電爐

電爐是在19世紀(jì)70年代有了直流發(fā)電機(jī)以后逐漸發(fā)展起來的。一些常用的電爐，如一般電阻爐、煉鋼電弧爐、埋弧爐、有心感應(yīng)熔煉爐等，在19世紀(jì)八九十年代就已有了雛型。到了20世紀(jì)二三十年代，由于鎳鉻合金、三極電子管等的問世，特別是電力工業(yè)的發(fā)展，上述電爐開始在工業(yè)中得到推廣應(yīng)用，并且還發(fā)展了中、高頻感應(yīng)熔煉爐、近紅外爐、簡(jiǎn)單的控制氣氛電阻爐等。四五十年代，隨著冶金、機(jī)械、航空、原子能等工業(yè)的發(fā)展，煉鋼電弧爐開始向大型化（容量在50t以上）方向發(fā)展，感應(yīng)透熱設(shè)備、感應(yīng)淬火設(shè)備得到推廣應(yīng)用，并出現(xiàn)了工頻無心感應(yīng)熔煉爐、真空電弧爐、電子束熔煉爐、等離子熔煉爐、微波爐、電渣重熔爐等許多新型電加熱設(shè)備。在60年代，煉鋼電弧爐開始向高功率、超高功率的方向發(fā)展，同時(shí)發(fā)展了用于鋼液爐外精煉的鋼包精煉爐；控制氣氛電阻爐和真空電阻爐得到進(jìn)一步提高和普及；由于電力半導(dǎo)體器件的問世，中、高頻感應(yīng)爐得到更大的發(fā)展；遠(yuǎn)紅外爐、激光電熱設(shè)備等得到了實(shí)際應(yīng)用。80年代，直流煉鋼電弧爐開始在工業(yè)上得到推廣應(yīng)用。90年代，連續(xù)加料高溫預(yù)熱直流電弧爐、雙爐殼直流電弧爐和高阻抗交流電弧爐相繼開發(fā)并得到推廣應(yīng)用。近年來各類電爐針對(duì)環(huán)境保護(hù)、節(jié)能、提高產(chǎn)品品質(zhì)三大課題，在結(jié)構(gòu)、性能、自動(dòng)化控制以及加工工藝上進(jìn)行了大量改進(jìn)和技術(shù)開發(fā)。電爐的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，正在向時(shí)代化、高性能化的方向發(fā)展。

中國于20世紀(jì)50年代開始生產(chǎn)電爐，早期是小型電阻爐、中頻感應(yīng)爐、煉鋼電弧爐等。60年代發(fā)展了控制氣氛電阻爐和真空電阻爐、真空電弧爐等。七八十年代煉鋼電弧爐單臺(tái)容量發(fā)展到75t，并制成連續(xù)式氣體滲碳爐、離子氮化爐、真空淬火爐、微波爐、單晶爐、遠(yuǎn)紅外爐等。90年代，40t直流煉鋼電弧爐、250tLF型鋼包精煉爐相繼開發(fā)并投入工業(yè)運(yùn)行。

電爐電阻爐

電阻爐是以電流通過導(dǎo)體所產(chǎn)生的焦耳熱為熱源的電爐。按電熱產(chǎn)生方式，電阻爐分為直接加熱和間接加熱兩種。在直接加熱電阻爐中，電流直接通過物料，因電熱功率集中在物料本身，所以物料加熱很快，適用于要求快速加熱的工藝，例如鍛造坯料的加熱。這種電阻爐可以把物料加熱到很高的溫度，例如碳素材料石墨化電爐，能把物料加熱到超過2500℃。直接加熱電阻爐可作成真空電阻加熱爐或通保護(hù)氣體電阻加熱爐，在粉末冶金中，常用于燒結(jié)鎢、鉭、鈮等制品。采用這種爐子加熱時(shí)應(yīng)注意：

①為使物料加熱均勻，要求物料各部位的導(dǎo)電截面和電導(dǎo)率一致；

②由于物料自身電阻相當(dāng)小，為達(dá)到所需的電熱功率，工作電流相當(dāng)大，因此送電電極和物料接觸要好，以免起電弧燒損物料，而且送電母線的電阻要小，以減少電路損失；

大部分電阻爐是間接加熱電阻爐，其中裝有專門用來實(shí)現(xiàn)電-熱轉(zhuǎn)變的電阻體，稱為電熱體，由它把熱能傳給爐中物料（圖1 間接加熱電阻爐）。

這種電爐爐殼用鋼板制成，爐膛砌襯耐火材料如陶瓷纖維，內(nèi)放物料。

最常用的電熱體是鐵鉻鋁電熱體、鎳鉻電熱體、碳化硅棒和二硅化鉬棒，硅碳棒、二硼化鋯陶瓷復(fù)合發(fā)熱體。根據(jù)需要，爐內(nèi)氣氛可以是普通氣氛、保護(hù)氣氛或真空。一般電源電壓220伏或380伏，必要時(shí)配置可調(diào)節(jié)電壓的中間變壓器。小型爐（<10千瓦）單相供電，大型爐三相供電。對(duì)于品種單一、批料量大的物料，宜采用連續(xù)式爐加熱。爐溫低于700□的電阻爐，多數(shù)裝置鼓風(fēng)機(jī)，以強(qiáng)化爐內(nèi)傳熱，保證均勻加熱。用于熔化易熔金屬（鉛、鉛鉍合金、鋁和鎂及其合金等）的電阻爐，可做成坩堝爐；或做成有熔池的反射爐，在爐頂上裝設(shè)電熱體。電渣爐是由溶渣實(shí)現(xiàn)電熱轉(zhuǎn)變的電阻爐。

電爐感應(yīng)爐

感應(yīng)爐的簡(jiǎn)介

利用物料的感應(yīng)電熱效應(yīng)而使物料加熱或熔化的電爐。感應(yīng)爐的基本部件是用紫銅管繞制的感應(yīng)圈。感應(yīng)圈兩端加交流電壓，產(chǎn)生交變的電磁場(chǎng)，導(dǎo)電的物料放在感應(yīng)圈中，因電磁感應(yīng)在物料中產(chǎn)生渦流，受電阻作用而使電能轉(zhuǎn)變成熱能來加熱物料；所以，也可認(rèn)為感應(yīng)電爐是一種直接加熱式電阻電爐。

感應(yīng)電爐的特點(diǎn)是在被加熱物料中轉(zhuǎn)變的電熱功率（電流分布）很不均勻，表面最大，中心最小，稱為趨膚效應(yīng)。為了提高感應(yīng)加熱的電熱效率，供電頻率要合宜，小型熔煉爐或?qū)ξ锪系谋砻婕訜岵捎酶哳l電，大型熔煉爐或?qū)ξ锪仙钔讣訜岵捎弥蓄l或工頻電。感應(yīng)圈是電感量相當(dāng)大的負(fù)載，其功率因數(shù)一般很低。為了提高功率因數(shù)，感應(yīng)圈一般并聯(lián)中頻或高頻電容器，稱為諧振電容。感應(yīng)圈和物料之間的間隙要小，感應(yīng)圈宜用方形紫銅管制作，管內(nèi)通水冷卻，感應(yīng)圈的匝間間隙要盡量小，絕緣要好。感應(yīng)加熱裝置，主要用于鋼、銅、鋁和鋅等的加熱及熔鑄，加熱快，燒損少，機(jī)械化和自動(dòng)化程度高，適合配置在自動(dòng)作業(yè)線上。

感應(yīng)爐系列加熱爐特點(diǎn)

加熱速度快、生產(chǎn)效率高、氧化脫炭少、節(jié)省材料與鍛模成本

由于中頻感應(yīng)加熱的原理為電磁感應(yīng)，其熱量在工件內(nèi)自身產(chǎn)生，普通工人用中頻電爐上班后十分鐘即可進(jìn)行鍛造任務(wù)的連續(xù)工作，不需燒爐專業(yè)工人提前進(jìn)行燒爐和封爐工作。不必?fù)?dān)心由于停電或設(shè)備故障引起的煤爐已加熱坯料的浪費(fèi)現(xiàn)象。由于該加熱方式升溫速度快，所以氧化極少，每噸鍛件和燒煤爐相比至少節(jié)約鋼材原材料20-50千克，其材料利用率可達(dá)95%。由于該加熱方式加熱均勻，芯表溫差極小，所以在鍛造方面還大大的增加了鍛模的壽命，鍛件表面的粗糙度也小于50um。

工作環(huán)境優(yōu)越、提高工人勞動(dòng)環(huán)境和公司形象、無污染、低耗能

感應(yīng)加熱爐與煤爐相比，工人不會(huì)再受炎炎烈日下煤爐的烘烤與煙熏，更可達(dá)到環(huán)保部門的各項(xiàng)指標(biāo)要求，同時(shí)樹立公司外在形象與鍛造業(yè)未來的發(fā)展趨勢(shì)。感應(yīng)加熱是電加熱爐中最節(jié)能的加熱方式由室溫加熱到1100℃的噸鍛件耗電量小于360度。

加熱均勻，芯表溫差極小，溫控精度高

感應(yīng)加熱爐具有體積小，重量輕、效率高、熱加工質(zhì)量優(yōu)及有利環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)正迅速淘汰燃煤爐、燃?xì)鉅t、燃油爐及普通電阻爐，是新一代的金屬加熱設(shè)備。

工業(yè)上應(yīng)用的感應(yīng)熔化爐有坩堝爐（無芯感應(yīng)爐）和熔溝爐（有芯感應(yīng)爐），見圖2感應(yīng)爐爐體結(jié)構(gòu)示意。坩堝用耐火材料或鋼制成，容量從幾公斤到幾十噸。其熔煉特點(diǎn)是坩堝中熔體受電動(dòng)力作用，迫使熔池液面凸起，熔體自液面中心流向四周而引起循環(huán)流動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為電動(dòng)效應(yīng)，可使熔體成分均勻，缺點(diǎn)是爐渣偏向周邊，覆蓋性差。與熔溝爐比較，坩堝爐操作靈活，熔煉溫度高，但功率因數(shù)低，電耗較高。熔溝爐的感應(yīng)器由鐵芯、感應(yīng)圈和熔溝爐襯組成，熔溝為一條或兩條帶狀環(huán)形溝，其中充滿與熔池相聯(lián)通的熔體。在原理上，可以把熔溝爐看作是次級(jí)只有一匝線圈而且短路的鐵芯變壓器。感應(yīng)電流在熔溝熔體中流動(dòng)，而實(shí)現(xiàn)電熱轉(zhuǎn)變。

生產(chǎn)中，每爐金屬熔煉完畢后，不能把熔池放空，不然容易干枯，一定要保留一部分熔體作為下一爐的起熔體。熔溝溫度比熔池高，又承受熔體流動(dòng)的沖刷，所以熔溝爐襯容易損壞，為便于維修，現(xiàn)代爐子的感應(yīng)器制成便于更換的裝配件。熔溝爐的容量從幾百公斤到百余噸。熔溝爐供工頻電，由于有用硅鋼片制作的鐵芯作磁通路，電效率和功率因數(shù)都很高。熔溝爐主要用于鑄鐵、銅、鋅、黃銅等的熔化，還可作為混熔滬，用來貯存和加熱熔體。

電爐電弧爐

利用電弧熱效應(yīng)熔煉金屬和其他物料的電爐（圖3電弧爐類型）。按加熱方式分為三種類型：①間接加熱電弧爐。

電弧在兩電極之間產(chǎn)生，不接觸物料，靠熱輻射加熱物料。這種爐子噪聲大，效率低，漸被淘汰。②直接加熱電弧爐。電弧在電極與物料之間產(chǎn)生，直接加熱物料；煉鋼三相電弧爐是最常用的直接加熱電弧爐。③埋弧電爐，亦稱還原電爐或礦熱電爐。電極一端埋入料層，在料層內(nèi)形成電弧并利用料層自身的電阻發(fā)熱加熱物料；常用于冶煉鐵合金。

電爐真空電弧爐

是在抽真空的爐體中用電弧直接加熱熔煉金屬的電爐。爐內(nèi)氣體稀薄，主要靠被熔金屬的蒸氣發(fā)生電弧，為使電弧穩(wěn)定，一般供直流電。按照熔煉特點(diǎn)，分為金屬重熔爐和澆鑄爐。按照熔煉過程中電極是否消耗（熔化），分為自耗爐和非自耗爐，工業(yè)上應(yīng)用的大多數(shù)是自耗爐。真空電弧爐用于熔煉特殊鋼、活潑的和難熔的金屬如鈦、鉬、鈮。

電弧電熱可以認(rèn)為是弧阻電熱。電?。ɑ∽瑁┓€(wěn)定是爐子正常生產(chǎn)的必要條件。交流電弧爐通常采用工頻電，為使電弧穩(wěn)定，爐子供電電路中要有適當(dāng)?shù)母锌梗谴嬖诟锌箷?huì)降低功率因數(shù)和電效率。降低電流頻率是發(fā)展交流電弧爐的途徑。弧阻阻值相當(dāng)小，為獲得必要的熱量，爐子需要相當(dāng)大的工作電流，因此爐子短網(wǎng)的電阻要盡量小，以免電路損耗過大。對(duì)于三相電弧爐，要使三相的阻抗接近一致，以免三相負(fù)荷不平衡。

電爐等離子爐

利用工作氣體被電離時(shí)產(chǎn)生的等離子體來進(jìn)行加熱或熔煉的電爐。產(chǎn)生等離子體的裝置，通常叫作等離子槍，有電弧等離子槍和高頻感應(yīng)等離子槍兩類。把工作氣體通入等離子槍中，槍中有產(chǎn)生電弧或高頻（5～20兆赫）電場(chǎng)的裝置，工作氣體受作用后電離，生成由電子、正離子以及氣體原子和分子混合組成的等離子體。等離

子體從等離子槍噴口噴出后，形成高速高溫的等離子弧焰，溫度比一般電弧高得多。最常用的工作氣體是氬，它是單原子氣體，容易電離，而且是惰性氣體，可以保護(hù)物料。工作溫度可高達(dá)20000□；用于熔煉特殊鋼、鈦和鈦合金、超導(dǎo)材料等。爐型有配置水冷銅結(jié)晶器爐、 中空陰極式爐、 配置感應(yīng)加熱的等離子爐、有耐火材料爐襯的等離子爐等。

電爐電子束爐

用高速電子轟擊物料使之加熱熔化的電爐（圖4電子束爐示意）。在真空爐殼內(nèi)，用通低壓電的燈絲加熱陰極，使之發(fā)射電子，電子束受加速陽極的高壓電場(chǎng)的作用而加速運(yùn)動(dòng)，轟擊位于陽極的金屬物料，使電能轉(zhuǎn)變成熱能。因?yàn)殡娮邮山?jīng)電磁聚焦裝置高度密集，所以可在物料受轟擊的部位產(chǎn)生很高的溫度。電子束爐用于熔煉特殊鋼、難熔和活潑金屬。

工業(yè)上用的電爐分類為兩類：周期式作業(yè)爐和連續(xù)式作業(yè)爐。

周期式作業(yè)爐分為：箱式爐、密封箱式爐，井式爐，鐘罩爐，臺(tái)車爐，傾倒式滾筒爐。

連續(xù)式作業(yè)爐分為：窯車式爐，推桿式爐，輥底爐，振底爐，轉(zhuǎn)底爐，步進(jìn)式爐，牽引式爐，連續(xù)式滾筒爐，傳送帶式爐等。其中傳送帶式爐可分為：有網(wǎng)帶式爐、沖壓鏈板式爐、鑄鏈板式爐等。

電爐電熱爐

電熱爐可使用金屬發(fā)熱體或非金屬發(fā)熱體來產(chǎn)生熱源，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，用途十分廣泛是它的主要特色，可廣泛應(yīng)用於退火、正?；?、淬火、回火、滲碳及滲碳氮化等。主要的金屬發(fā)熱體包括Ni-Cr電熱線（最常見，最高用至1200℃）、Mo-Si合金及W、Mo等純金屬；非金屬發(fā)熱體包括SiC（最常見，最高可加熱至1600℃）、LaCrO3及石墨棒（真空或保護(hù)氣氛下可加熱至2000℃）。

電爐優(yōu)點(diǎn)

1） 與燃料爐相比容易得到高溫。

2） 可從材料內(nèi)部加熱使其升溫。

3） 便于在可控氣氛爐和真空爐中使用。

4） 電爐沒有燃料爐的排煙熱損失，所以熱效率高。

5） 容易控制溫度，便于遙控、細(xì)調(diào)。

6） 能進(jìn)行快速加熱。

7） 操作性能好，不污染環(huán)境。

電爐缺點(diǎn)

1） 需要增加配電設(shè)備費(fèi)用。

2） 電力成本高。

3） 電阻加熱溫度超過1000℃時(shí)，耐火材料有可能導(dǎo)電，需要注意絕緣問題。

為了保護(hù)和延長電爐的使用時(shí)間，必須注意下列事項(xiàng)：

（1） 定期檢查電爐及控制器各接頭的連接是否良好。

（2） 電爐和控制器必須在相對(duì)濕度不超過85%，沒有導(dǎo)電塵埃，爆炸性氣體和能破壞金屬絕緣以及電子元件的腐蝕性氣體的場(chǎng)所工作。

（3） 控制器（如右圖）的工作環(huán)境溫度限于0—50℃。

（4） 電爐和控制器使用時(shí)，均不得超過額定功率，爐溫不得超過最高使用溫度，禁止將潮濕工件裝入爐膛內(nèi)，含有超高水分的被加熱工件應(yīng)預(yù)先烘干。

（5） 保持爐膛內(nèi)情清潔，對(duì)爐內(nèi)的金屬氧化物、溶渣和雜質(zhì)等應(yīng)及時(shí)清除，裝卸工件時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎。

1、操作人員必須了解以下幾點(diǎn)：

A、電爐及其輔助設(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能。

B、配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的布置及安全裝置的位置等。

C、操作工藝和安全操作規(guī)程。

2、運(yùn)行前準(zhǔn)備工作檢查

A、設(shè)備的電源是否正常，是否有斷相、短路或裸線等情況。

B、檢查接地裝置接線處的接觸是否良好。

C、檢查加熱元件是否有損壞的地方，各連接處的接觸是否良好，有否與爐體及罩殼相接觸的地方。

D、檢查溫控系統(tǒng)是否有不正常的現(xiàn)象。

E、檢查爐門升降、臺(tái)車進(jìn)出運(yùn)行是否正常。

3、帶有腐蝕性、揮發(fā)性、爆炸性氣體的工件嚴(yán)禁進(jìn)入爐體加工，以免影響加熱元件和耐火材料使用壽命及引起爆炸等事故。

4、電爐不得超溫運(yùn)行，否則會(huì)縮短設(shè)備的使用壽命。

5、工件均勻堆放，離加熱元件應(yīng)在100-150mm左右。

6、氧化皮太多的工件進(jìn)爐前需清除，可用鋼絲刷刷下。

7、嚴(yán)禁野蠻操作，工件應(yīng)輕放，避免沖擊。

8、電爐使用時(shí)操作人員不得擅自離開崗位，必須隨時(shí)注意電爐的工作狀況是否正常，

9、電爐在進(jìn)行裝卸工件時(shí)，必須先切斷加熱元件電源，以保證操作人員的安全。

10、爐膛的氧化物（包括電爐絲下）應(yīng)經(jīng)常清理，至少每周一次或五爐次一次。爐底板下可用壓縮空氣吹。

11、電阻絲如經(jīng)使用后，就不得碰撞拗折，以免斷裂。

12、電爐電動(dòng)機(jī)需定期檢查，添加潤滑油等，注意使用安全。

13、定期檢查加熱元件的使用情況。加熱元件經(jīng)短期使用后便不得拗折、碰撞。如尚未嚴(yán)重腐蝕而折斷時(shí)，可用與電爐絲相同的材料（或電爐絲本身）作為焊條，采用乙炔氣進(jìn)行加熱焊接，焊條采用50%白云粉末混合而成，若加熱元件嚴(yán)重腐蝕不能使用時(shí)，則應(yīng)另行更換。

14、定期校驗(yàn)儀表、熱電偶的偏差情況，防止因儀表、熱電偶的誤差造成測(cè)溫不正確而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

又稱埋弧電爐或礦熱電爐，采取電極插入爐料的埋采用敞口固定式電爐（圖1a鐵合金還原電爐），隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高和余熱利用技術(shù)的進(jìn)展，對(duì)不同產(chǎn)品分別采用封閉式電爐（圖1b鐵合金還原電爐）或矮煙罩、半封閉式電爐（圖1c鐵合金還原電爐）。爐體旋轉(zhuǎn)可以消除懸料、減少結(jié)殼“刺火”使布料均勻、反應(yīng)區(qū)擴(kuò)大，以利爐況順行。電爐容量（在鐵合金生產(chǎn)中指電爐變壓器容量,按千伏安計(jì),用以標(biāo)志電爐能力）在50年代以前一般從幾百至一萬千伏安左右，后來逐漸向大型化發(fā)展。70年代新建電爐一般為20000～40000千伏安,最大的封閉式電爐達(dá)75000千伏安，最大的半封閉爐達(dá)96000千伏安。

現(xiàn)代鐵合金電爐一般為圓形爐體，配備三根電極。大型錳鐵電爐有采用矩形多電極的。大型硅鐵電爐有些裝備旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，爐體以30～180小時(shí)旋轉(zhuǎn)360°的速度沿水平方向旋轉(zhuǎn)或往復(fù)擺動(dòng)。封閉電爐設(shè)置密封的爐蓋，半封閉電爐在煙罩下設(shè)有可調(diào)節(jié)開啟度的操作門，以控制抽入空氣量和煙氣溫度。

電極系統(tǒng)廣泛采用連續(xù)自焙電極，最大的直徑可達(dá)2000毫米，有的還做成中空式。連續(xù)自焙電極由薄鋼板電極殼和電極糊組成，在運(yùn)行中電極糊利用電流通過時(shí)產(chǎn)生的熱量和爐熱的傳導(dǎo)輻射自行焙燒。隨著電極的消耗，電極殼要相應(yīng)逐節(jié)焊接，并向殼內(nèi)充填電極糊。電極把持器由接觸頰板（導(dǎo)電銅瓦）、銅管和把持環(huán)等構(gòu)件組成，它的作用是將電流輸向電極，并將電極夾持在一定的高度上，還可以調(diào)節(jié)電極糊的燒結(jié)狀態(tài)。電極升降和壓放裝置吊掛著整根電極，用以調(diào)整電極插入深度。

從變壓器低壓側(cè)到電極把持器的饋電線路通稱短網(wǎng)，是一段大截面的導(dǎo)體，用以輸送大電流至爐內(nèi)。大型電爐變壓器的二次繞組多數(shù)通過短網(wǎng)在電極上完成三角形接線。整個(gè)網(wǎng)路由硬母線束、軟母線束和銅管組成。

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電爐鋼是以電為能源的煉鋼爐生產(chǎn)的鋼。電爐種類很多，有電弧爐、感應(yīng)電爐、電渣爐、電子束爐、自耗電弧爐等。但通常所說的電爐鋼是用堿性電弧爐生產(chǎn)的鋼。

電爐煉鋼具有污染較少，熱效率高，冶煉質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。但也具有電能消耗大，生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)。

電爐鋼有各種類型，多為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼及合金鋼。電爐鋼的質(zhì)量優(yōu)良、性能均勻。在含碳量相同時(shí)，強(qiáng)度和塑性均優(yōu)于平爐鋼。

電爐鋼生產(chǎn)是現(xiàn)代鋼的主要生產(chǎn)流程之一。與轉(zhuǎn)爐煉鋼相比，具有投資省、建設(shè)周期短、見效快及生產(chǎn)流程短、生產(chǎn)調(diào)度靈活、優(yōu)特鋼冶煉比例高等優(yōu)點(diǎn)，特別是合金鋼、高合金鋼等高附加值、高強(qiáng)度、高韌性等高性能的特殊鋼品種的冶煉，基本依靠電爐。

現(xiàn)代的電爐流程為：電爐冶煉一二次精煉一連鑄一（熱送熱裝）一軋制。電和廢鋼是電爐鋼生產(chǎn)的兩個(gè)必備條件。特鋼企業(yè)電爐鋼成本的55%來自廢鋼。特鋼企業(yè)電耗成本占總成本的15%。