Регулирование шлакового режима выплавки стали в электродуговой печи на основе контроля электрических параметров в ходе окислительного периода плавки

Представлены результаты наблюдений за ходом окислительной стадии выплавки стали в ДСП-135, проведенных с помощью автоматизированной системы контроля электрических характеристик. В рабочем пространстве печи выделены три основные зоны, различающиеся по агрегатному состоянию находящихся в них материалов: дуговой разряд, расплав и вспененный шлак. Приведены данные о распределении электрической мощности по этим зонам. Отмечена асимметрия активных мощностей дуг под отдельными электродами, обусловленная асимметрией короткой сети. Показано, что основными факторами, влияющими на сопротивление расплава и шлака, являются продувка кислородом и перемещение электродов. Исследовано влияние подачи магнезиального флюса на сопротивление расплава. Замечено, что этим подачам соответствует резкий рост и последующее постепенное снижение сопротивления, а время усвоения добавок не превышает одной минуты. Приведены среднестатистические по отдельным плавкам электрические параметры зон рабочего пространства печи ДСП-135. Проведено сравнение характера изменения мощности дугового разряда и изменения температуры расплава. Отмечено совпадение профилей изменения этих характеристик – росту мощности дуги соответствует рост температуры расплава. Попытка корреляции содержания FeO в шлаке с мощностью дуги не дала положительного результата. Отмечено, что контроль этого параметра по изменению электрических параметров зон дуги и шлака вследствие подавляющего влияния на них интенсивного кислородного дутья, перемешивания расплава и перемещения электродов не отвечает критерию достоверности. Однако данную методику следует проверить в условиях рафинирования стали в агрегате ковш–печь.

1. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Современная технология производства стали. Москва: Теплотехник, 2007. 528 с.

2. Макаров А.Н. Теплообмен в электродуговых и факельных металлургических печах и энергетических установках. Санкт-Петербург: Лань, 2014. 384 с.

3. Dong Q., Zhang J. Simulation of fluid flow and heat transfer in plasma ARC region of AC electric ARC furnace // CFD Modeling and Simulation in Materials Processing. 2016. P. 35–42. https://doi.org/10.1002/9781119274681.ch5

4. Lee B., Sohn I. Review of innovative energy savings technology for the electric arc furnace // JOM. 2014. Vol. 66. No. 9. P. 1581–1594. https://doi.org/10.1007/s11837-014-1092-y

5. Bai E.-w. Minimizing energy cost in electric arc furnace steel making by optimal control designs // Journal of Energy. 2014. Vol. 2014. Article 620695. https://doi.org/10.1155/2014/620695

6. Balan R., Maties V., Hancu O., Stan S., Ciprian L. Modeling and control of an electric arc furnace // Proceedings of the 15th Mediterranean Conf. on Control and Automation, Athens, Greece, July 2007. P. 1–6. https://doi.org/10.1109/MED.2007.4433737

7. Миронов Ю.М. Установки электрошлаковой металлургической технологии. Москва: НИЦ ИНФРА-М, 2018. 404 с. https://doi.org/10.12737/monography_5a40ac170cdab6.31947003

8. Toulouevski Y.N., Zinurov I.Y. Modern steelmaking in electric arc furnaces: history and development // Innovation in Electric Arc Furnaces: Scientific Basis for Selection. Berlin, Heidelberg, Germany: Springer, 2013. P. 1–24. https://doi.org/10.1007/978-3-642-36273-6_1

9. Тулуевский Е.Н., Зинуров И.Ю. Инновации для дуговых сталеплавильных печей. Научные основы выбора. Новосибирск: Издательство НГТУ, 2010. 347 с.

10. Сивцов А.В., Шешуков О.Ю., Цымбалист М.М., Некрасов И.В., Махнутин А.В., Егиазарьян Д.К., Орлов П.П. Интенсификация выплавки стального полупродукта в дуговых сталеплавильных печах на основе согласованного регулирования электрического и газового режимов. Часть I. Особенности теплообмена и строения рабочего пространства в дуговых сталеплавильных печах // Электрометаллургия. 2018. № 11. С. 2–9.

11. Сивцов А.В., Шешуков О.Ю., Цымбалист М.М., Некрасов И.В., Махнутин А.В. Егиазарьян Д.К., Орлов П.П. Интенсификация выплавки стального полупродукта в дуговых сталеплавильных печах на основе согласованного регулирования электрического и газового режимов. Часть II: Оперативный контроль состояния зон шихты и расплава в дуговых сталеплавильных печах // Электрометаллургия. 2018. № 11. С. 3–9. https://doi.org/10.31044/1684-5781-2018-0-12-3-9

12. Макаров А.Н., Окунева В.В., Кузнецов А.В. Влияние высоты слоя шлака, состава газа, емкости печей на КПД дуг и теплообмен в дуговых сталеплавильных печах. Часть I. Влияние высоты слоя шлака и емкости печи на КПД дуг // Металлург. 2020. № 10. С. 11–18.

13. Макаров А.Н., Крупнов А.В. Влияние высоты слоя шлака, состава газа, емкости печей на КПД дуг и теплообмен в дуговых сталеплавильных печах. Часть II. Влияние высоты слоя шлака на величину теплового излучения дуг на стены // Металлург. 2020. № 11. С. 24–31.

14. Миронов Ю.М., Петров В.Г. Особенности тепловой работы дуговых печей литейного класса // Электрометаллургия. 2009. № 7. С. 23–26.

15. Миронов Ю.М. Об оптимизации мощности трансформаторов дуговых сталеплавильных печей // Электрометаллургия. 2019. № 11. С. 9–14. https://doi.org/10.31044/1684-5781-2019-0-11-9-14

16. Makarov A.N., Singh K.D. The effect of arc length on heat exchange and electric power consumption in electric arc steel-making furnaces (EAF) // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 1888. Article 012026. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1888/1/012026

17. Tomažič S., Andonovski G., Škrjancand I., Logar V. Data-driven modelling and optimization of energy consumption in EAF // Metals. 2022. Vol. 12. No. 5. Article 816. https://doi.org/10.3390/met12050816

18. Sheshukov O.Yu., Nerkasov I.V., Mikheenkov M.A., Egiazaryan D.K., Sivtsov A.V., Chencov V.P., Gertsberg G.E. Unit ladle-furnace: Slag forming conditions and stabilization // Technogen – 2017. Conference Proceedings. 2017. P. 70–75. https://doi.org/10.18502/kms.v2i2.949

19. Сивцов А.В., Шешуков О.Ю., Цымбалист М.М., Некрасов И.В., Егиазарьян Д.К. Вентильный эффект электрической дуги и проблемы управления дуговыми печами // Металлург. 2015. № 5. С. 36–40.

20. Saboohi Y., Fathi A., Škrjanc I., Logar V. Optimization of the electric arc furnace process // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2019. Vol. 66. No. 10. P. 8030–8039. https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2883247

21. Миронов Ю.М. Энерготехнологические соотношения в дуговых сталеплавильных печах // Электрометаллургия. 2021. №. 4. С. 2–21. https://doi.org/10.31044/1684-5781-2021-0-4-2-10

22. Lee B., Ryu J.W., Sohn I. Effect of hot metal utilization on the steelmaking process parameters in the electric arc furnace // Steel Research International. 2015. Vol. 86. No. 3. P. 302–309. https://doi.org/10.1002/srin.201400157

23. Czapla M., Karbowniczek M., Michaliszyn A. The optimisation of electric energy consumption in the electric arc furnace // Archives of Metallurgy and Materials. 2008. Vol. 53. No. 2. P. 559–565.