Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия:

С. А. Мартынов, ассистент кафедры автоматизации технологических процессов и производств, канд. техн. наук, эл. почта: martynov_sa@pers.spmi.ru
Д. А. Первухин, профессор кафедры системного анализа и управления, докт. техн. наук, эл. почта: pervukhin_da@pers.spmi.ru

Рассмотрена методика определения положения рабочего торца углеграфитового электрода в пространстве руднотермической печи (РТП) для определения расположения реакционной зоны и регулирования устойчивости электрического режима работы печи. Предлагаемое техническое решение позволяет определять в режиме реального времени расход рабочего электрода, что может указать оператору на наличие отклонения от технологического регламента электрического и/или технологического режима работы печи и позволяет выработать управляющее воздействие по регулированию положения рабочего торца электрода. Обоснована установка специальных тензодатчиков в месте стыка троса, на котором подвешены электроды, и лазерного дальномера для определения координаты верхнего торца электрода. Это позволит в режиме реального времени отслеживать изменение массы электрода, так как используются однотипные электроды. Учитывая выделяемую в подэлектродном пространстве мощность, разработанный алгоритм позволяет контролировать реакционную зону и ее положение в пространстве печи. Ввод нового контролируемого параметра позволяет определить наличие отклонений от регламентных значений в режиме работы РТП, при этом появляется возможность своевременного регулирования положения электрода, корректировки состава шихты, высоты ее засыпки и выбора ступени печного трансформатора для обеспечения устойчивой работы печного агрегата.

Исследование выполнено за счет средств гранта Российского научного фонда № 22-29-00397. Тема: «Цифровая автоматизированная система контроля и управления материальным и энергетическим балансом кремниевого производства. «Умный» цех по производству кремния — интеллектуальные нейрокомплексы».

1. Yolkin K. S., Sivtsov A. V., Yolkin D. K., Karlina A. I. Silicon metallurgy and ecology problems // IV Congress "Fundamental Research and Applied Developing of Recycling and Utilization Processes of Technogenic Formations", Yekaterinburg, 18–21 June 2019. — Yekaterinburg : Кnowledge Е Engaging minds, 2020. P. 239–242. DOI: 10.18502/kms.v6i1.8073
2. Бажин В. Ю., Масько О. Н. Оценка влияния концентрации твердых частиц в газоотводящем тракте печи на изменение температуры с помощью модели вычислительной гидродинамики // Информатика, телекоммуникация и управление. 2022. Т. 15. С. 51–63. DOI: 10.18721/JCSTCS.15105

3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022666844 РФ. Программа для анализа влияния качества сырья и температурного режима РТП на образование микросилики / В. Ю. Бажин, О. Н. Масько, С. А. Мартынов. № 2022666131: заявл. 05.09.2022 ; опубл. 07.09.2022.
4. Пат. 2784312 C1 РФ, МПК F27D 11/10. Система определения положения и расхода электрода / С. А. Мартынов, Е. С. Мартынова, О. Н. Масько, В. Ю. Бажин; заявл. 18.03.2022 ; опубл. 23.11.2022. Бюл. № 33.
5. ГОСТ Р 56973–2016. Графитированные электроды для электродуговых печей. Эксплуатация. — Введ. 01.07.2017.
6. Маслов Д. В. Разработка алгоритмов и систем управления дуговыми сталеплавильными печами, снижающих поломки электродов : дис. … канд. техн. наук. — М. : Московский энергетический институт (технический университет), 2014. — 134 с.
7. Богданов С. П. Расчет руднотермических печей : методические указания. — СПб. : СПбГТИ(ТУ), 2011. — 38 с.
8. Мартынов С. А., Масько О. Н., Федоров С. Н. Перспективные системы управления энергетическим режимом рудно-термических печей // Цветные металлы. 2022. № 4. С. 87–94.
9. Бажин В. Ю., Масько О. Н. Создание цифровой модели для оценки влияния температурного режима руднотермической печи на концентрацию твердых частиц в газоочистке // Научные исследования в современном мире. Теория и практика : сборник избранных статей Всероссийской (национальной) научно-практической конференции. — Санкт-Петербург : ГНИИ «Нацразвитие», 2022. С. 53–57. DOI: 10.37539/NITP326.2022.81.92.007
10. Makarov A. N., Rybakova V. V., Galicheva M. K. Efficiency of electric arc steel melting furnaces // Journal of Electromagnetic Analysis and Applications. 2014. Vol. 6. No. 7. P. 184–192.
11. Schwabe W. E. Comparative study for EAF’s reactive energy compensation methods and power factor improvement // WSEAS Trans. Syst. 1972. Vol. 9. P. 979–988.
12. Belskii S. S., Nemchinova N. V. Thermodynamic model of silicon smelting in ore-smelting furnaces // Materials Science Forum. 2020. Vol. 989. P. 504–510.
13. Nemchinova N. V., Hoang V. V., Tyutrin A. A. Formation of impurity inclusions in silicon when smelting in ore-thermal furnaces // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 969. P. 1–12. DOI: 10.1088/1757-899X/969/1/012038
14. Sivtsov A. V., Pan'kov V. A., Elkin K. S., Karlina A. I. Specific features of the electric mode of the technological process of smelting of commercial silicon // Metallurgist. 2021. Vol. 64. No. 9-10. P. 923–930. DOI: 10.1007/s11015-021-01073-5
15. Сивцов А. В., Елкин К. С., Елкин Д. К., Карлина А. И. Современная практика ведения технологии металлического кремния // Перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР : труды научно-практической конференции с международным участием и элементами школы молодых ученых: 65-летию ИМЕТ УрО РАН посвящается, Екатеринбург, 06–09 октября 2020 г. — Екатеринбург : ФГБОУ «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук», 2020. С. 313–315.
16. Сивцов А. В., Елкин К. С., Паньков В. А., Карлина А. И. Об особенностях электрического режима технологического процесса выплавки технического кремния // Металлург. 2020. № 9. С. 64–70.
17. Nelson L. R. Evolution of the mega-scale in ferro-alloy electric furnace smelting // Celebrating the mega scale: proceedings of the extraction and processing division symposium on pyrometallurgy. TMS2014: San Diego, 2014. P. 39–68.
18. Balan R., Maties V., Hancu O., Stan S. Modeling and control of an electric arc furnace // Proceedings of the 15^th Mediterranean Conference on Control & Automation. — Athens Greece, 2007. P. 91–97.
19. Thomas C. M., Stephen L. C. The story of electricity. — New York, 1991. 669 р.
20. Попов С. И. Металлургия кремния в трехфазных руднотермических печах. — Иркутск : ЗАО «Кремний», 2004. — 237 с.
21. Yolkin K. S., Sivtsov A. V., Yolkin D. K., Karlina A. I. The production of silicon carbide and achievements in the field of furnace gases collection and purification // IV Congress "Fundamental Research and Applied Developing of Recycling and Utilization Processes of Technogenic Formations", Yekaterinburg, 18–21 June 2019. — Yekaterinburg : Кnowledge Е Engaging minds, 2020. P. 70–77. DOI: 10.18502/kms.v6i1.8046
22. Сивцов А. В., Елкин К. С., Карлина А. И. Влияние карбидной зоны ванны печей для выплавки кремния и высококремнистых ферросплавов на показатели процесса // Перспективы развития металлургии и машиностроения с и пользованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР: сборник трудов конференции. 2020. С. 156–161.
23. Пат. 2268556 РФ. Способ управления технологией электродуговой восстановительной плавки / В. П. Воробьев, А. В. Сивцов; заявл. 01.04.2004 ; опубл. 20.01.2006. Бюл. № 02.
24. Ringdalen E., Tangstad M. Reaction mechanisms in carbothermic production of silicon, study of selected reactions // Incorporating the 6^th Advances in Sulfide Smelting Symposium: International Smelting Technology Symposium. — Florida, 2012. P. 195–203.
25. Рандин О. И., Ознобихин Л. М., Дударева О. В. Оптимизация компонентного состава шихты для электротермического производства кремния // Вестник ИрГТУ. 2013. № 3. C. 88–92.
26. Рубцов В. П., Хомяков И. В. Система регулирования электрического режима выплавки феррохрома по величине сопротивления ванны печи // Актуальные проблемы электромеханики и электротехнологий АПЭЭТ-2017 : сборник научных трудов. — Екатеринбург : Издательство УМЦ УПИ, 2017. — С. 13–15.
27. Шариков Ю. В., Лиу Ц. Ф. Математическое моделирование процесса восстановления закиси никеля в трубчатой вращающейся печи // Металлург. 2018. № 7. С. 27–32.
28. Gorlenkov D. V. Selection of complete recovery of precious metals in the processing of copper-nickel alloys in hydrometallurgical way // Materials Science Forum. 2018. Vol. 927. Р. 190–194.
29. Гасик М. И., Гасик М. М. Электротермия кремния. — Днепропетровск : Национальная металлургическая академия Украины, 2011. — 487 с.
30. Martynov S. A., Bazhin V. Y. Improving the сontrol efficiency of metallurgical silicon production technology // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1399. DOI: 10.1088/1742-6596/1399/4/044040
31. Martynova E. S., Bazhin V. Y. Automatic control system development and implementation for melting in electric arc furnaces // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1399. DOI: 10.1088/1742-6596/1399/4/044039
32. Martynova E., Bazhin V., Suslov A. Arc steel-making furnaces functionality enhancement // Scientific and Practical Studies of Raw Material Issues- Proceedings of the Russian-German Raw Materials Dialogue: A Collection of Young Scientists Papers and Discussion. 2019. Vol. 1. P. 251–262.
33. Martynov S. A., Bazhin V. Y. Improving the management process of the carbothermic reduction of metallurgical silicon // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 537. P. 1–6. DOI: 10.1088/1757-899X/537/2/022028
34. Glazev M. V., Bazhin V. Y. Refractory materials of metallurgical furnaces with the addition of silicon production waste // Non-ferrous Metals. 2022. № 1. P. 44–58.
35. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017611642 РФ. Система контроля электрода руднотермической печи в процессе получения металлургического кремния карботермическим способом / В. Ю. Бажин, А. В. Бойков, С. А. Мартынов, Л. Н. Никитина ; № 2016663921: заявл. 19.12.2016 ; опубл. 07.02.2017.
36. Суслов А. П. Автоматизированный контроль и управление технологическим процессом в руднотермической печи по постоянной составляющей фазного напряжения : дис. … канд. техн. наук. — Санкт-Петербург : Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2014. — 124 с.
37. Мартынов С. А., Бажин В. Ю., Петров П. А. Цифровая система управления рудно-термической печью при производстве металлургического кремния // Цветные металлы. 2021. № 1. С. 70–76.
38. Kul'chitskii A. A., Kashin D. A. The choice of a method for non-contact assessment of the composition of briquetted charge materials // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1399. P. 1–6.