廢鋼加工處理技術及工藝設計研究

劉瑞杰

（中冶南方城市建設工程技術有限公司，湖北 武漢 430077）

本文對廢鋼用途及來源、廢鋼處理工藝流程、廢鋼加工設備以及廢鋼處理工程工藝設計等方面進行深入的研究和探討，提出了廢鋼加工處理技術及工藝設計的要點和重點，對于提升廢鋼加工技術具有重要意義。

1 廢鋼的用途及來源

1.1 廢鋼的用途

在城鄉生活和鋼鐵制品制造過程中，不斷產生大量廢鋼（即不能用于原用途而必須用于冶煉和回收的廢鋼和鋼鐵制品）。

廢鋼回收利用具有較大的經濟、生態和社會優勢：“逐步降低鐵礦石比例，提高廢鋼比重”是廢鋼行業實現鋼鐵物流循環及廢鋼產業商業化的最終目標。

（1）廢鋼是一種載能資源，利用廢鋼煉鋼可以大幅度降低鋼鐵生產的整體能耗。

從工序的角度煉鋼分為“長流程”和“短流程”。短流程比長流程減少了高爐鐵還原的工序。廢鋼直接煉鋼比鐵礦石煉鋼可節能60%，每增加1噸廢鋼，可節約1噸生鐵和0.4噸焦炭或約1噸原煤。

（2）廢鋼是一種低碳資源，利用廢鋼煉鋼可以在減少碳排放的同時，大量減少“三廢”的產生。與長流程相比，短流程可以減少煉鐵、焦化、燒結等過程中產生的廢水、廢渣和廢氣。在一般鋼鐵企業可減少排放CO/CO2/SO2等廢氣86%，廢水76%，廢渣72%。

（3）廢鋼是一種可無限循環使用的可再生資源，發展廢鋼、增加廢鋼供應是減少對鐵礦石依賴的重要途徑。 每增加1噸廢鋼，可減少精礦粉消耗1.7噸，減少原礦開采4.3噸，減少鋼鐵尾礦渣排放2.6噸。

（4）廢鋼是唯一可以逐步替代鐵礦石原料且不可或缺的一種優質煉鋼原料。十四五期間我國廢鋼產量將達到2.7~3.0億噸，廢鋼有著廣闊的發展空間。

總之，廢鋼是鋼鐵工業生產不可替代的基礎原料，是節能減排的“綠色資源”，可再生的特點使其在維護生態平衡，減少原生資源開采方面有著極高的開發利用價值，節能，環保等優勢將在發展“綠色鋼鐵”、發展低碳經濟、建設“兩型”社會發揮重要支撐作用。

1.2 廢鋼的來源

廢鋼按其來源主要分為四類：返回廢鋼（自產廢鋼）、加工廢鋼、折舊廢鋼、進口廢鋼。

1.2.1 返回廢鋼（自產廢鋼）

鋼鐵廠返回的廢鋼也稱為“自產廢鋼”，它是在鋼鐵的煉鋼、軋鋼和精加工過程中產生的各種邊角料和切屑。

1.2.2 加工廢鋼

鋼鐵制造行業產生的大部分回收廢料是沖壓殘渣、車屑和材料頭等。 處理后后的廢鋼通常不與其他元素混合，因此可以通過簡單的包裝、壓塊等方式快速送到鋼廠使用。

1.2.3 折舊廢鋼

從各種報廢設備、汽車、船舶和建筑結構中回收的廢鋼稱為“折舊廢鋼”，約占所有廢鋼的20%~25%。 隨著社會發展的推進和儲蓄的增加，這種廢料所占的比例還會不斷增加。

1.2.4 進口廢鋼

對一個國家而言，廢鋼資源還有一個來源，那就是進口廢鋼。

2 廢鋼的分類及合格廢鋼要求

2.1 廢鋼的分類

一般待處理的廢鋼的分類有兩種方式，一是按照按其來源可以分為四類：返回廢鋼（自產廢鋼）、加工廢鋼、折舊廢鋼、進口廢鋼。二是按照其本身結構特性分為三類：輕薄純凈料、輕薄混雜料和厚重廢金屬。

2.2 合格廢鋼的物理要求

廢鋼按其用途分為熔煉用廢鋼和非熔煉用廢鋼，本文主要針對熔煉用廢鋼，而合格廢鋼則指的是可以直接用于煉鋼熔煉的廢鋼。

合格的廢鋼一般要求碳含量低于2%，硫含量、磷含量低于0.05%。

非合金廢鋼中的殘留元素必須滿足以下要求：鎳的質量分數不大于0.30%，鉻的質量分數不大于0.30%，銅的質量分數不大于0.30%。除錳和硅外，其他殘留元素的總含量（質量分數）不得超過0.60%。

2.3 合格廢鋼技術要求

（1）廢鋼必須分類。

（2）廢鋼單件外形尺寸不超過1500mm，單件重量不超過1500kg。

（3）對于單件表面有銹跡的廢鋼，其每個表面的銹層厚度不應超過單件厚度的10%。

（4）廢鋼不得與鐵合金和危險物質混合；非合金廢鋼和低合金廢鋼不得與合金廢鋼和鑄鐵廢料混合；合金鋼廢料不得與非合金鋼廢料、低合金鋼廢料和鐵廢料混合。廢鋼不能與廢鐵混合。

（5）廢鋼表面和器件、打包件內部不應存在泥塊、水泥、粘砂、油污以及琺瑯等。

（6）禁止在廢料中混入爆炸性武器、炸彈、炮彈和其他彈藥以及其他易燃易爆物品。 禁止將封閉管端、封閉容器等物品混用。禁止混用橡膠和塑料制品。

（7）廢鋼中不應含有成套機械設備和結構件（如有，必須拆開粉碎或壓平至不可恢復狀態）。圓柱形容器必須軸向切割。裝有機械部件（發動機、齒輪箱等）的容器必須清除易燃物質和潤滑劑殘留物。

（8）禁止在廢鋼中混入濾液中有害物質濃度超過GB 5085.3標準鑒別值的有害廢物。

（9）浸出液中超過GB 5085.1標準鑒別值即pH值不小于12.5或不大于2.0的夾雜物禁止混入廢鋼中。

（10）廢鋼中禁止混有多氯聯苯含量超過GBl3015控制標準值的有害物。

（11）過去盛放液體和半固體化學品的鋼制容器、管道及其碎片需要清潔。進口廢鋼必須向檢驗機構申報容器、管道及其碎片中曾盛放或運輸的化學品的主要成分。

（12）廢鋼中不得混有醫療廢物、農藥、乳化劑、感光材料廢物、鈹、六價鉻、砷以及氟、氰、酚化合物等有害物。

（13）禁止在廢鋼中夾有放射性廢物，按照要求嚴格控制廢鋼的放射性污染。

（14）廢鋼各檢驗批中非金屬夾雜物（不含非金屬有害廢物）的總重量，不應超過該檢驗批重量的千分之五。

（15）廢棄武器經供應商技術安全檢查后，必須按照有關規定進行處理。

（16）使用非熔煉用廢鋼后，其產品的性能特性符合相關標準的要求，并且不應對人民群眾的人身安全、財產安全和環境保護產生隱患或危害。

3 廢鋼加工處理方法

按照合格熔煉廢鋼的要求，將不規則形狀的廢鋼加工成具有一定尺寸、密度、清潔的可入爐廢鋼，使廢鋼可以更高效地運輸、裝載和冶煉。

廢鋼加工有以下處理方法：氣割、剪切、落錘和爆破等方法，主要用于重廢鋼； 輕薄物料經粉碎分選后打包；切屑是通過冷熱壓塊生產。廢鋼鐵加工后，可以提高熔爐的生產率，降低消耗和生產成本，保證生產的順利和安全。

4 廢鋼加工設備

廢鋼質量的好壞與其加工技術和裝備水平有著密切的關系。目前，我國的廢鋼鐵加工設備已經形成了以國產設備為主的打包機、鱷魚式剪切機、門式剪斷機、破碎生產線、鋼屑擠壓機、缸體破碎機、抓鋼機、移動剪切機、輻射監測設備等品種齊全、種類繁多、功能多樣的設備格局。這有效地促進了廢鋼鐵質量的提高，滿足了鋼鐵企業對“優質爐料”的需求。

5 國內鋼鐵廠大型廢鋼加工設備配置情況

下文列出目前收集的一些國內鋼廠大型廢鋼加工設備配置情況表，供設計參考。

表1 國內鋼鐵廠內廢鋼加工設施的加工設備情況

6 廢鋼處理工藝設計

廢鋼處理工藝設計首先需要確定廢鋼處理場的規模，各類廢鋼的加工量等，然后才能根據各加工工藝需要，進行各類加工車間的工藝設計。

6.1 廢鋼處理規模確定

廢鋼處理場的廢鋼處理量與處理場性質有關，如果是社會性的處理場，則規模直接由業主確定。如果是屬于鋼鐵廠的廢鋼處理場，則規模可根據轉爐廢鋼需要量確定，而其來源，一般都是一部分來自廠內回收廢鋼，一部分來自外購廢鋼，現在一般鋼鐵廠內外購廢鋼都以直接購買合格料為主，廠內回收廢鋼的量，可根據鋼鐵廠金屬平衡圖和成材率進行初步核算，但在有些工藝過程，如熱軋生產中，有些損耗是由于燒損等造成的，因此這部分損耗量不能都算為廢鋼回收量。下面以某鋼鐵企業某新建工程（鋼坯產量1125萬噸/年，鋼水1161萬噸/年）為例，說明如何確定廢鋼需要量和廠內回收廢鋼量。

（1）廢鋼需求量確定。一般煉鋼轉爐廢鋼單耗為：100~165kg廢鋼/t鋼水，每個工程具體取值不同，因此，可根據鋼水產量計算廢鋼所需量。

在項目金屬平衡圖中，轉爐出鋼鋼水為1161萬噸/年，所需廢鋼為150.5萬噸/年，即取廢鋼單耗約130kg/t鋼水。

（2）廠內回收廢鋼量。根據金屬平衡各生產制程原料量和成品量、常規各工藝制程成材率，以及本工程實際選取的廢鋼回收比例。按照廢鋼加工工藝流程，一般的廢鋼處理場多由下述車間設施組成：露天堆場、火焰切割車間、剪切車間、打包車間、落錘車間等，以及配套的生產輔助設施，如高低壓配電室、維修間、辦公室等。

6.2 主要工藝設施

（1）露天堆場。露天堆場主要用于廢鋼的接卸、分選和堆存。鋼鐵廠在新建項目時要注重廢鋼場的規劃、改造和建設，充分發揮廢鋼場的作用，滿足煉鋼生產需要，實現優質供應，發揮調節作用。通過趨低避高，靈活采購等方式，降低廢鋼采購成本，保證公司鋼材生產正常供應，實現優質供應。

需考慮儲存天數，堆場面積、工藝布置等等。

（2）火焰切割車間。火焰切割車間主要是利用氧燃氣體對廢鋼進行切割處理，對廢鋼適應性較大，主要用于煉鋼廠連鑄坯切頭、切尾和廢鋼坯、不規整的廢舊設備的解體。火焰切割車間一般根據處理規模設置為單跨或雙連跨廠房，每跨車間寬度可選擇在30m~36m之間，長度可根據地形及總圖布置確定，一般可選擇在100m~200m之間，起重機軌面標高取12m~13m之間。

（3）剪切車間。剪切車間主要是完成需剪切廢鋼的加工任務，主要用于對一些形狀較規整的廢鋼進行加工。剪切車間一般根據處理規模設置為單跨或雙連跨廠房，每跨車間寬度可選擇在30m~36m之間，長度可根據地形及總圖布置確定，一般可選擇在100m~200m之間，起重機軌面標高取12m~13m之間。

（4）打包車間。打包車間主要是完成輕薄型廢鋼的打包加工任務，如薄板的廢品、切邊、沖壓成型的邊角料、家電的外殼等

一般打包車間設置為單跨廠房即可，車間跨度可選擇在30m~36m之間，長度可根據地形及總圖布置確定，一般可選擇在100m~200m之間，起重機軌面標高取12m~13m之間。

（5）落錘（落球）車間。落錘車間的主要生產任務是利用高空落下的鋼球來破碎大塊易碎廢鋼，大型鑄件、鐵水包、鋼水中間包等經火焰初步處理后也可進行落錘處理。

落錘車間一般需設置如下設備：起重機：一般選用2臺電磁橋式起重機，其中1臺起吊能力多選32t，用于吊運需要進行落錘處理的原料，1臺起吊能力多選16t，用于吊運鋼球進行破碎。鋼球：鋼球用于從高空中落下砸碎廢鋼，一般選用8~10t的鋼球。一般落錘車間設置為單跨高架雙層廠房，分為原料區、成品區和落球區，其中原料區和成品區為低跨，落球區為高低跨。

（6）石鋼錘破碎。石鋼錘破碎可在露天場地進行，由抓鋼機配合進行作業；也可設置在車間內，與電磁橋式起重機配合作業，如設置在車間內，則車間內吊車的選型需根據最大破碎件重量選擇。

（7）提其他專業任務書要點。①建筑結構：廠房結構設計要求：廠房結構形式要求；需提供起重機資料；起重機檢修葫蘆位置、軌道標高資料；起重機檢修走道要求，上起重機鋼梯位置等。設備基礎、擋墻等要求。②電氣、電訊專業：電氣提根據設備資料確定電容量，還需設置一定的檢修插座。各車間照明：照度可根據規范設計，一般露天堆場照度100LX，各加工車間照度150 LX。電訊提電話及對講機及監控等設置要求。③熱力專業：壓縮空氣：起重機吹掃用和氣動工具用壓縮空氣，可按每處耗量2m3/min，壓力0.5Mpa設計；④給排水專業：設備用水、生活用水：消防用水、洗車輪設施以及其他用水要求，同時需要考慮排水。⑤燃氣專業：氧氣和乙炔（或者丙烷、焦爐煤氣等）消耗量：可根據割炬技術參數和數量確定。⑥總圖專業：運輸要求：運輸方式，如汽車、火車等；運輸量，如每年外購廢鋼量，內部廠內回收廢鋼量；運輸路線等。確定地磅設置位置及噸位要求等，一般地磅都設置在進出口處。

7 結論

在目前國內“碳達峰、碳中和”的大背景下，廢鋼加工產業的發展進入一個新的發展機遇期，本文結合廢鋼加工處理技術及工藝設計進行研究，通過提升工藝設計水平推動廢鋼加工行業健康發展。