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隨著平爐技術在上世紀不斷被淘汰，電爐煉鋼已經成為一個主要的煉鋼生產工藝，2006世界電爐鋼產量約占粗鋼總產量的40％。

　　為了提高電爐煉鋼的生產率，除了使用電能外，在過去的一些年電爐煉鋼中也越來越多地使用化石能源（煤、石油和天然氣），即利用安裝在爐壁上的燒嘴向爐內噴入化石能源。然而，在電爐煉鋼過程中有效利用一次能源（化石能源）的時間范圍被限制到一個很短的期間段內，不僅輸入的能源密度增加，使出鋼到出鋼時間縮短，而且通過廢鋼表面的熱傳導，能源得到了有效利用。這一過程必然提出了一個問題，即在以廢鋼為原料的電爐煉鋼中如何使輸入的能源(在生產鏈中利用的總能源)相比今天可以更好地得到利用。

　　電爐中各種能源的最佳利用

　　在電爐煉鋼中，能源在三個階段發揮不同的作用：一是加熱廢鋼；二是熔化廢鋼；三是過熱。在上述三個階段中，第一階段需要大量的能源（占總能源需求量的71％），在這一階段廢鋼呈固體狀態，具有較大的熱傳導表面，這是使用一次能源最重要的先決條件。根據這一前提，相比電弧的電能，一次能源可以更好地熔化廢鋼。在熔化的第二階段，所需能源占總能源的19％。在過熱的第三階段，所需能源占總能源的10％。

　　只是在最后的過熱階段，利用一次能源的效率不高。已經熔化的人爐原料的表面開始變得非常小，此時一次能源的利用很低。這是為什么平爐煉鋼工藝被廢棄的原因。相比之下，在這一階段使用電能效果更好。

　　由于具有這些邊界條件，現在的問題就是如何設計一種反應裝置，使前兩步過程可以使用一次能源和第三步是用電能。

　　電能生產背景

　　目前，用于電爐煉鋼的電能主要還是來自于一次能源。例如，2006年德國的電能除了一部分來自于水利發電、核能等以外，有約三分之二來自于一次能源。

　　在發電站，一次能源首先轉換成熱能，然后再發電。這兩個轉換過程與其它的轉換過程一樣，必然帶來損失，損失量由發電效率確定。在比較先進的發電站中，效率一般不會高于40％--42％，在德國，發電的效率平均為36％，而其他國家這一指標甚至更低。

　　用一次能源生產的電能被輸送到煉鋼車間，在煉鋼車間還有一定的損失，然后轉換成熱煉鋼。由于最初的一次能源在從最初形態轉換到煉鋼車間使用的熱能時會有三分之二的損失，因此，應該找到一種直接在煉鋼車間以熱能的形式利用一次能源的方法。

　　一次能源冶煉爐（PEM）概念

　　在逆流反應裝置中，在加熱和冶煉兩個步驟中應該可以有效地利用一次能源。在以這種方式設計的反應裝置，將被熔化的廢鋼是從頂部連續加入反應裝置中，通過帶有氧的礦物燃料燃燒，廢鋼轉化成達到液相線以上出爐溫度的液態。

　　在獨立的爐中，用電能不可能很好地使有固態原料的鋼水過熱。可以這樣概述，傳統的電爐冶煉過程中是按時間分別進行廢鋼的加熱和熔化，而在一次能源冶煉工藝中這兩個步驟分別在不同的空間(爐子)進行。

　　按照上述，熔化爐是一種逆流反應裝置，而過熱爐是其需要的電力相當于鋼包爐的電爐。一次能源冶煉爐(PEM)概念的特點如下：

　　*熔化爐中的電力消耗小于530kWh／t鋼；

　　*廢鋼收得率大于90％；

　　*熔化爐出鋼口與過熱爐傾轉軸成直線排列。

　　相比傳統電爐—鋼包爐流程的能源消耗

　　為了評估和對比在一次能源爐中通過礦物能源熔化廢鋼和其后過熱爐中的能源消耗，特別選定了一些現有電爐的指標數據，這些數據來自：

　　*國際鋼鐵協會對95座電爐研究的數據；

　　*德國圖林根鋼廠電爐數據（現屬于西班牙Alonso Gallardo集團）；

　　*薩爾茨基特鋼鐵公司Peiner Trager鋼廠電爐數據。

　　用于一次能源爐中的數據值是比較保守的數值，相應的鋼包爐中的加熱能源和電極數值來自于相關技術文獻。為了可以直接進行各種能源數值比較，電力和氧氣被轉換成其產生時所需的一次能源，同時采用了電力和氧氣的轉換因數。發電的效率是以德國的36％為基礎。

　　目前，1kWh電能產生的二氧化碳排放量為0.212噸，以此為基礎，一次能源冶煉工藝的二氧化碳排放量比傳統生產工藝低30％，詳見表2。雖然未來電站發電的效率會有所提高，從而降低一次能源煉鋼工藝的效果，但其仍有很高的吸引力。

　　傳統電爐與一次能源冶煉爐成本比較

　　除了一些上述基本問題，如能耗、二氧化碳排放要考慮外，還要考慮一些地區性差異問題，能源成本問題、礦物燃料獲得性問題和電力供應穩定性問題等。

　　以2005年德國電力價格為0.0775歐元／kWh和一次能源價格為0.028歐元／kWh為基礎計算，德國電爐熔化廢鋼和過熱鋼水的平均能源成本為47歐元／噸鋼，在相同條件下最佳節能爐能源成本結果為40歐元／噸鋼，而一次能源冶煉爐的能源成本僅為32.50歐元／噸鋼，如果考慮總能耗減少帶來的二氧化碳降低，則效益更大。

　　結論

　　上述數據顯示，主要利用一次能源的一次冶煉爐是替代傳統電爐的一種很好的選擇，它不僅減少二氧化碳排放，而且大幅度降低能源成本。在經過多次試驗后，一次能源冶煉爐開發者決定盡快將該技術應用于工業生產。

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