近十幾年來(lái)，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。現(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瑐鹘y(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)。

　　以前單獨(dú)加熱及回火時(shí)，此鋼的組織是0.18%碳含量熱調(diào)質(zhì)鋼的典型組織，即帶有位錯(cuò)亞組織的板條型馬氏體晶體，晶界上有析出的滲碳顆粒及釩碳化物。雖然是高溫回火，但其位錯(cuò)亞組織未顯現(xiàn)多邊化跡象，而是開(kāi)始再結(jié)晶形成細(xì)晶鐵素體。眾所周知，馬氏體錯(cuò)位亞組織多邊化乃是保持高強(qiáng)度以及微觀和宏觀組織的前提。

　　馬氏體組織非常硬，這使板子很難平整;同時(shí)，馬氏體一旦變形便產(chǎn)生組織缺陷，導(dǎo)致材料易于破損。

　　在平整機(jī)上平整當(dāng)中適當(dāng)用水冷卻時(shí)，形成的鋼組織是不同形態(tài)相的混合組織。其主要成分是由貝氏體及針狀鐵素體構(gòu)成的厚實(shí)片狀晶體。這種組織位錯(cuò)充足，在γ→α轉(zhuǎn)變中碳順利擴(kuò)散到邊界，形成孿晶化馬氏體，使整個(gè)晶體內(nèi)遍布很細(xì)的馬氏體。這說(shuō)明碳發(fā)生二次擴(kuò)散分配，使奧氏體中碳含量增高，因而在隨后奧氏體富碳轉(zhuǎn)變中不但形成高碳馬氏體，而且還生成貝氏體及珠光體、針狀鐵素體。

　　因此，板子在精軋結(jié)束后立即在平整中用水冷淬火產(chǎn)生的組織是從極硬孿晶馬氏體到較軟針狀鐵素體的多相聚集體。由于最初發(fā)生在馬氏體晶體內(nèi)的峰值應(yīng)力得到松馳，重新分配到不太硬的鐵素體及珠光體上，所以這種多相組織會(huì)具有更高的抗斷裂強(qiáng)度。這樣，鋼的機(jī)械性能便有所提升。這啟示我們：只有通過(guò)應(yīng)力松馳及峰值應(yīng)力重新分配才可保持高強(qiáng)度以及微觀和宏觀組織。

　　至于高強(qiáng)度可焊鋼寬厚板之所以能在平整和淬火合并進(jìn)行的條件下達(dá)到要求的平直度，如前所述，是因?yàn)槠秸谴慊疬^(guò)程中，在鋼組織發(fā)生相變中進(jìn)行的。在淬火相變中，鋼有了較好的加工塑性，因而無(wú)需用能力更高的平整機(jī)，即可達(dá)到每米不超過(guò)10mm的平直度。而傳統(tǒng)熱調(diào)質(zhì)工藝靠應(yīng)力進(jìn)行峰值應(yīng)力重新分配的條件很有限，因而鋼的韌性很差，致使板子仍存在明顯的不平直，甚至進(jìn)行多次冷平整也無(wú)濟(jì)于事。

　　研發(fā)并實(shí)施高強(qiáng)度可焊鋼寬厚板平整的新方法，即不再作單獨(dú)的熱調(diào)質(zhì)，而是在板子精軋后進(jìn)入平整機(jī)時(shí)立即適當(dāng)進(jìn)行水冷淬火，在γ→α相變中完成平整。而原先的高耗能熱調(diào)質(zhì)工藝，使能力不足的平整機(jī)難以達(dá)到要求的平直度，并會(huì)帶來(lái)鋼板內(nèi)在質(zhì)量問(wèn)題。將淬火與平整配合起來(lái)平整，能取得優(yōu)異成效，是因?yàn)殇摻?jīng)相變發(fā)生了加工塑性，從而可用只能平整800N/mm2強(qiáng)度以下的寬厚板的平整機(jī)圓滿平整極限強(qiáng)度在1000N/mm2以上的高強(qiáng)度可焊鋼寬厚板，使平直度在每米不超過(guò)10mm。新方法由于使鋼組織形成從極硬孿晶化馬氏體到較軟針狀鐵素體的多相聚集體，所以還提升了板的機(jī)械性能等級(jí)?？箶嗔褟?qiáng)度提高的原因則是馬氏體內(nèi)峰值應(yīng)力二次分配到較軟的鐵素體及珠光體相