废钢及废钢处理技术概述（上）2009-03-25 青岛钢铁控股集团有限公司总工办周建男摘要：本文介绍了炼钢铁源（一次铁源、二次铁源），废钢铁的作用、分类、四种来源（即返回废钢、加工废钢、折旧废钢、进口废钢）、对废钢的一般要求和废钢处理技术（包括破碎技术、打包、压块、熔化技术和分选技术）。

重点阐述了废钢切碎机（SHREDDER）工作原理及工艺流程。

1、前言废钢铁，是指已报废的钢铁产品（含半成品）以及机器、设备、器械、结构件、构筑物及生活用品等钢铁部分。

它是电弧炉炼钢的基本原料，用量约占钢铁料的70－90％。

对氧气转炉而言，废钢既是金属料，又是冷却剂。

废钢铁是二次炼钢铁源。

世界钢产量的一半是来自废钢。

炼钢铁源分为一次铁源、二次铁源。

一次铁源是来自自然界的铁矿石。

一次资源的利用是“动脉”流程，因为它是来自自然界的“新鲜”铁源。

目前，一次铁源主要有：（1）热铁水。

主要供氧气转炉炼钢。

近年来，电炉部分热装铁水的炼钢工艺呈发展趋势。

（2）生铁块或粒铁，主要用于电炉炼钢工艺。

（3）直接还原铁（DRI、HBI）。

主要用于电炉炼钢，与废钢铁和生铁块混合使用。

（4）碳化铁（Fe3C）。

这是一种新发展起来的铁源，电炉和转炉炼钢都可以使用。

二次铁源是人类社会活动产生的废弃物－废钢铁。

二次铁源的利用是“静脉”流程。

就炼钢用两种铁源作以比较，一次铁源中有害残余元素含量很少，但其制备流程较长，投资大，能耗高。

二次铁源再生流程较短，基建投资少、建设期短、综合能耗低、工艺灵活，其主要问题是有残余元素在废钢循环中的积累，影响产品的性能和质量。

图1所示铁源与钢铁生产流程相互关系。

图1 铁源与钢铁生产流程相互关系废钢是一种载能和环保资源，同采用矿石炼铁后再炼钢相比，用废钢直接炼钢可节约能源60％，减少废物排放80%；在通过清除和处理折旧废钢和垃圾废钢改善环境的同时，更重要的是节约了原材料，在炼钢时，每用1吨废钢可节省约1.7吨铁矿石，0.68吨焦炭和0.28吨石灰石。

炼钢生产中，电炉钢、转炉钢均消耗废钢，废钢需求量很大。

废钢资源的社会积蓄量、废钢的年产生量、废钢的进口量、废钢市场的价格等极大的制约炼钢生产中废钢使用量及电炉钢与转炉钢的比例。

我国是一个发展中国家，工业化进程短，社会废钢资源不足，又是一个世界产钢量最大的国家（2007年中国钢产量4.89亿吨，占世界钢产量的36.4%,约是产量居第2位日本、第3位美国和第4位俄罗斯三国产钢量总合的1.7倍）。

目前中国废钢短缺，已成为世界上废钢进口的主要国家之一。

为了充分利用各种废钢铁资源，并使之能适用于炼钢过程以提高效率和降低成本，必须有效地对各种废钢进行加工处理。

废钢处理的任务包括，拣选，解体和收集废钢，随后经济地，尽可能地去除各种钢中不要的有色金属（如锡、铜等）和非金属有害杂质，并加工成为易于装运和适合于炼钢条件的具有一定尺寸、形状和致密度的废钢炉料。

2、废钢铁的来源一般说，废钢铁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。

①钢铁厂内的“返回废钢”，又称“自产废钢”，它是在炼钢、轧钢和精整的生产过程中产生的，以各种切头和废品的形式存在。

这类废钢没有混入其它元素，且形状较规则，几乎能立即装入炼钢炉。

它的加工准备工作量一般很小，随着它的产生在炼钢厂内就可处理掉。

这种废钢占总废钢比例各国不尽相同，一般在30－50％。

但随着连铸、连轧、无头轧制等工艺技术的不断进步及工业化进程加快，使金属收得率与轧钢成材率不断提高，使得自产废钢量不断下降。

②钢铁制品的制造工业中产生的“加工废钢”，大多是冲压边角料、车屑、料头等。

如滚珠轴承钢的钢材利用率一般只有50％左右，约有一半钢材在制造中成了废钢。

除车屑外，加工废钢一般没混入其它元素，所以只要进行简单的打包、压块、相当快地就能送至钢厂使用。

这种废钢约占废钢总量的20－25％。

但随着钢铁产品近终型制造技术进展、表面质量的提高、尺寸公差的减小和机械加工工业的技术进步、这种废钢比例会逐渐减小。

③各种报废的设备、汽车、船只，建筑结构等所获得的废纲，称为“折旧废钢”。

这种废钢约占废钢总量的20－25％。

随着社会发展的进步，积累的增加，这种废钢的比例会不断增加。

折旧废钢往往是要用几年甚至几十年的时间才能送回钢厂使用，它是最不干净的废钢，非但混入了许多其它元素和非金属杂质，而且形状和尺寸又是多种多样，极不规则，使处理工作更加困难。

同时，城市垃圾中回收的废钢，其中主要是灌头、铁筒等轻薄料也归到“折旧废钢”中。

目前废钢处理技术和设备的研制，大多是针对“折旧废钢”的。

④对一个国家而言，废钢资源还有一个来源，那就是“进口废钢”。

返回废钢（自产废钢）和加工废钢是在钢铁生产和钢铁加工产品中产生的，后者通常在较短的时间内就能返回钢铁工业，因此又称“短期废钢”，而折旧废钢，一般要经过一段较长的时间才能返回钢铁工业，所以，又称“长期废钢”，如汽车钢回收期10－15年，建筑物和桥梁钢回收期50－100年。

废钢的积累是与世界钢铁贮存量成正比的，据不完全统计，全世界累计钢铁贮存量已超过200亿吨。

3、废钢铁分类废钢铁来源复杂、品种繁多，不同规格、成分的废钢铁对电炉炼钢的作用不同，因此，将废钢铁按尺寸、形状、成分、密度等要求分成许多类别，进行合理分类。

世界各产钢国家根据各自的炼钢条件和废钢加工处理的状况都有自己的分类细目。

我国废钢铁现执行标准为《废钢铁》GB4223-2004。

将废钢铁分为废铁和废钢两大类:①废铁废铁的碳含量一般大于2.0%。

优质废铁的硫含量（质量分数）和磷含量（质量分数）分别不大于0.07%和0.40%。

普通废铁、合金废铁的硫含量（质量分数）和磷含量（质量分数）分别不大于0.12%和1.00%。

高炉添加料的含铁量应不小于65.0%。

废铁按其用途分为熔炼用废铁和非熔炼用废铁。

②废钢废钢的碳含量一般小于2.0％，硫含量、磷含量均不大于0.050％。

非合金废钢中残余元素应符合以下要求：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、硅以外，其他残余元素含量总和质量分数不大于0.60％。

废钢按其用途分为熔炼用废钢和非熔炼用废钢。

熔炼用废钢按其化学成分分为非合金废钢、低合金废钢和合金废钢。

非熔炼用废钢不再分类。

4、对废钢的一般要求为满足电炉的冶炼工艺、钢水质量、技术经济指标、操作安全等，对废钢的一般要求如下：（1）废钢中不得混有铝（Al）、锡（Sn）、砷（As）、锌（Zn）、铜（Cu）、铅（Pb）等有色金属。

这些元素在冶炼过程中难以去除，不但会影响钢的纯净度，而且还会破坏钢的质量，造成电炉炉体的损坏，恶化技术经济指标。

②废钢表面应清洁少锈。

废钢中沾有大量泥砂、炉渣、耐火材料、水泥等物，会降低炉料的导电性能，延长熔化时间，并会降低炉渣碱度，影响氧化期去磷效果以及侵蚀炉衬。

同时还会增加造渣石灰消耗，进而增加电耗，降低生产率。

锈是含水的铁氧化物，严重时会降低钢和合金的收得率，增加钢中的含氢量。

③废钢化学成分应明确，限制硫、磷含量。

④废钢中不得混有密封容器、易燃物、爆炸物、有毒物和放射性物质，保证安全，清洁生产。

⑤入炉废钢要有合适的块度，外形尺寸。

大块废钢装料时易砸坏炉体，同时容易造成炉内塌料，砸坏电极。

废钢尺寸过大，会给装料造成困难，另外，大块废钢在炉内熔化缓慢，影响电耗、生产率等指标。

⑥对入炉废钢中的轻薄料要求是：具有一定的块度、堆比重。

块度太小，炉内炉料过于致密，不利于废钢的快速熔化。

堆比重太小，无疑要增加装料次数（通常应控制在2－3次为佳），而电炉每少加一次料，可降低电耗10－20KWH/t，缩短出钢到出钢时间10min左右，明显提高生产率。

5、废钢处理工艺装备技术为使废钢适于运送、装料和合理、有效地熔炼，需要将它加工成具有一定尺寸密度，清洁的可入炉废钢。

对于不同类型的废钢应该因材制宜地采用不同的加工处理方法。

废钢处理厂设置也选择不同的地点，美国等发达的产钢国，设有专业的废钢处理厂，是社会公用的，不是隶属于那个钢铁厂，这样的处理厂由于专业化管理，无论是在处理废钢质量上还是在成本上，都具有竞争力。

中国主要还是在钢铁厂内部，设有废钢处理车间进行废钢处理。

但近期也已出现了专业化废钢处理厂。

目前采用的废钢加工方法有：对重型废钢主要采用气割、剪切、落锤和爆破等方法；对轻薄料则采用破碎机、分选法等；对于切屑是在破碎、去油、分选后采用冷或热压块的方法使之致密；也可将切屑先熔化成料锭。

5.1、废钢的破碎处理技术将不易入炉、运送、分选的大尺寸、特殊形状的废钢进行破碎的方法有：气割、落锤、爆破、剪切、切碎机破碎等方法。

（1）气割法：处理大型废钢需用气割法破碎。

常用的有乙炔气割、氧气气割和等离子气割等。

（2）落锤法：对铸铁件，如钢铁模、铁水包中的残余废铁，带生铁的渣等脆性易碎物一般用落锤法砸碎。

落锤法是通过一定重量的重锤（通常重5－10吨）从高处落下，靠落锤释放的重力势能，将击中物破碎来实现的。

一般砸碎作业需要对周边环境做周密的安全保护措施，防止碎片飞出伤人、伤物。

（3）爆破法：只有在处理大型的废钢铁物件（如：轧辊、大型锭模、凝固在盛钢桶或铁水包中的大块钢铁等）时，才采用爆破法。

此类作业应由爆破专业人员来完成。

通常在用混凝土浇灌的或里边用钢锭模砌铺的专门坑内进行爆破，坑上用大块的厚钢板盖严。

（4）剪切法（GUILLOTINE SHEAR）：当废钢的尺寸或厚度较大时，打包非常困难，要想使其成为合适的炉料，便需用剪切的方法把它切成短段。

近年来主要采用液压剪切机、剪切机的规格尺寸、剪切能力已标准化、系列化了。

一般是通过上料辊道或吊车上料，将废钢送到剪切口前，经侧向推板预压后，由剪切机的（液压传动）垂直下刀片来完成剪切。

图2所示为某工厂的1000吨剪切机工作原理图，表示了剪机从静止状态图2（a），侧推板A、B打开上料图2（b），侧推板预压紧图2（c），上压板C压下，同时辅助压板E压紧图2d，上剪切刃D下降剪切开始，辅助压板E打开，剪切动作完成图2（e），剪机复位，准备下个周期剪切图2（f）。

这种剪切机能处理大部分重型材料，包括汽车，船舶废钢、梁、管和结构废钢等。