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

А. А. Николаев, заведующий кафедрой автоматизированного электропривода и мехатроники (АЭПиМ), доцент, канд. техн. наук, эл. почта: aa.nikolaev@magtu.ru
П. Г. Тулупов, доцент кафедры АЭПиМ, канд. техн. наук, эл. почта: tulupov.pg@mail.ru
Р. Р. Дёма, профессор кафедры машин и технологий обработки давлением и машиностроения, докт. техн. наук, эл. почта: demarr@magtu.ru
С. С. Рыжевол, аспирант кафедры АЭПиМ, эл. почта: snaffls18@gmail.com

Описана новая методика выбора оптимальных несимметричных режимов горения дуг в агрегатах ковш-печь (АКП) при различных режимах аргонной продувки, используемая при настройке усовершенствованных систем автоматического управления электротехнологическими режимами АКП. Рассмотрены основные варианты конфигурации одно- и двухпозиционных АКП по расположению продувочных пробок и аварийных фурм. Для каждого варианта сформированы критерии оптимальных электрических режимов АКП, которые позволяют осуществлять последовательный поиск оптимальных значений уставок импедансов вторичного электрического контура. Рассмотрены новый алгоритм и система автоматического управления АКП с возможностью адаптации к различным шлаковым режимам и режимам аргонной продувки. Данный алгоритм отличается от известных предусмотренной в нем возможностью динамической адаптации длин электрических дуг в фазах, подверженных наиболее сильному влиянию зеркала жидкого металла, путем перехода к рабочей кривой с заранее определенным набором оптимальных уставок импеданса. Для новых методики выбора оптимальных несимметричных режимов и алгоритма управления приведены основные результаты их практической реализации на ведущих металлургических предприятиях.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FZRU-2023-0008).

1. Nikolaev A. A., Luk’yanov S. I., Tulupov P. G. Improved electrical control of ladle-furnace units by means of arc-current harmonics// Steel in translation. 2019. Vol. 49, Iss. 4. P. 265–270.
2. Nikolaev A. A., Tulupov P. G., Ryzhevol S. S., Lozhkin I. A. Development of a methodology for selecting optimum asymmetric arc combustion modes in ladle-furnace installations under different argon purging regimes // 2022 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). Magnitogorsk, Russian Federation. 2022. P. 353–358.
3. Nikolaev A. A., Bulanov M. V., Tulupov P. G. Improving the two-position ladle-furnace efficiency using advanced electrical mode control algorithms // 2021 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). Magnitogorsk, Russian Federation. 2021. P. 592–597.
4. Николаев А. А., Тулупов П. Г. Методика моделирования случайных возмущений длин электрических дуг для настройки нелинейного П-регулятора импеданса // Черные металлы. 2021. № 11. С. 74–80.

5. Миронов Ю. М. Электрическая дуга в электротехнологических установках : монография. — Чебоксары : Изд-во Чувашского университета, 2013. — 290 с.
6. Шпиганович А. Н., Захаров К. Д. Особенности систем электроснабжения сталеплавильных и ферросплавных производств. — Липецк : ЛГТУ, 2004. — 213 с.
7. Макаров А. Н. Законы теплообмена электрической дуги и факела в металлургических печах и энергетических установках. — Тверь : Изд-во Тверского государственного технического университета, 2012. — 164 с.
8. 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. — Düsseldorf : VDI-Verlag, 1998. — 234 p.
9. Bowman B., Krüger K. Arc furnace physics. — Düsseldorf : Verlag Stahleisen GmbH, 2009. — 245 p.
10. Köhle S. Ersatzschaltbilder und modelle für die elektrischen größen von drehstrom-lichtbogenöfen (Equivalent circuit diagrams and models for the electrical parameters of AC arc furnaces) / Habilitationsschrift, Fachbereich Elektrotechnik, Bergische Universität – Gesamthochshule Wuppertal. — Düsseldorf : Verlag Stahleisen, 1990. P. 234–239.
11. Köhle S. Lichtbogenreaktanzen von Drehstrom-Lichtbogenöfen (Arc reactances of AC arc furnace) // Elektrowärme International. 1993. Vol. 51. No. B4. P. 175–185.
12. Николаев А. А., Корнилов Г. П., Тулупов П. Г., Повелица Е. В. Анализ различных вариантов построения систем автоматического управления перемещением электродов дуговых сталеплавильных печей и агрегатов ковш-печь // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2015. № 2 (50). С. 90–100.
13. Xiang F., Zhi Z., Jiang G. Digital twins technolgy and its data fusion in iron and steel product life cycle // 2018 IEEE 15^th International Conference on Networking. Sensing and Control (ICNSC). Zhuhai, China. 2018. P. 1–5.
14. Dietz M., Grabowski D., Klimas M., Starkloff H. J. Estimation and analysis of the electric arc furnace model coefficients // IEEE Transactions on Power Delivery. 2022. Vol. 37. No. 6. P. 4956–4967.
15. Klimas M., Grabowski D. Application of the deterministic chaos in AC electric arc furnace modeling // 2022 IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2022 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC / I&CPS Europe). Prague, Czech Republic. 2022. P. 1–6.
16. Xu R., Ma S., Zhang M. Modeling of electric arc furnace for power quality analysis // 2022 IEEE 3^rd China International Youth Conference on Electrical Engineering (CIYCEE). Wuhan, China. 2022. P. 1–5.
17. Lee C., Kim H., Lee E. J., Baek S. T. et al. Measurement-based electric arc furnace model using ellipse formula // IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 155609–155621.
18. Klimas M., Grabowski D. Application of shallow neural networks in electric arc furnace modeling // IEEE Transactions on Industry Applications. 2022. Vol. 58. No. 5. P. 6814–6823.
19. Свенчанский А. Д., Жердев И. Т., Кручинин А. М. и др. Электрические промышленные печи: Дуговые печи и установки специального нагрева : учебник для вузов. — М. : Энергоиздат, 1981. — 296 с.
20. Андреев С. М., Парсункин Б. Н., Головко Н. А. и др. Разработка концепции экстремальной нечеткой системы автоматической оптимизации управления энергетическим режимом выплавки стали в ДСП // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2011. № 3. С. 88–91.