Прогнозирование энергопотребления в период плавки шихты в дуговых сталеплавильных печах

  • Анатолий [Anatoliy] Михайлович [M.] Кручинин [Kruchinin]
  • Михаил [Mikhail] Яковлевич [Ya.] Погребисский [Pogrebisskiy]
  • Елена [Elena] Сергеевна [S.] Рязанова [Ryazanova]
  • Андрей [Andrey] Юлианович [Yu.] Чурсин [Chursin]
Ключевые слова: электрическая дуга, дуговая печь, теплообменная модель, энергопотребление

Аннотация

Предложено решение задачи выбора рабочего тока электрической дуги, обеспечивающего при заданных параметрах эквивалентной схемы дуговой сталеплавильной печи (ДСП) минимальный расход электроэнергии на плавление шихты на основе разработанных методов универсальных и структурных характеристик теплообменной модели дуги (ТОМЭД). При решении задачи учтены следующие факторы: условия теплообмена дуги в плавильном пространстве, влияния теплового режима электродов, длины дуги на структуру тепловых потоков при нагреве дугами, химического состава рабочей среды на теплофизические характеристики плазмы столба дуги.

Основная особенность нагрева дугами в плавильном пространстве ДСП — сложный характер нагрева шихты за счет излучения дуг и конвекции в результате движения плазмы в столбе дуг. Широкий диапазон изменения соотношения мощности излучения и мощности, передаваемой конвекцией, оказывает влияние на скорость плавления шихты и расход электроэнергии в период плавления. Интенсивность плавления шихты в значительной степени зависит от уровня мощности излучения дуг.

Расчет излучения дуг ДСП с учетом температурного профиля столба выполнен методом универсальных характеристик дуги на основе решения системы нелинейных алгебраических уравнений цилиндрической модели столба ТОМЭД. Расчет длины дуги основан на методе структурных характеристик ТОМЭД и заключается в сравнении значения напряжения дуги, рассчитанного с помощью уравнения эквивалентной схемы замещения печи, и напряжения дуги, рассчитанного на основе ТОМЭД. Зная длину дуги, можно сделать расчет мощности излучения дуг в плавильном пространстве ДСП.

После проведенного по предложенной методике расчета рабочей характеристики мощности излучения дуг и характеристики полезной мощности печи возможно прогнозирование расхода электроэнергии на расплавление твердой шихты и времени расплавления шихты под током. Расчетные значения времени расплавления твердой шихты под током для ДСП низкой и высокой мощности демонстрируют хорошее совпадение с опытными данными.

Предложенный метод прогнозирования удельного расхода электроэнергии на плавление твердой шихты в дуговых печах позволяет при наладке и разработке электрического режима ДСП выбрать рабочий ток дуг, обеспечивающий максимальную скорость плавки твердой шихты и, тем самым, обеспечить снижение расхода электроэнергии в рабочем цикле печи.

Сведения об авторах

Анатолий [Anatoliy] Михайлович [M.] Кручинин [Kruchinin]

доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий и электротехнологий НИУ «МЭИ», e-mail: ancruchinin@yandex.ru

Михаил [Mikhail] Яковлевич [Ya.] Погребисский [Pogrebisskiy]

кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения промышленных предприятий и электротехнологий НИУ «МЭИ», e-mail: PogrebisskiyMY@mpei.ru

Елена [Elena] Сергеевна [S.] Рязанова [Ryazanova]

ведущий инженер кафедры электроснабжения промышленных предприятий и электротехнологий НИУ «МЭИ», e-mail: RiazanovaYS@mpei.ru

Андрей [Andrey] Юлианович [Yu.] Чурсин [Chursin]

заведующий учебной лабораторией кафедры электроснабжения промышленных предприятий и электротехнологий НИУ «МЭИ», e-mail: ChursinAY@mpei.ru

Литература

1. Лопухов Г.А. Ближайшие перспективы развития мировой черной металлургии // Электрометаллургия. 2001. № 1. С. 7—31.
2. Еланский Д.Г. Тенденции развития электросталеплавильного производства // Электрометаллургия. 2001. № 5. С. 3—18.
3. Алиферов А.И., Бикеев Р.А., Горева Л.П., Лупи С., Форцан М., Барглик Д. Дуговые печи. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2016.
4. Свенчанский А.Д. и др. Электрические промышленные печи: дуговые печи и установки специального нагрева. М.: Энергоатомиздат, 1981.
5. Рябов А.В., Чумаков И.В., Шишимиров М.В. Современные способы выправки стали в дуговых печах. М.: Теплотехник, 2007.
6. Тулуевский Ю.Н., Зинуров И.Ю., Попов А.Н., Галян В.С. Экономика электроэнергетики в дуговых сталеплавильных печах. М.: Энергоатомиздат, 1987.
7. Смоляренко В.Д. Высокомощные дуговые сталеплавильные печи. М.: Энергия, 1976.
8. Парсункин Б.Н., Андреев С.М., Ахметов У.Б. Оптимизация управления технологическими процессами в металлургии. Магнитогорск: Изд-во МГТУ им. Г.И. Носова, 2006.
9. Влияние дуговых электропечей на системы электроснабжения. М.: Энергия, 1975.
10. Минеев Р.В., Михеев А.П., Рыжнев Ю.Л. Графики нагрузок дуговых электропечей. М.: Энергия, 1977.
11. Минеев Р.В., Михеев А.П., Новиков В.Т., Попов А.Н. Условия работы трансформаторов для дуговых электропечей. М.: Информэлектро, 1976.
12. Минеев Р.В., Михеев А.П., Рыжнев Ю.Л. Повышение эффективности электроснабжения электропечей. М.: Энергоатомиздат, 1986.
13. Минеев Р.В., Игнатов И.А., Дмитриев И.Ю. Эффективность и надежность энергоснабжения (опыт работы малого предприятия промышленной энергетики). Ч. I. М.: Спутник+, 2003.
14. Минеев Р.В., Дмитриев И.Ю., Игнатов И.А. Компьютерно-ориентированные высокие технологии для ресурсо- и энергосбережения (опыт работы малого предприятия промышленной энергетики). Ч. II. М.: Спутник+, 2004.
15. Минеев Р.В. и др. Оптимизация электроснабжения дуговых сталеплавильных печей // Электрификация металлургических предприятий Сибири. 2007. Вып. 13. С. 72—78.
16. Миронов Ю.М. Электротехника электрометаллургических печей дугового, резистивного и смешанного нагрева. М.: ИНФРА-М, 2018.
17. Ануфриев А.В. и др. Повышение эффективности работ сверхмощных дуговых сталеплавильных печей за счет использования систем диагностики стадий плавки по высшим гармоникам токов дуг // Технические науки — от теории к практике: Материалы ХХVII Междунар. науч.-практ. конф. Новосибирск: Изд-во СибАК, 2013.
18. Белковский А.Г., Кац Я.Л., Краснянский М.В. Современное состояние и тенденции развития технологии производства стали в ДСП и их конструкций // Черная металлургия. 2013. № 3. С. 72—88.
19. Черненко А.Н., Вахнин В.В. Влияние режимов работы дуговой сталеплавильной печи 6ДСП-40 на уровень гармонических составляющих напряжения в точке подключения к электрической сети // Вектор науки Тольяттинского гос. ун-та. 2015. № 1 (31). С. 46—50.
20. Николаев А.А., Руссо Ж.Ж., Сцымански В., Тулупов П.Г. Экспериментальное исследование гармонического состав токов дуг для дуговых сталеплавильных печей различной мощности // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2016. Т. 14. № 3. С. 106—121.
21. Чередниченко В.С. и др. Акустические характеристики дуговых сталеплавильных электропечей // Электрометаллургия. 2015. № 10. С. 2—12.
22. Чередниченко Б.С., Бикеев Р.А., Чередниченко М.В. Исследование переноса мощности между фазами токоподвода в дуговых электропечах с использованием математических моделей // Электрометаллургия. 2016. № 6. С. 31—40.
23. Кручинин А.М., Рязанова Е.С., Фоменко О.Я. К теории динамической дуги в электротехнологических установках. Тверь, 1995. С. 28—32.
24. Krouchinin A.M., Sawicki A. A Method of Modelling Heat Transfer and Gasodynamic Processes in Arc Plasma Generators // High Temperature Material Proc. 2003. V. 7. Iss. 4. Pp. 501—524.
25. Кручинин А.М. Физические основы теплообменной модели электрической дуги в электротехнологии // Сб. докладов науч.-техн. семинара, посвященного 100-летию профессора М.Я. Смелянского. М.: Издат. дом МЭИ, 2013. С. 55—77.
26. Runstadler P.W. Laminar and Turbulent Flow of an Argon Arc Plasma // Harvard Univ. Eng. Sci. Lab. Techn. Rep. 1965. No. 22.
27. Свид-во № 2017619675 о гос. регистрации программы для ЭВМ. Программа поиска рациональных электрических режимов работы действующих дуговых сталеплавильных печей / А.М. Кручинин, Е.С. Рязанова, А.Ю. Чурсин.
28. Короткие сети и электрические параметры дуговых электропечей. М.: Металлургия. 1987.
29. Кручинин А.М. Дуга в потоке газа как объект регулирования замкнутой автоматической системы // Доклады науч.-техн. конф. по итогам науч.-исслед. работ за 1964 — 1965 гг. М.: МЭИ, 1965. С. 75—95.
---
Для цитирования: Кручинин А.М., Погребисский М.Я., Рязанова Е.С., Чурсин А.Ю. Прогнозирование энергопотребления в период плавки шихты в дуговых сталеплавильных печах // Вестник МЭИ. 2019. № 6. С. 83—90. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-6-83-90
#
1. Lopukhov G.A. Blizhayshie Perspektivy Razvitiya Mirovoy Chernoy Metallurgii. Elektrometallurgiya. 2001; 1:7—31. (in Russian).
2. Elanskiy D.G. Tendentsii Razvitiya Elektrostaleplavil'nogo Proizvodstva. Elektrometallurgiya. 2001;5:3—18. (in Russian).
3. Aliferov A.I., Bikeev R.A., Goreva L.P., Lupi S., Fortsan M., Barglik D. Dugovye Pechi. Novosibirsk: Izd- vo NGTU, 2016. (in Russian).
4. Svenchanskiy A.D. i dr. Elektricheskie Promyshlennye Pechi: Dugovye Pechi i Ustanovki Spetsial'nogo Nagreva. M.: Energoatomizdat, 1981. (in Russian).
5. Ryabov A.V., Chumakov I.V., Shishimirov M.V. Sovremennye Sposoby Vypravki Stali v Dugovykh Pechakh. M.: Teplotekhnik, 2007. (in Russian).
6. Tuluevskiy Yu.N., Zinurov I.Yu., Popov A.N., Galyan V.S. Ekonomika Elektroenergetiki v Dugovykh Staleplavil'nykh Pechakh. M.: Energoatomizdat, 1987. (in Russian).
7. Smolyarenko V.D. Vysokomoshchnye Dugovye Staleplavil'nye Pechi. M.: Energiya, 1976. (in Russian).
8. Parsunkin B.N., Andreev S.M., Akhmetov U.B. Optimizatsiya Upravleniya Tekhnologicheskimi Protsessami v Metallurgii. Magnitogorsk: Izd-vo MGTU im. G.I. Nosova, 2006. (in Russian).
9. Vliyanie Dugovykh Elektropechey na Sistemy Elektrosnabzheniya. M.: Energiya, 1975. (in Russian).
10. Mineev R.V., Mikheev A.P., Ryzhnev Yu.L. Grafiki Nagruzok Dugovykh Elektropechey. M.: Energiya, 1977. (in Russian).
11. Mineev R.V., Mikheev A.P., Novikov V.T., Popov A.N. Usloviya Raboty Transformatorov Dlya Dugovykh Elektropechey. M.: Informelektro, 1976. (in Russian).
12. Mineev R.V., Mikheev A.P., Ryzhnev Yu.L. Povyshenie Effektivnosti Elektrosnabzheniya Elektropechey. M.: Energoatomizdat, 1986. (in Russian).
13. Mineev R.V., Ignatov I.A., Dmitriev I.Yu. Effektivnost' i Nadezhnost' Energosnabzheniya (Opyt Raboty Malogo Predpriyatiya Promyshlennoy Energetiki). Ch. I. M.: Sputnik+, 2003. (in Russian).
14. Mineev R.V., Dmitriev I.Yu., Ignatov I.A. Komp'yuterno-orientirovannye Vysokie Tekhnologii dlya Resurso- i Energosberezheniya (Opyt Raboty Malogo Predpriyatiya Promyshlennoy Energetiki). Ch. II. M.: Sputnik+, 2004. (in Russian).
15. Mineev R.V. i dr. Optimizatsiya Elektrosnabzheniya Dugovykh Staleplavil'nykh Pechey. Elektrifikatsiya Metallurgicheskikh Predpriyatiy Sibiri. 2007;13:72—78. (in Russian).
16. Mironov Yu.M. Elektrotekhnika Elektrometallurgicheskikh Pechey Dugovogo, Rezistivnogo i Smeshannogo Nagreva. M.: INFRA-M, 2018. (in Russian).
17. Anufriev A.V. i dr. Povyshenie Effektivnosti Rabot Sverkhmoshchnykh Dugovykh Staleplаvil'nykh Pechey za Schet Ispol'zovaniya Sistem Diagnostiki Stadiy Plavki po Vysshim Garmonikam Tokov Dug. Tekhnicheskie Nauki — ot Teorii k Praktike: Materialy Khkhvii Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Novosibirsk: Izd-vo SibAK, 2013. (in Russian).
18. Belkovskiy A.G., Kats Ya.L., Krasnyanskiy M.V. Sovremennoe Sostoyanie i Tendentsii Rаzvitiya Tekhnologii Proizvodstva Stali v DSP i Ikh Konstruktsiy. Chernaya metallurgiya. 2013;3:72—88. (in Russian).
19. Chernenko A.N., Vakhnin V.V. Vliyanie rezhimov Raboty Dugovoy Staleplavil'noy Pechi 6DSP-40 na Uroven' Garmonicheskikh Sostavlyayushchikh Napryazheniya v Tochke Podklyucheniya k Elektricheskoy Seti. Vektor Nauki Tol'yattinskogo Gos. Un-ta. 2015;1 (31):46—50. (in Russian).
20. NikolaevA.A., Russo Zh.Zh., Stsymanski V., Tulupov P.G. Eksperimental'noe Issledovanie Garmonicheskogo Sostav Tokov Dug dlya Dugovykh Staleplavil'nykh Pechey Razlichnoy Moshchnosti. Vestnik MGTU im. G.I. Nosova. 2016;14;3:106—121. (in Russian).
21. Cherednichenko V.S. i dr. Akusticheskie Kharakteristiki Dugovykh Staleplavil'nykh Elektropechey. Elektrometallurgiya. 2015;10:2—12. (in Russian).
22. Cherednichenko B.S., Bikeev R.A., Cherednichenko M.V. Issledovanie Perenosa Moshchnosti Mezhdu Fazami Tokopodvoda v Dugovykh Elektropechakh s Ispol'zovaniem Matematicheskikh Modeley. Elektrometallurgiya. 2016;6:31—40. (in Russian).
23. Kruchinin A.M., Ryazanova E.S., Fomenko O.Ya. K Teorii Dinamicheskoy Dugi v Elektrotekhnologicheskikh Ustanovkakh. Tver', 1995:28—32. (in Russian).
24. Krouchinin A.M., Sawicki A. A Method of Modelling Heat Transfer and Gasodynamic Processes in Arc Plasma Generators. High Temperature Material Proc. 2003;7;4:501—524.
25. Kruchinin A.M. Fizicheskie Osnovy Teploobmennoy Modeli Elektricheskoy Dugi v Elektrotekhnologii. Sb. Dokladov Nauch.-tekhn. Seminara, Posvyashchennogo 100-letiyu Professora M.Ya. Smelyanskogo. M.: Izdat. Dom MEI, 2013:55—77. (in Russian).
26. Runstadler P.W. Laminar and Turbulent Flow of an Argon Arc Plasma. Harvard Univ. Eng. Sci. Lab. Techn. Rep. 1965;22.
27. Svid-vo № 2017619675 o Gos. Registratsii Programmy dlya EVM. Programma Poiska Ratsional'nykh Elektricheskikh Rezhimov Raboty Deystvuyushchikh Dugovykh Staleplavil'nykh Pechey / A.M. Kruchinin, E.S. Ryazanova, A.Yu. Chursin. (in Russian).
28. Korotkie Seti i Elektricheskie Parametry Dugovykh Elektropechey. M.: Metallurgiya. 1987. (in Russian).
29. Kruchinin A.M. Duga v Potoke Gaza kak Ob′ekt Regulirovaniya Zamknutoy Avtomaticheskoy Sistemy. Doklady Nauch.-tekhn. Konf. po Itogam Nauch.-Issled. Rabot za 1964 — 1965 gg. M.: MEI, 1965:75—95. (in Russian).
---
For citation: Kruchinin A.M., Pogrebissky M.Ya., Ryazanova E.S., Chursin A.Yu. Predicting the Power Consumption during Furnace Charge Melting in Steelmaking Electric Arc Furnaces. Bulletin of MPEI. 2019;6:83—90. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982- 2019-6-83-90.
Опубликован
2019-02-20
Раздел
Электротехнология (05.09.10)