ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 621.365.22
DOI: 10.18503/1995-2732-2022-20-2-120-132
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы).В современной металлургии широкое распространение получили дуговые сталеплавильные печи. В связи с энергоёмкостью данных установок актуальной задачей является разработка усовершенствованных алгоритмов управления печными агрегатами, обеспечивающих снижение доли затрат на электроэнергию и расходные материалы в составе себестоимости конечного продукта. Одним из путей данной задачи является разработка усовершенствованной системы управления инжекторами углеродосодержащего материала, что является целью данной работы. Используемые методы. В процессе исследования выполнен анализ существующего алгоритма управления инжекторами углеродосодержащего материала на примере наиболее распространённой системы управления электрическим режимом ARCOS (Primetals Technologies, ранее Siemens VAI, VAI Fuchs, Vantron, Германия). Выявлены основные недостатки, связанные с применяемым параметром управления, а также общим подходом к определению степени экранирования дуг вспененным шлаком. С учётом опыта ранее проведённых исследований предложены технические решения, направленные на устранение выявленных недостатков. Новизна.Предложены новые подходы к управлению расходом углеродосодержащего материала, в основе которых лежит применение величины относительного действующего значения суммарных нечётных гармоник напряжений дуг в качестве параметра регулирования, а также учёт интенсивности действующего режима продувки расплава.Результат.Разработана новая система управления инжекторами углеродосодержащего материала дуговой сталеплавильной печи, обеспечивающая улучшенное шлакообразование и условия горения электрических дуг за счёт использования усовершенствованной формулы расчёта коэффициента шлака, а также вспомогательной системы автоматической адаптации длин дуг при недостаточном шлакообразовании. Практическая значимость.Применение новой системы управления инжекторами позволяет обеспечить оптимальную величину расхода углеродосодержащего материала в соответствии с интенсивностью продувки расплава, а также возможностью полного экранирования дуг вспененным шлаком в условиях заданной рабочей точки. В результате обеспечивается сокращение себестоимости конечного продукта за счёт увеличения теплового КПД дуг и сокращения расхода углеродосодержащего материала.
Ключевые слова
дуговая сталеплавильная печь, система управления электрическим режимом, углеродосодержащий материал, инжектор, тепловой КПД электрической дуги.
Для цитирования
Разработка усовершенствованной системы автоматического управления инжекторами углеродосодержащего материала дуговой сталеплавильной печи / Николаев А.А., Тулупов П.Г., Рыжевол С.С., Ивекеев В.С.// Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2022. Т. 20. №2. С. 120–132.https://doi.org/10.18503/1995-2732-2022-20-2-120-132
1. Advanced Foaming Slag Control / Jansen T., Krüger K., Schliephake H. et al. // 10th European Electric Steelmaking Conference, Graz. 25–28 Sep., 2012, pp. 385–390.
2. Сериков В.А. Акустические и вибрационные характеристики сверхмощных дуговых сталеплавильных электропечей: дис. … канд. техн. наук / Сериков Виктор Андреевич. Новосибирск, 2016. 147 с.
3. Николаев А.А., Тулупов П.Г., Ивекеев В.С. Сравнительный анализ современных систем управления электрическим режимом дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2020. Т. 20, №3. С. 52–64. DOI: 10.14529/power200306.
4. Николаев А.А.,Тулупов П.Г., Омельченко Е.Я. Экспериментальные исследования гармонического состава токов и напряжений дуг мощной дуговой сталеплавильной печи шахтного типа // Электротехнические системы и комплексы. 2018. №4 (41). С.63–72.
5. Cassie A.M. Nouvelle théorie des arcs de rupture et rigidité du circuit (New theory of breaker arcs and circuit rigidity) // CIGRE Report. No. 102. 1939.
6. Krüger K. Modellbildung und Regelung der elektrischen Energieumsetzung von Lichtbogenöfen (Modeling and control of the electrical energy conversion in arc furnaces) / Dr.-Ing. Dissertation, Fachbereich Maschinenbau, Universität der Bundeswehr Hamburg, Fortschritt-Berichte VDI. Reihe 6, Nr. 382. VDI-Verlag, Düsseldorf, 1998.
7. Bowman B., Krüger K. Arc Furnace Physics // Verlag Stahleisen GmbH. Düsseldorf, 2009.
8. Harmonic Analysis of the Industrial Power System with an AC Electric Arc Furnace / G.W. Chang, Y.J. Liu, H.M. Huang, S.Y. Chu // Proceedings of IEEE Power Engineering Society General Meeting. 2016. Montreal. Canada. IEEE, pp. 1–4. DOI: 10.1109/PES.2006. 1709471.
9. Ye Xiao-Mei. The Harmonic Detection based on Wavelet Transform and FFT for Electric Arc Furnaces / Ye Xiao-Mei, Liu Xiao-He// Proceedings of International Conference on Wavelet Analysis and Pattern Recognition. Baoding. China. IEEE. 2009, pp. 408–412. DOI: 10.1109/ICWAPR. 2009.5207486.
10. Simulation Research of Harmonics in Electric System of Arc Furnace / Yongning Wang, Heming Li, Boqiang Xu, Liling Sun // Proceedings of Power System Technology International Conference. IEEE. 2004. Vol.1. Pp. 902–906. DOI: 10.1109/ICPST.2004.1460122.
11. Анализ гармонического состава токов и напряжений дуг в дуговой сталеплавильной печи с использованием математической модели / А.А. Николаев, П.Г. Тулупов, А.С. Денисевич, С.С. Рыжевол // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2021. Т. 21, №2. С. 72–84.
12. Электрические промышленные печи: дуговые печи и установки специального нагрева: учебник для вузов / А.Д. Свенчанский, И.Т. Жердев, А.М. Кручинин [и др.]; под общ.ред. А.Д. Свенчанского. М.: Энергоиздат, 1981. 296 с.
13. Макаров А.Н. Законы теплообмена электрической дуги и факела в металлургических печах и энергетических установках. Тверь: Изд-во Тверск. гос. техн. ун-та, 2012. 164 с.