Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия:

С. А. Мартынов, ассистент, Кафедра автоматизации технологических процессов и производств, канд. техн. наук, эл. почта: martynov_sa@pers.spmi.ru
О. Н. Масько, аспирант, Кафедра автоматизации технологических процессов и производств
С. Н. Федоров, ассистент, Кафедра автоматизации технологических процессов и производств, канд. техн. наук, эл. почта: fedorov.sn29@mail.ru

Актуальность темы обосновывается низким уровнем автоматизации рудно-термических печей, в частности для производства металлургического кремния. В основном автоматизированные системы включают только централизованный сбор информации, доступной для контроля. Такой подход вызывает определенные проблемы, часть информации либо приходит с большим опозданием, либо не имеет непосредственного отношения к реакционной зоне, а служит только для контроля функционирования тех или иных узлов и элементов печи. В условиях недостатка оперативной и достоверной информации операторы вынуждены принимать решения на основе собственного опыта, что зачастую приводит к неоптимальному электрическому режиму работы печи, и накладывается дополнительная вероятность допущения ошибки оператором и, как следствие, возникновения аварийной ситуации. Такое управление приводит к перерасходу электроэнергии, повышенному расходу графитированных электродов и выносу пыли из печи. Перспективным направлением в разработке систем автоматизированного управления рудно-термическими печами является использование методов контроля основных параметров работы печи по косвенным параметрам или применение регуляторов на основе математических моделей технологического процесса. Актуальной остается задача повышения наблюдаемости объекта управления. Как правило, она реализуется за счет добавления новых контролируемых параметров в систему автоматического контроля или управления. Представлены наиболее перспективные системы контроля энерготехнологических параметров рудно-термической печи и управления ее энергетическим режимом. Проведен обзор двух статей, одиннадцати патентов и пяти программ для ЭВМ, представляющих наибольшую перспективу для внедрения на производстве.

Исследование выполнено за счет субсидии на выполнение государственного задания в сфере научной деятельности на 2021 год № FSRW-2020-0014 и гранта РНФ № 22-29-003.

1. Odenthal H.-J., Kemminger A., Krause F., Sankowski L. et al. Review on modeling and simulation of the electric arc furnace (EAF) // Steel Research International. 2017. Vol. 89, Iss. 1. P. 1–36.
2. Glazev M. S., Bazhin V. Y. Environmental technologies in the production of metallurgical silicon // Scientific and Practical Studies of Raw Material Issues. 2019. No. 1. P. 114–120.
3. Martynova E. S., Bazhin V. Y., Kharazov V. G. Increasing the level of control and management of arc steel-smelting furnaces IOP // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2019. No. 537. P. 1–6.
4. Boulet B., Lalli G., Ajersch M. Modeling and Control of an Electric Arc Furnace // Proceedings of the American Control Conference Denver, Colorado, June 4–6, 2003. P. 3060–3064.
5. Пат. 2378390 РФ, МПК С21С 5/52 (2006.01). Способ для определения свойств содержания дуговой печи / Мачуллат Т. ; заявл. 28.06.2006 ; опубл. 22.08.2009.
6. Пат. 2014762 РФ, МПК H05B 7/148 (1990.01). Система автоматического управления электрическим режимом руднотермической печи / Тасбулатов Т. Д., Жилов Г. М., Лифсон М. И., Ауесханов С. и др. ; заявл. 05.07.1991 ; опубл. 15.06.1994.
7. Пат. 2400020 РФ, МПК F27D 11/10 (2006.01). Способ и система автоматического управления электрическим режимом рудно -термической печи / Максимов А. А., Логиновский О. В., Козлов А. С., Зинкевич А. С. ; 15.10.2008 ; опубл. 20.04.2010.
8. Zobnin N. N., Baisanov S. O., Baisanov A. S., Musin A. M. Effect of silicon oxide reduction operational aspectson material and heat flow ratio in ore-thermal furnace // Proceedings of Irkutsk state technical university. 2020. Vol. 24, Iss. 2. P. 444–459. DOI: 10.21285/1814-3520-2020-2-444-459.
9. Пат. 2179287 РФ, МПК F27B 3/28 (2000.00), H05B 7/156 (2000.01). Способ определения положения рабочего конца электрода для расходуемых электродов, используемых в электроплавильных печах / Кальграф Х., Меркесдаль Г., Тронстад Р. ; заявл. 08.03.1999 ; опубл. 10.02.2002.
10. Программа для ЭВМ № 2017611642 РФ. Система контроля положения электрода в руднотермической печи в процессе получения металлического кремния карботермическим способом / Бажин В. Ю., Бойков А. В., Мартынов С. А., Никитина Л. Н. ; заявл. 19.12.2016 ; опубл. 07.02.2017.

11. Суслов А. П. Автоматизированный контроль и управление технологическим процессом в руднотермической печи по постоянной составляющей фазного напряжения : дис. … канд. техн. наук. — СПб., 2014. — 124 с.
12. Педро А. А., Старкова Л. Е., Суслов А. П. Природа и характер постоянной составляющей фазного напряжения в руднотермической печи : монография / Министерство образования и науки Российской Федерации, Вологодский гос. технический университет. — Вологда : ВоГТУ, 2013. — 123 с.
13. Васильев В. В. Система управления рудно-термической печи c использованием гармонических составляющих тока электродов // Записки Горного института. 2011. Т. 192. С. 157–160.
14. Пат. 2374337 РФ, МПК C22B 9/20 (2006.01). Способ контроля межэлектродного промежутка в процессе вакуумной дуговой плавки /Альтман П. С., Гончаров А. Е., Мединец С. В., Шамро П. В., Маковеев Д. В. ; заявл. 31.03.2008 ; опубл. 27.11.2009.
15. Пат. 2395596 РФ, МПК C22B 9/20 (2006.01), F27B 3/28 (2006/01), H05B 7/148 (2006.01). Способ контроля и управления межэлектродного промежутка в процессе вакуумной дуговой плавки и устройство для его осуществления / Коновалов Л. В., Кондрашов Е. Н., Максимов А. Ю., Федоров Н. С., Пузаков И. Ю.; заявл. 30.04.2008; опубл. 10.11.2009.
16. Пат. 553430 РФ, МПК F27D 11/10 (2006.01). Система удержания и перемещения электрода руднотермической печи / Семенов Г. В., Зиньковский В. П., Герасименко Н. Г.; заявл. 01.12.1976 ; опубл. 04.05.1976.
17. Masko O. N., Gorlenkov D. V. Аnalysis of the state of automation of material flow control in silicon production // Computing, Telecommunications and Control. 2020. Vol. 13, No. 4. P. 66–77.