无烟冶炼——钢铁及其伙伴的清洁炉
煤炭造就了第一批摩天大楼；电子将创造下一文明。在我们的世界里，炉子不咳嗽——它们嗡嗡作响。唯一的“烟”是我们有意收集的热量。
为什么无烟冶炼（以及为什么比听起来更容易）
旧冶金中“有毒”的部分不是金属本身——而是用于加热和还原的燃烧：高炉中的煤炭、矿车中的柴油、工艺加热用的油。我们去除燃烧，保留物理过程。电弧、感应线圈和氢气以更少的副作用完成相同的工作。
- 相同的原子，新的火焰：电子和H₂取代焦炭和柴油。
- 闭环热能：废气转化为蒸汽和工艺热，而非气候事件。
- 电力充裕：太阳能种子工厂（第3部分）提供我们所需的兆瓦数。
无煤钢铁——两条清洁路线
路线A — 废钢 → EAF（电弧炉）
我们用电弧炉熔炼回收钢。加入少量石灰和氧气，撇渣，铸造，微笑。这是在有优质废钢时能耗最低的路线。
电力：约0.35–0.60 MWh/吨钢 氧气与助熔剂：适中 电极：约1–2 kg/吨可选：用于小批量铸造的感应炉（每吨电耗相似）。
路线B — DRI(H₂) → EAF
当我们需要原生铁时，使用氢气在竖炉中还原铁矿石（DRI），然后在电弧炉中熔炼。氢气只是暂时的电子载体。无焦炉，无烧结堆。
氢气：约50–60 kg H₂/吨钢 电力（含氢气）：约3.2–4.2 MWh/吨 球团矿：高品位，低杂质电解槽约需50–55 kWh/kg H₂。我们加大太阳能规模以稳定供电。
每吨速查表（钢铁）
投入与能量（每1吨液态钢）
| 路线 | 电力 | 氢气 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 废钢 → EAF | ~0.35–0.60 MWh | — | 当废钢丰富且干净时最佳 |
| DRI(H₂) → EAF | ~3.2–4.2 MWh* | ~50–60 公斤 | 电解槽 + 压缩 + 电弧炉 |
*假设电解槽约为50–55 kWh/公斤氢气，且使用清洁电力。
我们替代的内容（仅供参考）
| 旧路线 | 燃烧能量 | 主要燃料 |
|---|---|---|
| 高炉/转炉（高炉） | ~4–6 MWh/吨（作为热能） | 焦炭/煤炭 |
| 柴油矿山运输 | — | 被电动货车替代（第1部分） |
我们保留冶金过程，去除烟雾。
预先计算的工厂场景（车间友好，无脚本）
钢铁电弧炉（废料路线）
仅限电力。范围考虑了废料混合和操作方式。
| 容量 | 平均负载 | 光伏最小值 | 12 小时储能 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/年 | ~57 MW | ~300 MWp | ~0.68 GWh | 0.5 MWh/吨 设计 |
| 5 Mt/年 | ~285 MW | ~1.46 GWp | ~3.42 GWh | 多个炉子在炉区 |
按日能量计算的光伏“最小”尺寸：光伏兆瓦峰值 ≈ 平均(MW) × 5.14 (5.5 PSH，85%产率)。
钢铁 DRI(H₂) + 电弧炉
电解槽主导负载；电弧炉是冲刺者。
| 容量 | 平均负载 | 所需H₂ | 光伏最小值 | 12 小时储能 |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/年 | ~400 MW | ~55 kt/年 | ~2.05 GWp | ~4.8 GWh |
| 5 Mt/年 | ~2.0 GW | ~275 kt/年 | ~10.3 吉瓦峰 | ~24 吉瓦时 |
电解槽功率分配（1百万吨/年）：约330–360兆瓦；电弧炉+平衡：约40–70兆瓦。我们在稳定的微电网运行，而非波动大的。
空间和设备（典型1百万吨/年园区）
| 区块 | 面积 | 备注 |
|---|---|---|
| 电弧炉熔炼车间（2–3座炉） | ~3–6 公顷 | 封闭式，带声学面板 |
| 直接还原铁炉筒+球团场 | ~5–8 公顷 | 如果使用路线B |
| 电解槽大厅 | ~2–4 公顷 | 集装箱堆垛 |
| 铸造/轧制准备 | ~3–5 公顷 | 钢坯、钢板坯、钢锭 |
| 光伏场（最小） | ~3.0–3.5 平方公里 | 为附近 2.05 吉瓦峰 |
| 储存场 | 约 0.5–1 平方公里 | 4.8 吉瓦时集装箱 |
我们与湖泊共址（第一部分）以获取冷却水和宁静环境。
钢铁的朋友（其他金属的清洁炉）
铝 — Hall‑Héroult 法，端到端电气化
氧化铝（Al₂O₃）在电解槽中转化为熔融铝。我们配合电加热焙烧炉，并在可用时使用惰性阳极以消除全氟碳峰值排放。
- 电力： 约 14–16 兆瓦时/吨铝（熔炼）
- 精炼与铸造（电力）： +2–3 兆瓦时/吨
- 年产 50 万吨工厂： 约 800 兆瓦平均 • 光伏最小约 4.1 吉瓦峰 • 12 小时储能约 9.6 吉瓦时
铜 — 火法 + 电解精炼，整洁
硫化物精矿放热熔炼。我们捕集二氧化硫用于硫酸（一种有用产品），然后完成电解精炼。
- 电力： 约 2.5–4.0 兆瓦时/吨阴极
- 年产 1 百万吨园区： 约 340 兆瓦平均 • 光伏最小约 1.76 吉瓦峰 • 12 小时储能约 4.1 吉瓦时
- 副产品： 酸厂为浸出回路和邻近区域供酸
硅 — 电冶金
石英 + 碳 → 电弧炉中的冶金级硅。配合清洁电力和尾气捕集，这是一场明亮且可控的雷暴。
- 电力：约11–14兆瓦时/吨
- 10万吨/年工厂：约137兆瓦平均 • 光伏最小约0.70吉瓦峰值 • 12小时储能约1.6吉瓦时
- 上游到太阳能：通往隔壁晶圆厂的路线（第3部分）
空气、水和邻居（设计上无聊地干净）
空气
- 无焦炭电池。 电弧炉盖关闭；烟气被洗涤和过滤。
- 二氧化硫捕集。 铜尾气→硫酸；无尾气排放问题。
- 电弧闪光，而非烟囱。 噪音和光线被围护结构控制。
水
- 封闭冷却回路配干式冷却器；湖泊应对季节性波动。
- 零未经处理的排放；我们更喜欢将“无排放”作为一种生活方式。
- 光伏场的雨水通过简单处理成为工艺补给水。
问答
“氢气危险吗？”
它充满能量，值得尊重——就像电一样。我们将电解槽放在户外，管道尽量短，传感器无处不在，设计故意保持简单。
“废钢质量怎么样？”
我们积极预先分类（第2部分，输入能量，输出能量）。当需要原生铁时，DRI(H₂)填补空缺，无需进口一个世纪的排放。
“这不是很多电力吗？”
是的——这正是重点。太阳能工厂大规模发电（第3部分）。我们比借口更快地建造集热器，然后直接将它们接入炉子。
接下来：钢铁：文明之骨——铸造板坯、钢坯和钢梁（第5部分）。我们将把阳光浇铸成足以支撑一个世纪的坚固形状。