Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия:

А. А. Николаев, заведующий кафедрой автоматизированного электропривода и мехатроники (АЭПиМ), канд. техн. наук, доцент, эл. почта: aa.nikolaev@magtu.ru
П. Г. Тулупов, младший научный сотрудник кафедры АЭПиМ, канд. техн. наук, эл. почта: tulupov.pg@mail.ru
С. С. Рыжевол, аспирант кафедры АЭПиМ, эл. почта: snaffls18@gmail.com

Рассмотрен алгоритм управления комбинированными керамическими регенеративными горелками (Regenerative Ceramic Burner, RCB) и инжекторами углеродосодержащего материала гибкой модульной дуговой сталеплавильной печи ДСП-1, функционирующей на одном из отечественных металлургических предприятий. Выявлено, что в принятой на производстве концепции решение о переходе RCB-горелки из режима горелки в режим кислородной фурмы, а также включении инжекторов углеродосодержащего материала принимает непосредственно оператор печной установки на основе набора эмпирических признаков, характерных для той или иной технологической стадии плавки. В связи с этим разработан и предложен к внедрению усовершенствованный алгоритм управления RCB-горелками и инжекторами углеродосодержащего материала, который позволит обеспечить принятие обозначенных выше решений в автоматическом режиме. В основе данного алгоритма лежит анализ коэффициента шлака, величина которого напрямую зависит от уровня высших гармоник в составе сигналов тока электрической дуги, а также от физических процессов, протекающих внутри ванны печи. Внедрение предложенного алгоритма позволит достичь наиболее своевременной адаптации режимов работы комбинированных горелок и инжекторов углеродосодержащего материала, что, в свою очередь, обеспечит повышение общей энергоэффективности работы сталеплавильного комплекса в результате увеличения суммарного теплового КПД электрических дуг и оптимального режима работы горелок.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FZRU-2020-0011).

1. Boulet B., Lalli G., Ajerschv M. Modeling and control of an electric arc furnace // Proceedings of the American Control Conference, Denver, Colorado. 2003.
2. Hay T., Hernandez J., Roberts S., Echterhof T. Calculation of view factors in electric arc furnace process modeling // Steel Research International. 2020. Vol. 92, Iss. 2. P. 2000341.
3. Panoiu M., Panoiu C., Ghiormez L. Modeling of the electric arc behaviour of the electric arc furnace // 5th International Workshop on Soft Computing Applications, Szeged, Hungary. 2012. P. 261–271.
4. Николаев А. А., Тулупов П. Г., Малахов О. С., Рыжевол С. С. Повышение эффективности систем управления электрическими режимами электродуговых печей за счет применения адаптивного регулятора импеданса // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Энергетика». 2021. Т. 21. № 4. С. 82–93. DOI: 10.14529/power210410.
5. Yan M., Zhi-zhong M., Hui-xin T., Yan Li., Ping Y. Modeling of electrode system for three-phase electric arc furnace // J. Cent. South Univ. Technol. 2010. Vol. 17. P. 560–565. DOI: 10.1007/s11771-010-0523-3.
6. Nikolaev A. A., Tulupov P. G., Lozhkin I. A. Development and research of improved control algorithms for electric modes of a shaft-type electric arc furnace // Proceedings of the 2020 Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice (PEAMI 2020). — Magnitogorsk, Russia. 2020. P. 1–6. DOI: 10.1109/PEAMI49900.2020.9234324.
7. Nikolaev A. A., Tulupov P. G., Anufriev A. V. Assessing the feasibility of electrical mode control of ultra-high power arc steelmaking furnace based on data about harmonic composition of arc currents and voltages // Proceedings of 16^th International Conference on Research and Education in Mechatronics (REM2015). IEEE. Bochum, Germany, 2015. P. 302–308.
8. Миронов Ю. М. Электрическая дуга в электротехнологических установках : монография. — Чебоксары : Изд-во Чуваш. ун-та, 2013. — 290 с.
9. Макаров А. Н. Законы теплообмена электрической дуги и факела в металлургических печах и энергетических установках. — Тверь : Изд-во Тверск. госуд. техн. ун-та, 2012. — 164 с.
10. Нехамин С. М. Создание и внедрение энергоэффективных дуговых и шлаковых электропечных комплексов с использованием постоянного тока и тока пониженной частоты : дис. … докт. техн. наук. — Московский энергетический институт, Москва. 2015.
11. Свенчанский А. Д., Жердев И. Т., Кручинин А. М. и др. Электрические промышленные печи: Дуговые печи и установки специального нагрева : учебник для вузов / под общ. ред. А. Д. Свенчанского. — М. : Энергоиздат, 1981. — 296 с.
12. 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.
13. 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.
14. Nikolaev A. A., Tulupov P. G., Agapitov E. B. Method of Switching point determination for control system of electric arc furnace based on data about harmonics of arc currents and voltages // 2020 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). 2020. P. 1–5.
15. Янсен Т., Крюгер К., Шлипхаке Х. и др. Регулирование мощности в электродуговой печи с использованием акустической системы распознавания вспененного шлака // Черные металлы. 2011. № 2. С. 20–25.