Determining the Rational Electrical Operation Modes of Industrial Electric Arc Furnaces
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2021-3-51-57Keywords:
electric arc, electric arc heat transfer modelAbstract
The choice of a rational electrical mode of existing or newly commissioned electric arc furnaces (EAFs) is a very difficult task for process engineers in view of the influence of external disturbing factors. Based on an electric arc heat-transfer model (EAHTM), a method is proposed, using which the problem of determining the optimal electrical operation mode can be solved with the minimal number of simplifications and assumptions, and with taking into account the specific features of a particular EAF. In solving the problem, the following factors are taken into account: the arc heat transfer conditions in the melting space; the influence of the thermal operation conditions of the electrodes and the arc length on the structure of heat fluxes during the heating by arcs, and the effect the chemical composition of the working medium has on the thermophysical properties of the arc column plasma. The radiation from EAF arcs with taking into account the column temperature profile is calculated using the method of universal arc characteristics based on the solution of a system of nonlinear algebraic equations of the EAHTM column cylindrical model. The arc length calculation is based on the EAHTM structural characteristics method and consists of comparing the arc voltage value calculated using the furnace equivalent circuit equation and the arc voltage calculated using the EAHTM. Knowing the arc length, it is possible to calculate the arc radiation power in the EAF melting space.
The choice of an electrical operation mode implies specifying an electrical parameter to be maintained by the controller for a certain period of melting. The value of this parameter (arc current or the EAF phase loop impedance) governs the other electrical parameters of the electric furnace installation, such as arc power, electrical losses, power factors, efficiency, etc. In addition, the correct choice of the electrical operation mode has an influence on other important operational characteristics, such as the specific consumption of electrodes, the duration of the interval between repairs, etc.
References
2. Алиферов А.И. и др. Дуговые печи. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2016.
3. Гудим Ю.А., Зинуров И.Ю., Киселев А.Д. Производство стали в дуговых печах. Конструкции, технология, материалы. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010.
4. Миронова А.Н., Миронов Ю.М. Энерготехнологическая эффективность ДСП. Чебоксары: Изд-во Чувашского гос. ун-та им. И.Н. Ульянова, 1999.
5. Рябов А.В., Чумаков И.В., Шишимиров М.В. Современные способы выправки стали в дуговых печах. М.: Теплотехник, 2007.
6. Луценко В.Т., Павлов В.А., Докшицкая А.И. Дуговая сталеплавильная печь. Екатеринбург: Изд-во ГОУ ВПО УГТУ–УПИ, 2005.
7. Алиферов А.И. и др. Теория и практика применения дуговых печей. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013.
8. 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.
9. Кручинин А.М., Чурсин А.Ю. Влияние формы тока дуги на реактивность эквивалентной схемы дуговых сталеплавильных печей // Электричество. 2020. № 9. С. 40—44.
10. Миронова А.Н., Миронов Ю.М. Электрооборудование и электроснабжение электротехнологических установок. М.: ИНФРА-М, 2020.
11. Миронов Ю.М. Электротехника электрометаллургических печей дугового, резистивного и смешанного нагрева. М.: ИНФРА-М, 2018.
12. 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 Тольятинского гос. ун-та. 2015. № 1(31). С. 46—50.
13. Миронов Ю.М., Миронова А.Н. Повышение экономической эффективности дуговых сталеплавильных печей с помощью оптимизации энергопотребления // Вестник Чувашского университета. 2018. № 3. С. 79—92.
14. Миронов Ю.М., Матисон В.А., Волков А.В. Анализ способов уменьшения влияния дуговых сталеплавильных печей на качество напряжения // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Материалы VIII Всерос. науч.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чувашского гос. ун-та им. И.Н. Ульянова, 2009. С. 344—345.
15. Кувалдин А.Б, Птицына Е.В., Минеев Р.В., Минеев А.Р. Оптимизация электроснабжения дуговых сталеплавильных печей // Электрика. 2007. № 7. С. 11—14.
16. Bowman B., Kruger K. Arc Furnace Physics. Dusseldorf: Verlag Stahleisen GmbH, 2009.
17. Кручинин А.М. Проблема устойчивости электрического режима электроснабжения дуговых сталеплавильных печей (ДСП) в начале плавки // Фёдоровские чтения — 2016: Материалы XLVI Междунар. науч.-практ. конф. с элементами научной школы. М.: Издат. дом МЭИ, 2016. С. 210—221.
---
Для цитирования: Кручинин А.М., Погребисский М.Я., Рязанова Е.С., Чурсин А.Ю. Определение рациональных электрических режимов промышленных дуговых сталеплавильных печей // Вестник МЭИ. 2021. № 3. С. 51—57. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-3-51-57.
#
1. Svenchanskiy A.D. i dr. Elektricheskie Promyshlennye Pechi: Dugovye Pechi i Ustanovki Spetsial'nogo Nagreva. M.: Energoizdat, 1981. (in Russian).
2. Aliferov A.I. i dr. Dugovye Pechi. Novosibirsk: Izd-vo NGTU, 2016. (in Russian).
3. Gudim Yu.A., Zinurov I.Yu., Kiselev A.D. Proizvodstvo Stali v Dugovykh Pechakh. Konstruktsii, Tekhnologiya, Materialy. Novosibirsk: Izd-vo NGTU, 2010. (in Russian).
4. Mironova A.N., Mironov Yu.M. Energotekhnologicheskaya Effektivnost' DSP. Cheboksary: Izd-vo Chuvashskogo Gos. Un-ta im. I.N. Ul'yanova, 1999. (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. Lutsenko V.T., Pavlov V.A., Dokshitskaya A.I. Dugovaya Staleplavil'naya Pech'. Ekaterinburg: Izd-vo GOU VPO UGTU–UPI, 2005. (in Russian).
7. Aliferov A.I. i dr. Teoriya i Praktika Primeneniya Dugovykh Pechey. SPb.: Izd-vo SPbGETU «LETI», 2013. (in Russian).
8. Kruchinin A.M., Pogrebisskiy M.Ya., Ryazanova E.S., Chursin A.Yu. Prognozirovanie Energopotrebleniya v Period Plavki Shikhty v Dugovykh Staleplavil'nykh Pechakh. Vestnik MEI. 2019;6:83—90. (in Russian).
9. Kruchinin A.M., Chursin A.Yu. Vliyanie Formy Toka Dugi na Reaktivnost' Ekvivalentnoy Skhemy Dugovykh Staleplavil'nykh Pechey. Elektrichestvo. 2020;9:40—44. (in Russian).
10. Mironova A.N., Mironov Yu.M. Elektrooborudovanie i Elektrosnabzhenie Elektrotekhnologicheskikh Ustanovok. M.: INFRA-M, 2020. (in Russian).
11. Mironov Yu.M. Elektrotekhnika Elektrometallurgicheskikh Pechey Dugovogo, Rezistivnogo i Smeshannogo Nagreva. M.: INFRA-M, 2018. (in Russian).
12. 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'yatinskogo Gos. Un-ta. 2015;1(31):46—50. (in Russian).
13. Mironov Yu.M., Mironova A.N. Povyshenie Ekonomicheskoy Effektivnosti Dugovykh Staleplavil'nykh Pechey s Pomoshch'yu Optimizatsii Energopotrebleniya. Vestnik Chuvashskogo Universiteta. 2018;3:79—92. (in Russian).
14. Mironov Yu.M., Matison V.A., Volkov A.V. Analiz Sposobov Umen'sheniya Vliyaniya Dugovykh Staleplavil'nykh Pechey na Kachestvo Napryazheniya. Dinamika Nelineynykh Diskretnykh Elektrotekhnicheskikh i Elektronnykh Sistem: Materialy VIII Vseros. Nauch.-tekhn. Konf. Cheboksary: Izd-vo Chuvashskogo Gos. Un-ta im. I.N. Ul'yanova, 2009:344—345. (in Russian).
15. Kuvaldin A.B, Ptitsyna E.V., Mineev R.V., Mineev A.R. Optimizatsiya Elektrosnabzheniya Dugovykh Staleplavil'nykh Pechey. Elektrika. 2007;7:11—14. (in Russian).
16. Bowman B., Kruger K. Arc Furnace Physics. Dusseldorf: Verlag Stahleisen GmbH, 2009.
17. Kruchinin A.M. Problema Ustoychivosti Elektricheskogo Rezhima Elektrosnabzheniya Dugovykh Staleplavil'nykh Pechey (DSP) v Nachale Plavki. Fedorovskie Chteniya — 2016: Materialy XLVI Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. s Elementami Nauchnoy Shkoly. M.: Izdat. Dom MEI, 2016:210—221. (in Russian).
---
For citation: Kruchinin A.M., Pogrebisskiy M.Ya., Ryazanova E.S., Chursin A.Yu. Determining the Rational Electrical Operation Modes of Industrial Electric Arc Furnaces. Bulletin of MPEI. 2021;3:51—57. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-3-51-57.
