IMPROVING THE EFFICIENCY OF ELECTRIC MODES CONTROL SYSTEMS OF ELECTRIC ARC FURNACES THROUGH THE USE OF AN ADAPTIVE IMPEDANCE REGULATOR

A. A. Nikolaev, P. G. Tulupov, O. S. Malakhov, S. S. Ryzhevol

Abstract


The article discusses an improved automatic electrodes movement control system for electric arc furnaces (arc steel-making furnaces and ladle-furnace installations), which improves the dynamic parameters of the quality of secondary electrical circuit impedance (s) control due to the use of a new structure of a nonlinear adaptive impedance controller. The use of an improved control system stabilizes the metal charge melting process in arc steel-making furnaces as well as the liquid steel heating process in ladle-furnace installations with intensive bottom blowing. This allows for the technical effect of reduced operating time under current and reduced specific power consumption in electric arc furnaces. The non-linear adaptive impedance controller provides full linearization of control loops, including a proportional directional control valve (servo valve) with
a non-linear control characteristic and a secondary electrical circuit with a non-linear dependence of impedance on the arc length. The research used a complex mathematical model of the electric circuit of an electric arc furnace, hydraulic drives for moving electrodes and an automatic control system for moving electrodes, implemented in the MATLAB Simulink mathematical package. The effectiveness of the improved control system in the conditions of the existing metallurgical production was evaluated against the example of the “RADUGA NPA PK” control system, developed at the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “MSTU im. Nosov” and a ladle-furnace operating at the installation in the electric steel-smelting shop of PJSC “Magnitogorsk Metallurgical Plant”. The developed improved control system can be used in other modern electric arc furnaces of various capacities operating at metallurgical enterprises in Russia and abroad.


Keywords


steel arc furnace; ladle furnace; electric mode; servo valve; adaptive impedance regulator

References


Миронов, Ю.М. Особенности дуговых сталеплавильных печей как приемников электрической энергии / Ю.М. Миронов // Электрометаллургия. – 2020. – № 9. – С. 2–8. DOI: 10.31044/1684-5781-2020-0-9-2-8

Энергосбережение в современной дуговой сталеплавильной печи ДСП-120 / И.В. Глухов, Д.В. Мехряков, Г.В. Воронов и др. // Сталь. – 2020. – № 5. – С. 21–23.

Оптимизация энерготехнологических режимов выплавки стали в современных дуговых сталеплавильных печах средней вместимости / М.В. Шишимиров, В.Л. Рабинович, А.В. Александров и др. // Электрометаллургия. – 2020. – № 11. – С. 12–17.

Николаев, А.А. Анализ различных вариантов построения систем автоматического управления перемещением электродов дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь / А.А. Николаев, Г.П. Корнилов, П.Г. Тулупов, Е.В. Повелица // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2015. – № 2 (50). – С. 90–100.

Николаев, А.А. Сравнительный анализ современных систем управления электрическим режимом дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь / А.А. Николаев, П.Г. Тулупов, В.С. Ивекеев // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Энергетика». – 2020. – Т. 20, № 3. –

С. 52–64. DOI: 10.14529/power200306

Nikolaev, A.A Сomparative analysis of modern electric control systems of electric arc furnaces /

A.A. Nikolaev, P.G. Tulupov, V.S. Ivekeev // Proceedings – 2020 International Ural Conference on Electrical Power Engineering, UralCon 2020. – 2020. – P. 464–468. DOI: 10.1109/UralCon49858.2020.9216238

Nikolaev, A.A. Mathematical model of electrode positioning hydraulic drive of electric arc steel-making furnace taking into account stochastic disturbances of arcs / A.A. Nikolaev, P.G. Tulupov, D.A. Savinov // 2017 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2017 – Proceedings, electronic edition. – 2017. – P. 8076205. DOI: 10.1109/ICIEAM.2017.8076205

Макаров, А.Н. Исследование теплообмена и КПД дуг в дуговых сталеплавильных печах с обычной и конвейерной загрузкой шихты / А.Н. Макаров, В.В. Окунева, Ю.М. Павлова // Энергетические системы. – 2018. – № 1. – С. 39–43.

Николаев, А.А. Разработка математической модели электротехнического комплекса «дуговая сталеплавильная печь – статический тиристорный компенсатор» / А.А. Николаев, В.В. Анохин,

П.Г. Тулупов // Электротехнические системы и комплексы. – 2016. – № 4 (33). – С. 61–71. DOI: 10.18503/2311-8318-2016-4(33)-61-71

Повышение эффективности электродуговых печей за счет усовершенствованных алгоритмов управления электрическими режимами / А.А. Николаев, Г.П. Корнилов, П.Г. Тулупов, Г.В. Никифоров // Черные металлы. – 2020. – № 12 (1068). – С. 10–16. DOI: 10.17580/chm.2020.12.02

Bowman, B. Arc Furnace Physics / B. Bowman, K. Krüger. – Düsseldorf: Verlag Stahleisen GmbH, 2009. – 245 с.

Бикеев, Р.А. Динамические режимы в электромеханических системах дуговых сталеплавильных печей и их воздействие на вводимую активную мощность: дис. … канд. техн. наук / Р.А. Бикеев. – Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2004. – 229 с.

Миронов, Ю.М. Регулировочные характеристики дуговых сталеплавильных печей / Ю.М. Миронов, А.Н. Миронова, Д.Г. Михадаров // Электрометаллургия. – 2016. – № 9. – С. 2–9.

Формирование энергоэффективных алгоритмов управления электрическим режимом дуговых сталеплавильных печей / В.А. Иванушкин, Д.В. Исаков, Ф.Н. Сарапулов и др. // Промышленная энергетика. – 2015. – № 7. – С. 32–35.

Yakimov, I.A. Investigation of electrical characteristics of high-power electric arc furnaces in the mode of stabilizing the primary current of the furnace transformer by means the thyristor regulator in the intermediate circuit / I.A. Yakimov, A.A. Radionov, E.A. Maklakova // 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). – 2018. – P. 840–844. DOI: 10.1109/EIConRus.2018.8317219

Ненахов, А.И. Совершенствование подходов к моделированию токов дуговой сталеплавильной печи при разработке компенсаторов реактивной мощности / А.И. Ненахов, С.И. Гамазин // Промышленная энергетика. – 2015. – № 9. – С. 25–31.

Nanang Hariyanto. Characteristic study of three-phase AC electric arc furnace model / Nanang Hariyanto, Muhammad Nurdin, P. Gregorius Alvin Tanthio // The 2nd IEEE Conference on Power Engineering and Renewable Energy (ICPERE) 2014. – 2014. – P. 203–207. DOI: 10.1109/ICPERE.2014.7067197

Lozynskyy, O. Simulink model of electric modes in electric arc furnace / Orest Lozynskyy, Yaroslav Paranchuk, Oleksii Kobylianskyi // 2017 IEEE International Young Scientists Forum on Applied Physics and Engineering (YSF). – 2017. – P. 54–57. DOI: 10.1109/YSF.2017.8126591

Миронов, Ю.М. Анализ электрических режимов дуговых сталеплавильных печей в различные периоды плавки / Ю.М. Миронов, А.Н. Миронова // Металлург. – 2021. – № 2. – С. 48–53




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power210410

Refbacks

  • There are currently no refbacks.