在逆流反應(yīng)裝置中，在加熱和冶煉兩個(gè)步驟中應(yīng)該可以有效地利用一次能源。一次能源冶煉爐（PEM）概念在以這種方式設(shè)計(jì)的反應(yīng)裝置，將被熔化的廢鋼是從頂部連續(xù)加入反應(yīng)裝置中，通過(guò)帶有氧的礦物燃料燃燒，廢鋼轉(zhuǎn)化成達(dá)到液相線以上出爐溫度的液態(tài)。
在獨(dú)立的爐中，用電能不可能很好地使有固態(tài)原料的鋼水過(guò)熱。可以這樣概述，傳統(tǒng)的電爐冶煉過(guò)程中是按時(shí)間分別進(jìn)行廢鋼的加熱和熔化，而在一次能源冶煉工藝中這兩個(gè)步驟分別在不同的空間(爐子)進(jìn)行。
按照上述，熔化爐是一種逆流反應(yīng)裝置，而過(guò)熱爐是其需要的電力相當(dāng)于鋼包爐的電爐。一次能源冶煉爐(PEM)概念的特點(diǎn)有這幾種：熔化爐中的電力消耗小于530kWh／t鋼；廢鋼收得率大于90％，熔化爐出鋼口與過(guò)熱爐傾轉(zhuǎn)軸成直線排列。相比傳統(tǒng)電爐—鋼包爐流程的能源消耗為了評(píng)估和對(duì)比在一次能源爐中通過(guò)礦物能源熔化廢鋼和其后過(guò)熱爐中的能源消耗，特別選定了一些現(xiàn)有電爐的指標(biāo)數(shù)據(jù)，國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)對(duì)95座電爐研究的數(shù)據(jù)總結(jié)德國(guó)圖林根鋼廠電爐數(shù)據(jù)。
用于一次能源爐中的數(shù)據(jù)值是比較保守的數(shù)值，相應(yīng)的鋼包爐中的加熱能源和電**數(shù)值來(lái)自于相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)。為了可以直接進(jìn)行各種能源數(shù)值比較，電力和氧氣被轉(zhuǎn)換成其產(chǎn)生時(shí)所需的一次能源，同時(shí)采用了電力和氧氣的轉(zhuǎn)換因數(shù)。發(fā)電的效率是以德國(guó)的36％為基礎(chǔ)。
1kWh電能產(chǎn)生的二氧化碳排放量為0.212噸，一次能源冶煉工藝的二氧化碳排放量比傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝低30％，詳見表2。雖然未來(lái)電站發(fā)電的效率會(huì)有所提高，從而降低一次能源煉鋼工藝的效果，但其仍有很高的吸引力。
傳統(tǒng)電爐與一次能源冶煉爐成本比較,主要情況如能耗、二氧化碳排放要考慮外，還要考慮一些地區(qū)性差異問(wèn)題，能源成本問(wèn)題、礦物燃料獲得性問(wèn)題和電力供應(yīng)穩(wěn)定性問(wèn)題等。
以2005年德國(guó)電力價(jià)格為0.0775歐元／kWh和一次能源價(jià)格為0.028歐元／kWh為基礎(chǔ)計(jì)算，德國(guó)電爐熔化廢鋼和過(guò)熱鋼水的平均能源成本為47歐元／噸鋼，在相同條件下**佳節(jié)能爐能源成本結(jié)果為40歐元／噸鋼，而一次能源冶煉爐的能源成本僅為32.50歐元／噸鋼，考慮到總能耗減少帶來(lái)的二氧化碳降低，則效益更大。
電爐煉鋼已成為一個(gè)非常主要的煉鋼生產(chǎn)工藝了在2006全球電爐鋼產(chǎn)量約占粗鋼總產(chǎn)量的百分之四十左右，為了提高電爐煉鋼的生產(chǎn)率，除了使用電能外電爐煉鋼中也越來(lái)越多地使用化石能源包括了煤、石油和天然氣等，它們利用安裝在爐壁上的燒嘴向爐內(nèi)噴入化石能源。電爐煉鋼過(guò)程中有效利用一次能源（化石能源）的時(shí)間范圍被限制到一個(gè)很短的期間段內(nèi)，不僅輸入的能源密度增加，使出鋼到出鋼時(shí)間縮短，而且通過(guò)廢鋼表面的熱傳導(dǎo)，能源得到了有效利用。
這一過(guò)程必然提出了一個(gè)問(wèn)題，即在以廢鋼為原料的電爐煉鋼中如何使輸入的能源(在生產(chǎn)鏈中利用的總能源)相比今天可以更好地得到利用。具有這些邊界條件，現(xiàn)在的問(wèn)題就是如何設(shè)計(jì)一種反應(yīng)裝置，使前兩步過(guò)程可以使用一次能源和第三步是用電能。
電爐中各種能源的**佳利用
在電爐煉鋼中，能源在三個(gè)階段發(fā)揮不同的作用主要是加熱廢鋼，熔化廢鋼，過(guò)熱情況。加熱廢鋼需要大量的能源（占總能源需求量的71％左右），在這一階段廢鋼呈固體狀態(tài)，具有較大的熱傳導(dǎo)表面，這是使用一次能源**重要的先決條件。根據(jù)這一前提，相比電弧的電能，一次能源可以更好地熔化廢鋼。在熔化廢鋼，所需能源占總能源的19％。在過(guò)熱情況下所需能源占總能源的10％左右。
過(guò)熱階段的利用一次能源的效率不高已經(jīng)熔化的人爐原料的表面開始變得非常小，一次能源的利用很低，這是為什么平爐煉鋼工藝被廢棄的原因，相比較的情況下在這一階段使用電能效果更好。
電能生產(chǎn)背景
目前，用于電爐煉鋼的電能主要還是來(lái)自于一次能源。2006年德國(guó)的電能除了一部分來(lái)自于水利發(fā)電、核能等以外，有約三分之二來(lái)自于一次能源。
在發(fā)電站，一次能源首先轉(zhuǎn)換成熱能，然后再發(fā)電。這兩個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程與其它的轉(zhuǎn)換過(guò)程一樣，必然帶來(lái)?yè)p失，損失量由發(fā)電效率確定。在比較先進(jìn)的發(fā)電站中，效率一般不會(huì)高于40％--42％，而在德國(guó)發(fā)電的效率平均為37％，而其他國(guó)家這一指標(biāo)甚至更低。
用一次能源生產(chǎn)的電能被輸送到煉鋼車間，在煉鋼車間還有一定的損失，然后轉(zhuǎn)換成熱煉鋼。由于**初的一次能源在從**初形態(tài)轉(zhuǎn)換到煉鋼車間使用的熱能時(shí)會(huì)有三分之二的損失，因此，應(yīng)該找到一種直接在煉鋼車間以熱能的形式利用一次能源的方法。
