為了提高電爐的生產(chǎn)效率，作為對(duì)電力的補(bǔ)充，化石能源的使用持續(xù)增長(zhǎng)。但在電爐煉鋼法中原生能源的效率非常低，且僅限于廢鋼熔化階段。最新的研究結(jié)果表明，以原生能源為主要燃料的新式廢鋼煉鋼法有望取代電爐煉鋼法，并可大大減少二氧化碳的排放量以及節(jié)省能源成本。

　　上世紀(jì)末，由于平爐煉鋼基本上被淘汰，電爐煉鋼成為最主要的廢鋼煉鋼法。2006年電爐鋼已占世界鋼產(chǎn)量的40%左右。在過(guò)去的數(shù)十年中，為了提高生產(chǎn)能力，除了電能以外越來(lái)越多的化石能源用于電爐煉鋼。然而，在廢鋼未完全熔化的短期內(nèi)電爐中原生能源的有效利用時(shí)間范圍是有限的。在此期間內(nèi)，不僅能量輸入的密度提高，出鋼-出鋼時(shí)間縮短，而且能量通過(guò)對(duì)廢鋼表面的傳熱而得以有效利用。這一事實(shí)引出的問(wèn)題是如何使用于廢鋼煉鋼輸入的能量（指用于生產(chǎn)鏈的總能量）利用優(yōu)于電爐煉鋼。

1電爐各種能源的最佳利用

　　電爐廢鋼煉鋼的3個(gè)階段的能耗：加熱、熔煉和過(guò)熱。絕大部分能源（約70%）用于第一階段，因?yàn)榇罅康膹U鋼表面需要傳熱，這是利用原生能源的最重要的前提。在這一前提下，化石能源加入電爐，熔化效果比僅用電能要好。只是在最后的過(guò)熱階段，化石燃料的效率低或是無(wú)效的。爐料熔化后其比表面積很低，原生能源的利用效果很差。這正是平爐被淘汰的原因之一。比較起來(lái)，在此階段利用電爐才真正有意義。

　　在這些邊界條件下，反應(yīng)器必須設(shè)計(jì)成在前兩個(gè)階段利用原生能源，而在第三階段利用電能。

2電能的產(chǎn)生

　　目前，電爐所用電能主要來(lái)自原生能源。例如德國(guó)的電爐所用電能的來(lái)源是：核能占26%，褐煤占26%，煤占23%，再生能源占11%，天然氣占10%，水占2%，燃油和其他占2%。從這一統(tǒng)計(jì)可以看出，幾乎三分之二的電能來(lái)自化石能源。

　　煉鋼車間電能的產(chǎn)生和利用的轉(zhuǎn)換如下：原生能源→加熱→電能→冶煉加熱。在煉鋼車間之間無(wú)能量損失，原生能源轉(zhuǎn)換為熱。這是電爐的耗能情況，首先，能源在發(fā)電站轉(zhuǎn)換為熱能，后又轉(zhuǎn)換成電能。為同其他形式的轉(zhuǎn)換一樣，這兩個(gè)過(guò)程中的能量損失是由發(fā)電站的效率決定的?，F(xiàn)代化的發(fā)電站的效率不會(huì)高于40%～42%，德國(guó)的平均效率是36%，在其他國(guó)家甚至更低一些。

　　電能輸入煉鋼車間，又有損失，然后又轉(zhuǎn)換為熱能來(lái)煉鋼。如果三分之二的原生能源在進(jìn)入煉鋼車間之前不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的損失，就可能將其熱能直接用于煉鋼。

3原生能源熔煉爐的概念

　　在逆流反應(yīng)器中，在加熱和熔化階段有效地利用原生能源是可能的，在反應(yīng)器的頂部如連續(xù)地加入廢鋼，通過(guò)化石燃料和氧的燃燒熔化為鋼水并達(dá)到液相線以上的出鋼溫度。在單獨(dú)的容器內(nèi)僅靠電來(lái)熔化固態(tài)材料并達(dá)到足夠的過(guò)熱實(shí)際上是不可能的?？偠灾?，傳統(tǒng)電爐的熔化和加熱的時(shí)間是分開(kāi)的，利用原生能源的熔煉過(guò)程，這些階段也是分開(kāi)的。逆流反應(yīng)器是按照上述條件設(shè)計(jì)的熔煉爐，過(guò)熱熔煉爐是類似于鋼包爐的電弧爐。這一概念的特性是：

（1）熔煉電耗<530kWh/t；

（2）鋼的收得率>90%；

（3）熔煉爐的出鋼口與過(guò)熱爐的傾轉(zhuǎn)軸成直線排列。

　　這一設(shè)計(jì)概念多少類似于上世紀(jì)70年代和80年代曾做過(guò)的試驗(yàn)。

4單位能耗與傳統(tǒng)電爐一鋼包爐的比較

　　對(duì)主要利用化石能源、下游用過(guò)熱爐的原生能源熔煉爐熔化廢鋼的單位能耗進(jìn)行評(píng)估，搜集和整理了現(xiàn)有鋼廠的特征值。具體情況如下：

（1）國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)的研究數(shù)據(jù)，包括約95座電爐；

（2）Stahlwerk Thiiringen鋼廠(Alfonso Gallardo集團(tuán))的電爐；

（3）Peiner Trager鋼廠(Salzgitter集團(tuán))的電爐。

　　將保存的數(shù)值用于原生能源熔煉爐。加熱能耗的相應(yīng)數(shù)字和鋼包爐的電極消耗來(lái)自相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)。為了進(jìn)行直接的比較，將各種能源、電和氧轉(zhuǎn)換為產(chǎn)生這些能所需要的原生能源。對(duì)能的轉(zhuǎn)換所用的單位能耗以及排放量進(jìn)行了比較。

　　1kWh的化石能產(chǎn)生1kWh的電能，目前德國(guó)的發(fā)電站的平均效率為36%，以此作為基數(shù)，對(duì)各種生產(chǎn)線所需的單位能耗進(jìn)行了比較。研究了在熔煉1t廢鋼理論上所需用的最少的能。在鋼水溫度為1600℃時(shí)，冶煉低合金鋼的耗能量是368kWh/t鋼。盡管發(fā)電站的效率進(jìn)一步提高對(duì)用原生能源冶煉法的效益影響不大，但在經(jīng)濟(jì)上仍頗具吸引力。

　　當(dāng)前，廣泛的議題產(chǎn)生于另一個(gè)重要方面，即對(duì)原生能源煉鋼法的評(píng)估涉及各種生產(chǎn)線產(chǎn)生的二氧化碳的排放量。有關(guān)研究表明，1kWh電的平均二氧化碳排放系數(shù)是0.2120kg/kWh。以此為基礎(chǔ)，原生能源煉鋼法的單位二氧化碳排放約為30%，低于傳統(tǒng)生產(chǎn)線。

5電爐煉鋼法與原生能源法生產(chǎn)成本的比較

　　除了要考慮地區(qū)條件之外，還必須考慮當(dāng)?shù)氐哪茉闯杀?、化石燃料的可用性以及電力供?yīng)的穩(wěn)定性。

　　對(duì)純能源成本進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，在電價(jià)為0.0447歐元/kWh時(shí)，熔化廢鋼并達(dá)到過(guò)熱的費(fèi)用約為47歐元/t鋼水。在相同的能源成本下，電爐的生產(chǎn)成本接近40歐元/t鋼水。在原生能源的成本約為0.028歐元/kWh的條件下，在相同的能力下，原生能源煉鋼法的生產(chǎn)成本可達(dá)到32.50歐元/t鋼水，這還沒(méi)有考慮減少總能耗的二氧化碳的排放量。

　　結(jié)語(yǔ)

　　研究結(jié)果表明，以原生能源為主的廢鋼煉鋼法是一種有望取代電爐法的方法，此法可以大大減少二氧化碳的排放量、降低能源成本。在經(jīng)過(guò)充分的試驗(yàn)獲得成功后，SMS德馬克公司擬將此煉鋼法應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。