Характеристики электрических дуг трехфазного тока, горящих на горизонтальную поверхность, при их электромагнитном взаимодействии

Бесплатный доступ

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.

Еще

Электрическая дуга, дуговая сталеплавильная печь, трехфазный переменный ток, напряженность магнитного поля, принцип суперпозиции электромагнитных полей, электромагнитное взаимодействие, форма оси столба дуги, тепловой поток, тепловосприятие стенки

Еще

Короткий адрес: https://sciup.org/147233751

IDR: 147233751   |   DOI: 10.14529/ctcr200212

Список литературы Характеристики электрических дуг трехфазного тока, горящих на горизонтальную поверхность, при их электромагнитном взаимодействии

  • 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.
  • Molder, H.; Jürvik, 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 Mecha-tronic-Integrated Modeling Activity / E.G.M. Brusa, S.Morsut // IEEE/ASME Transactions on Mecha-tronics. - 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/IEC0N.2009.5415134
  • Бортничук, Н.И. Плазменно-дуговые плавильные печи / Н.И. Бортничук, М.М. Крутян-ский - 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. Нох-рина: 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 ThreePhase 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.
Еще
Статья научная