Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия

А. А. Николаев, заведующий кафедрой автоматизированного электропривода и мехатроники (АЭПиМ),  канд. техн. наук, эл. почта: aa.nikolaev@magtu.ru
П. Г. Тулупов, доцент кафедры АЭПиМ, канд. техн. наук, эл. почта: tulupov.pg@mail.ru
С. С. Рыжевол, аспирант кафедры АЭПиМ, эл. почта: snaffls18@gmail.com
А. С. Денисевич, младший научный сотрудник Научно-инновационного сектора
А. Н. Емелюшин, профессор кафедры литейных процессов и материаловедения, докт. техн. наук, эл. почта: emelushin@magtu.ru

Разработана усовершенствованная система управления электрическими режимами и перемещением электродов агрегата ковш-печь (АКП), отличительной особенностью которой является применение адаптивного нелинейного П-регулятора, позволяющего обеспечить показатели качества регулирования в контуре, близкие к техническому оптимуму, за счет линеаризации электрического и гидравлического контуров АКП как объектов управления на всем диапазоне рабочих длин дуг. В системе применен новый алгоритм, позволяющий адаптировать электрический режим работы печи к изменяющимся условиям аргонной продувки, что обеспечивает стабильные режимы горения дуг в нестабильной зоне. Система оснащена цифровым двойником АКП, применение которого способствует решению задач поиска оптимальных настроек системы при изменении производственных условий. Применение новой системы обеспечивает достижение технического эффекта в виде снижения величины удельного расхода электроэнергии, времени работы под током, а также расхода электродов относительно работы аналогичных систем зарубежного производства, представленных на современном рынке.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FZRU-2023-0008).

1. Миронов Ю. М. Электрическая дуга в электротехнологических установках : монография. — Чебоксары : Изд. Чувашского ун-та, 2013. — 290 с.
2. Макаров А. Н. Законы теплообмена электрической дуги и факела в металлургических печах и энергетических установках. — Тверь : Изд. Тверского государственного технического ун-та, 2012. — 164 с.
3. Матросов А. П., Миронов Ю. М. Компьютерное моделирование процессов в электрических цепях дуговых печей // Электрометаллургия. 2006. № 6. С. 27–32.
4. Макаров А. Н., Макаров Р. А., Воропаев В. В. Анализ энергетических характеристик высокомощных дуговых сталеплавильных печей // Электричество. 2014. № 5. С. 34–36.
5. Нехамин С. М. Создание и внедрение энергоэффективных дуговых и шлаковых электропечных комплексов с использованием постоянного тока и тока пониженной частоты : дис. … докт. техн. наук. — Москва : Московский энергетический институт, 2015. — 381 с.
6. Журавлев Ю. П., Корнилов Г. П., Храмшин Т. Р. и др. Способы управления электрическим режимом электродуговых печей // Известия вузов. Электромеханика. 2006. № 4. С. 76–80.
7. Лозинский О. Ю., Паранчук Я. С. Система оптимального управления электрическим режимом дуговой печи, питаемой через электрический реактор // Электрометаллургия. 2007. № 8. С. 23–31.
8. Boulet B., Lalli G., Ajerschv M. Modeling and control of an electric arc furnace // Proceedings of the American Control Conference, Denver, CO, USA. Jun. 4–6. 2003. P. 3060–3064.
9. Шпиганович А. Н., Захаров К. Д. Особенности систем электроснабжения сталеплавильных и ферросплавных производств. — Липецк : ЛГТУ, 2004. — 213 с.

10. Бикеев Р. А. Динамические режимы в электромеханических системах дуговых сталеплавильных печей и их воздействие на вводимую активную мощность: дис. … канд. техн. наук. — Новосибирск : Новосибирский государственный технический университет, 2004. — 229 с.
11. Николаев А. А., Тулупов П. Г., Ивекеев В. С. Сравнительный анализ современных систем управления электрическим режимом дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2020. Т. 20. № 3. С. 52–64. DOI: 10.14529/power200306
12. Пат. 176886 РФ. Устройство регулирования импеданса электродуговой печи / Николаев А. А., Тулупов П. Г., Повелица Е. В. ; заявл. 20.09.2017 ; опубл. 01.02.2018 , Бюл. № 4.
13. Николаев А. А., Тулупов П. Г., Малахов О. С., Рыжевол С. С. Повышение эффективности систем управления электрическими режимами электродуговых печей за счет применения адаптивного регулятора импеданса // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2021. № 4. С. 82–93.
14. Николаев А. А., Лукьянов С. И., Тулупов П. Г. Усовершенствованный способ управления электрическим режимом установки ковш-печь с использованием информации о гармониках токов дуг// Сталь. 2019. № 4. С. 16–21.
15. Jansen T., Krüger K., Schliephake H. et al. Advanced foaming slag control // 10th European Electric Steelmaking Conference, Graz. 25–28 Sep., 2012. P. 385–390.
16. Сериков В. А. Акустические и вибрационные характеристики сверхмощных дуговых сталеплавильных электропечей : дисс. … канд. техн. наук. — Новосибирск, 2016. — 147 с.
17. Янсен Т., Крюгер К., Шлипхаке Х. и др. Регулирование мощности в электродуговой печи с использованием акустической системы распознавания вспененного шлака // Черные металлы. 2011. № 2. С. 20-25.
18. Bowman B., Krüger K. Arc furnace physics. — Düsseldorf : Verlag Stahleisen GmbH, 2009. — 268 p.
19. Николаев А. А., Дёма Р. Р., Тулупов П. Г., Рыжевол С. С. Разработка алгоритма энергоэффективного управления дуговой сталеплавильной печи с использованием цифрового двойника // Черные металлы. 2023. № 8. С. 4–12.
20. Николаев А. А., Тулупов П. Г., Дёма Р. Р., Рыжевол С. С. Разработка и исследование усовершенствованных систем автоматического управления электротехнологическими режимами агрегатов ковш-печь высокой мощности // Черные металлы. 2023. № 12. С. 4–12.
21. Liu X., Mao Z. Research on control strategy for weighing process of ladle furnace // 36^th Chinese Control and Decision Conference (CCDC). Xi’an, China. 2024. P. 545–552.
22. Jun L., Fengsheng S., Lezhu C. Comprehensive treatment of power quality of ladle refining furnace power distribution system // 2023 International Conference on Power Energy Systems and Applications (ICoPESA), Nanjing, China. 2023. P. 161–164.
23. Chandra A., Singh M. Designing of high voltage double — y type harmonic filter bank for reactive power compensation and harmonic mitigation of 350 ton/50 MVA ladle furnace at steel melt shop — a study of real case // 2022 IEEE International Conference on Current Development in Engineering and Technology (CCET). — Bhopal, India. 2022. P. 1–6.
24. Picon A., Rodriguez-Vaamonde S. V., Armentia J., Arteche J. A. et al. Ladle furnace slag characterization through hyperspectral reflectance regression model for secondary metallurgy process optimization // IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2018. Vol. 14, Iss. 8. P. 3506–3512.