán)時(shí)初渣中Σ w(FeO)為6.4%，加入量達(dá)到1378 kg 時(shí)達(dá)到18.7%，加入量達(dá)到1644kg時(shí)達(dá)到14.8%，隨著入爐廢塑料鐵鱗球團(tuán)的增加，初期渣中Σ w(FeO)先增加后下降。這由于鐵鱗中FeO含量較高，達(dá)到50%以上[6]，造成渣中的Σ w(FeO)增加，但增加到一定程度后，F(xiàn)eO濃度達(dá)到飽和并迅速擴(kuò)散反應(yīng)，造成濃度下降。圖2為廢塑料鐵球量與初渣中Σ w(FeO)的關(guān)系。

3)煉鋼溫降影響

試驗(yàn)進(jìn)行了3個(gè)爐次溫降試驗(yàn)，當(dāng)拉碳后溫度偏高時(shí)加入廢塑料鐵鱗球團(tuán)調(diào)溫。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，廢塑料鐵鱗球團(tuán)的溫降效果介于礦石和OG泥球團(tuán)之間，1噸廢塑料鐵鱗球團(tuán)的溫降35～40℃，相對(duì)噸礦石溫降50℃低10～15 ℃，相對(duì)OG泥球團(tuán)溫降30℃高5～10℃?？梢姡瑥U塑料鐵鱗球團(tuán)對(duì)煉鋼溫度的影響效果可以取代部分OG泥球團(tuán)和鐵礦石。

4)對(duì)環(huán)境的影響

試驗(yàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)加入廢塑料鐵鱗球團(tuán)的冒煙情況進(jìn)行了監(jiān)控，未發(fā)現(xiàn)明顯的冒煙現(xiàn)象。同使用礦石和OG泥球團(tuán)時(shí)相比，沒有明顯差異。

三、結(jié)論

本次工業(yè)試驗(yàn)可以得出如下結(jié)論：

1.利用煉鋼轉(zhuǎn)爐工藝處理廢塑料，不影響產(chǎn)品質(zhì)量和渣成分，二次污染小，并對(duì)后期脫硫和脫磷有一定好處，可以實(shí)現(xiàn)廢棄物資源再利用的目的；

2.從轉(zhuǎn)爐渣取樣分析可以發(fā)現(xiàn)，廢塑料鐵鱗球團(tuán)具有較好的化渣效果，比OG泥球團(tuán)化渣效果好，與礦石的化渣效果相當(dāng)；

3.隨著廢塑料鐵鱗球團(tuán)加入量增加，渣中的Σ w(FeO)總體呈先上升后下降的趨勢(shì)；

4.從冷卻效果看，每噸廢塑料鐵鱗球團(tuán)能夠降低鋼水溫度35～40℃，介于礦石和OG泥球團(tuán)之間，廢塑料鐵鱗球團(tuán)能夠替代礦石和OG泥球團(tuán)作為冷卻劑使用。

［1］ 余廣煒，蔡九菊，廖洪強(qiáng)等. 利用焦化工藝處理廢塑料試驗(yàn)研究［J］.鋼鐵，2004，39（12）：4-8.

［2］ 宋波，薛玲玲，龍鳳等. 北京市生活類廢塑料產(chǎn)生特性定量研究［J］.應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，19（2）：212-221.

［3］ 包向軍，蔡九菊，羅光前等. 垃圾焚燒二惡英產(chǎn)生機(jī)理及控制對(duì)策［J］. 黃金學(xué)報(bào)，2001（4）：317-320.

［4］ 戴云閣，李文秀，龍騰春. 現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼［M］. 東北大學(xué)出版社，1998.

［5］ 王東彥，趙慶杰. 幾種粘結(jié)劑對(duì)鐵鱗含碳?jí)簤K強(qiáng)度的影響［J］.燒結(jié)球團(tuán)，1998，23（6）：25-27.

［6］ 任中興，劉洪松. 軋鋼氧化鐵皮含油對(duì)燒結(jié)過程的影響［J］. 首鋼科技，1998（8）：48-51.

The Industrial Experiment Study on the Waste Plastic Disposal with Steelmaking Processes