Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы): в статье предложен способ идентификации глубины мениска, возникающего в жидкой стали под действием электродинамических сил дуги в дуговой сталеплавильной печи переменного тока (ДСП). Информация о глубине мениска может быть полезна при оценке степени экранирования дуги металлом и использоваться при выборе рациональных режимов работы печи. До настоящего времени определение параметров, характеризующих воздействие дуги на металл, требовало проведения затратных экспериментов, поскольку отсутствовали средства их объективного контроля. Целью работы является разработка подхода к идентификации таких параметров на базе анализа значительных накопленных объемов данных технологического процесса, функционирующего в обычном режиме. Используемые методы: способ идентификации основан на сопоставлении перемещений электродов с изменением электрических параметров печного контура. Рассмотрено решение задачи идентификации на базе различных моделей электрической дуги, основанное на ряде допущений относительно формы образующегося мениска, позволяющих определить электродинамические силы воздействия дуги на сталь. При адаптации моделей использовалась технологическая информация по более чем 300 плавкам. Новизна: в работе показана принципиальная возможность использования достаточно простых и грубых моделей взаимодействия электрической дуги переменного тока с расплавом при идентификации глубины мениска на базе данных конкретного процесса, а также разработано необходимое для этого математическое и алгоритмическое обеспечение. Результаты: исходя из принятых допущений получено математическое выражение, связывающее усредненную глубину мениска с силой воздействия дуги на металл. Получены зависимости глубины мениска от электрических параметров для условий ДСП-180 ОАО «ММК». Практическая значимость: данные о глубине образующегося мениска позволяют оценить степень экранирования дуги в различных режимах работы печи и решать оптимизационные задачи, связанные с распределением энергии дуги. Важной областью применения результатов является возможность изучения возмущений по уровню расплава в печи, что позволяет косвенно оценить особенности движения металла.
Ключевые слова
Модель электрической дуги; заглубление дуги в металл; аксиальные электродинамические силы; глубина мениска; столб дуги.
1. Jones, J.A.T. Smart-Gas – A New Approacg of Optimizing EAF Operation / J.A.T. Jones, S. Matson, P. Safe // AISTech Proceedings. 2006. №1. P. 473–481.
2. Рябчиков М.Ю., Парсункин Б.Н., Рябчикова Е.С. Выбор режимов работы агрегата ковш-печь с использованием обобщенных оценок качества и затрат на процесс // Черные металлы. 2014. № 12 (996). С. 28–34.
3. Billings, S. Modelling a three-phase electric arc furnace: a comparative study of control strategies / S. Billings // Applied Mathematical Modeling. APPL MATH MODEL. 1997. Vol. 1, no. 7. P. 355–361.
4. Афанасьев В.В., Вишневский Ю.И. Воздушные выключатели. Л.: Энергоатомиздат, 1981. 384 с.
5. Макаров А.Н., Соколов А.Ю. Электрические, геометрические, тепловые параметры дуг, горящих в парах металлов // Электрометаллургия. 2009. № 11. С. 19–24.
6. Макаров А.Н., Соколов А.Ю., Луговой Ю.А. Обсуждаем проблему: ответы авторов А.Н. Макарова, А.Ю. Соколова, Ю.А. Лугового на отзыв Н.В. Евсеевой на статью «Повышение КПД дуг путем устранения их электромагнитного выдувания в электросталеплавильных печах. Ч. 1 и 2» // Электрометаллургия. 2012. № 4. С. 27–31.
7. Соколов А.Ю. Разработка дуговой сталеплавильной печи с питанием от трех однофазных трансформаторов: дис. ... канд. техн. наук: 05.09.10. Тверь, 2010. 138 с.
8. Электрические промышленные печи: Дуговые печи и установки специального нагрева: учебник для вузов /А.Д. Свенчанский, И.Т. Жердев, А.М. Кручинин и др.; под ред. А.Д. Свенчанского. М.: Энергоиздат, 1981. 296 с.
9. Синкевич О.А., Стаханов И.П. Физика плазмы. М.: Высш. шк., 1991. 191 c.
10. Энциклопедия низкотемпературной плазмы: Вводный том: в 4 т. Т. 3. Взаимодействие низкотемпературной плазмы с конденсированным веществом, газом и электромагнитным полем. Численное моделирование низкотемпературной плазмы. Химия низкотемпературной плаз / под ред. В.Е. Фортова. М.: Наука / Интерпериодика, 2000. 574 с.
11. Егоров А.В., Моржин А.Ф. Дуговые сталеплавильные печи постоянного тока. М.: Черметинформация, 1992. 23 с.
12. Исследование электродинамических сил, действующих на дуги в трехфазной дуговой сталеплавильной печи / Евсеева Н.В., Лазуко Л.А., Черкасова Ю.Б., Хасанов С.У. // Вестник Южно-Уральского государственного университета. 2011. №34 (251). C. 69–74.
13. Макаров А.Н. Теория и практика теплообмена в электродуговых и факельных печах, топках, камерах сгорания. Ч. 1. Основы теории теплообмена излучением в печах и топках. Тверь: ТГТУ, 2007. 184 с.
14. Спелицин Р.И. Исследование заглубления электрической дуги в жидкую ванну в условиях высокомощных дуговых сталеплавильных печей // Электротехническая промышленность. Сер. Электротермия. 1975. №12. С. 10–11.
15. Пирожников В.Е. Автоматизация электросталеплавильного производства. М.: Металлургия, 1985. 184 с.
16. Рябчикова Е.С., Рябчиков М.Ю., Парсункин Б.Н. Математическое обеспечение имитационной модели процесса управления технологическим режимом агрегата печь-ковш // Автоматизированные технологии и производства. 2013. № 5. С. 54–66.
17. Рябчикова Е.С., Рябчиков М.Ю., Парсункин Б.Н. Моделирование низкочастотных возмущений электрических параметров в дуговой сталеплавильной печи переменного тока ДСП-180 // Электрометаллургия. 2015. № 5. С. 31–40.
18. Zheng, Tongxin. An adaptive arc furnace model / Tongxin Zheng, Elham B. Makram // IEEE Transactions on Power Delivery – IEEE TRANS POWER DELIVERY. 2000. Vol. 15, no. 3. P. 931–939.