。1126 北京科技大学学报 第32卷 估算出不同氧气流量吹入熔池后化学能的输入 级为10四与介观尺度相同. 功率. 2.5尺度之间的关系 单元操作级空间尺度的数量级为10四 电弧炉炼钢过程的时空多尺度结构见图1.从 2.4工位级尺度 上述研究可以看出，尺度的结构是通过其效应表现 上述单元操作是“功率单元”，是时间上的某个 出来的，而尺度的结构及其效应又是在物质转化过 “点”，通过对时间积分提供钢铁原料向合格钢水转 程中展现的.假如固体炉料熔化非常慢，慢到与传 化所需的能量，认识到这是比单元操作高一级尺度 热同步，即认为受热与散热等量同步进行，则单元 所讨论的范畴即工位级尺度.其物质转化过程的 操作级尺度的效应就表现不出来也就是说不能 特征是：(1)质一化学成分合格的钢水出钢温度 观测到单元操作级尺度结构的存在.在某一个特 为1640℃左右：(2)量一生产出一定量的钢水； 定尺度级别中得到的规律，放大到更大尺度级别 (3)时一特定的有效供能时间. 中去是不适用的，同样缩小到更小尺度级别中也 工位级的空间尺度可视为整个炉膛尺度，数量 是不适用的. 工位级尺度 吹氧 电极 单元操作级尺度 介观尺度 热对流引起净热量+热辐射污引起净热量+导热引起净热量-微元体内能增量 1700 1500 3946-F 100 900 微观尺度 770 700 500 300 时间 图1电弧炉炼钢过程中存在的时空多尺度结构 Fg 1 Space tme multi-sca le strucuure existng in the EAF steelmak ing poocess 对于整个电弧炉炼钢过程而言，仅仅研究一个 不讨论.本文重点研究炼钢过程中单元操作级和工 微观尺度的物料熔化是没有意义的，只有各个尺度 位级尺度之间的跨尺度能量集成. 之间相互影响、相互协调才能够达到整体的优化. 3跨尺度能量集成 本文在认识到时空多尺度结构及其效应的基础上， 观察到电弧炉炼钢过程的物质转化主要是通过热量 基于上述认识，试探性地进行相邻两个尺度之 的供应来实现对于微观尺度的物料熔化和介观尺 间的集成研究，即在工位级按能量将较低一级尺度 度的热传递效应己有著作予以阐述19州，这里暂且 的两项功率单元进行有效集成.北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 估算出不同氧气流量吹入熔池后化学能的输入 功率. 单元操作级空间尺度的数量级为 10 -1 m. 2.4 工位级尺度 上述单元操作是 “功率单元 ”, 是时间上的某个 “点”, 通过对时间积分提供钢铁原料向合格钢水转 化所需的能量, 认识到这是比单元操作高一级尺度 所讨论的范畴, 即工位级尺度.其物质转化过程的 特征是 :( 1)质———化学成分合格的钢水, 出钢温度 为 1 640℃左右;( 2)量 ———生产出一定量的钢水 ; ( 3)时———特定的有效供能时间 . 工位级的空间尺度可视为整个炉膛尺度, 数量 级为 10 0 m, 与介观尺度相同 . 2.5 尺度之间的关系 电弧炉炼钢过程的时空多尺度结构见图 1.从 上述研究可以看出, 尺度的结构是通过其效应表现 出来的, 而尺度的结构及其效应又是在物质转化过 程中展现的 .假如固体炉料熔化非常慢, 慢到与传 热同步, 即认为受热与散热等量同步进行, 则单元 操作级尺度的效应就表现不出来, 也就是说不能 观测到单元操作级尺度结构的存在 .在某一个特 定尺度级别中得到的规律, 放大到更大尺度级别 中去是不适用的, 同样缩小到更小尺度级别中也 是不适用的 . 图 1 电弧炉炼钢过程中存在的时空多尺度结构 Fig.1 Space-timemulti-scalestructureexistingintheEAFsteel-makingprocess 对于整个电弧炉炼钢过程而言, 仅仅研究一个 微观尺度的物料熔化是没有意义的, 只有各个尺度 之间相互影响、相互协调才能够达到整体的优化 . 本文在认识到时空多尺度结构及其效应的基础上, 观察到电弧炉炼钢过程的物质转化主要是通过热量 的供应来实现, 对于微观尺度的物料熔化和介观尺 度的热传递效应已有著作予以阐述 [ 9, 14] , 这里暂且 不讨论.本文重点研究炼钢过程中单元操作级和工 位级尺度之间的跨尺度能量集成 . 3 跨尺度能量集成 基于上述认识, 试探性地进行相邻两个尺度之 间的集成研究, 即在工位级按能量将较低一级尺度 的两项功率单元进行有效集成. · 1126·