本發(fā)明屬于煉鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用廢塑料和廢橡膠制作電弧爐煉鋼用泡沫渣的方法。

背景技術(shù)：

目前我國的塑料制品已近千萬噸，并且還以每年13%的增長速度在增長，因此，廢舊塑料數(shù)量也急劇增長。當(dāng)前社會上到處堆集著大量的廢棄塑料，形成所謂“白色污染”，而且廢棄的有機(jī)聚合材料（廢塑料）的有效處理方法是當(dāng)今世界各國面臨的最頭痛和最重要課題。這種聚合材料通常是由不能更新的石油化工材料制成的。2006年，在澳大利亞得到回收的塑料制品只占總數(shù)的15.9%，此外，大約有150萬噸的塑料制品被廢棄掉。

處理廢棄塑料通常有2種方法，一是焚燒掉；二是掩埋到地下。由于大量廢塑料制品的低密度特性和焚燒時產(chǎn)生污染環(huán)境的芳香族碳?xì)浠衔?，對人體很有害，所以不利于環(huán)境保護(hù)。其它聚合材料，如廢輪胎也對環(huán)境產(chǎn)生巨大挑戰(zhàn)。因為儲存大量廢輪胎，容易發(fā)生火災(zāi)，輪胎在低溫（<1000^oC）時，即能點燃。在世界上，大約有12億只輪胎被拋棄閑置著。我國輪胎年產(chǎn)量占世界第2位，我國每年產(chǎn)生的廢舊輪胎超過4億條，其中70%的廢輪胎資源沒有被回收利用。在澳大利亞，僅僅在2004年就有19.7萬噸的廢輪胎被拋棄到江河中。我國橡膠資源十分貧乏，橡膠原材料主要靠進(jìn)口，加強(qiáng)對廢舊的輪胎（橡膠）循環(huán)利用已經(jīng)刻不容緩。

電弧爐的電效率在很大范圍內(nèi)變化，從35%到90%。這個變化數(shù)據(jù)在很大程度上取決于電弧是否很好地被爐渣所覆蓋。如果電弧完全裸露在外，沒有被泡沫渣覆蓋，則大部分的電弧能量都輻射到爐墻上；如果電弧完全被泡沫渣覆蓋，則電弧能量全部加到熔池和渣中。即電弧爐泡沫渣不僅能減少電極和耐火材料的消耗，還能提高熱效率和縮短煉鋼時間。為此，本發(fā)明專利著重研究在電弧爐中制造高效率泡沫渣的工藝問題。由于泡沫渣能有效地吸收和捕獲電弧的熱損失，所以高效率的泡沫渣具有節(jié)省能源和減少投資的效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種利用廢塑料和廢橡膠制作電弧爐煉鋼用泡沫渣的方法，采用粉碎后的廢塑料和破碎成顆粒狀的廢輪胎(橡膠)作為電弧爐造泡沫渣的發(fā)渣劑原料(碳元素)和提供輔助能源，以提高電弧爐煉鋼效率，降低電弧爐煉鋼成本。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種利用廢塑料和廢橡膠制作電弧爐煉鋼用泡沫渣的方法，步驟如下：

（1）廢塑料和廢橡膠的粉碎；

（2）當(dāng)爐渣的溫度達(dá)到1600-1650℃及石灰石完全溶解時，開始向爐渣中噴入步驟（1）粉碎后的廢塑料和廢橡膠以及冶金級焦碳，此時爐渣層中存在著大量FeO，F(xiàn)eO被廢塑料和廢橡膠以及冶金級焦碳中的C還原，生成Fe和CO氣體，CO氣體被爐渣所捕獲形成泡沫渣；

（3）當(dāng)爐渣的溫度達(dá)到1650℃、粘度為0.001--0.003Pa?S、堿度為2.5~3.5時，為了產(chǎn)生大量泡沫渣，則向渣中再次噴射大量粉碎好的廢塑料和廢橡膠以及冶金級焦碳，并通入氧氣實行富氧操作，當(dāng)爐渣中O₂含量超過CO平衡曲線時，由于吹入大量廢塑料和廢橡膠以及冶金級焦碳和O₂，則產(chǎn)生多余的CO氣體，反應(yīng)方程式：2C+O₂=2CO，該CO氣體被爐渣捕獲后，形成大量泡沫渣。

所述步驟（1）中廢塑料和廢橡膠的粉碎方法如下：第一步采用輪胎抽絲，進(jìn)行抽鋼絲操作；第二步采用輪胎切割機(jī)，把輪胎切成碎塊。

所述步驟（1）中廢塑料和廢橡膠的粉碎方法采用整胎粉碎機(jī)進(jìn)行整體輪胎粉碎。

所述步驟（1）中廢塑料是密度為0.941g/cm³的廢棄聚乙烯塑料。

所述步驟（2）中廢塑料的用量為379kg/爐，廢橡膠的用量為406kg/爐，冶金級焦碳的用量為462kg/爐。

所述步驟（3）中廢塑料、廢橡膠和冶金級焦碳的質(zhì)量比為100:107:122。

所述步驟（3）中氧氣的通入速率為85m³/min。

本發(fā)明的有益效果：該發(fā)明對社會的最大貢獻(xiàn)是廢物利用，解決了廢塑料和廢輪胎（橡膠）對環(huán)境的污染問題，同時又提高了電弧爐煉鋼效率，降低了電弧爐煉鋼成本。利用廢塑料和廢輪胎（橡膠）能夠用來作為造電弧爐泡沫渣的發(fā)渣劑和碳元素原料，以及作為輔助能源。根據(jù)泡沫渣試驗記錄，當(dāng)冶金級焦碳同高密度聚乙烯塑料或廢輪胎（橡膠）顆粒混合噴入時，泡沫渣的容積比指標(biāo)比單獨噴入冶金級焦碳時好得多。根據(jù)上述泡沫渣性能的改進(jìn)事實，不僅證明了廢棄塑料和廢棄輪胎（橡膠）可以作為電弧爐煉鋼的原材料，具有以下優(yōu)點：利用廢棄塑料和廢棄輪胎（橡膠）同冶金級焦碳三者混合后，產(chǎn)生泡沫渣的能量增加了；采用高密度聚乙烯廢棄塑料造泡沫渣顯著地改進(jìn)了泡沫渣的性能，提高了電弧爐熔化率和電弧爐效率、減少了焦碳的消耗量和氧化鐵數(shù)量（利用廢棄塑料和廢棄輪胎（橡膠）混合物比單獨用焦碳的指標(biāo)好，每爐添加焦碳可減少50-100 kg /爐、渣中FeO的含量明顯減少），提高了電弧爐煉鋼效率、降低了電弧爐煉鋼成本，又減少了廢棄塑料和廢棄橡膠對環(huán)境的污染，適合我國國內(nèi)的電弧爐煉鋼工藝中推廣應(yīng)用。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，以下實施例僅用于說明本發(fā)明而非用于限制本發(fā)明的范圍，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。

實施例1

本實施例的利用廢塑料和廢橡膠制作電弧爐煉鋼用泡沫渣的方法，步驟如下：

（1）廢塑料和廢橡膠的粉碎：

第一步采用輪胎抽絲，進(jìn)行抽鋼絲操作，輪胎抽絲機(jī)：型號為 XY--P800 或XY--P1200 型。其功能是將鋼絲中的鋼絲整條抽出，則輪胎側(cè)部由于拉口的作用，造成橡膠撕裂，于是鋼絲和輪胎橡膠被順利地分離開了，剩下的輪胎橡膠再用XY--C800型輪胎切割機(jī)切成5 × 5mm 小碎料塊，就可以吹入爐內(nèi)了；

第二步采用輪胎切割機(jī)，把輪胎切成碎塊，輪胎切割機(jī)的型號為：XY--C800 或XY -- C1200；其功能是將各種輪胎橡膠塊、條任意割斷。適用于各種不同型號的橡膠輪胎、鋼絲輪胎、橡膠條等等的橡膠制品的切斷、切碎， 破碎成 5×5 mm見方的小碎料塊，即可以吹入爐內(nèi)了。

另外，也可以采用整胎粉碎機(jī)進(jìn)行整體輪胎粉碎。整胎粉碎機(jī)型號為：XY--SH800或XY--SH1200型。其功能是在常溫下對整塊輪胎或大塊橡膠塊，整個送入機(jī)腔內(nèi)，進(jìn)行粗破碎成19--80mm的塊狀。然后再進(jìn)行細(xì)破碎成需要的尺寸。破碎成5 ×5 mm見方的小碎塊，即可以吹入爐內(nèi)了。

（2）渣的泡沫化取決于渣的粘度，而渣的粘度又取決于渣的溫度和堿度。當(dāng)爐渣的溫度和粘度都合適時，即渣的溫度達(dá)到1600-1650℃及高堿度（石灰石完全溶解）時，便開始向爐渣中噴入破碎好的廢輪胎橡膠和廢塑料（C), 以及一部分冶金級焦碳，廢塑料的用量為379kg/爐，廢橡膠的用量為406kg/爐，冶金級焦碳的用量為462kg/爐；這時爐渣層中存在有大量氧化鐵FeO，則FeO被C還原，產(chǎn)生鋼（鐵）Fe和CO氣體，該CO氣體被渣所捕獲，則后者便成了泡沫渣；該階段的化學(xué)反應(yīng)式為 FeO+C=Fe+CO (泡沫狀）；

（3）當(dāng)爐渣的溫度達(dá)到1650℃、粘度為0.001~0.003Pa?S、堿度為2.5~3.5時，為了產(chǎn)生大量泡沫渣，則向渣中再噴射大量破碎好的廢輪胎橡膠和廢朔料，以及一部分冶金級焦碳和氧氣，實行富氧操作，廢塑料、廢橡膠和冶金級焦碳的質(zhì)量比為100:107:122，氧氣的通入速率為85m³/min；

富氧操作使?fàn)t渣泡沫化的基本原理是：當(dāng)爐渣中O₂含量超過CO平衡曲線（平衡的CO反應(yīng)方程式）時，由于吹入大量破碎好的廢輪胎橡膠和朔料以及一部分冶金級焦碳和，則產(chǎn)生多余的CO氣體，即： 2C+O₂=2CO。該CO氣體被爐渣捕獲后，后者便成了泡沫渣。由于采用富氧操作，這時已經(jīng)產(chǎn)生了大量泡沫渣，能完全把電弧覆蓋，它能使電弧穩(wěn)定燃燒。良好的泡沫渣能穩(wěn)定電極下端部電弧的熱力效應(yīng)和機(jī)械穩(wěn)定性。

（一）利用廢棄塑料和廢棄輪胎（橡膠）同冶金級焦碳三者混合后，發(fā)生泡沫渣（泡沫化）的能量增加了。對冶金級焦碳、廢塑料、廢橡膠中所含各元素及發(fā)熱量，經(jīng)實驗室試驗和化學(xué)分析，其結(jié)果示于表1。

表1 冶金級焦碳、廢塑料、廢橡膠所含元素的試驗分析結(jié)果

由表1可看出：廢塑料和廢輪胎（橡膠）的含碳量和發(fā)熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于僅僅采用冶金級焦碳的該值；而且其灰份又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于冶金級焦碳的該值，所以它是寶貴的泡沫渣造渣劑。因為泡沫渣在電弧爐煉鋼中非常重要，如果電弧完全被泡沫渣覆蓋，則電弧能量全部加到熔池和渣中，泡沫渣能有效地吸收和捕獲電弧的熱損失，所以對于電弧爐煉鋼工藝而言，高效率的泡沫渣具有節(jié)省能源和減少投資的效果。

（二）在電弧爐煉鋼工藝中，利用廢棄塑料和廢棄輪胎（橡膠）同冶金級焦碳三者混合后，制造的泡沫渣比單純采用冶金級焦碳好多了，它產(chǎn)生的泡沫渣的能量增加了，并且也顯著地改進(jìn)了泡沫渣的性能，其各項指標(biāo)都比單獨采用冶金級焦碳的指標(biāo)好。表2示出了通過實驗得出的采用不同造渣材料的各項指標(biāo)對比數(shù)據(jù)。

表2 采用不同造渣材料的各項指標(biāo)對比數(shù)據(jù)

由表2可看出：利用廢塑料和廢輪胎（橡膠）混合物比單獨使用焦碳的指標(biāo)好，比如，拿電耗指標(biāo)來說：當(dāng)單獨用焦碳時為424kWh/t, 而采用廢輪胎（橡膠）時為：412 kWh/t, 而噴入廢高密度塑料時，則為406 kWh/t。而且每爐添加焦碳可減少50-100kg / 爐。渣中FeO的含量也明顯減少了。西安太行冶金技術(shù)工程有限公司研究成功的采用廢塑料和廢橡膠作為造電弧爐泡沫渣的碳材料，使廢物得到了利用，降低了電弧爐煉鋼成本，又解決了環(huán)境污染問題。

（三）在實際電弧爐上，利用廢塑料和廢橡膠混合物代替一部分冶金級焦碳的試驗已經(jīng)在某鋼廠進(jìn)行了。根據(jù)在該鋼廠采用噴入廢輪胎（橡膠）和焦碳混合物的試驗效果數(shù)據(jù)示于表3。

表3 在某鋼廠噴入廢橡膠和焦碳混合物的試驗效果

表3數(shù)據(jù)是根據(jù)在某鋼廠的試驗記錄中得出的。各項指標(biāo)均優(yōu)于只噴入焦碳時的指標(biāo)。

根據(jù)泡沫渣試驗記錄，當(dāng)冶金級焦碳同高密度聚乙烯塑料或廢橡膠顆粒混合物噴入時，泡沫渣的容積比指標(biāo)比單獨噴入冶金級焦碳好得多。根據(jù)上述各個指標(biāo)的改進(jìn)事實說明了：利用廢塑料和焦碳的混合物作為碳元素原料來制造泡沫渣，利用廢輪胎（橡膠）顆粒作為泡沫渣發(fā)渣劑和碳（C)原料，不僅證明了廢塑料和廢輪胎（橡膠）可以作為電弧爐煉鋼的原材料，還提高了電弧爐熔化率和電弧爐效率、減少了焦碳的消耗量和氧化鐵（FeO）數(shù)量，而且該技術(shù)的最大優(yōu)點是解決了環(huán)境污染問題。綜上所述，該專利產(chǎn)品的用途是用于冶金企業(yè)電爐煉鋼廠，作為電弧爐煉鋼工藝中造泡沫渣的原材料。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。