ПОВЫШЕНИЕ  ЭФФЕКТИВНОСТИ  РАБОТЫ  СВЕРХМОЩНОЙ  ДУГОВОЙ  СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ  ПЕЧИ  ЗА  СЧЕТ  ИСПОЛЬЗОВАНИЯ  СИСТЕМЫ  ДИАГНОСТИКИ  СТАДИЙ  ПЛАВКИ  ПО  ВЫСШИМ  ГАРМОНИКАМ  ТОКОВ  ДУГ

Николаев  Александр  Аркадьевич

доцент  кафедры  электроснабжения  промышленных  предприятий,  канд.  техн.  наук,  ФГБОУ  ВПО  «Магнитогорский  государственный  технический  университет  им.  Г.И.  Носова»,  г.  Магнитогорск

E-mail: 

Ануфриев  Антон  Владимирович

аспирант  кафедры  электроснабжения  промышленных  предприятий,  ФГБОУ  ВПО  «Магнитогорский  государственный  технический  университет  им.  Г.И.  Носова»,  г.  Магнитогорск

E-mail: 

Корнилов  Геннадий  Петрович

заведующий  кафедрой  электроснабжения  промышленных  предприятий,  д-р  техн.  наук,  профессор,  ФГБОУ  ВПО  «Магнитогорский  государственный  технический  университет  им.  Г.И.  Носова»,  г.  Магнитогорск

E-mail: 

Ивекеев  Владимир  Сергеевич

магистрант  кафедры  электроснабжения  промышленных  предприятий,  ФГБОУ  ВПО  «Магнитогорский  государственный  технический  университет  им.  Г.И.  Носова»,  г.  Магнитогорск

E-mail:  vivekeev@yandex.ru

Ложкин  Игорь  Александрович

студент  кафедры  электроснабжения  промышленных  предприятий,  ФГБОУ  ВПО  «Магнитогорский  государственный  технический  университет  им.  Г.И.  Носова»,  г.  Магнитогорск

E-mail: 

IMPROVE  THE  EFFICIENCY  OF  THE  ULTRA-HIGH  POWER  ELECTRIC  ARC  FURNACE  BY  THE  USE  THE  DIAGNOSTIC  SYSTEM  OF  MELTING  STAGES  WITH  INFORMATION  ABOUT  ARCS'  HARMONICS

Alexander  Nikolaev

associate  professor  of  Power  Supply  Systems  of  Industry  department,  Candidate  of  Science,  Magnitogorsk  State  Technical  University  named  after  G.I.  Nosov,  Magnitogorsk

Anton  Anufriev

postgraduate  student  of  Power  Supply  Systems  of  Industry  department,  Magnitogorsk  State  Technical  University  named  after  G.I.  Nosov,  Magnitogorsk

Gennady  Kornilov

head  of  Power  Supply  Systems  of  Industry  department,  Doctor  of  Science,  Professor,  Magnitogorsk  State  Technical  University  named  after  G.I.  Nosov,  Magnitogorsk

Vladimir  Ivekeev

master’s  Degree  student  of  Power  Supply  Systems  of  Industry  department,  Magnitogorsk  State  Technical  University  named  after  G.I.  Nosov,  Magnitogorsk

Igor  Lozhkin

student  of  Power  Supply  Systems  of  Industry  department,  Magnitogorsk  State  Technical  University  named  after  G.I.  Nosov,  Magnitogorsk

АННОТАЦИЯ

В  статье  рассмотрены  основные  принципы  оптимизации  электрических  режимов  современных  дуговых  сталеплавильных  печей.  Приведено  описание  разработанной  системы  диагностики  стадий  плавки,  позволяющей  снизить  время  цикла  и  уменьшить  удельный  расход  электроэнергии  дуговой  печи.  На  примере  ДСП-180  ОАО  «ММК»  показана  эффективность  применения  разработанной  системы. 

ABSTRACT

The  paper  describes  the  main  concept  of  optimization  of  electric  arc  furnaces’  electrical  regimes.  A  description  of  the  developed  system  diagnostic  of  melting  stages,  which  can  reduce  a  melting  cycle  time  and  specific  electrical  energy  consumption,  is  presented.  On  the  example  of  the  EAF-180  OJSC  “MMK”  the  efficiency  of  application  developed  system  are  considered. 

Ключевые  слова:  дуговая  сталеплавильная  печь;  система  управления  электрическими  режимами;  диагностика  стадий  плавки;  высшие  гармоники  тока;  электрическая  дуга.

Keywords:  electric  arc  furnace;  control  system  of  the  electrical  regimes;  melting  stages  diagnostic;  current  higher  harmonics;  electric  arc.

Работа  выполнена  в  рамках  гранта  Президента  Российской  Федерации  для  государственной  поддержки  молодых  российских  ученых  (MK-4182.2013.8)

Электрометаллургия  —  это  быстроразвивающаяся  металлургическая  отрасль.  На  сегодняшний  день  50  %  жидкой  стали  на  Западе  и  в  Европе  получают  в  дуговых  сталеплавильных  печах  (ДСП).  Кислородно-конверторное  производство  постепенно  отходит  на  задний  план.  В  России  в  2011  г  было  выплавлено  в  дуговых  сталеплавильных  печах  21  %  от  общего  производства  стали.  ДСП  по  своей  сути  является  уникальным  и  многогранным  объектом,  сочетающим  в  себе  металлургию,  электротехнику,  гидравлику  и  другие  научные  области. 

В  процессе  плавки  металла  в  ДСП  необходимо  регулировать  мощность  дуг,  изменяя  количество  энергии  вводимой  в  печь  [1,  2].  Активная  мощность  дуг  в  дуговых  печах  регулируется  путем  изменения  вторичного  напряжения  печного  трансформатора,  а  при  постоянном  напряжении  путем  изменения  тока  в  электрическом  контуре  печи.  Для  поддержания  заданного  значения  тока  фазы  и,  соответственно,  мощности  дуги,  используется  система  автоматического  перемещения  электродов.  В  настоящее  время  основными  производителями  этих  систем  являются  следующие  фирмы:  “Siemens  VAI”  и  “VATRON”  (системы  управления  “SIMELT”  и  “ARCOS  NT”),  “Danieli”  (система  управления  “HI-REG”),  “Amec  Spie”  (система  управления  “E.M.P.E.R.E”).

Система  управления  электрическим  режимом  ДСП,  как  правило,  выполняется  двухуровневой  (рис.  1)  [4].

Исходными  параметрами  для  системы  управления  нижнего  уровня  являются:  ступень  трансформатора  ,  ступень  реактора    и  номер  рабочей  кривой  .  В  соответствии  со  значениями  этих  параметров,  система  перемещения  электродов  формирует  сигнал  задания  на  рабочую  величину  электрического  контура,  в  качестве  которой  могут  выступать  следующие  параметры:  полное  сопротивление  (импеданс)  фазы  электрической  цепи  на  вторичной  стороне  печного  трансформатора,  активное  сопротивление  дуги,  напряжение  дуги,  ток  дуги,  мощность  дуги,  проводимости  фаз  ДСП. 

На  втором  более  высоком  уровне  происходит  идентификация  стадий  плавки,  а  по  ней  —  выбор  соответствующей  рабочей  кривой,  ступеней  трансформатора  и  реактора,  которые  формируют  задание  для  системы  нижнего  уровня.  Входными  сигналами  типовой  системы  управления  являются:  номер  профиля  плавки,  определяемый  исходным  составом  шихты,  и  количество  электроэнергии,  введенной  в  печь  с  начала  плавки.

Рисунок  1.  Функциональная  схема  системы  управления  электрическими  режимами  современной  дуговой  сталеплавильной  печи

Управление  перемещением  электродов  осуществляет  система,  включающая  в  себя  нелинейный  пропорционально-интегральный  регулятор,  работающий  в  режиме  поддержания  импеданса  (на  начальных  стадиях)  и  поддержания  активного  сопротивления  дуги  (на  конечных  стадиях).  Расчет  фактических  значений  полных  сопротивлений  осуществляется  на  основе  мгновенных  значений  фазных  напряжений  и  токов  на  вторичной  стороне  трансформатора.  Фактическое  значение  сравнивается  с  заданием  ,  после  чего  сигнал  ошибки  преобразуется  регулятором  в  сигнал  задания  на  расход  жидкости  в  гидроприводе.  Этот  сигнал  поступает  на  задатчик  интенсивности,  выход  которого  соединен  с  сервоклапаном,  осуществляющим  регулирование  расхода  рабочей  жидкости  в  гидроцилиндре  привода  перемещения  электродов.

Помимо  перечисленных  элементов,  система  управления  перемещением  электродов  содержит  вспомогательные  блоки,  осуществляющие  зажигание  электрической  дуги,  контроль  уровня  тока,  выявление  и  устранение  длительных  эксплуатационных  коротких  замыканий,  коррекцию  уставки  регулятора  в  функции  отклонения  напряжения,  устранение  резонансных  колебаний  консолей  с  электродами  и  т.  д.  Некоторые  из  перечисленных  блоков  также  приведены  на  рис.  1. 

На  рис.  2  приведена  блок-схема,  описывающая  классическую  задачу  оптимизации  электрических  режимов  современной  ДСП  [2].  Здесь  можно  выделить  два  основных  этапа:  1)  настройка  программы  (профиля)  плавки;  2)  настройка  параметров  системы  управления  перемещением  электродов. 

На  первом  этапе  выполняется  выбор  оптимальных  электрических  характеристик  ДСП  для  каждой  стадии  плавки  за  счет  выставления  ступеней  трансформатора  и  реактора.  После  чего,  производится  выбор  оптимальной  рабочей  кривой,  определяющей  положение  рабочей  точки  на  электрической  характеристике  ДСП  (P_Д  =  f(I_Д)).  Важнейшим  этапом  настройки  системы  задания  профиля  является  определение  граничных  значений  параметра,  отвечающего  за  переход  с  одной  стадии  плавки  на  другую.  В  качестве  такого  параметра,  как  правило,  используют  расход  электроэнергии  W_Σ,  измеренный  на  вторичной  стороне  печного  трансформатора. 

Рисунок  2.  Классическая  задача  оптимизации  электрических  режимов  современной  ДСП

На  втором  этапе  осуществляют  настройку  параметров  системы  управления  перемещением  электродов.  Данный  процесс  может  быть  разделен  на  три  стадии.  На  первой  стадии  осуществляют  расчет  и  задание  оптимальных  значений  переменных,  по  которым  осуществляется  поддержание  рабочей  точке  на  электрической  характеристике.  Ими  могут  выступать:  импеданс  или  проводимость  фазы  ДСП  на  вторичной  стороне  трансформатора,  активное  сопротивление  дуги,  напряжение,  мощность  или  ток  дуги.  На  второй  стадии  добиваются  оптимальных  динамических  показателей  качества  регулирования  системы  за  счет  выставления  корректных  значений  коэффициентов  нелинейных  пропорционально-интегральных  регуляторов.  На  последней  стадии  оптимизируют  работу  вспомогательных  систем. 

Необходимо  отметить,  что  не  все  перечисленные  задачи  оптимизации  могут  быть  решены  силами  простых  цеховых  специалистов,  поскольку  существующие  системы  управления,  поставляемые  зарубежными  фирмами  производителями,  имеют  закрытую  структуру  функциональных  блоков,  затрудняющую  коррекцию  и  оптимизацию  электрических  режимов  ДСП  с  учетом  местных  условий  и  технологических  особенностей.  Обслуживание  подобных  закрытых  систем  также  связано  со  значительными  эксплуатационными  затратами,  вызванными  участием  иностранных  специалистов  в  поддержании  их  работоспособности. 

Также  очень  часто  системы  управления  ДСП  в  сложившихся  технологических  условиях  не  обеспечивают  достижение  заданных  временных  показателей  работы  —  времени  работы  под  током  и  времени  цикла  плавки,  оговоренных  в  контракте  [2,  3].  Данная  проблема  может  быть  обусловлена  многими  причинами,  в  том  числе:  несовершенной  системой  задания  профиля  плавки,  с  эмпирическими  критериями  перехода  с  одной  стадии  на  другую  и  отсутствием  информации  о  фактической  стадии  плавки. 

Как  было  сказано  ранее  большинство  существующих  систем  управления  используют  расход  электроэнергии  W_Σ  в  качестве  основного  параметра  для  перехода  с  одной  стадии  плавки  на  другую.  Значения  этого  параметра  подбираются  специалистами  фирм-поставщиков  экспериментальным  путем  на  начальном  этапе  эксплуатации  ДСП.  При  этом  переключения  ступеней  трансформатора  и  реактора,  а  также  изменение  рабочей  кривой  дуговой  печи  в  зависимости  от  W_Σ  является  самым  простым  способом  ведения  плавки,  сильно  зависящим  от  исходных  факторов:  шихтовки  (доля  лома  и  чугуна),  работы  RCB  горелок,  качества  и  температуры  лома,  работы  инжекторов  углерода  и  т.  д. 

По  причине  того,  что  данный  принцип  не  позволяет  точно  задать  границы  технологических  стадий  и  своевременно  осуществить  переход  с  одной  стадии  на  другую  (переключить  ступени  трансформатора/реактора  и  изменить  номер  рабочей  кривой),  ДСП  может  определенное  время  работать  с  неоптимальными  электрическими  режимами,  что  приводит  к  снижению  производительности  печи  из-за  увеличения  времени  работы  под  током  и  цикла  плавки. 

Таким  образом,  актуальной  задачей  является  разработка  усовершенствованной  системы  управления  электрическим  режимом  ДСП,  в  которой  переход  с  одной  стадии  плавки  на  другую  осуществлялся  бы  с  использованием  параметра,  наиболее  точно  отражающего  текущую  технологическую  стадию. 

Исследования,  проведенные  на  действующем  оборудовании  дуговых  сталеплавильных  печей  различного  класса,  показали,  что  одним  из  параметров,  имеющим  хорошую  корреляцию  с  технологическими  стадиями  плавки,  является  коэффициент  искажения  синусоидальности  кривой  тока  дуги  K_I  .  Данный  коэффициент  характеризует  общее  содержание  высших  гармоник  тока  по  отношению  к  основной  гармонике  (K_I  =  ),  где    —  действующее  значение  n-ой  гармонической  составляющей.  Западное  обозначение  этого  коэффициента  —  THD  (total  harmonic  distortion).

В  процессе  плавки  коэффициент  K_I(THD)  изменяется  в  широких  пределах  от  20  до  4  %.  Бȯльшие  значения  коэффициента  соответствуют  начальным  стадиям  расплавления  —  зажиганию  дуг  и  проплавлению  колодцев.  В  основной  период  расплавления  величина  K_I  уменьшается  до  10  %,  а  на  конечной  стадии  плавки  в  период  нагрева  металла  под  слоем  вспененного  шлака  эта  величина  снижается  до  4—5  %. 

В  отличие  от  расхода  электроэнергии  W_Σ  параметр  K_I  несет  в  себе  реальную  информацию  о  текущих  технологических  стадиях.  Исследования  показали,  что  на  гармонический  состав  токов  дуг  влияют  следующие  факторы:  1)  симметрия  длин  и  напряжений  дуг;  2)  условия  горения  электрической  дуги  (температура  и  давление  атмосферы,  интенсивность  охлаждения  столба,  наличие  в  атмосфере  паров  металла);  3)  несимметрия  полуволн  переменного  тока  дуги  при  чередовании  катода  и  анода  на  электроде  и  шихте,  которая  возникает  из-за  неодинакового  процесса  горения  дуги  между  разогретым  электродом  и  холодной  шихтой  (так  называемый  «вентильный  эффект  дуги»).

Несимметрия  напряжений  дуг  и  вентильный  эффект  являются  причиной  появления  четных  гармоник  и  постоянной  составляющей  в  токах  дуг.  Условия  горения  электрической  дуги  влияют  на  форму  динамической  вольт-амперной  характеристики  и  определяют  содержание  нечетных  гармоник  в  токе.  Случайный  характер  возмущений  в  ДСП,  приводящий  к  стохастическому  изменению  длины  дугового  столба,  вызывает  появление  в  токах  дуг  промежуточных  интергармоник. 

На  рис.  3  приведены  результаты  исследований  гармонического  состава  токов  дуг  при  различных  условиях  работы  ДСП.  Данные  результаты  получены  с  использованием  математической  модели  электрического  контура  ДСП  [5]  с  представлением  электрической  дуги  в  виде  нелинейного  дифференциального  уравнения  Касси  с  различной  тепловой  постоянной  времени  дуги  Ө_Д.  Данная  модель  была  реализована  в  математическом  пакете  Matlab  с  приложением  Simulink.

Как  видно  из  рисунка,  симметрия  напряжений  и  токов  дуг  оказывает  сильное  влияние  на  величину  K_I.  При  одних  и  тех  же  условиях  горения  дуг  значение  этого  показателя  в  симметричном  и  несимметричном  режиме  с  присутствием  вентильного  эффекта  может  изменяться  почти  в  пять  раз. 

Рисунок  3.  Исследование  влияния  режимов  работы  ДСП  на  гармонический  состав  токов  дуг

На  рис.  4  представлены  поверхности  коэффициента  искажения  синусоидальной  кривой  тока  дуги  при  различных  значениях  длины  дуги,  коэффициента  вентильного  эффекта,  несимметрии  токов  по  фазам  и  тепловой  постоянной  времени  дуги.

Рисунок  4.  Обобщенное  исследование  зависимостей  коэффициента  искажения  синусоидальной  кривой  тока  ДСП-180  при  различных  значениях  длины  дуги,  коэффициента  вентильного  эффекта,  несимметрии  токов  по  фазам  и  тепловой  постоянной  времени

Анализ  полученных  характеристик  показал,  что  сильное  влияние  на  величину  K_I  оказывают  параметры:  напряжение  дуги  U_Д,  коэффициент  несимметрии  напряжений  дуг  К_НЕС,  постоянная  времени  дуги  Ө_Д.  При  этом:  рост  U_Д  увеличивает  искажение  кривой  тока  дуги;    при  длинных  дугах  оказывает  сильное  влияние,  вызванное  большим  значением  U_Д  и,  следовательно,  большим  его  отклонением;  увеличение  Ө_Д  приводит  к  более  стабильному  режиму  работы  печи,  что  сказывается  на  уменьшении  высших  гармоник.  В  свою  очередь  изменение  К_ВЭ  влияет  в  меньшей  степени  на  К_I,  ввиду  малых  значений  (<1.2)  и  действии  только  во  время  работы  печи  на  первых  стадиях  плавки.

Таким  образом,  коэффициент  K_I  может  быть  использован  для  определения  стадий  плавки  ДСП,  которые  характеризуются  различной  величиной  динамической  несимметрии  токов  и  разными  условиями  горения  дуг. 

В  современных  системах  управления  ДСП,  например,  в  системе  ARCOS  фирмы  Siemens  VAI  информация  о  содержании  высших  гармоник  в  токе  используется  для  определения  уровня  шлака  в  печи.  Однако  этот  параметр  не  был  использован  для  осуществления  переключений  ступеней  трансформатора  и  реактора,  а  также  изменения  номера  рабочей  кривой.

На  действующей  сверхмощной  ДСП-180  (150  МВА),  функционирующей  в  электросталеплавильном  цехе  ОАО  «ММК»  в  г.  Магнитогорске  была  разработана  подсистема  диагностики  стадий,  которая  позволяет  контролировать  процесс  плавки  и  определять  моменты  времени,  когда  необходимо  выполнить  переход  с  одной  стадии  на  другую.  В  качестве  исходной  информации  здесь  используется  параметр  THD_I,  получаемый  из  действующей  системы  управления  электрическим  режимом  1-го  уровня  ARCOS  NT.  Данный  параметр,  в  отличие  от  удельного  расхода  электроэнергии,  имеет  более  выраженную  взаимосвязь  с  реальными  технологическими  стадиями  плавки,  что  позволяет  использовать  его  в  качестве  правильного  сигнала  обратной  связи.  С  помощью  экспериментальных  исследований,  проведенных  на  дуговой  печи,  были  определены  диапазоны  изменения  и  статистические  характеристики  параметра  THD_I  для  каждой  стадии  плавки  (зажигание  дуг  и  плавление  колодцев,  образование  расплавленного  металла  на  дне  ванны,  плавление  шихты,  раскрытие  колодцев  и  доплавления,  окисление  и  нагрев  жидкого  металла),  на  основе  которых  получена  новая  таблица  для  переключений  трансформатора,  реактора  и  рабочей  кривой. 

Принцип  работы  новой  подсистемы  следующий:  с  системы  ARCOS  NT,  с  помощью  интерфейса  связи  Profibus,  в  промышленный  контроллер  Simatic  S7-400  с  интервалом  в  одну  секунду  поступают  три  сигнала,  пропорциональные  реальным  значениям  коэффициентов  THD_I  для  каждой  фазы  («А»,  «В»  и  «С»)  электрического  контура  ДСП.  Далее  с  помощью  дополнительной  программы  эти  сигналы  подвергаются  усреднению  и  статистической  обработке,  в  частности,  на  20  секундных  интервалах  определяются  математическое  ожидание,  максимальное  и  минимальное  значение,  размах,  дисперсия,  стандартное  отклонение  и  коэффициент  вариации.  После  чего,  осуществляется  сравнение  рассчитанных  значений  с  эталонными,  полученными  из  обработки  большого  количества  экспериментальных  данных.  При  возникновении  несоответствия  этих  параметров  в  контроллере  Simatic  формируется  разрешающий  сигнал  на  переключение  трансформатора,  реактора  и  рабочей  кривой,  что  позволяет  реализовать  своевременный  переход  с  одной  стадии  на  другую.  Благодаря  этому  снижается  время  работы  ДСП  с  неоптимальными  электрическими  режимами,  уменьшается  время  работы  под  током  и  цикла  плавки,  и  как  следствие,  увеличивается  производительность  ДСП.

Рисунок  5.  Упрощенная  блок-схема  усовершенствованной  системы  управления  электрическим  режимом  дсп-180  с  подсистемой  диагностики  стадий  плавки  по  высшим  гармоникам  токов  дуг  (1,  2,  3  —  электроды;  4  —  ванна  печи;  5  —  печной  трансформатор;  6  —  реактор;  7  —  электрододержатель;  8  —  гидроцилиндр;  9  —  сервоклапан;  10  —  система  управления  первого  уровня  с  регулятором  импеданса;  12,13  —  датчики  тока  и  напряжения;  11  —  блок  расчета  импеданса;  14  —  блок  расчета  расхода  электроэнергии;  15  —  система  управления  второго  уровня;  16,17  —  исполнительные  механизмы  РПН  реактора  и  трансформатора;  18  —  блок  выбора  уставки  импеданса;  19  —  блок  расчета  коэффициента  искажения  синусоидальности  кривой  тока  дуг  и  дисперсии  тока  дуг;  20  —  блок  усреднения;  21  —  блок  определения  стадии  плавки)

Для  реализации  предложенных  алгоритмов  было  проведено  изменение  программного  обеспечения  контроллера  Simatic  S7-400,  отвечающего  за  управление  профилями  плавок  и  режимами  работы  печного  трансформатора  со  встроенным  реактором.  В  частности,  в  программный  блок,  отвечающий  за  формирование  сигналов  на  переключение  ступеней  РПН  трансформатора  и  реактора,  а  также  сигналов  управления  для  системы  первого  уровня  ArCOS  NT,  был  добавлен  дополнительный  код,  который  анализирует  информацию  о  высших  гармониках  токов  дуг.  После  статистической  обработки  этого  сигнала  с  использованием  специальной  программы  выделяется  информация  о  текущей  технологической  стадии  плавки  и  формируется  корректирующий  сигнал  на  переход  с  одной  стадии  на  другую,  который  в  случае  необходимости  корректирует  основную  программу  переключения,  работающую  по  удельному  расходу  электроэнергии.

Также  в  графический  интерфейс  системы  главного  окна  управления  ДСП-180  (система  WinCC)  было  добавлено  новое  меню,  позволяющее  активировать  переключение  стадий  плавки  по  высшим  гармоникам  токов  дуг  (рис.  6).

В  данном  окне  приведены  поля  задания  диапазонов  коэффициента  искажения  синусоидальной  кривой  тока,  где  имеется  возможность  контролировать  текущее  содержание  высших  гармоник,  определять  текущую  стадию  плавки,  проводить  коррекцию  таблицы  с  диапазонами  значений  параметра  KI  (%),  определяющими  моменты  перехода  с  одной  стадии  на  другую.  Также  здесь  имеется  возможность  проводить  статистический  анализ  экспериментальных  данных  для  уточнения  граничных  значений  параметра  KI,  %,  например,  после  внесения  изменений  в  технологический  процесс  производства  жидкой  стали  (использование  нестандартной  шихтовки  плавки  —  долей  скрапа  и  чугуна,  изменение  насыпной  плотности  лома  и  его  качества  и  т.  д.).

Рисунок  6.  Диалоговое  окно  усовершенствованной  системы  задания  профиля  плавки,  с  использованием  диагностики  стадий  по  высшим  гармоникам  токов  дуг

Для  проверки  эффективности  разработанных  алгоритмов  на  ДСП-180  ОАО  «ММК»  проводились  экспериментальные  плавки  для  двух  различных  режимов  работы  системы  управления  электрическим  режимом:  1)  с  использованием  исходных  алгоритмов  перехода  с  одной  стадии  на  другую  по  удельному  расходу  электроэнергии;  2)  с  использованием  подсистемы  диагностики  стадий  плавок  по  высшим  гармоникам  токов  дуг.

В  процессе  эксперимента  анализировались  основные  электрические  параметры  ДСП-180  (рис.  7):  1)  суммарная  мощность  электрических  дуг  Р_{Д  СУМ}  (МВт);  2)  средний  по  фазам  ток  электрических  дуг  I_{Д  СР}  (кА);  3)  средний  по  фазам  коэффициент  искажения  синусоидальности  тока  дуг  K_I(%);  4)  расход  электрической  энергии  на  вторичной  стороне  печного  трансформатора  W  (МВт∙ч)  и  его  удельное  значение  на  180  т  металла  W_УД  (МВт∙ч/т).  Также  фиксировались  и  сравнивались  с  исходными  следующие  параметры  ДСП-180:  время  работы  под  током  Т_РТ  (мин.)  и  время  цикла  плавки  Т_Ц  (мин.),  удельный  расход  электроэнергии  W_УД  (МВт∙ч/т).

Благодаря  применению  нового  более  информативного  критерия  перехода  с  одной  технологической  стадии  плавки  на  другую  —  коэффициента  искажения  синусоидальности  кривой  тока  дуг,  стало  возможным  осуществлять  переключения  ступеней  трансформатора,  реактора  и  рабочей  кривой  в  тот  момент  времени,  когда  происходит  качественное  изменение  состояния  расплавляемой  шихты.  Это  обеспечивается  за  счет  сравнения  фактического  значения  параметра  K_I  со  специальными  диапазонами  значений,  определенными  статистическим  методом  для  каждой  корзины  (см.  рисунок).  Все  это  позволило  увеличить  среднюю  производительность  ДСП-180  на  5  %  за  счет  сокращения  среднего  времени  работы  под  током  на  8  %  (до  33  мин  для  шихты  с  наибольшим  содержанием  лома)  и  снизить  удельный  расход  электроэнергии  на  1  %  (с  278,64  до  276  кВт∙ч/т). 

Выводы:

1.  Детальный  анализ  структуры  существующих  систем  управления  электрическими  режимами  ДСП,  что  подсистемы  задания  профиля  плавки  осуществляют  переход  с  одной  стадии  на  другую  в  соответствии  со  значением  расхода  электроэнергии,  что  не  является  эффективным,  поскольку  данный  параметр  не  содержит  информации  о  текущем  состоянии  расплавляемого  металла.

Рисунок  7.  Исследование  разработанной  системы  диагностики  стадий  плавки  ДСП-180

2.Разработана  структура,  создан  и  реализован  в  виде  программы  алгоритм  работы  системы  диагностики  стадий  плавки  ДСП  по  содержанию  высших  гармоник  в  токах  дуг. 

3.Испытание  разработанных  систем  в  промышленных  условиях  подтвердило  эффективность  предлагаемых  решений. 

Список  литературы:

1. Агапитов  Е.Б.  Управление  тепловым  и  электрическим  режимами  агрегата  ковш-печь  /  Агапитов  Е.Б.,  Корнилов  Г.П.,  Храмшин  Т.P.,  Ерофеев  М.М.,  Николаев  А.А.  //  Электрометаллургия.  —  2006.  —  №  6.  —  С.  11—16.     
2. Журавлев  Ю.П.  Способы  управления  электрическим  режимом  электродуговых  печей  /  Журавлев  Ю.П.,  Корнилов  Г.П.,  Храмшин  Т.Р.,  Николаев  А.А.,  Агапитов  Е.Б.  //  Известия  высших  учебных  заведений.  Электромеханика.  —  2006.  —  №  4.  —  С.  76—80. 
3. Журавлев  Ю.П.  Устройство  управления  электрическим  режимом  дуговой  печи  /  Журавлев  Ю.П.,  Великий  А.Б.,  Корнилов  Г.П.,  Храмшин  Р.Р.,  Храмшин  Т.Р.,  Николаев  А.А.,  Корнилов  Д.А.  //  Патент  на  полезную  модель  RUS  98314  20.05.2010.
4. Корнилов  Г.П.  Повышение  эффективности  работы  сверхмощной  дуговой  сталеплавильной  печи  /  Корнилов  Г.П.,  Николаев  А.А.,  Храмшин  Т.Р.,  Шеметов  А.Н.,  Якимов  И.А.  //  Известия  высших  учебных  заведений.  Электромеханика.  —  2009.  —  №  1.  —  С.  55—59.
5. Николаев  А.А.  Повышение  эффективности  работы  статического  тиристорного  компенсатора  сверхмощной  дуговой  сталеплавильной  печи.  Диссертация  на  соискание  ученой  степени  кандидата  технических  наук  //  Магнитогорский  государственный  технический  университет  им.  Г.И.  Носова.  Магнитогорск,  2009.