D01:10.13374/i.issnl00103x.2010.09.005 第32卷第9期 北京科技大学学报 Vo132 No 9 2010年9月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing Se92010 电弧炉炼钢过程的跨尺度能量集成理论研究 郁 健12)李士琦)朱荣》 孙开明》王惠斌》 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)北京科大中治技术发展有限公司，北京100029 3)天律钢管集团股份有限公司，天津300301 摘要研究分析了电弧炉炼钢过程的治金学特征，指出供应能量对电弧炉炼钢的物质转化过程起到了决定性的作用.观 察、认识到在炼钢过程中存在着微观、介观、单元操作级和工位级等尺度级的时空多尺度结构.在工位级按能量将供氧、供电 两项功率单元进行跨尺度集成，形成了工位级跨尺度能量集成的一般方法，并用数学公式进行了描述.工业试验和工业生产 表明：跨尺度集成的理念和方法与炼钢生产相结合可取得较好的生产效果，平均治炼电耗为2711W:「，氧气消耗为 40.4m.T治炼周期为529m识 关键词电弧炉：炼钢：时空结构：多尺度：能量集成 分类号TF7415 Theoretical research on trans scale energy integration in the electric arc furnace steem ak ing process YU Jan 2)LI Shiq ZHJ Rong)SN Ka im ng).WANGHui-bi) 1)ShoolofMem llugical and Ecopgical Engineering Universit of Scence and Technopgy Beijng Beijirg 100083 Chna 2)SinMet Technologies Co Ld University of Science and Technobgy Beiing Beijing100029 Chna 3)Tinjin Pipe GoupCo L Tijn300301 China ABSTRACT Metalurgical characteristics in the electic arc fimace steemak ing process were anayzed The result showed tat ener gy suppy payed a decisive role on materal transfomation On the basis of the realigation of pace tinemu ltiscale structures wh ich contaned microscale mesoscale un it operation and working operation scale trans scale in egration on wo units of oxygen supplyng and power supplyng was realized according p energy in working operatia scale and a generalmetol of energy n tegration was pmed Itsm athematical and physical express ons could be described Industral test and ndustrial producton ndicated that great producton effciency wasm ae in comb naton with the dea and menod of trans scale integraton The smeltng electrcit consmption was271 1 kW h r he oxygen consmption 40 4m.r.and he s elting period 52 9min on averge KEY WORDS ekctric arc fimace(EAF:steemak ng space tie stucues multiscale enegy integration 钢铁生产是一类关于铁元素的流程工业，其过 时空多尺度结构的研究，目前尚未有人研究. 程是实现由钢铁原料向钢水的转化.当今钢铁生产 本文旨在研究、认识电弧炉炼钢的物质转化过 可分为“从废钢到钢材”和“从矿石到钢材”两类流 程中存在着什么样的时空多尺度结构，每个尺度级 程，其不同的炼钢方法主要有以废钢为主要原料的 的过程各自具有什么样独特的数学物理特征，并进 电弧炉炼钢和以热铁水为主要原料的氧气转炉炼钢 一步在单元操作级和工位级这两个相邻尺度之间进 两种.时空多尺度结构是众多物质转化过程的共同 行跨尺度能量集成研究.选择天津钢管公司150t 特征1.目前，转炉炼钢过程的时空多尺度结构及 电弧炉炼钢过程为对象进行工业生产试验，力争取 其效应己有文献报道，而对于电弧炉炼钢过程的 得高效、节能的效果. 收稿日期：2009-12-03 基金项目：国家科技支撑计划资助项目(N9208AF33B01) 作者简介：郁健(1979-)，男，博士研究生：李士琦(1942-），男，教授，Ema!1@me all ust edy cn第 32卷 第 9期 2010年 9月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.9 Sep.2010 电弧炉炼钢过程的跨尺度能量集成理论研究 郁 健 1, 2) 李士琦 1 ) 朱 荣 1) 孙开明 3) 王惠斌 3 ) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 2) 北京科大中冶技术发展有限公司, 北京 100029 3) 天津钢管集团股份有限公司, 天津 300301 摘 要 研究分析了电弧炉炼钢过程的冶金学特征, 指出供应能量对电弧炉炼钢的物质转化过程起到了决定性的作用.观 察、认识到在炼钢过程中存在着微观、介观、单元操作级和工位级等尺度级的时空多尺度结构.在工位级按能量将供氧、供电 两项功率单元进行跨尺度集成, 形成了工位级跨尺度能量集成的一般方法, 并用数学公式进行了描述.工业试验和工业生产 表明:跨尺度集成的理念和方法与炼钢生产相结合可取得较好的生产效果, 平均冶炼电耗为 271.1 kW· h·t-1 , 氧气消耗为 40.4m3·t-1 , 冶炼周期为 52.9min. 关键词 电弧炉;炼钢;时空结构;多尺度;能量集成 分类号 TF741.5 Theoreticalresearchontrans-scaleenergyintegrationintheelectricarcfurnace steelmakingprocess YUJian1 2) , LIShi-qi1) , ZHURong1) , SUNKai-ming3) , WANGHui-bin3) 1) SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China 2) SinoMetTechnologiesCo.Ltd.UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100029, China 3) TianjinPipeGroupCo.Ltd, Tianjin300301, China ABSTRACT Metallurgicalcharacteristicsintheelectricarcfurnacesteelmakingprocesswereanalyzed.Theresultshowedthatener￾gysupplyplayedadecisiveroleonmaterialtransformation.Onthebasisoftherealizationofspace-timemulti-scalestructureswhich containedmicroscale, mesoscale, unitoperationandworkingoperationscale, trans-scaleintegrationontwounitsofoxygensupplying andpowersupplyingwasrealizedaccordingtoenergyinworkingoperationscaleandageneralmethodofenergyintegrationwasformed. Itsmathematicalandphysicalexpressionscouldbedescribed.Industrialtestandindustrialproductionindicatedthatgreatproduction efficiencywasmadeincombinationwiththeideaandmethodoftrans-scaleintegration.Thesmeltingelectricityconsumptionwas271.1 kW·h·t-1 , theoxygenconsumption40.4m3·t-1 , andthesmeltingperiod52.9minonaverage. KEYWORDS electricarcfurnace( EAF) ;steelmaking;space-timestructures;multiscale;energyintegration 收稿日期:2009--12--03 基金项目:国家科技支撑计划资助项目 ( No.2008AF33B01 ) 作者简介:郁 健 ( 1979— ), 男, 博士研究生;李士琦 ( 1942— ), 男, 教授, E-mail:lishiqi@metall.ustb.edu.cn 钢铁生产是一类关于铁元素的流程工业, 其过 程是实现由钢铁原料向钢水的转化.当今钢铁生产 可分为 “从废钢到钢材 ”和 “从矿石到钢材 ”两类流 程, 其不同的炼钢方法主要有以废钢为主要原料的 电弧炉炼钢和以热铁水为主要原料的氧气转炉炼钢 两种.时空多尺度结构是众多物质转化过程的共同 特征 [ 1--5] .目前, 转炉炼钢过程的时空多尺度结构及 其效应已有文献报道 [ 6] , 而对于电弧炉炼钢过程的 时空多尺度结构的研究, 目前尚未有人研究 . 本文旨在研究、认识电弧炉炼钢的物质转化过 程中存在着什么样的时空多尺度结构, 每个尺度级 的过程各自具有什么样独特的数学物理特征, 并进 一步在单元操作级和工位级这两个相邻尺度之间进 行跨尺度能量集成研究 .选择天津钢管公司 150 t 电弧炉炼钢过程为对象进行工业生产试验, 力争取 得高效、节能的效果 . DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.09.005