利用炼钢工艺处理废塑料的工业试验研究

文 / 包向军 周剑波 陈 光

利用炼钢工艺处理废塑料的工业试验研究

文 / 包向军 周剑波 陈 光

利用废塑料与铁鳞进行混合，加热成型制成球团，并在80吨转炉生产条件下进行工业试验研究。结果表明：加入废塑料铁鳞球团后，钢水成分达标，并利于后期脱硫脱磷；在试验条件下，随着废塑料铁鳞球团加入量增加，渣中的Σw（FeO）呈上升趋势，有利于快速化渣；废塑料铁鳞球团能够替代OG 泥球团和矿石作为造渣剂使用；1吨废塑料铁鳞球团能够降低钢水温度35～40℃，介于矿石和OG泥球团之间。

炼钢工艺；废塑料；铁鳞；球团；工业试验

废塑料很大一部分来自于城市垃圾，具有成分复杂、含水率高、热值波动大、燃烧温度宽等特点[1-2]，由于含重金属、Cl等元素，在焚烧处理过程中不易燃尽，尤其在烟气冷却过程中容易产生二噁英等有毒物质，带来二次污染[3]。

炼钢转炉工艺具有高温、高氧化气氛和烟气急速降温的特点[4]，废塑料可以充分燃烧，避免二噁英产生。因此，利用炼钢转炉工艺处理废塑料具有独特的优势。

铁鳞(也称氧化铁皮)是炼钢厂及轧钢厂生产过程中的副产品，主要物相组成是磁铁矿(Fe3O4)和赤铁矿(Fe2O3) 构成，全铁(TFe)含量72%左右，属于低硫、低硅和低磷产物，可以代替铁矿石作是优良的造渣剂。

但是，钢铁厂产出的铁鳞大都以粉状为主[5-6]。如果不经造块，直接将氧化铁皮投入转炉会被高压气流吹走，造成污染和浪费。

本次工业试验以废塑料和铁鳞为原料，生产制造废塑料铁鳞球团，替代一部分矿石或OG泥冷固结球团，实现资源再利用的目的。

一、实验原料

1. 实验原料

实验原料为废塑料和含油铁鳞，先将废塑料拆包、破碎，按照一定比例与含油铁鳞混合均匀并加热，将物料中的水分干燥和废塑料软融后，送入成型机压制成球团。

2. 原料成分

废塑料铁球、OG泥冷固结球团和铁矿石的成分对比见表1。

从表1中可以看出，废塑料铁球的TFe含量最高，为59.3%，w(Si)最低为0.87%，S、P含量均小于OG泥球团，C含量与OG泥球团相当，可见，如果按照OG泥球团的加入方式进行处理，可以满足炼钢工艺要求。

3. 冷强度测试

试验对废塑料铁鳞球团、OG泥球团和铁矿石的冷强度进行测试。具体结果见表2。

从表2中可以看出，废塑料铁球的最小强度、最大强度和平均强度分别为600、2580和1099N/个，OG泥球团废的最小强度、最大强度和平均强度分别为130、1040和499N/个，铁矿石的最小强度、最大强度和平均强度分别为270、600和445N/个，在三种物料中废塑料铁球的强度最好。

4. 工业试验流程

废塑料铁鳞球团按照铁矿石或者OG泥球团的加入方式，直接送入转炉。通过兑铁水、吹氧过程中产生的冲刷、搅拌和混合，将废塑料铁鳞球团完全熔入钢水中，废塑料在此过程中充分分解和燃烧，并进入烟气系统。

具体工艺路线为：废塑料铁鳞球团通过汽车运输到辅料车间的地坑料仓，通过地下皮带输送机将物料送入炉顶料仓储存，转炉兑入铁水后，通过炉顶料仓下方振动给料器，将物料送入转炉内(见图1)。

二、试验结果和分析

1. 试验条件和检测数据

本次工业试验是在80 t转炉生产条件下完成，一共进行了12炉加料生产。试验炉次和铁水条件见表3。

从表3可见，试验炉次铁水温度均较高，平均1370℃，根据铁水温度确定废塑料铁球的加入量和各原辅料加入，其中废塑料铁鳞球团按照替代部分矿石或OG泥球团计算。具体加入量见表4。

2. 结果分析

1)钢水成分影响分析

试验测量加入废塑料铁鳞球团后铁水杯样成分(开吹5 min后取样)和终点钢水成分(按照平均值计)，具体见表5和表6。同加入OG泥球团和矿石相比，废塑料铁鳞球团在初期的脱S和脱P的作用并不明显，一方面和成分波动有关，另一方面也和加入时间和加入量有关。其终点P和S最低，说明铁鳞在充分进入熔渣后，对脱S和脱P有一定作用。

2)转炉渣成分分析

加入废塑料铁鳞球团后，初期渣化的较好，渣子具有较好的流动性，未发生喷溅，其中初期炉渣CaO、SiO2含量达到较高水平。从转炉的出渣和终渣的成分分析可以看出，加入废塑料铁鳞球团后初渣和终渣的TFe较高，分别达到14.09%和25.83%，碱度分别为2.21和4.23，相比较OG泥球团和铁矿石，废塑料铁鳞球团有较好的化渣作用（表7）。

试验结果还发现，当加入500kg废塑料铁鳞球团时初渣中Σ w(FeO)为6.4%，加入量达到1378 kg 时达到18.7%，加入量达到1644kg时达到14.8%，随着入炉废塑料铁鳞球团的增加，初期渣中Σ w(FeO)先增加后下降。这由于铁鳞中FeO含量较高，达到50%以上[6]，造成渣中的Σ w(FeO)增加，但增加到一定程度后，FeO浓度达到饱和并迅速扩散反应，造成浓度下降。图2为废塑料铁球量与初渣中Σ w(FeO)的关系。

3)炼钢温降影响

试验进行了3个炉次温降试验，当拉碳后温度偏高时加入废塑料铁鳞球团调温。试验数据表明，废塑料铁鳞球团的温降效果介于矿石和OG泥球团之间，1吨废塑料铁鳞球团的温降35～40℃，相对吨矿石温降50℃低10～15 ℃，相对OG泥球团温降30℃高5～10℃。可见，废塑料铁鳞球团对炼钢温度的影响效果可以取代部分OG泥球团和铁矿石。

4)对环境的影响

试验对现场加入废塑料铁鳞球团的冒烟情况进行了监控，未发现明显的冒烟现象。同使用矿石和OG泥球团时相比，没有明显差异。

三、结论

本次工业试验可以得出如下结论：

1.利用炼钢转炉工艺处理废塑料，不影响产品质量和渣成分，二次污染小，并对后期脱硫和脱磷有一定好处，可以实现废弃物资源再利用的目的；

2.从转炉渣取样分析可以发现，废塑料铁鳞球团具有较好的化渣效果，比OG泥球团化渣效果好，与矿石的化渣效果相当；

3.随着废塑料铁鳞球团加入量增加，渣中的Σ w(FeO)总体呈先上升后下降的趋势；

4.从冷却效果看，每吨废塑料铁鳞球团能够降低钢水温度35～40℃，介于矿石和OG泥球团之间，废塑料铁鳞球团能够替代矿石和OG泥球团作为冷却剂使用。

［1］ 余广炜，蔡九菊，廖洪强等. 利用焦化工艺处理废塑料试验研究［J］.钢铁，2004，39（12）：4-8.

［2］ 宋波，薛玲玲，龙凤等. 北京市生活类废塑料产生特性定量研究［J］.应用基础与工程科学学报，2011，19（2）：212-221.

［3］ 包向军，蔡九菊，罗光前等. 垃圾焚烧二恶英产生机理及控制对策［J］. 黄金学报，2001（4）：317-320.

［4］ 戴云阁，李文秀，龙腾春. 现代转炉炼钢［M］. 东北大学出版社，1998.

［5］ 王东彦，赵庆杰. 几种粘结剂对铁鳞含碳压块强度的影响［J］.烧结球团，1998，23（6）：25-27.

［6］ 任中兴，刘洪松. 轧钢氧化铁皮含油对烧结过程的影响［J］. 首钢科技，1998（8）：48-51.

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