2008/04/05
經濟部能源局
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▓撰文：呂文勝
隨著經濟成長，人類於工業革命後陸續發明了許多新的材料，但由於鋼鐵其強度、比重、成型性與應用特性等四項中，除比重較重外，其他特性均優於其他材料，故鋼鐵仍為今日不可或缺的工業材料。然而，鋼鐵業係屬高耗能產業，據統計顯示，鋼鐵業的能源消費與二氧化碳排放比例在全國工業部門中排名第1位，因此，鋼鐵產業的革新對國內節能與環保具舉足輕重之地位。
在今日能源價格高漲與環保的因素下，對鋼鐵業來說是一項重大挑戰。因為煉鐵、煉鋼乃至於熱軋或其他成型加工，都與燃燒加熱脫離不了關係，所消耗的燃料與空氣污染相當龐大，如何在兼顧環保、節能與品質之中，發揮最大的成本效益，是整個鋼鐵產業現今最重要的課題。
軋鋼技術沿革
台灣鋼鐵業早期因政府輔導拆船業而開始逐漸發展，一貫作業鋼廠中國鋼鐵公司成立後，邁入成長期；1970年代中國鋼鐵公司擴建，唐榮不鏽鋼廠及民間熱冷軋鋼廠亦積極投入生產，上下游產業體系逐漸形成，使得鋼鐵業走向成熟期。
早期由於廉價勞工與便宜的燃料，再加上興盛的拆船業，原料成本低廉，故一般軋鋼廠從拆船廢鋼板或上游煉鋼廠取得鋼胚後，再行重新加熱進行壓軋。前述就是所謂的傳統冷進料軋鋼，但要將鋼胚放入加熱爐中重新加熱至可延軋溫度之1,050℃以上，需要約30萬仟卡╱噸的熱能，除了耗時費工外，更浪費大量燃料；若以1公升油約可產生9,200仟卡熱能計算，加熱1噸冷進料鋼胚，約需要32.6公升的油（註1、2）。
但自石油危機以後，先進國家如美國與日本，開始廣泛應用連續鑄造的技術，連結前段煉鋼與後段壓軋的流程，就是所謂的熱進料軋鋼。將煉鋼熔煉之鋼水，經過連鑄機成型鋼胚後，表面溫度降至900～1,000℃，由於生產動線安排，輸送過程中也造成了許多的熱損失，有時熱進料鋼胚表面溫度已降至約300～500℃左右，並不適於直接壓軋，需要再次加熱至1,050℃以上才能壓軋，又需耗費約20～24萬仟卡╱噸的熱能，造成21.7～26.1公升油╱噸的燃料浪費（註1、2）。
如今，由於新興國家的快速發展，導致原油價格飆升至約100美元左右之際，傳統冷、熱進料軋鋼製程並不符合經濟效益。
針對上述連鑄鋼胚軋製之節能環保的作業需求，新式的電熱隧道式持溫爐正好可以符合上述的需求，於連鑄鋼胚運送的過程中，有效地保持鋼胚外部溫度及補溫，以符合直接熱軋的溫度，提升產品品質，減少熱能損失，恰巧可以解決目前大多數連鑄鋼胚軋鋼不能直接延壓作業的缺點。
電熱隧道式持溫爐使用特性
電熱隧道式持溫爐的特性與優點包括：
一、大幅節省能源
軋鋼依據不同的產品與鋼種，需要不同的熱軋溫度，一般來說，單軋廠冷進料再加熱至1,050℃以上，需消耗約30萬仟卡╱噸的熱能，傳統熱進料軋鋼廠（註5），尚需20萬仟卡╱噸以上的熱能，而電熱隧道式持溫爐實績僅需消耗1萬仟卡╱噸之補熱熱能（註3），可大幅節省燃料成本。
二、設備簡單，維護方便
傳統的加熱爐要燃燒加熱，故需要許多燃燒相關之設備，如：供油設備、 燃燒系統、鼓風機、爐壓控制系統、煙道煙囪等，操作與維護均相當複雜。而電熱隧道式持溫爐主要是以電能輻射熱維持熱值，無燃燒排煙，僅需溫度控制（連結SCR電熱調節器），操作與維護相當簡單與方便。
三、設備所需空間小
電熱隧道式持溫爐係運用輻射熱的特性，對鋼胚表面補熱，設備相當簡單，故占地空間小，對廠區生產機具動線安排有絕對的優勢。
四、投資成本低
與鋼胚加熱爐相比，電熱隧道式持溫爐設備簡單，當然在造價上便宜許多，與支援相同軋鋼產量的加熱爐相比，電熱隧道式持溫爐的價格大約僅占傳統加熱爐的20～40％而已。
五、環保
由於環保意識的高漲，政府對空氣污染的排放量與空污費的徵收等相關規範也越來越多，以鋼鐵產業的燃燒耗能與溫室氣體排放均占台灣所有產業的第1名來看，能夠減少燃燒就能降低空氣污染，進而符合法令要求與降低營運成本。且電熱隧道式持溫爐並無實際燃燒，故也就不會排放碳氧化物、硫氧化物與氮氧化物等溫室或有毒氣體，並能兼具廠區設備整潔之利。
六、提升壓軋產品品質
在鋼胚二次加熱，只要是燃燒加熱，就無法避免表面增生氧化鐵，而表面氧化鐵在熱軋過程中會延軋至產品中，造成產品表面粗糙。電熱隧道式持溫爐是以輻射熱持溫補熱，較不會在表面增生氧化鐵，產品表面較平滑美觀。
結語
綜觀以上各點，可以發現新式的電熱隧道式持溫爐，可使連鑄鋼胚壓軋製程具有突破性環保與節能的特點。而在投資效益面、營運成本面、操作維護面與產品品質面上，經實績（註3）證實也有絕對的生產優勢。
2005年台灣電弧爐生產粗鋼年產量約為873萬噸（註4），而僅約3成為熱進料鋼胚壓軋，另約7成產量為冷進料，故相當地浪費能源。若能廣泛應用此項鋼鐵生產之創新技術在電爐煉鋼的連鑄壓軋上，由於完全沒有燃燒，所以不會排放溫室氣體，為環保與產業發展，找到有益的出路；同時可大幅節省燃料成本，提升整體鋼鐵連鑄壓軋業的產業競爭力。（作者為育華興業公司協理╱資料參考：工研院能環所「我國鋼鐵業耗能研究」、巢志成「我國耗能工業溫室氣體減量之策略與技術方案可行性研究」、國家政策研究基金會「台灣鋼鐵業發展」）
註1：本文所有熱值換算公式取自工研院能環所「我國鋼鐵業耗能研究報告」。
註2：不同地區所產之燃料成分各不相同，故可能產出不同的熱能量。
註3：依2005年日本王子製鐵130T連軋的實績數字。
註4：資料來源為「金屬中心2006鋼鐵年鑑-粗鋼篇」。
註5：這裡所謂之熱進料是指連續鑄造之設備環境下，可以保持鋼胚表面溫度在進加熱爐前尚有300～500℃。
註6：以20～24萬仟卡╱噸平均值22萬仟卡╱噸計算。