Динамика электромагнитных сил, отклоняющих дуги от вертикали в трехфазной дуговой печи

Знание характера и поведения сил, действующих на дугу, является важным при конструировании печей, управлении и автоматизации их работы. Эффект электромагнитного выдувания дуги оказывает отрицательное влияние на технико-экономические показатели печи, поскольку дуга выносится из углубления в металле и шлаке, при этом ее излучение на стены и свод увеличивается, а эффективная мощность, поглощаемая металлом, уменьшается. Для этой и ряда других задач необходимо знание динамического поведения дуги, которое во многом определяется мгновенными значениями и направлениями отдельных сил и результирующей силы. В работе рассматривается поведение электромагнитной силы, действующей на столб дуги, от токов, протекающих через жидкий металл, и токов, протекающих через другие параллельные дуги и графитированные электроды в трехфазной дуговой печи переменного тока. При этом полагалось, что дуги горят перпендикулярно поверхности металлической ванны (их оси совпадают с осями электродов) и действующее значение линейных токов в разных фазах одинаковое. Предложена математическая модель для расчета мгновенных значений и направлений основных электромагнитных сил, действующих на дуги в трехфазной дуговой печи, позволяющая выявить характер динамического поведения дуг. Создана компьютерная программа, дающая возможность визуализировать поведение годографа сил, действующих на дугу. Установлено, что результирующая сила является четной гармонической функцией с частотой в два раза выше промышленной частоты тока. Приведены годографы сил, действующих на дугу со стороны токов, протекающих через расплав, и результирующей силы, представляющие собой эллипсы, лежащие в горизонтальной плоскости. Установлено, что результирующая отклоняющая дугу сила является четной гармонической функцией с частотой в два раза выше промышленной частоты тока. Ее годограф представляет собой эллипс, лежащий в горизонтальной плоскости, большая полуось которого составляет угол 20 – 80° с линией, соединяющей центр распада электродов и ось электрода.

1. Чередниченко В.С., Бикеев Р.А., Кузьмин М.Г. Математическое моделирование колебаний кабельных гирлянд в дуговых сталеплавильных печах // Электрометаллургия. 2005. № 4. С. 32 – 35.

2. Казанов Ю.К. Анализ динамических воздействий на электроды дуговых сталеплавильных печей // Сталь. 2000. № 11. С. 54 – 56.

3. Makarov A.N., SokolovA. Yu., Lugovoi Yu.A. Increasing the arc efficiency by the removal of arc electromagnetic blowing in electric arc furnaces: I. Effect of electromagnetic blowing and the slag height on the arc efficiency in an electric arc furnace // Russian Metallurgy (Metally). 2012. No. 6. P. 542 – 547.

4. Makarov A.N., Rybakova V.V., Galicheva M.K. Electromagnetism and the arc efficiency of electric arc steel melting furnaces // Journal of Electromagnetic Analysis and Applications. 2014. No. 6. P. 184 – 192.

5. Миронов Ю.М. Электрическая дуга в электротехнологических установках. – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2013. – 290 с. 6. David F., Tudorache T., Firteanu V. Numerical evaluation of electromagnetic field effects in electric arc furnaces // COMPEL. 2001. Vol. 20. No. 2. P. 619 – 635.

6. Kiyoumarsi А., Nazari A., Ataei М. etc. Electromagnetic analysis of an AC electric arc furnace including the modeling of an AC arc // COMPEL. 2010. Vol. 29. No. 3. P. 667 – 685.

7. Kiyoumarsi А., Nazari A., Ataei M. etc. Three dimensional analysis of an AC electric arc furnace // 35th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics, Porto, 2009. Р. 3697 – 3702.

8. Reynolds Q.G. The dual-electrode DC arc furnace – modelling insights // The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. October 2011. Vol. 111. P. 697 – 703.

9. Ramírez M., Trapaga G. Mathematical modeling of a DC electric arc – dimensionless representation of a DC arc // ISIJ International. 2003. Vol. 43. No. 8. Р. 1167 – 1176.

10. Reynolds Q.G., Jones R.T. Twin-electrode DC smelting furnaces – Theory and photographic testwork // Minerals Engineering. March 2006. Vol. 19. Issue 3. P. 325 – 333.

11. Reynolds Q.G. The dual-electrode DC arc furnace – modelling insights // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2011. Vol. 111. No.10. P. 33 – 46.

12. Bellan P.M., Higley J.W. Magnetic suppression of arc blowout in a model arc furnace // IEEE Transactions On Plasma Science. December 1992. Vol. 20. No. 6. P. 1026 – 1035.

13. Zweben S., Karasik M.L. Experiments on arc deflection and instability. [Electronic resource]. Available at URL: https://www.researchgate.net/publication/237285413_Laboratory_ experiments_on_arc_deflection_and_instability.

14. Егоров А.В. Электроплавильные печи черной металлургии. – М.: Металлургия, 1985. – 280 c.

15. Ячиков И.М., Костылева Е.М. Поведение основных элекромагнитных сил, действующих на дугу в трехфазной дуговой печи // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. Т. 58. № 7. С. 479 – 485.

16. Ячиков И.М., Вдовин К.Н., Костылева Е.М. Анализ основных электромагнитных сил, действующих на дугу в трехфазной дуговой печи // Теория и технология металлургического производства. 2014. № 2 (15). C. 70 – 76.

17. Ячиков И.М., Костылева Е.М. Комплекс программ для определения параметров электрических дуг трехфазного переменного тока, горящих на горизонтальную поверхность // Программные продукты и системы. 2017. № 3. С. 537 – 545.

18. Ячиков И.М., Костылева Е.М., Храмшин В.Р. Расчет электромагнитных сил, действующих на дуги в трехфазной дуговой печи: Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. № 2016618499.

19. Евсеева Н.В., Лазуко Л.А., Черкасова Ю.Б., Хасанов С.У. Исследование электродинамических сил, действующих на дуги в трехфазной дуговой сталеплавильной печи // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2011. № 34. C. 69 – 74.