blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2015-7-479-485blackmet-693Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESПОВЕДЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКРОМАГНИТНЫХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ДУГУ В ТРЕХФАЗНОЙ ДУГОВОЙ ПЕЧИBEHAVIOR OF THE MAIN ELECTROMAGNETIC FORCES ACTING ON THE ARC IN THREE-PHASE ARC FURNACEЯчиковИ. М.YachikovI. M.

д.т.н., доцент, профессор кафедры вычислительной техники и программирования 

455000, Россия, Магнитогорск, пр. Ленина, 38

Dr.Eng., Professor of the Chair of Computer Engineering and Applied Mathematics

38, Lenina ave., Magnitogorsk, 455000, Russia

jachikov@mail.ruКостылеваЕ. М.KostylevaE. M.

аспирант кафедры вычислительной техники и программирования

455000, Россия, Магнитогорск, пр. Ленина, 38

Postgraduate of the Chair of Computer Engineering and Applied Mathematics

38, Lenina ave., Magnitogorsk, 455000, Russia

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. НосоваРоссияMagnitogorsk State Technical University named after G.I. NosovRussian Federation201503102015587479485Copyright © Ячиков И.М., Костылева Е.М., 20152015Ячиков И.М., Костылева Е.М.Yachikov I.M., Kostyleva E.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/693

Аннотация. Дана математическая модель для определения основных локальных и среднеинтегральных электромагнитных сил, действующих на дуговые разряды в условиях трехфазной дуговой печи. Это силы, действующие на столб дуги от токов, протекающих через жидкий металл, силы электромагнитного взаимодействия дуги с другими дугами и токами, протекающими через графитированные электроды и силы взаимодействия дуги с собственным магнитным полем. Посредством компьютерного моделирования показано, что в трехфазной дуговой печи при расстоянии между электродами меньше 1,5 – 2,5 длины дуги наиболее существенное влияние на поведение электрической дуги и ее форму оказывают силы электромагнитного взаимодействия между токами, протекающими через дуги и графитированные электроды, а при больших расстояниях силы взаимодействия дуг с токами, протекающими через жидкий металл. Установлено, что средняя результирующая электромагнитная сила, действующая на дугу, может существенно отклонять ее в сторону от прямой, соединяющей центр распада электродов и ось электрода.

Abstract. The mathematical model to determine the key local and average integral electromagnetic forces acting on the arc discharges in the threephase arc furnace has been given. There are the forces acting on the arc column, which are caused by currents fl owing through the liquid metal, the forces of the electromagnetic interaction of the arc with other arcs and currents fl owing through the graphite electrodes and the forces of the interaction of the arc with its own magnetic fi eld. Through computer simulations it is shown that in three-phase arc furnace, when the distances between the electrodes are less than 1.5 – 2.5 of the arc lengths the most signifi cant infl uence on the behavior of the electric arc and its form have the forces of the electromagnetic interaction between the currents fl owing through the arc and graphite electrodes, and at large distances the most signifi cant infl uence on the behavior of the electric arc and its form have the force of interaction of the arcs with currents fl owing through the liquid metal. It was found that average resultant electromagnetic force acting on the arc can signifi cantly defl ect it from a straight line connecting the center of the electrodes and the axis of the electrode.

трехфазная дуговая печьэлектрическая дугастолб электрической дугиэлектромагнитная силавыпрямляющая силапинчэффектthree-phase arc furnaceelectric arcelectric arc columnelectromagnetic forcestraightening forcepinch effectening forcepinch effectReferencesВочке И. Электрическая плавильная печь: Пер. с нем. / Под ред. А.Н. Соколова. – Ленинград; Москва: Онти. Глав. ред. лит-ры по черной металлургии, 1936. – 540 с. Wotschke Johannes. Crundlagen des elektrischen schmelzofens. Haale 1933. (Russ.ed.: Vochke Iogan. Elektricheskaya plavil’naya pech’. Sokolov A.N. ed. Leningrad – Moscow: Onti. Glav. red. lit-ry po chernoi metallurgii, 1936. 540 p.).Вочке И. Электрическая плавильная печь: Пер. с нем. / Под ред. А.Н. Соколова. – Ленинград; Москва: Онти. Глав. ред. лит-ры по черной металлургии, 1936. – 540 с. Wotschke Johannes. Crundlagen des elektrischen schmelzofens. Haale 1933. (Russ.ed.: Vochke Iogan. Elektricheskaya plavil’naya pech’. Sokolov A.N. ed. Leningrad – Moscow: Onti. Glav. red. lit-ry po chernoi metallurgii, 1936. 540 p.).Егоров А.В. Электроплавильные печи черной металлургии. – М.: Металлургия, 1985. – 280 c. Egorov A.V. Elektroplavil’nye pechi chernoi metallurgii [Electric smelting furnaces in ferrous metallurgy]. Moscow: Metallurgiya, 1985. 280 p. (In Russ.).Егоров А.В. Электроплавильные печи черной металлургии. – М.: Металлургия, 1985. – 280 c. Egorov A.V. Elektroplavil’nye pechi chernoi metallurgii [Electric smelting furnaces in ferrous metallurgy]. Moscow: Metallurgiya, 1985. 280 p. (In Russ.).Макаров А.Н. Теплообмен в дуговых сталеплавильных печах. – Тверь: ТГТУ, 1998. – 184 с. Makarov A.N. Teploobmen v dugovykh staleplavil’nykh pechakh [Heat transfer in electric arc furnaces]. Tver: TGTU, 1998. 184 p. (In Russ.).Макаров А.Н. Теплообмен в дуговых сталеплавильных печах. – Тверь: ТГТУ, 1998. – 184 с. Makarov A.N. Teploobmen v dugovykh staleplavil’nykh pechakh [Heat transfer in electric arc furnaces]. Tver: TGTU, 1998. 184 p. (In Russ.).Макаров А.Н., Свенчанский А.Д. Оптимальные тепловые режимы дуговых сталеплавильных печей. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 96 с. Makarov A.N., Svenchanskii A.D. Optimal’nye teplovye rezhimy dugovykh staleplavil’nykh pechei [Optimal thermal modes of arc furnaces]. Moscow: Energoatomizdat, 1992. 96 p. (In Russ.).Макаров А.Н., Свенчанский А.Д. Оптимальные тепловые режимы дуговых сталеплавильных печей. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 96 с. Makarov A.N., Svenchanskii A.D. Optimal’nye teplovye rezhimy dugovykh staleplavil’nykh pechei [Optimal thermal modes of arc furnaces]. Moscow: Energoatomizdat, 1992. 96 p. (In Russ.).Никольский Л.Е., Смоляренко В.Д., Кузнецов Л.Н. Тепловая работа дуговых сталеплавильных печей. – М.: Металлургия, 1981. – 320 с. Nikol’skii L.E., Smolyarenko V.D., Kuznetsov L.N. Teplovaya rabota dugovykh staleplavil’nykh pechei [Thermal work of arc furnaces]. Moscow: Metallurgiya, 1981. 320 p. (In Russ.).Никольский Л.Е., Смоляренко В.Д., Кузнецов Л.Н. Тепловая работа дуговых сталеплавильных печей. – М.: Металлургия, 1981. – 320 с. Nikol’skii L.E., Smolyarenko V.D., Kuznetsov L.N. Teplovaya rabota dugovykh staleplavil’nykh pechei [Thermal work of arc furnaces]. Moscow: Metallurgiya, 1981. 320 p. (In Russ.).Миронов Ю.М. Электрическая дуга в электротехнологических установках. – Чебоксары: Изд. Чуваш. ун-та, 2013. – 238 с. Mironov Yu.M. Elektricheskaya duga v elektrotekhnologicheskikh ustanovkakh: Monografi ya [The electric arc in the electro-technological installations: Monograph]. Cheboksary: Izd. Chuvash.un-ta, 2013. 238 p. (In Russ.).Миронов Ю.М. Электрическая дуга в электротехнологических установках. – Чебоксары: Изд. Чуваш. ун-та, 2013. – 238 с. Mironov Yu.M. Elektricheskaya duga v elektrotekhnologicheskikh ustanovkakh: Monografi ya [The electric arc in the electro-technological installations: Monograph]. Cheboksary: Izd. Chuvash.un-ta, 2013. 238 p. (In Russ.).Общая электротехника. / Под. ред. В.С. Пантюшина. – М.: Высш. школа, 1970. – 568 с. Obshchaya elektrotekhnika [General Electrical Engineering]. Pantyushin V.S. ed. Moscow: Vyssh. shkola, 1970. 568 p. (In Russ.).Общая электротехника. / Под. ред. В.С. Пантюшина. – М.: Высш. школа, 1970. – 568 с. Obshchaya elektrotekhnika [General Electrical Engineering]. Pantyushin V.S. ed. Moscow: Vyssh. shkola, 1970. 568 p. (In Russ.).Ячиков И.М., Зарецкая Е.М. Анализ поведения магнитного поля вблизи электродов дуговых печей посредством математического моделирования // Изв. вуз. Черная металлургия. 2011. № 1. С. 18 – 21. Yachikov I.M., Zaretskaya E.M. Magnetic fi eld behavior close to electric arc furnace electrodes analysis with mathematical modeling. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2011, no. 1, pp. 18–21. (In Russ.).Ячиков И.М., Зарецкая Е.М. Анализ поведения магнитного поля вблизи электродов дуговых печей посредством математического моделирования // Изв. вуз. Черная металлургия. 2011. № 1. С. 18 – 21. Yachikov I.M., Zaretskaya E.M. Magnetic fi eld behavior close to electric arc furnace electrodes analysis with mathematical modeling. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2011, no. 1, pp. 18–21. (In Russ.).Ячиков И.М., Костылева Е.М. Математическое моделирование формы дуг при их электромагнитном взаимодействии. Сообщение 1. Форма двух дуг постоянного тока, горящих между катодами и токопроводящей поверхностью // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. № 1. С. 59 – 64. Yachikov I.M., Kostyleva E.M. The mathematical modeling of form of arcs with their electromagnetic coupling. Report 1. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2014, no. 1, pp. 59–64. (In Russ.).Ячиков И.М., Костылева Е.М. Математическое моделирование формы дуг при их электромагнитном взаимодействии. Сообщение 1. Форма двух дуг постоянного тока, горящих между катодами и токопроводящей поверхностью // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. № 1. С. 59 – 64. Yachikov I.M., Kostyleva E.M. The mathematical modeling of form of arcs with their electromagnetic coupling. Report 1. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2014, no. 1, pp. 59–64. (In Russ.).Ячиков И.М., Костылева Е.М. Взаимодействие дуг // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013619388. БПБТ. 2013. № 4. С. 324. Yachikov I.M., Kostyleva E.M. Vzaimodeistvie dug. Svidetel’stvo o gosudarstvennoi registratsii programmy dlya EVM no. 2013619388 [Arcs interaction. Certifi cate of state registration of a computer program]. BPBT. 2013, no. 4, p. 324. (In Russ.)Ячиков И.М., Костылева Е.М. Взаимодействие дуг // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013619388. БПБТ. 2013. № 4. С. 324. Yachikov I.M., Kostyleva E.M. Vzaimodeistvie dug. Svidetel’stvo o gosudarstvennoi registratsii programmy dlya EVM no. 2013619388 [Arcs interaction. Certifi cate of state registration of a computer program]. BPBT. 2013, no. 4, p. 324. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.