废钢和废钢分选和准备过程

废钢及废钢分拣准备流程

由于废钢消耗量的增加减少了对额外资源开采的需求，从而减少了对环境的影响，因此近年来废钢回收的推动力越来越大。废钢的回收利用也是合理管理铁资源的一部分。从废钢中回收 1 吨钢可以节约铁矿石、煤炭和石灰石。根据世界钢铁协会的数据，以高炉（BF）和碱性氧气炉（BOF）为基础的综合炼钢路线使用了1400公斤铁矿石、800公斤煤、300公斤石灰石和120公斤再生金属。钢铁生产 1,000 公斤粗钢，电弧炉 (EAF) 路线平均使用 880 公斤再生钢和不同数量的其他来源（直接还原铁、铁水和粒状铁）、16 公斤煤和 64 公斤石灰石，可生产 1,000 公斤粗钢。平均而言，从废钢中回收 1 吨钢可节省约 1,030 公斤铁矿石、580 公斤煤和 50 公斤石灰石。废钢回收也节省了能源消耗。在钢铁生产中，99.9% 的熔化废钢用于生产新钢，而产生的环境不良废物可忽略不计。

废钢分为三个主要类别，即 (i) 家庭废钢、(ii) 新废钢和 (iii) 旧废钢，具体取决于它在其生命周期中何时成为废钢。

家庭废钢是钢厂在生产新钢材时内部产生的废钢。它也被称为循环废料，是钢铁厂在钢铁生产过程中产生的边角料或废品。这种形式的废料很少离开钢铁厂的生产区。相反，它被返回到现场的炼钢炉并再次熔化。这种废料具有已知的物理性质和化学成分。技术进步显着减少了生活垃圾的产生。

新废料（也称为即时废料或工业废料）是由参与钢铁产品制造和制造的制造单位产生的。当钢材被切割、拉拔、挤压或机加工时，废料会积聚。铸造过程也会产生废料作为多余的金属。新废料包括零件在制造过程中由钢铁制成时剩余的车削、切屑和冲压件等物品。通常通过废钢加工商和经销商快速运回钢厂或直接运回钢厂重新熔炼，以避免存储空间和库存控制成本。新废料的供应是工业活动的函数。当活动高时，会产生更多数量的新废料。新废料的化学成分和物理特性是众所周知的。这种废料通常是干净的，这意味着它不与其他材料混合。原则上，新废料在熔化之前不需要任何主要的预处理过程，但可能需要切割成一定尺寸。

旧废料也称为消费后废料或过时废料。工业和消费用钢材（如汽车、电器、机械、建筑、桥梁、轮船、罐头、铁路客车和货车等）使用年限后被废弃的钢材。旧废料在一个消费周期后被收集，无论是单独的还是混合的，它通常会受到一定程度的污染，这在很大程度上取决于其来源和收集系统。由于许多产品的使用寿命可能超过十年，有时甚至超过 50 年（例如建筑和建筑产品），从钢铁生产开始，就有大量的钢铁产品在使用中。大规模。由于旧废料通常是已使用数年或数十年的材料，因此化学成分和物理特性通常不为人所知。它也经常与其他垃圾混合。由于这些原因，旧废料是再利用最困难和最昂贵的钢材形式。加入回收产品可能需要在使用前进行清洁、分类、去除涂层和其他准备工作。

废钢的大量来源和形式需要在进入炼钢过程之前使用大量的废钢分类和准备过程来去除污染物和/或回收其他有价值的材料（即有色金属）。

废钢的分拣和准备过程

国内废钢几乎不需要任何准备工作，只是较大的废钢可能需要被喷枪或气割以使其尺寸适合其在炼钢炉中的装料。大量新废料也是如此。然而，一些新的废料可能需要处理。

船舶、汽车、电器、铁路客车和货车以及结构钢等大型物品需要切割，才能装入炼钢炉。这可以使用剪刀、手持割炬、破碎机或碎纸机来完成。手动分拣显然涉及手动从废料中去除组件。当需要从废料中去除杂项附件（即报废汽车的散热器、散热器的塑料端罐等）时，它最适合。金属与非金属的分离也常常需要人工完成。

广泛的设备和工艺可用于将大型废料的尺寸减小成足够小的碎片，以便能够合并、运输和随后送入炼钢炉。下面介绍用于实现这一目标的设备和工艺。

机械过程

通常用于制备废钢的机械工艺包括 (i) 打包、(ii) 压块、(iii) 剪切和 (iv) 切碎（图 1）。在某些情况下也使用化学工艺。

• 打包 - 在打包过程中，废料在强大的机械或液压机中被压缩，以产生称为捆包的致密立方体块。在打包机中，具有高表面积和低密度的松散废料（即车削屑）被压实。打包机是一种重型加工设备，它使用多达三个液压柱塞来压缩需要更高密度的废钢，以便在炼钢炉中装料。最大的打包机具有 600 马力，可以在没有发动机的情况下使用三辆压平的汽车，并在不到两分钟的时间内生产出 2.5 吨重、尺寸为 1 m x 0.5 m X 2 m 的捆包。打包过程的优点是（i）可以在卡车上装载更多的重量，从而降低运输成本，（ii）可以在给定的空间内储存更多的材料，（iii）废料的处理和储存变得更容易、更快、并且系统化，从而降低废料的处理和储存成本，并且 (iv) 获得更密集的炉料。
• 压块 - 在压块机中，小碎屑在通过两个反向旋转的滚筒之间时被压实到口袋中。根据材料的不同，可以通过加热来辅助压实。
• 剪切 - 在剪切过程中，废料被剪切机的强大刀片切成一定长度。液压断头台剪切机切割重型钢件，包括工字梁、船板、管道和铁路货车的侧面。剪板机尺寸从 300 吨到 2000 多吨不等。最便宜的剪板机是鳄鱼剪，它可以切割厚度为 200 毫米的重熔废料。更大的剪刀更强大。
• 切碎 - 用于可能含有其他材料（玻璃、塑料、橡胶、任何有色金属等）的废钢，例如汽车和家用电器。由大功率电动机驱动的硬化钢锤或刀具将物体切成小块，然后可以进行分类，主要是通过磁铁去除废钢并留下所有其他材料。切碎机通常具有较高的资金和运营成本，并且只有在定期有大量废钢可用于送入切碎机进行处理时才合理。切碎机也称为碎片机。他们可以使用大型锤磨机将大块废料切成拳头大小的碎片。一台中型碎纸机使用 36 个锤子，每个锤子重约 120 公斤，将废料粉碎成碎片。虽然粉碎机的主要原材料是汽车车身，但“白色家电”（家用电器，如炉灶、洗衣机、烘干机和冰箱）和其他大型物品也可以粉碎。根据其大小，一台碎纸机每月可以处理 1500 吨到 2 万吨以上的废料。切碎过程产生三种类型的材料，即 (i) 黑色金属（铁和钢）、(ii) 轻质碎屑残渣和 (iii) 重质碎屑残渣。这两种残渣部分，无论是单独的还是共同的，通常被称为切碎机残渣 (SR)。 “粉碎机绒毛”是指在旋风空气分离的粉碎过程中收集的低密度或轻质材料。回收的每吨钢产生约 300 公斤的 SR，由塑料、橡胶、玻璃、泡沫和纺织品组成，被油和其他液体污染。黑色金属由破碎机操作员使用磁选回收。 SR 重馏分主要包含铝、不锈钢、铜、锌和铅。从 SR 重馏分中回收有色金属和黑色金属。重介质分离和涡流分离是主要用于从 SR 重馏分中回收金属材料的技术。

图 1 废钢制备流程

磁选工艺

当大量的黑色金属废料要与其他材料分离时，使用磁选。在此过程中使用永磁体和电磁体。后者可以打开和关闭以拾取和丢弃物品。磁选过程可以是带式或滚筒式。在滚筒式工艺中，永磁体位于旋转外壳内。物料通过皮带在滚筒下方通过。皮带分离器与此类似，只是磁铁位于皮带轮之间，连续皮带围绕该皮带轮运行。磁选过程有一定的局限性。它不能将铁和钢与镍和磁性不锈钢分开。此外，还会收集含铁的复合材料零件，这些零件会污染钢水。手工分拣通常与磁力分离结合使用，以避免这些情况发生。 

涡流分离工艺

涡流分离工艺用于将有色金属从废料和 SR 中分离出来。该过程通常遵循初级磁分离过程，并利用非磁性金属的导电性。这是通过使磁流通过进料流并使用磁场和金属中的涡流之间相互作用的排斥力来实现的。倾斜斜坡分离器代表了该过程的最简单应用。它在覆盖有非磁性滑动表面（如不锈钢）的倾斜板上使用一系列磁铁。当混合材料的进料沿着坡道进料时，非金属物品会直线向下滑动，而金属会因磁场与感应涡流的相互作用而向侧面偏转。然后分别收集这两个流。涡流分离过程的变体包括旋转盘分离，其中磁体围绕旋转轴布置。还有另一种工艺使用带有磁头滑轮的输送机。这两个过程都依赖于受磁场影响或不受磁场影响的材料的不同轨迹来进行分离。

重介质分离过程

可回收材料的回收通常使用重介质分离 (HMS) 从破碎机残渣中回收有色金属来实现。该工艺使用通常由精细研磨的磁铁矿或硅铁和水组成的介质。通过改变固体的相对比例，可以调节介质的比重。介质的比重通常是被分离的两种材料密度的一半。一旦分离，产品/材料被排出，介质被回收，然后返回到过程中。任何仍附着在产品/材料上的介质都通过喷水去除。所得溶液通过磁分离器以回收介质。然后将流出物作为喷水再利用。 HMS 工艺通常在开放式浴槽中进行，以实现与重力相等的分离力。对于较小的颗粒，中等粘度的力往往与分离力相反。在这些情况下，使用旋风分离器，在几倍的重力下进行分离。

按理化特性分离

物理和化学特性的分离利用颜色、密度、磁性、火花、化学和光谱测试。废料通常由熟练的操作员（分拣员）使用有限数量的物理和化学测试来识别。这些测试依赖于物体的颜色识别、表观密度、与化学试剂的反应、化学分析、磁性、砂轮研磨时火花图案的性质以及光谱分析。

颜色、密度和相对硬度等物理特性可用于快速分离某些类别的材料。例如，铜和黄铜可以通过颜色来识别，而铅可以通过其密度和相对柔软度来识别。区分相似等级和成分的合金可能很困难。在这种情况下，经常使用磁性测试、火花测试方法以及化学和光谱分析。也可以使用磁性测试，因为铁、镍和钴是铁磁性的，低合金不锈钢也是如此。因此，虽然磁力测试不能用于区分合金，但它可以将合金分类。

火花测试涉及在砂轮上研磨合金。火花的颜色和长度可用于识别合金。有一个光谱仪可以分析火花发出的光谱并将其与标准进行比较以识别合金，但该装置并不是真正的便携式，因此没有被广泛使用。然而，经验丰富的火花测试操作人员可以通过观察火花的颜色和长度来区分材料。

各种光学和 X 射线光谱仪被用于识别合金的成分。热电测试涉及使用塞贝克效应来识别材料。这些热电设备包含两个由相同金属制成的探头，一个加热的，一个在环境温度下。当它们与废料接触时，会产生电位差，这是被测金属的特性。还使用化学点测试，将酸等试剂滴在金属上并观察反应。通常会进行定量化学分析以确认合金的确切成分。 

脱漆工艺

这些工艺也称为废料净化工艺，可有效去除废料中的杂质元素。许多杂质元素溶解在钢液中，例如铜、锡、锑和铅在炼钢过程中在铁的存在下不会被氧化，因为它们对氧的亲和力低。这意味着这些元素不能通过普通的火法冶金工艺从废钢熔体中去除，就像硅、锰和铝一样，它们被氧化并溶解在熔渣中。为了去除杂质元素，废料需要在较低温度下进行预处理，同时保持固态。固态废料的预处理通常具有以下优点：杂质元素以纯净状态存在，与废料的含铁部分混合或存在于废料表面，这一事实应有助于它们的去除。

几种钢铁产品正在使用，上面涂有其他金属。例如镀锌板、马口铁等。从这些涂层产品中产生的废钢必须在其在炼钢炉中处理之前从涂层材料中剥离。目前工业上使用多种工艺对废钢进行脱涂层。

废钢除锌工艺

锌的主要来源是镀锌钢板废料。炉料中包含的镀锌废料会导致烟尘中的氧化锌排放。由于其高蒸汽压（1600 摄氏度时为 71 千克/平方厘米），大部分锌在炼钢过程中会蒸发。电弧炉的锌平衡表明，97.9% 的锌输入随烟气逸出，只有 2% 溶解在钢中，0.1% 溶解在炉渣中。尽管在废钢冶炼阶段除锌没有问题，但如果在废钢预处理阶段对镀锌废钢进行脱锌，以避免与回收大量镀锌废钢相关的问题，则很有用。

热法除锌一般采用以下任一方法。

• 镀锌部件被加热到锌蒸发的高温（高于 900 摄氏度）。
• 将镀锌部件加热到足以使涂层脆化的温度，然后通过磨损将其去除。
• 对镀锌部件进行加热，然后通过喷丸去除涂层。

也可以使用化学技术进行除锌，其中氨浸或苛性钠用于溶解镀锌废料中的锌涂层。

Hoogovens（荷兰）开发了一种用于汽车工业废料电解脱锌的连续工艺，并在法国运营了一个试点工厂。镀锌废钢浸入热碱溶液中，其中锌溶解，而钢不受影响。离开溶解反应器后，脱锌废料被洗涤和压实。富锌溶液循环至电解槽，在电解槽中通过沉积在阴极板上电解回收锌。高加工成本和额外的运输成本是该方法的缺点。然而，特别是对于由大量镀锌工艺废料供应和对可靠炼钢原料的需求所决定的利基市场，这种脱锌工艺提供了真正的直接回收解决方案。最近也研究了其他几种对废料进行除锌的方法。其中包括热处理、Cl2-O2 气体混合物处理和热处理后的机械后处理

废钢的确定工艺

锡的熔点较低，会在热钢中形成薄弱区，导致“热短路”等问题 钢铁回收中的含锡废料（即食品容器和汽车轴承）会影响钢材的表面质量因为锡在工作过程中偏析到晶界并导致表面结痂。马口铁废料的脱锡工艺包括电解脱锡和碱脱锡。

马口铁废料的电解脱锡长期以来一直是一种商业化工艺。马口铁废料被压制成密度高于 1.2 吨/立方米的捆。在电解过程中用作阳极的束浸入温度为 85 摄氏度的苛性钠浴中。锡以海绵材料的形式沉积在钢阴极上，然后将其刮掉，压成大药丸以处置锡业。去锡后，废料中可达到的残留锡含量低至 0.02%。只有当去锡装置的年废料处理能力高于 30,000 吨废料时，电解去锡才具有经济效益。此外，电解去锡适用于新废料，但对旧废料有问题。

马口铁上的锡涂层不能通过机械处理（例如通过切碎）去除。在 400 摄氏度至 550 摄氏度的温度范围内，已在实验室规模上成功地应用了具有硫势的反应性气体对涂层的硫化作用，并随后将其作为脆性硫化物相去除。目前在工业条件下不可能从废钢熔体中去除锡。在实验室中，通过在还原条件下用含钙渣处理以及在1公斤/平方米的压力下对钢液进行真空处理，成功地去除了锡。

废钢脱铜工艺

铜不能通过传统的精炼方法从废钢熔体中去除。已经提出了几种降低钢中Cu含量的方法，即改进废钢分选、通过直接还原铁稀释受污染的装料以及旨在去除杂质的机械或化学废钢预处理。为开发火法冶金脱铜技术进行了大量的研究工作。已经在实验室规模上证实，铜可以通过用硫化助熔剂处理来去除，但更有希望的方法是在气相减压下处理钢熔体。这种由铜的选择性汽化组成的方法已在实验室规模上成功地进行了测试。目前，正在进行调查以优化破碎机操作，以提高破碎机废料的铜含量。初步结果表明，可以通过改变破碎机网格开口的程度来控制铜含量。关于废料的分拣，我发现铜是最有效的手工采摘。

焚烧

焚烧工艺常用于去除可燃物，包括油、油脂、油漆、润滑剂和粘合剂。

最近的废钢分拣技术

下面介绍一些最近开发的废料分选技术。

便携式发射光谱仪

便携式光学发射光谱仪正在发展成为现场分拣和识别废钢中金属的重要工具。它们的分析精度和准确度虽然不如实验室安装的光谱仪，但对于分选混合物和大多数等级验证要求来说绰绰有余。便携式光谱仪除了可以分离至少 90% 到 95% 的构成每种钢的各个等级之外，还能够分离不同类型的钢。

颜色分类过程

颜色分选是最早在工业上使用的自动化分选工艺之一，它是由休伦谷钢铁公司 (HVSC) 开发的，它是世界上最大的有色金属废料分选机。在过去的十年中，HVSC 使用这项技术对锌、铜、黄铜和不锈钢进行分类。颜色分类基于计算机图像分析，其中检测每个金属件的颜色。颜色在指定范围内的工件会自动从进料中排出。为了使其正常工作，在图像检测器之前使用了一种分拣机制来产生链状的废料颗粒轮廓。

事实证明，HVSC 的颜色分选过程非常准确，产生的金属纯度超过 98%。这种纯度是可能的，因为这种分选方法与颗粒大小和形状无关。过去十年计算机技术的进步极大地提高了实时图像分析的速度。由于过去几年工业色选机的进步，有效分选颜色略有差异的不同金属的能力已显着提高。

利用激光诱导击穿光谱的工艺

激光诱导击穿光谱 (LIBS) 是一种废料分拣过程，它以快速、经济的方式确定每块废料的实际化学成分，以尽可能获得最高质量的废料。 LIBS 技术最初由洛斯阿拉莫斯国家实验室在 1980 年代初开发，用于各种应用。然而，直到 1990 年代初，该过程才在与 Metallgesellschaft 的联合项目中用于分析固体金属件。该项目的结果显示了该过程的实际方面，以准确确定金属废料的元素组成。然而，他们项目的重点是识别基体元素，而不是对废料中所有元素的完整光谱分析。虽然该过程有很多优点，但 LIBS 也有其局限性。最大的缺点是废料表面不能有油漆、润滑剂或粘合剂，因为脉冲激光只能穿透金属表面三十埃或更小的深度。

也可以使用 X 射线代替激光来照亮废料的表面。 X 射线荧光 (XRF) 已用于合金识别，并且已经有许多便携式和手持式商用设备可供使用。