专利名称：利用电弧炉将粉状工业废弃物回收再利用的炼钢方法
技术领域：
本发明涉及一种利用电弧炉的炼钢方法，特别涉及一种利用电弧炉将粉状工业废弃物回收再利用的炼钢方法。
背景技术：
所谓粉状工业废弃物，泛指于工业生产中，所产生的粉尘废弃物，可分为上浮而经由集尘设备收集而得的集尘灰，以及下沉的底灰等。而目前集尘灰来源主要是来自于钢铁业、非铁金属冶炼业、垃圾焚化炉、水泥工业、纸浆工业等。而底灰则主要来自于垃圾焚化炉、锅炉等。而对于这些粉状工业废弃物经由毒性溶出试验检测，可分为一般工业废弃物以及有害工业废弃物两类。其中，对于一般工业废弃物者，例如，煤灰、蔗渣烟炉灰等，可外送直接掩埋或直接回收再利用。而对于有害工业废弃物者，例如垃圾焚化飞灰等，为符合无害化的处理原则，目前大部分均是采取委托清理行业经由适当固化处理后再掩埋处置的方式处理。
然而，由于掩埋用地取得不易，且一般垃圾焚化飞灰(含反应灰)是属于含有有害重金属成分，以及有机污染物质的有害工业废弃物，因此，垃圾焚化飞灰固化物中的重金属及有机污染物仍有溶出的可能性，若加以掩埋用地的阻挡屏蔽设备设置不良，则容易导致二次公害。
因此，在强调土地使用及废弃物资源化为目标的今日，对于处理产量庞大的垃圾焚化飞灰等粉状有害工业废弃物而言，必须寻求多元化再利用处理技术的开发，以达到无害化、减小容积，以及资源回收再利用的处理原则。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能将含有炼钢原料的成份的粉状工业废弃物，于电弧炉的高温熔融环境下，作为炼钢原料的部分来源，且能将该粉状工业废弃物中的污染物予以破坏去除，而在不影响电弧炉炼钢品质及产量的条件下，能有效回收该粉状工业废弃物而予以资源化再利用，并能降低炼钢成本的利用电弧炉将粉状工业废弃物回收再利用的炼钢方法。
本发明提供了一种利用电弧炉将粉状工业废弃物回收再利用的炼钢方法，其特征在于其包含有一加料步骤、一电弧炉熔融步骤、一废弃物添加步骤、一电弧炉氧化步骤、一电弧炉还原步骤、以及一出钢步骤。该加料步骤是将炼钢原料自该电弧炉的炉顶添加入该电弧炉中。该电弧炉熔融步骤是借由一高电压供电系统，在炉内产生高温电弧，使炼钢原料熔融成液态钢水。该废弃物添加步骤是将含有炼钢所需成分的粉状工业废弃物添加入该电弧炉中，同时与上述液态钢水熔融混合，用以供作炼钢所需原料的部分来源。该电弧炉氧化步骤是在持续高温作用下，所述的液态钢水中所含的杂质会被氧化成固态氧化渣，而所述的粉状工业废弃物中的污染物质则被破坏去除。该电弧炉还原步骤是再借由所述的粉状工业废弃物中所含有的成分，与所述的液态钢水中的剩余氧化物反应，以使所述的液态钢水达洁净状态。该出钢步骤是将已呈洁净状态的液态钢水倒入一盛钢桶中。
图1是一流程图，说明本发明利用电弧炉将粉状工业废弃物回收再利用的炼钢方法的一较佳实施例。
图2是该较佳实施例的一流程说明图。
具体实施例方式
本发明的其他特征及优点，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中，将可清楚地明白。
如图1、2所示，为本发明利用电弧炉将粉状工业废弃物回收再利用的炼钢方法的一较佳实施例，一般电弧炉主要是由一耐高温的炉体、一移动式炉盖，以及一支以上插置于该炉盖上并通入该炉体内的人造石墨电极所组成。而该较佳实施例依序包含有一加料步骤1、一电弧炉熔融步骤2、一废弃物添加步骤3、一电弧炉氧化步骤4、一电弧炉还原步骤5、一出钢步骤6、一精炼步骤7，以及一连铸成型步骤8。
在该加料步骤1中，先将炼钢原料以炉顶加料方式自该电弧炉的炉顶添加入该炉体中。而该炼钢原料以一般的民间废铁、汽车废铁、废铁压块，及拆船废铁为主。
在该电弧炉熔融步骤2中，借由一高电压供电系统，将高压电流通入这种人造石墨电极而产生电弧，而电弧温度高达约3000℃，借此高温而将炉内的废铁料熔融成为液态钢水。接着，在该废弃物添加步骤3中，再将含有炼钢所需成分的粉状工业废弃物添加入该电弧炉中，同时与上述该液态钢水熔融混合，用以供作炼钢所需原料的部分来源。而本实施例中的粉状工业废弃物是为垃圾焚化飞灰(含反应灰)，该垃圾焚化飞灰(含反应灰)中含有约40～60wt％的石灰物质，以及重金属成分(例如铁、锰等)。由于，在电弧炉炼钢生产中，通常会加入适当配料比例的焦炭及石灰物质(例如石灰石、生石灰等)。所以，利用该粉状工业废弃物中所含有的大量石灰物质，就可作为取代炼钢原料中的生石灰/石灰的来源，而有效降低炼钢所需配料成本。
本实施例中，该炼钢原料与该粉状工业废弃物的重量比例是为90∶3～4。将该炼钢原料分成三到四次添加，也就是说，在第一次加料作业时，先将部分的炼钢原料加入该电弧炉的炉内，而在该炼钢原料熔融成液态钢水后，再进行该废弃物添加步骤2，而将该粉状工业废弃物依比例部分添加入炉内，并使粉状工业废弃物完全融合入该液态钢水中。之后，依此类推再依序添加部分的炼钢原料及对应的粉状工业废弃物进入炉内等动作重覆三到四次等，使其完全熔融成液态钢水。用以确保该粉状工业废弃物能均匀地融合于高温的液态钢水中。
接着，在该电弧炉氧化步骤4中，于持续高温作用下，该液态钢水中所含的杂质会被氧化成气态氧化物(例如一氧化碳、二氧化碳等)、粒状物(例如氧化铁、氧化锰、氧化锌、二氧化矽，及其他重金属成分等)，以及固态氧化渣(主要成分为氧化钙、氧化镁、氧化铁、二氧化硅等)。而所产生的气态氧化物及粒状物会经由集尘设备(例如，袋滤式集尘器)予以收集处理。且于高温熔融状态下，该粉状工业废弃物中的有机污染物质(例如二噁英与呋喃)则会被有效地破坏去除，而达良好的污染物去除成效。
而在该电弧炉还原步骤5中，由于一般炼钢生产中，在该电弧炉氧化步骤4后，会再添加入一些焦炭、石灰物质或脱硫剂等，与该液态钢水中的氧化物进行还原反应，产生浮渣并去氧脱硫，以净化该液态钢水。所以，借由该粉状工业废弃物中所含有的高量的石灰物质，就可作为在此电弧炉还原步骤5中取代一般所需添加的石灰物质的来源，而节省炼钢配料的成本。
接着，在该出钢步骤6中，将该液态钢水倒入一盛钢桶中，此时，该液态钢水的温度约达1580℃～1630℃之间。所以，借由该液态钢水中的该粉状工业废弃物所含的高量石灰物质，就能取代作为该炼钢材料中的石灰物质的来源，使得该电弧炉氧化步骤4及电弧炉还原步骤5中，不需再额外添加入石灰物质。而且，借着提取该粉状工业废弃物中的锰、铁等金属成分，而有助于减少该炼钢材料中的合金铁的耗用。因此，使得该粉状工业废弃物中的石灰物质与金属成分能予以有效回收再利用。
所以，在出钢步骤6完成之后，本发明的基本实施态样就已宣告完成。以后则是对本发明所完成出钢步骤6后的液态钢水再作后续的精炼作业。
然后，再接续进行精炼步骤7，将盛装有该液态钢水的盛钢桶的内部的钢液倒入一精炼炉中，进行精炼。同时，并添加入精炼材料，以适应不同钢制产品的规格需求，并提高液态钢水的纯度。该精炼材料是为选自于下列所构成的群组硅铁、锰铁、硅锰铁、脱硫剂，以及上述材料的组合。由于一般精炼过程中，会再添加入焦炭及石灰物质，用以去除该液态钢水中存在的有害物质与非金属中间产物，而形成固态还原渣，使得液态钢水能达到更洁净状态，而炼成高品质镇静钢，使得所炼成的钢坯能发挥其物化与机械性质的最佳机能。
最后，在该连铸成型步骤8中，再将该精炼步骤7后所获得的高度洁净的液态钢水进行浇铸程序，或置入一连续铸造机中进行连铸程序，就能完成一钢坯的制作。
而借由本发明利用电弧炉将粉状工业废弃物回收再利用的炼钢方法，分别所制成的SD420、SD280钢种的钢坯与制成的钢筋，其化学成分与物理性质都符合钢筋混凝土的钢筋国家标准。因此，得以证明借由该粉状工业废弃物(垃圾焚化飞灰)的添加，并不影响电弧炉炼钢的产量以及其制造的钢坯质量。
另一方面，在整个电弧炉炼钢过程及精炼过程中，该粉状工业废弃物的其他主要灰份组成则会随着所产生的炉渣(包含固态氧化渣及固态还原渣)而排出。而对所产生的炉渣进行铅、铬、镉、汞等重金属的毒性溶出浓度试验(TCLP毒性溶出试验)检测，结果发现，该炉渣的各重金属浓度皆未超出现行的溶出毒性标准，所以，以属于一般工业废弃物，而能予以直接再利用，而不会产生二次公害。
综上所述，本发明利用电弧炉将粉状工业废弃物回收再利用的炼钢方法，将含有炼钢所需成分的粉状工业废弃物加入电弧炉中，作为炼钢所需原料的部分原料来源，而降低炼钢材料成本。且借高温熔融环境，而得以将粉状工业废弃物中的污染物予以破坏去除，而有效减少粉状工业废弃物的额外处理成本与风险。因此，在确保电弧炉炼钢的钢坯品质及产量，以及不产生二次公害的情形下，使粉状工业废弃物能有效回收再利用，而达到废弃物减容、无毒化及资源化的目的，并降低炼钢材料成本等多重环保效益，所以确实能达到发明的目的。
权利要求
1.一种利用电弧炉将粉状工业废弃物回收再利用的炼钢方法，其特征在于其包含一加料步骤，将炼钢原料自该电弧炉的炉顶添加入该电弧炉中；一电弧炉熔融步骤，借由一高电压供电系统，在炉内产生高温电弧，使炼钢原料熔融成液态钢水；一废弃物添加步骤，将含有炼钢所需成分的粉状工业废弃物添加入电弧炉中，同时与上述液态钢水熔融混合，用以供作炼钢所需原料的部分来源；一电弧炉氧化步骤，在持续高温作用下，所述的液态钢水中所含的杂质会被氧化成固态氧化渣，而所述的粉状工业废弃物中的污染物质则被破坏去除；一电弧炉还原步骤，再借由所述的粉状工业废弃物中所含有的成分，与所述的液态钢水中的剩余氧化物反应，以使所述的液态钢水达洁净状态；以及一出钢步骤，将已呈洁净状态的液态钢水倒入一盛钢桶中。
2.如权利要求1所述利用电弧炉将粉状工业废弃物回收再利用的炼钢方法，其特征在于还包含一精炼步骤，将该出钢步骤中，盛装有液态钢水的盛钢桶的内部的液态钢水倒入一精炼炉中进行精炼，并添加入精炼材料予以反应而形成固态还原渣，以提高所述的液态钢水的纯度，还包括一连铸成型步骤，将上述液态钢水进行连铸程序，就可完成一钢坯的制作。
3.如权利要求2所述利用电弧炉将粉状工业废弃物回收再利用的炼钢方法，其特征在于所述的精炼步骤中的精炼材料，为选自于下列所构成的群组硅铁、锰铁、硅锰铁、脱硫剂，以及上述材料的组合，用以适应产品规格要求，并提高液态钢水的纯度。
4.如权利要求1所述利用电弧炉将粉状工业废弃物回收再利用的炼钢方法，其特征在于所述的废弃物添加步骤中，所述的粉状工业废弃物含有大量石灰物质，用以提供所述的电弧炉氧化步骤以及所述的电弧炉还原步骤中的进行氧化或还原反应的配料来源。
5.如权利要求2所述利用电弧炉将粉状工业废弃物回收再利用的炼钢方法，其特征在于所述的废弃物添加步骤中，所述的粉状工业废弃物含有金属成分，能用以作为该精炼步骤中的适应产品规格要求的所添加精炼材料的部分来源。
全文摘要
一种利用电弧炉将粉状工业废弃物回收再利用的炼钢方法，将含有炼钢所需成分的粉状工业废弃物加入电弧炉中，与液态钢水熔融混合，作为炼钢所需原料的部分原料来源，且借高温熔融环境，得以将该粉状工业废弃物中的污染物予以破坏去除，且该电弧炉炼钢过程所产生的炉渣仍能直接再利用，不会产生二次公害。因此，在不影响电弧炉炼钢的钢坯质量及产量情形下，能有效地达到将粉状工业废弃物回收再利用，并降低炼钢材料成本等多重环保效益。
文档编号C21C5/52GK1485448SQ0214421
公开日2004年3月31日 申请日期2002年9月29日 优先权日2002年9月29日
发明者李忠和, 谢生财, 杨金钟, 周业裕 申请人:李忠和, 谢生财, 杨金钟, 周业裕, 震台钢铁企业股份有限公司