Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника»

Введение. В металлургии широкое распространение получили многоэлектродные дуговые печи с использованием трехфазного переменного тока. Наличие нескольких электрических дуг создает систему, обладающую специфическими свойствами, отсутствующими при единственной горящей дуге. Данные свойства связаны с поведением напряженности магнитного поля вблизи трех дуг, с появлением дополнительных электромагнитных сил, меняющих форму и размеры дуг, а значит, и их тепловое излучение. От геометрии дуг и силы тока зависит интенсивность электромагнитных взаимодействий, форма дуги и ее динамическое поведение, которое в свою очередь существенно влияет на тепловую работу печи. Знание характера сил, действующих на дугу, ее положения и поведения является важным при конструировании и эксплуатации печей, повышении эффективности управления и автоматизации их работы. Целью исследования является изучение поведения основных характеристик свободных электрических дуг трехфазного тока, горящих на горизонтальную поверхность, путем создания соответствующего математического, алгоритмического и программного обеспечения. Материалы и методы. При выполнении работы применялись методы вычислительной математики и теории алгоритмов. Созданное программное обеспечение с использованием средств разработки приложений MATLAB и пакета MathCAD основывалось на известных методах: численного интегрирования и поиска минимума функций многих переменных. Результаты. Рассмотрены вопросы, связанные с изучением системы трех одновременно горящих дуг. Проведен анализ поведения напряженности магнитного поля вблизи трех дуг. Исследованы электромагнитные силы, меняющие форму и размеры дуг, а следовательно, и их тепловое излучение на горизонтальную поверхность. Результаты моделирования были косвенно подтверждены экспериментальными данными, проведенными на промышленной печи. Заключение. Созданы алгоритмы и программы, позволяющие: оценивать воздействие электромагнитных полей на приборы и человека, расположенные вблизи дуговых печей; изучать поведение среднеинтегральных электромагнитных сил, действующих на электрические дуги; рассчитывать и визуализировать тепловой поток, падающий на горизонтальную поверхность, в зависимости от геометрии дуг и их параметров. На основе созданных алгоритмов может быть создано специальное программное обеспечение, встроенное в систему автоматизированного регулирования и прогнозирования тепловой работы многоэлектродных дуговых агрегатов, для повышения достоверности оценки тепловосприятия шихты и водоохлаждаемых панелей, износа футеровки печи при разных технологических режимах горения дуг.

Миронов, Ю.М. Электрическая дуга в электротехнологических установках: моногр. / Ю.М. Миронов. - Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2013. – 290 с.

Кручинин, А.М. Физические основы теплообменной модели электрической дуги в электротехнологии / А.М. Кручинин // Электротехнологии в первом десятилетии XXI века. – М.: ИД МЭИ, 2013. – С. 55–77.

Mõlder, H.; Järvik, J.; Vaimann, T.; Gordon, R. (2012). Multi-Electrode Arc Furnace Technology with Improved Metal Processing Capability Using Current Driven Mixing // Conference Proceedings: 2012 11th International Conference on Environment and Electrical Engineering, Venice, May 18–25. IEEE, P. 313−316.

Brusa, E.G.M. Design and Structural Optimization of the Electric Arc Furnace Through a Mechatronic-Integrated Modeling Activity / E.G.M. Brusa, S.Morsut // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. – 2015. – Vol. 20. – P. 1099–1107. DOI: 10.1109/TMECH.2014.2364392

Three dimensional analysis of an AC electric arc furnace / A. Kiyoumarsi, A. Nazari, M. Ataei, H.K. Beheshti, H. Karimi // 35th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics (IECON 2009). – Porto, Portugal, 2009. – P. 3697–3702. DOI: 10.1109/IECON.2009.5415134

Бортничук, Н.И. Плазменно-дуговые плавильные печи / Н.И. Бортничук, М.М. Крутянский – М.: Энергоиздат, 1981. – 120 с.

Кувалдин А.Б. Компьютерное моделирование при изучении и расчете индукционных установок / А.Б. Кувалдин // Электрометаллургия. – 2011. –№ 1. – С. 37–45.

Елизаров, В.А. Разработка тепловой модели рудно-термической печи и закрытой дугой / В.А. Елизаров // Электрометаллургия. – 2011. – № 10. – С. 32–40.

Рогожина, И.Д. Конструкции и проектирование дуговых печей / И.Д. Рогожина, О.И. Нохрина: учеб пособие. – Новокузнецк,: Изд. центр СибГИУ. – 2011. – 311 с.

Макаров, А.Н. Законы теплообмена электрической дуги и факела в металлургических печах и энергетических установках / А.Н. Макаров. – Тверь: ТвГТУ, 2012. – 164 с.

Ячиков, И.М. Анализ поведения магнитного поля вблизи электродов дуговых печей посредством математического моделирования / И.М. Ячиков, Е.М. Зарецкая // Известия вузов. Черная металлургия. – 2011. – № 1. – С. 18–21.

Леушин, А.И. Дуга горения / А.И. Леушин. – М.: Металлургия, 1973. – 240 с.

Yachikov I. M., Kostyleva E. M. Electromagnetic Forces on the Arc in a Three_Phase Arc Furnace // Steel in Translation. – 2015. – Vol. 45. – No. 7. – P. 467–472. DOI: 10.3103/S0967091215070141

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

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

Ячиков, И.М. Математическая модель и алгоритмы расчета положения трех электрических дуг, горящих между параллельными электродами и токоподводящей поверхностью / И.М. Ячиков, Е.М. Костылева // Информационные технологии и системы: материалы Третьей междунар. конф. – Челябинск: Изд-во Челяб. гос. ун-та, 2014. – С. 52–55.

Взаимодействие дуг: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ / И.М. Ячиков, Е.М. Костылева. – № 2013619388. – БПБТ. – 2013. – № 4. – С. 324.

Сисоян Г.А. Электрическая дуга в электрической печи / Г.А. Сисоян. – М.: Металлургия, 1971. – 304 с.

Спелицин Р.И. Влияние электрических режимов работы высокомощных ДСП на заглубление дуги в жидкую ванну / Р.И. Спелицин, Н.А. Пирогов, В.Д. Смоляренко // Производство электростали: сб.тр. / НИИМ. – 1977. – С. 46–50.

Yachikov I.M., Zaretskaya E.M. Radiant heat flux from an electric arc inclined to the plane of the receiving surface Steel in Translation. – 2011. – Т. 41. – № 7. – P. 550-554. DOI: 10.3103/S0967091211070151

Ячиков, И.М. Модель теплового потока, падающего на поверхность металла от дуг в ДСП / И.М. Ячиков, Е.М. Зарецкая// Математическое и программное обеспечение систем в промышленной и социальной сферах: Междунар. сб. науч. трудов. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. – Ч. 1. – С. 161–166.