廢鋼加工處理技術(shù)及工藝設(shè)計(jì)研究

劉瑞杰

（中冶南方城市建設(shè)工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430077）

本文對(duì)廢鋼用途及來源、廢鋼處理工藝流程、廢鋼加工設(shè)備以及廢鋼處理工程工藝設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行深入的研究和探討，提出了廢鋼加工處理技術(shù)及工藝設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和重點(diǎn)，對(duì)于提升廢鋼加工技術(shù)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(xiāng)生活和鋼鐵制品制造過程中，不斷產(chǎn)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(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)優(yōu)勢：“逐步降低鐵礦石比例，提高廢鋼比重”是廢鋼行業(yè)實(shí)現(xiàn)鋼鐵物流循環(huán)及廢鋼產(chǎn)業(yè)商業(yè)化的最終目標(biāo)。

（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(chǎn)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(jié)能60%，每增加1噸廢鋼，可節(jié)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(shí)，大量減少“三廢”的產(chǎn)生。與長流程相比，短流程可以減少煉鐵、焦化、燒結(jié)等過程中產(chǎn)生的廢水、廢渣和廢氣。在一般鋼鐵企業(yè)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(huán)使用的可再生資源，發(fā)展廢鋼、增加廢鋼供應(yīng)是減少對(duì)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(yōu)質(zhì)煉鋼原料。十四五期間我國廢鋼產(chǎn)量將達(dá)到2.7~3.0億噸，廢鋼有著廣闊的發(fā)展空間。

總之，廢鋼是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)不可替代的基礎(chǔ)原料，是節(jié)能減排的“綠色資源”，可再生的特點(diǎn)使其在維護(hù)生態(tài)平衡，減少原生資源開采方面有著極高的開發(fā)利用價(jià)值，節(jié)能，環(huán)保等優(yōu)勢將在發(fā)展“綠色鋼鐵”、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、建設(shè)“兩型”社會(huì)發(fā)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(chǎn)廢鋼）、加工廢鋼、折舊廢鋼、進(jìn)口廢鋼。

1.2.1 返回廢鋼（自產(chǎn)廢鋼）

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

1.2.2 加工廢鋼

鋼鐵制造行業(yè)產(chǎn)生的大部分回收廢料是沖壓殘?jiān)?、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(bào)廢設(shè)備、汽車、船舶和建筑結(jié)構(gòu)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(huì)發(fā)展的推進(jìn)和儲(chǔ)蓄的增加，這種廢料所占的比例還會(huì)不斷增加。

1.2.4 進(jìn)口廢鋼

對(duì)一個(gè)國家而言，廢鋼資源還有一個(gè)來源，那就是進(jìn)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(chǎn)廢鋼）、加工廢鋼、折舊廢鋼、進(jìn)口廢鋼。二是按照其本身結(jié)構(gòu)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(duì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.30%，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.30%，銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.30%。除錳和硅外，其他殘留元素的總含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不得超過0.60%。

2.3 合格廢鋼技術(shù)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(duì)于單件表面有銹跡的廢鋼，其每個(gè)表面的銹層厚度不應(yīng)超過單件厚度的10%。

（4）廢鋼不得與鐵合金和危險(xiǎn)物質(zhì)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(nèi)部不應(yīng)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(yīng)含有成套機(jī)械設(shè)備和結(jié)構(gòu)件（如有，必須拆開粉碎或壓平至不可恢復(fù)狀態(tài)）。圓柱形容器必須軸向切割。裝有機(jī)械部件（發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪箱等）的容器必須清除易燃物質(zhì)和潤滑劑殘留物。

（8）禁止在廢鋼中混入濾液中有害物質(zhì)濃度超過GB 5085.3標(biāo)準(zhǔn)鑒別值的有害廢物。

（9）浸出液中超過GB 5085.1標(biāo)準(zhǔn)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(lián)苯含量超過GBl3015控制標(biāo)準(zhǔn)值的有害物。

（11）過去盛放液體和半固體化學(xué)品的鋼制容器、管道及其碎片需要清潔。進(jìn)口廢鋼必須向檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)申報(bào)容器、管道及其碎片中曾盛放或運(yùn)輸?shù)幕瘜W(xué)品的主要成分。

（12）廢鋼中不得混有醫(yī)療廢物、農(nóng)藥、乳化劑、感光材料廢物、鈹、六價(jià)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(yán)格控制廢鋼的放射性污染。

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

（15）廢棄武器經(jīng)供應(yīng)商技術(shù)安全檢查后，必須按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行處理。

（16）使用非熔煉用廢鋼后，其產(chǎn)品的性能特性符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且不應(yīng)對(duì)人民群眾的人身安全、財(cái)產(chǎn)安全和環(huán)境保護(hù)產(chǎn)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(guī)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(yùn)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(jīng)粉碎分選后打包；切屑是通過冷熱壓塊生產(chǎn)。廢鋼鐵加工后，可以提高熔爐的生產(chǎn)率，降低消耗和生產(chǎn)成本，保證生產(chǎn)的順利和安全。

4 廢鋼加工設(shè)備

廢鋼質(zhì)量的好壞與其加工技術(shù)和裝備水平有著密切的關(guān)系。目前，我國的廢鋼鐵加工設(shè)備已經(jīng)形成了以國產(chǎn)設(shè)備為主的打包機(jī)、鱷魚式剪切機(jī)、門式剪斷機(jī)、破碎生產(chǎn)線、鋼屑擠壓機(jī)、缸體破碎機(jī)、抓鋼機(jī)、移動(dòng)剪切機(jī)、輻射監(jiān)測設(shè)備等品種齊全、種類繁多、功能多樣的設(shè)備格局。這有效地促進(jìn)了廢鋼鐵質(zhì)量的提高，滿足了鋼鐵企業(yè)對(duì)“優(yōu)質(zhì)爐料”的需求。

5 國內(nèi)鋼鐵廠大型廢鋼加工設(shè)備配置情況

下文列出目前收集的一些國內(nèi)鋼廠大型廢鋼加工設(shè)備配置情況表，供設(shè)計(jì)參考。

表1 國內(nèi)鋼鐵廠內(nèi)廢鋼加工設(shè)施的加工設(shè)備情況

6 廢鋼處理工藝設(shè)計(jì)

廢鋼處理工藝設(shè)計(jì)首先需要確定廢鋼處理場的規(guī)模，各類廢鋼的加工量等，然后才能根據(jù)各加工工藝需要，進(jìn)行各類加工車間的工藝設(shè)計(jì)。

6.1 廢鋼處理規(guī)模確定

廢鋼處理場的廢鋼處理量與處理場性質(zhì)有關(guān)，如果是社會(huì)性的處理場，則規(guī)模直接由業(yè)主確定。如果是屬于鋼鐵廠的廢鋼處理場，則規(guī)?？筛鶕?jù)轉(zhuǎn)爐廢鋼需要量確定，而其來源，一般都是一部分來自廠內(nèi)回收廢鋼，一部分來自外購廢鋼，現(xiàn)在一般鋼鐵廠內(nèi)外購廢鋼都以直接購買合格料為主，廠內(nèi)回收廢鋼的量，可根據(jù)鋼鐵廠金屬平衡圖和成材率進(jìn)行初步核算，但在有些工藝過程，如熱軋生產(chǎn)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(yè)某新建工程（鋼坯產(chǎn)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(nèi)回收廢鋼量。

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

在項(xiàng)目金屬平衡圖中，轉(zhuǎn)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(nèi)回收廢鋼量。根據(jù)金屬平衡各生產(chǎn)制程原料量和成品量、常規(guī)各工藝制程成材率，以及本工程實(shí)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(shè)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(chǎn)輔助設(shè)施，如高低壓配電室、維修間、辦公室等。

6.2 主要工藝設(shè)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(xiàng)目時(shí)要注重廢鋼場的規(guī)劃、改造和建設(shè)，充分發(fā)揮廢鋼場的作用，滿足煉鋼生產(chǎn)需要，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)供應(yīng)，發(fā)揮調(diào)節(jié)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(chǎn)正常供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)供應(yīng)。

需考慮儲(chǔ)存天數(shù)，堆場面積、工藝布置等等。

（2）火焰切割車間?；鹧媲懈钴囬g主要是利用氧燃?xì)怏w對(duì)廢鋼進(jìn)行切割處理，對(duì)廢鋼適應(yīng)性較大，主要用于煉鋼廠連鑄坯切頭、切尾和廢鋼坯、不規(guī)整的廢舊設(shè)備的解體。火焰切割車間一般根據(jù)處理規(guī)模設(shè)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(jù)地形及總圖布置確定，一般可選擇在100m~200m之間，起重機(jī)軌面標(biāo)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(wù)，主要用于對(duì)一些形狀較規(guī)整的廢鋼進(jìn)行加工。剪切車間一般根據(jù)處理規(guī)模設(shè)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(jù)地形及總圖布置確定，一般可選擇在100m~200m之間，起重機(jī)軌面標(biāo)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(wù)，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(shè)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(jù)地形及總圖布置確定，一般可選擇在100m~200m之間，起重機(jī)軌面標(biāo)高取12m~13m之間。

（5）落錘（落球）車間。落錘車間的主要生產(chǎn)任務(wù)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(jīng)火焰初步處理后也可進(jìn)行落錘處理。

落錘車間一般需設(shè)置如下設(shè)備：起重機(jī)：一般選用2臺(tái)電磁橋式起重機(jī)，其中1臺(tái)起吊能力多選32t，用于吊運(yùn)需要進(jìn)行落錘處理的原料，1臺(tái)起吊能力多選16t，用于吊運(yùn)鋼球進(jìn)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(shè)置為單跨高架雙層廠房，分為原料區(qū)、成品區(qū)和落球區(qū)，其中原料區(qū)和成品區(qū)為低跨，落球區(qū)為高低跨。

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

（7）提其他專業(yè)任務(wù)書要點(diǎn)。①建筑結(jié)構(gòu)：廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：廠房結(jié)構(gòu)形式要求；需提供起重機(jī)資料；起重機(jī)檢修葫蘆位置、軌道標(biāo)高資料；起重機(jī)檢修走道要求，上起重機(jī)鋼梯位置等。設(shè)備基礎(chǔ)、擋墻等要求。②電氣、電訊專業(yè)：電氣提根據(jù)設(shè)備資料確定電容量，還需設(shè)置一定的檢修插座。各車間照明：照度可根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)，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(duì)講機(jī)及監(jiān)控等設(shè)置要求。③熱力專業(yè)：壓縮空氣：起重機(jī)吹掃用和氣動(dòng)工具用壓縮空氣，可按每處耗量2m3/min，壓力0.5Mpa設(shè)計(jì)；④給排水專業(yè)：設(shè)備用水、生活用水：消防用水、洗車輪設(shè)施以及其他用水要求，同時(shí)需要考慮排水。⑤燃?xì)鈱I(yè)：氧氣和乙炔（或者丙烷、焦?fàn)t煤氣等）消耗量：可根據(jù)割炬技術(shù)參數(shù)和數(shù)量確定。⑥總圖專業(yè)：運(yùn)輸要求：運(yùn)輸方式，如汽車、火車等；運(yùn)輸量，如每年外購廢鋼量，內(nèi)部廠內(nèi)回收廢鋼量；運(yùn)輸路線等。確定地磅設(shè)置位置及噸位要求等，一般地磅都設(shè)置在進(jìn)出口處。

7 結(jié)論

在目前國內(nèi)“碳達(dá)峰、碳中和”的大背景下，廢鋼加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展機(jī)遇期，本文結(jié)合廢鋼加工處理技術(shù)及工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，通過提升工藝設(shè)計(jì)水平推動(dòng)廢鋼加工行業(yè)健康發(fā)展。