探讨创新废钢精准配料工艺促进消耗、成本双突破

杜梦龙

随着钢铁行业的发展废钢铁在冶炼过程的地位不断提升，在国家发展改革委印发《“十四五”循环经济发展规划》中将废钢列为重点可再生资源品种，《规划》特别提出对废钢铁是钢铁企业炼钢冶炼的重要原料，发展循环经济是我国经济社会发展的一项重大战略，“十四五”时期大力发展循环经济，推进资源节约利用，构建循环型产业体系和废旧物资循环利用体系，对保障国家资源安全，推动实现碳达锋、碳中和，促进生态健康发展具有重大意义，据相关统计2020年我国废钢利用量2.6 亿吨，相当于替代62%品种铁精矿约4.1 亿吨，到2025年可再生资源对原生资源的替代比例进一步提高，这是目前钢铁行业的共识提倡“短流程”炼钢具有更好的经济与环境效益，但废旧钢铁料在金属冶炼过程还存在着一定的消耗难题，进一步提升无害化钢铁料消耗上意义重大。

1 废钢铁是冶金企业关键性资源

废钢将成为我国钢铁产业举足轻重的关键性战略资源，进一步提升钢铁企业循环利用、加大废钢使用比例有两方面重大意义，一方面是减少对外部铁矿资源的依赖，是除电炉炼钢外另一种实现短流程炼钢的方式，另一方面是减少碳排放实现绿色发展，高效利用废钢资源是降低碳排放、缓解对铁矿石依赖的重要途径。

废钢铁相对于铁矿石炼钢，可节能60%，节水40%，减少废气排放86%、废水76%和废渣97%。每利用1t 废钢铁可节约1.7t铁矿石、0.68t 焦炭和0.28t 石灰石，目前，我国通过使用废旧钢铁作为原材料进行生产，每年减少的二氧化碳排放量约为2 亿吨；到2030年，仅废旧钢铁回收一项，有望每年为中国减少4亿吨碳排放。我国提出到2025年炼钢的废钢比要达到30%，预计10年后我国废钢回收利用比例将会翻一番左右，对于钢铁工业来说，由于我国铁矿石资源相对紧缺，这些问题尤为突出。因此，发展废钢铁市场是解决铁矿石危机的必由之路。可以预见，未来的钢铁原料配置中，废钢铁将逐步取代铁矿石的优势地位。

2 废钢铁的来源及现状

2.1 钢铁企业冶炼废钢的主要来源及现状

一般来说，目前钢铁冶金企业使用的废钢铁按其来源可以分为四类：自产自循环废钢、折旧废钢、外购废钢、进口废钢。

（1）自产自循环废钢指炼铁、炼钢、热轧、冷轧、轧钢等生产过程中产生的边角余料和废次板、卷、材经过加工后自循环使用的废钢，这部分与企业生产成品成分一致，最优质废钢，但远远满足不了生产消耗量，缺口很大。

（2）折旧废钢指工程建设、报废设备设施等废钢，这一部分也进入钢铁企业的自循环体系中，一般同上述自产废钢一样经过切割加工进入废钢循环利用体系，还需要在加工环节单独加工、单独存放、使用环节严格控制加入量以减少对钢水成分出格，管理限制废使用量的增长。

（3）外购废钢目前一般有三类：一是定向采购废钢，二是通过热熔热压铁块，化验有一定难度、造假现象颇多。三是社会回收废钢，这部分废钢不确定性因素更大，是造假的重灾区对后续钢水影响巨大，一般大型钢铁企业对此废钢较为排斥。

（4）进口废钢随着国家将进口废钢渠道打通之后，国外废钢也进入到了国内钢铁企业，目前还存在着标准上的一些小问题，未来都将成为优质的稳定来源。

2.2 自循环废钢品种繁杂对消耗有一定影响

现代化循环利用型钢铁企业对于金属料全部采用循环再利用模式，废钢铁是循环利用的重点，钢铁料全部实现自循环，在全流程的生产过程中有生产性回收的废钢铁料，有的要经过酸洗、镀锡、镀锌、镀硅等等这些钢质本身质量优良，但镀层残留对炼钢有一定影响，特别锡元素无法通过冶炼清除，还有非生产性回收废钢包括废旧备件、工程废料等等，这里有含油杂质、橡胶、还可能有不锈钢材料均会造成钢水出格，需要通过加工、分选等形式进行循环利用。

自循环废钢品种结构较为复杂，生产性废钢即轧制过程中产生的边角余料为优质的废钢的资源，这部分废钢与炼钢成品成分一致，但工程建设、设备检修过程中产生废钢铁料就存在着较多的质量问题，而主要外购废钢、加工废钢均在废钢料场，此时对于废钢料场的配斗精准度和质量管制成为废钢突破配比限制的关键环节，此时推出有效的新型配料工艺解决了定点精放型配料的全部问题。

3 现阶段企业废钢基地的管理现况及问题分析

目前对国内一些大规模废钢料场进行过调研，大多数废钢料场配置相近，一般包括三部分组织：一是废配料车间，根据不同生产规模，废钢基地规模也各有不同，但普遍采用天车厂房的模式，用电磁盘吸装作业配备天车称实现配料计量。二是露天堆场一般用抓钢机配合作业，堆场具有很强的灵活性、抓钢机作业效率高、前期投资少存储量大的优点，但由于近年来环境保护等因素，露天堆场扬尘较为明显后续作业空间越来越小逐步取缔。三是加工车间，将废钢切割加工、或者打包压缩等，自产废钢回用的关键就在于加工环节的把控，受到加工水平和能力的制约自主加工精细处理水平一般不高，但主要优点是物料可控有效的防范了蓄意造假行为，随着废钢消耗效益增加单炉有效加入废钢需求增大，而带动了废钢打包加工的新需求。

4 搭建质量验收管控体系把牢质量关

影响废钢消耗重点两个因素，第一以质量防控为核心，建立持续健康发展的廉政、质量管控机制解决钢铁企业乃至行业的痛点问题，结合实际情况，针对体系环节中的问题及风险，认真梳理形成风险管控体系。第二提升废钢配料管控的精度，对于控制冶炼有害元素，特别是硫、磷、锡、铜残留元素等，这些元素不受控进入到钢水中对于后续成本控制影响巨大，大大降低了废钢的效益，因此从这两方面下功夫意义重大。

4.1 重点管理汽运废钢的质量控制

废钢管理以汽运最难，汽运废钢之中打包块管控最难，这是风险防控的最关键的一环，我们以结合料场实施采取人防与技术相结合的方式，以体系化防控为理论基础开展了一系列的防控，整理制定了汽运验收“八步法”防范质量、廉政风险防范被钻漏洞，主要内容如下：

第一步，初检，车辆到达后质检人员现场查看车辆所载货物与订单、四联单是否一致并检查期质保书，一致后才可以放车进入下一环节验收。

第二步，验标，检查打包块必须每块上喷漆厂家标识，这是防止造假的非常重要手段，可以实现标识追溯，主要是防止打包块不同供应商利用漏洞混入造假打包块造成无头公案，通过标识就能起到很好追溯与震慑作用。

第三步，总观，总体查验全车打包块的一致性，防止出现混装次级料的现象，对于整车质量存在着差异要落实相应的扣罚或降级乃至更严厉的处罚。

第四步，量尺，确定打包块尺寸是一个比较重要质检项目，超过1m 的打包块要落实相应的处罚，针对这些问题做为检验扣罚一个标准项目应该得到重视。

第五步，拆包检查，拆包是最直接有效的质检手段，通过拆包可以非常直接观察打包块内部结构，在整个废钢质检的过程发挥最为重要的作用，也起到最直接有效的震慑作用。

第六步，合并扣罚，通过上述几步对整车废钢已经有了较为全部的扣罚依据，结合每一项问题合并落实扣罚，提出最终的扣罚意见，逐步实现从理念层面向实际层面的转变，将检验过程转化为扣罚成果。

第七步，上传信息，前面发生的每一个步骤都有其依据，任何一个环节都有其图相，将这些实况的影像实时上传到专用的质检群里，共同监督管理，防止出现人为配合问题，这个过程是对内部人员震慑也起到保护作用。

第八步，留档备案，前面所有过程管理的影像资料，都是整个质检的过程，将其实时上传并做好留档备案，防止事件多年以后追溯不有依据，这些工作形成一个长效的追查机制，这产生的震慑作用非常大。

废钢料场的汽运八步法是总结实际工作的探索与实践，是总结与升华，将信息有机整合为体系化思维，防范廉政风险发挥着重要的作用。

4.2 实施船运废钢“七位十八图”管控

所谓“七位十八图”是根据船运废钢批量大、质量较为单一、一经发现造假后果严重的特点而制定，船运废钢验收一般基于实际收料为验收依据，但实际工作对于一些可能存在着争议的环节，对于场地很富裕的如沙钢废钢基地可以采用大船批量管理，使用后整体扣杂，有些废钢基地在卸船过程中实现钢、土分离称量扣罚，这种方便最为公平但实现受多种因素影响难以推广，对于这种先天有优势或战略合作不扣罚的企业不做深入探讨，我们针对废钢场地不足，消耗量大、单独存放有难度的情况下采用此方法流程较为适宜。

基于现场验收、向前船体卸船过程延伸质量控制方法，将整船及卸船的各个环节划分为8 个位置做留档，以保证全过程的可控，此外，由于船运废钢的杂物数量无法分离需要人员验证，所以料场以船体两仓为基础，每个仓分上、中、下三层共计6 个点位，再现场卸车、攒堆后底料、打包块拆包以及其实密封物、结构件等共计整理出七个位置，组织对每个位置按时间顺序留在三张照片做为过程记录的依据，在船运废钢管理中发挥着重用作用。

4.3 结合人工智能给废钢验质带来新突破

2021年中钢协指导下向各钢铁推荐废钢优秀解决方案工作，智能废钢质检系统提供了很好的解决方法，目前在山西建龙、福建三钢、北满特钢等均有较好的使用效果，山东鲁丽、河钢集团、河北鑫达、纵横钢铁等很多钢厂已经投入使用，这是废钢行业一次大风暴，但要结合实际结合现场现状，实现智能与人工的相结合的方式进一步有效防范质量造假，智能废钢检测系统将成为新的趋势也是解决行为痛点非常有效的方法和途径。

5 实现精准控制废钢配比促进废钢创效

精准控制废钢配比是一个比较复杂的过程，受到多重因素的影响，牵一发动全身，要实现体系化、系统化、精密化的组织统筹协调解决各种矛盾点，实现精准控制的目标。配比、存储、效率是影响整体体系发展运行的关键环节，各种问题相互制约，必须系统全面统筹的解决问题。

5.1 精准管制废钢装配精准化的重要意义

废钢铁的受钢材类型、杂质、报废前用途等影响非常巨大，控制不好会产生钢水成分出格等问题，俗话说“一分价格一分货”不同成本对应着不同质量的废钢，我们目标即要保证钢水成分“命中率”又要有较好的钢水“收得率”这是一笔综合账，投入消耗时废钢中“有害”元素也将融入钢水，再进行脱硫、脱磷、脱碳等又增加了冶炼时长降低出钢量、也会增加合金的投入这是得不偿失的，因此我们研究废钢铁料冶炼有害元素影响最小的控制理念，组织建立高效的精益组织工艺模型，形成了适合多种制约条件下的最优管理模式，不断颠覆了传统的配料思路，通过新型配料模式，促进了物料分存，对不同质量的废钢进行分类管理，对元素进行测量形成增硫数据模型，促进在进一步降低采购成本基础上控制废钢有效出钢的前提下不断优秀控制有害元素影响钢水质量命中率。

5.2 不断完善配比、优化现场配置

经过统计分析增硫效应和不断的测定我们对采购各品种的增硫效应是有一定数据支撑的，这个过程需要做的是两方面内容，一是优先保证可以精准的计算各型废钢加入量，这是一个后续测定系统的基本前提，提高配料的精准度才能正确计算并回归出废钢的效率，二是不断计算测定不同废钢的增硫效率，通过多配比试验掌握最低的废钢配比数据，找到增硫临界点，从而在此基础上进行不断的调整以达到最优的废钢配比。由于废钢来源没有稳定性，每车到货又可能有造假风险这些因素综合起来构成了废钢的诸多不确定因素，这需要从多方面齐下手保证体系有效运行，这是一项非常重要的管理行为。

通过完善不断调整配比、调整现场布局，使现场配料结构趋于稳定化，也在此过程摸索出了废钢的无害化临界点，在此过程中总结推出了三种“增硫理论”为后续创新突破创造了条件。废钢斗要能在轴线上移动来完成配料过程，废钢斗随车移动通过校准后的天车磅和准确的存储结构有效的配料顺序是控制的关键核心点。

5.3 计量系统精度提升适应配料要求

通过改善天车传感器流程，解决定点取数为多天车协同取数，适应多点位配料，使数据共享完成协同高精度配料，以彻底解决配料不准产生的测量系统偏差，最后通过汽车过磅进行复核、复验完成配斗操作。

5.4 有效合理的存储模式为精准控制基础

提升现场的存储能力应对同规模钢铁厂中最小废钢基地的不足，提高废钢加工能力、合理利用堆场的有限存储空间、实现精准废钢配料，同时增强废钢行业质量防范能力，废钢的存储对于精准配料、质量控制、快速周转均有非常重要的作用。

5.5 配比结构的探索

废钢配比是生产需求将不同重量的不同品种废钢加入转炉达到相应的出钢量和控制投入相对应的成本，这个配料过程已经完善体现，但并不意味着只要按相应重量的废钢加入到废钢斗上就可以达到满意的配斗总量，废钢配比的结构受多重因素的影响，废钢品种非常多，轻型及重型废钢的加入比例需要不断的调整，一般情况下打包废钢可以代替重型废钢使用，但这一部废钢的质量波动较大，并不是比重越大越好，重废钢的价格要比轻型废钢价格要高，因此，在能够满足装斗重量符合且不增硫的情况下尽可能加入更多的轻薄、杂料有利于成本的最大控制，为了解决上述问题，现场从两方面着手改善，一是尽可能提升设备打包作业能力，将轻废变成重废提升废钢配加价值，也适应快速生产组织需求；二以流动的形式按不同的结构实现最优的装废钢。

5.6 通过废钢质量管控和精准配料摸索出宝贵的废钢管理经验

随着钢厂企业的发展必然要朝“碳达峰、碳中和、短流利炼钢”的方向去发展，这此过程以废钢为重要原料的炼钢是发展的必须趋势，在“十四五”规划中已经明确了这一点废钢冶炼工作给废钢加入量加上层层限制，废钢增硫、增锡、增锌等问题的有效解决，对于提升废钢消耗量，降低铁耗目标有重大的意义，废钢料场质量管理体系保证了质量的优质可控，通过精准配料解决配钢工艺上的不足，实现精准化控制，在此基础上摸索出了废钢的增硫模型，实现了废钢配比的不断突破是此次研究项目最大的经济效益。

6 结语

废钢的消耗使用是一个很全面的学科，这里面包涵着很多内容，实现增加废钢消耗、降低成本的目标主要关键要做好三方面问题，一是控制好质量，配合有效的管控体系，二是精准配料的工艺方法，实现不同成分的有效管控，三是进一步提升效率，适应所在企业的工艺要求特点，结合转炉特点、采购废钢结构特点综合性的选择突破口实现降本增效的目标。

在质量上下功夫，总结摸索出一套独特的废钢质检体系，通过强化管理体系和废钢智能管控等技术手段多措并举将废钢质量的管理管控到位为生产的稳定保驾护航。

在精细管理上下功夫，创新完成配钢工艺的进度，提升炼钢冶炼中硫磺及残留元素的有效控制，战略意义重大

通过精准的配料控制，逐步摸索出了废钢配料经验并不断突破极限配钢量，在过程中探索总结出了高效废钢配比。