刘瑞杰

（中冶南方城市建设工程技术有限公司，湖北 武汉 430077）

本文对废钢用途及来源、废钢处理工艺流程、废钢加工设备以及废钢处理工程工艺设计等方面进行深入的研究和探讨，提出了废钢加工处理技术及工艺设计的要点和重点，对于提升废钢加工技术具有重要意义。

1 废钢的用途及来源

1.1 废钢的用途

在城乡生活和钢铁制品制造过程中，不断产生大量废钢（即不能用于原用途而必须用于冶炼和回收的废钢和钢铁制品）。

废钢回收利用具有较大的经济、生态和社会优势：“逐步降低铁矿石比例，提高废钢比重”是废钢行业实现钢铁物流循环及废钢产业商业化的最终目标。

（1）废钢是一种载能资源，利用废钢炼钢可以大幅度降低钢铁生产的整体能耗。

从工序的角度炼钢分为“长流程”和“短流程”。短流程比长流程减少了高炉铁还原的工序。废钢直接炼钢比铁矿石炼钢可节能60%，每增加1吨废钢，可节约1吨生铁和0.4吨焦炭或约1吨原煤。

（2）废钢是一种低碳资源，利用废钢炼钢可以在减少碳排放的同时，大量减少“三废”的产生。与长流程相比，短流程可以减少炼铁、焦化、烧结等过程中产生的废水、废渣和废气。在一般钢铁企业可减少排放CO/CO2/SO2等废气86%，废水76%，废渣72%。

（3）废钢是一种可无限循环使用的可再生资源，发展废钢、增加废钢供应是减少对铁矿石依赖的重要途径。 每增加1吨废钢，可减少精矿粉消耗1.7吨，减少原矿开采4.3吨，减少钢铁尾矿渣排放2.6吨。

（4）废钢是唯一可以逐步替代铁矿石原料且不可或缺的一种优质炼钢原料。十四五期间我国废钢产量将达到2.7~3.0亿吨，废钢有着广阔的发展空间。

总之，废钢是钢铁工业生产不可替代的基础原料，是节能减排的“绿色资源”，可再生的特点使其在维护生态平衡，减少原生资源开采方面有着极高的开发利用价值，节能，环保等优势将在发展“绿色钢铁”、发展低碳经济、建设“两型”社会发挥重要支撑作用。

1.2 废钢的来源

废钢按其来源主要分为四类：返回废钢（自产废钢）、加工废钢、折旧废钢、进口废钢。

1.2.1 返回废钢（自产废钢）

钢铁厂返回的废钢也称为“自产废钢”，它是在钢铁的炼钢、轧钢和精加工过程中产生的各种边角料和切屑。

1.2.2 加工废钢

钢铁制造行业产生的大部分回收废料是冲压残渣、车屑和材料头等。 处理后后的废钢通常不与其他元素混合，因此可以通过简单的包装、压块等方式快速送到钢厂使用。

1.2.3 折旧废钢

从各种报废设备、汽车、船舶和建筑结构中回收的废钢称为“折旧废钢”，约占所有废钢的20%~25%。 随着社会发展的推进和储蓄的增加，这种废料所占的比例还会不断增加。

1.2.4 进口废钢

对一个国家而言，废钢资源还有一个来源，那就是进口废钢。

2 废钢的分类及合格废钢要求

2.1 废钢的分类

一般待处理的废钢的分类有两种方式，一是按照按其来源可以分为四类：返回废钢（自产废钢）、加工废钢、折旧废钢、进口废钢。二是按照其本身结构特性分为三类：轻薄纯净料、轻薄混杂料和厚重废金属。

2.2 合格废钢的物理要求

废钢按其用途分为熔炼用废钢和非熔炼用废钢，本文主要针对熔炼用废钢，而合格废钢则指的是可以直接用于炼钢熔炼的废钢。

合格的废钢一般要求碳含量低于2%，硫含量、磷含量低于0.05%。

非合金废钢中的残留元素必须满足以下要求：镍的质量分数不大于0.30%，铬的质量分数不大于0.30%，铜的质量分数不大于0.30%。除锰和硅外，其他残留元素的总含量（质量分数）不得超过0.60%。

2.3 合格废钢技术要求

（1）废钢必须分类。

（2）废钢单件外形尺寸不超过1500mm，单件重量不超过1500kg。

（3）对于单件表面有锈迹的废钢，其每个表面的锈层厚度不应超过单件厚度的10%。

（4）废钢不得与铁合金和危险物质混合；非合金废钢和低合金废钢不得与合金废钢和铸铁废料混合；合金钢废料不得与非合金钢废料、低合金钢废料和铁废料混合。废钢不能与废铁混合。

（5）废钢表面和器件、打包件内部不应存在泥块、水泥、粘砂、油污以及珐琅等。

（6）禁止在废料中混入爆炸性武器、炸弹、炮弹和其他弹药以及其他易燃易爆物品。 禁止将封闭管端、封闭容器等物品混用。禁止混用橡胶和塑料制品。

（7）废钢中不应含有成套机械设备和结构件（如有，必须拆开粉碎或压平至不可恢复状态）。圆柱形容器必须轴向切割。装有机械部件（发动机、齿轮箱等）的容器必须清除易燃物质和润滑剂残留物。

（8）禁止在废钢中混入滤液中有害物质浓度超过GB 5085.3标准鉴别值的有害废物。

（9）浸出液中超过GB 5085.1标准鉴别值即pH值不小于12.5或不大于2.0的夹杂物禁止混入废钢中。

（10）废钢中禁止混有多氯联苯含量超过GBl3015控制标准值的有害物。

（11）过去盛放液体和半固体化学品的钢制容器、管道及其碎片需要清洁。进口废钢必须向检验机构申报容器、管道及其碎片中曾盛放或运输的化学品的主要成分。

（12）废钢中不得混有医疗废物、农药、乳化剂、感光材料废物、铍、六价铬、砷以及氟、氰、酚化合物等有害物。

（13）禁止在废钢中夹有放射性废物，按照要求严格控制废钢的放射性污染。

（14）废钢各检验批中非金属夹杂物（不含非金属有害废物）的总重量，不应超过该检验批重量的千分之五。

（15）废弃武器经供应商技术安全检查后，必须按照有关规定进行处理。

（16）使用非熔炼用废钢后，其产品的性能特性符合相关标准的要求，并且不应对人民群众的人身安全、财产安全和环境保护产生隐患或危害。

3 废钢加工处理方法

按照合格熔炼废钢的要求，将不规则形状的废钢加工成具有一定尺寸、密度、清洁的可入炉废钢，使废钢可以更高效地运输、装载和冶炼。

废钢加工有以下处理方法：气割、剪切、落锤和爆破等方法，主要用于重废钢； 轻薄物料经粉碎分选后打包；切屑是通过冷热压块生产。废钢铁加工后，可以提高熔炉的生产率，降低消耗和生产成本，保证生产的顺利和安全。

4 废钢加工设备

废钢质量的好坏与其加工技术和装备水平有着密切的关系。目前，我国的废钢铁加工设备已经形成了以国产设备为主的打包机、鳄鱼式剪切机、门式剪断机、破碎生产线、钢屑挤压机、缸体破碎机、抓钢机、移动剪切机、辐射监测设备等品种齐全、种类繁多、功能多样的设备格局。这有效地促进了废钢铁质量的提高，满足了钢铁企业对“优质炉料”的需求。

5 国内钢铁厂大型废钢加工设备配置情况

下文列出目前收集的一些国内钢厂大型废钢加工设备配置情况表，供设计参考。

表1 国内钢铁厂内废钢加工设施的加工设备情况

6 废钢处理工艺设计

废钢处理工艺设计首先需要确定废钢处理场的规模，各类废钢的加工量等，然后才能根据各加工工艺需要，进行各类加工车间的工艺设计。

6.1 废钢处理规模确定

废钢处理场的废钢处理量与处理场性质有关，如果是社会性的处理场，则规模直接由业主确定。如果是属于钢铁厂的废钢处理场，则规模可根据转炉废钢需要量确定，而其来源，一般都是一部分来自厂内回收废钢，一部分来自外购废钢，现在一般钢铁厂内外购废钢都以直接购买合格料为主，厂内回收废钢的量，可根据钢铁厂金属平衡图和成材率进行初步核算，但在有些工艺过程，如热轧生产中，有些损耗是由于烧损等造成的，因此这部分损耗量不能都算为废钢回收量。下面以某钢铁企业某新建工程（钢坯产量1125万吨/年，钢水1161万吨/年）为例，说明如何确定废钢需要量和厂内回收废钢量。

（1）废钢需求量确定。一般炼钢转炉废钢单耗为：100~165kg废钢/t钢水，每个工程具体取值不同，因此，可根据钢水产量计算废钢所需量。

在项目金属平衡图中，转炉出钢钢水为1161万吨/年，所需废钢为150.5万吨/年，即取废钢单耗约130kg/t钢水。

（2）厂内回收废钢量。根据金属平衡各生产制程原料量和成品量、常规各工艺制程成材率，以及本工程实际选取的废钢回收比例。按照废钢加工工艺流程，一般的废钢处理场多由下述车间设施组成：露天堆场、火焰切割车间、剪切车间、打包车间、落锤车间等，以及配套的生产辅助设施，如高低压配电室、维修间、办公室等。

6.2 主要工艺设施

（1）露天堆场。露天堆场主要用于废钢的接卸、分选和堆存。钢铁厂在新建项目时要注重废钢场的规划、改造和建设，充分发挥废钢场的作用，满足炼钢生产需要，实现优质供应，发挥调节作用。通过趋低避高，灵活采购等方式，降低废钢采购成本，保证公司钢材生产正常供应，实现优质供应。

需考虑储存天数，堆场面积、工艺布置等等。

（2）火焰切割车间。火焰切割车间主要是利用氧燃气体对废钢进行切割处理，对废钢适应性较大，主要用于炼钢厂连铸坯切头、切尾和废钢坯、不规整的废旧设备的解体。火焰切割车间一般根据处理规模设置为单跨或双连跨厂房，每跨车间宽度可选择在30m~36m之间，长度可根据地形及总图布置确定，一般可选择在100m~200m之间，起重机轨面标高取12m~13m之间。

（3）剪切车间。剪切车间主要是完成需剪切废钢的加工任务，主要用于对一些形状较规整的废钢进行加工。剪切车间一般根据处理规模设置为单跨或双连跨厂房，每跨车间宽度可选择在30m~36m之间，长度可根据地形及总图布置确定，一般可选择在100m~200m之间，起重机轨面标高取12m~13m之间。

（4）打包车间。打包车间主要是完成轻薄型废钢的打包加工任务，如薄板的废品、切边、冲压成型的边角料、家电的外壳等

一般打包车间设置为单跨厂房即可，车间跨度可选择在30m~36m之间，长度可根据地形及总图布置确定，一般可选择在100m~200m之间，起重机轨面标高取12m~13m之间。

（5）落锤（落球）车间。落锤车间的主要生产任务是利用高空落下的钢球来破碎大块易碎废钢，大型铸件、铁水包、钢水中间包等经火焰初步处理后也可进行落锤处理。

落锤车间一般需设置如下设备：起重机：一般选用2台电磁桥式起重机，其中1台起吊能力多选32t，用于吊运需要进行落锤处理的原料，1台起吊能力多选16t，用于吊运钢球进行破碎。钢球：钢球用于从高空中落下砸碎废钢，一般选用8~10t的钢球。一般落锤车间设置为单跨高架双层厂房，分为原料区、成品区和落球区，其中原料区和成品区为低跨，落球区为高低跨。

（6）石钢锤破碎。石钢锤破碎可在露天场地进行，由抓钢机配合进行作业；也可设置在车间内，与电磁桥式起重机配合作业，如设置在车间内，则车间内吊车的选型需根据最大破碎件重量选择。

（7）提其他专业任务书要点。①建筑结构：厂房结构设计要求：厂房结构形式要求；需提供起重机资料；起重机检修葫芦位置、轨道标高资料；起重机检修走道要求，上起重机钢梯位置等。设备基础、挡墙等要求。②电气、电讯专业：电气提根据设备资料确定电容量，还需设置一定的检修插座。各车间照明：照度可根据规范设计，一般露天堆场照度100LX，各加工车间照度150 LX。电讯提电话及对讲机及监控等设置要求。③热力专业：压缩空气：起重机吹扫用和气动工具用压缩空气，可按每处耗量2m3/min，压力0.5Mpa设计；④给排水专业：设备用水、生活用水：消防用水、洗车轮设施以及其他用水要求，同时需要考虑排水。⑤燃气专业：氧气和乙炔（或者丙烷、焦炉煤气等）消耗量：可根据割炬技术参数和数量确定。⑥总图专业：运输要求：运输方式，如汽车、火车等；运输量，如每年外购废钢量，内部厂内回收废钢量；运输路线等。确定地磅设置位置及吨位要求等，一般地磅都设置在进出口处。

7 结论

在目前国内“碳达峰、碳中和”的大背景下，废钢加工产业的发展进入一个新的发展机遇期，本文结合废钢加工处理技术及工艺设计进行研究，通过提升工艺设计水平推动废钢加工行业健康发展。