Содержание к диссертации
Введение
1. Современные проблемы обработки стали в агрегатах ковш-печь 7
1.1. Энерготехнологические проблемы агрегатов ковш-печь в современном металлургическом производстве 7
1.1.1. Роль покровного шлака на агрегате ковш-печь 7
1.1.2. Компенсация тепловых потерь на агрегате ковш-печь 11
1.2. Исследование влияния режима нагрева стали на эффективность её обработки 15
1.2.1. Влияние режима работы электродугового устройства агрегата ковш-печь на его работу 15
1.2.2. Оценка энергетической эффективности работы агрегата ковш-печь 20
1.3. Применение полых электродов для обработки стали на агрегате ковш-печь 27
1.4. Перемешивание стали на агрегате ковш-печь 32
1.5. Цели и задачи исследования 36
2. Исследование аккумулирующей способности электродов агрегата ковш-печь 38
2.1. Описание пространственной математической модели прогрева сплошного и полого электродов 39
2.2. Решение задачи нагрева электрода в прикладном программном пакете Flow Vision 48
2.3. Результаты моделирования прогрева сплошного и полого электродов 52
2.4. Выводы по главе 56
3. Оценка эффективности перемешивания стали в ковше на различных стадиях обработки путем математического модел ирования 58
3.1. Описание методики оценки перемешивания стали 59
3.2. Описание математической модели 65
3.3. Обработка результатов математического моделирования 68
3.4. Выводы по главе 79
4. Экспериментальное исследование работы агрегата ковш-печь 80
4.1. Исследование влияния режимов работы электродугового устройства
агрегата ковш-печь на энергетическую эффективность обработки стали 82
4.2. Оценка расхода электродов на агрегате ковш-печь 96
4.3. Оценка энергетического КПД обработки стали и степени ее десульфурации 99
4.4. Выводы по главе 121
Основные выводы 122
Библиографический список 123
Приложения 129
- Компенсация тепловых потерь на агрегате ковш-печь
- Решение задачи нагрева электрода в прикладном программном пакете Flow Vision
- Обработка результатов математического моделирования
- Оценка энергетического КПД обработки стали и степени ее десульфурации
Введение к работе
Развитие агрегатов внепечной обработки началось в 60-е годы двадцатого века. Термин «внепечная обработка» связан с тем, что именно в это время процессы рафинирования начали переноситься в ковш для сокращения времени плавки в сталеплавильном агрегате - кислородном конвертере и, в особенности, в электродуговой печи. Постепенно требования к качеству готовой стали возрастали, все большее количество операций переносилось в ковш, возрастала их длительность. Таким образом, нііепечная обработка стала играть важную роль в сталеплавильном процессе и в настоящее время представляет отдельный передел в металлургическом комплексе.
С увеличением продолжительности обработки стали и ковше снижалась ее температура перед МНЛЗ. Поэтому возникла необходимость нагрева стали. Первоначально использовался химический нагрев стали за счет выделения тепла при протекании экзотермических реакций. Позже возникли агрегаты доводки стали, оснащенные электродуговыми устройствами для нагрева стали дугами переменного или постоянного тока, названные агрегатами ковш-печь (АКП). В современных условиях это сложные технологические агрегаты, оснащенные устройствами для ввода легирующих элементов, нагрева расплава стали, проведения операций десульфурации, дефосфорации, обезуглероживания. Современным агрегатом ковш-печь сталевар управляет на основе данных, полученных с помощью систем сбора и обработки информации, выдаваемых ему на монитор.
Агрегаты ковш-печь находятся в стадии непрерывного разпития, что связано не только с появлением новых устройств, таких как трайбаппараты, устройства для порошковой продувки и др., но и с непрерывным расширением сортамента обрабатываемых сталей. Это приводит к необходимости непрерывного совершенствования технологии обработки расплава стали и встраивания разрабатываемых технологических приемов в существующие системы управления технологическим процессом.
В качестве объекта исследования взят агрегат ковш-печь № 1 вместимостью 370 т кислородно-конвертерного цеха ОАО «ММК». Спецификой работы данного агрегата является высокий налив металла, ограничивающий возможности по наведению шлака. Нагрев в этих условиях происходит при толщине слоя шлака меньшей длины дуги. По оценкам фирмы «VAI-FUCHS» длина дуги на различных ступенях трансформатора составляет 150-170 мм, а толщина слоя шлака на данном агрегате, но оценке лаборатории ККЦ, - 100-120 мм. При этом электрическая дуга оголена и горит в неустойчивом режиме. В таком режиме скорость нагрева стали ниже, чем заявлено производителем агрегата. С этим связан повышенный расход электроэнергии и электродов.
Для корректной работы сталевару агрегата ковш-печь необходима информация о температуре металла и его химическом составе. Для получения этой информации технолог проводит измерение температуры с помощью одноразовых термопар и отбор пробы металла в ручном режиме. При этом по значению в одной зоне оценивается состояние (температура и химический состав) всего объема стали. В этом случае велика вероятность ошибки, особенно при некачественном усреднении стали.
В настоящее время появился широкий спектр программных продуктов для численного моделирования физических процессов, которые позволяют оценивать эффективность труднодиагностируемых производственных процессов, например таких, как усреднение расплава стали. Отличительной чертой компьютерных моделей является получение дискретного решения в исследуемой системе, при этом исследователь сам может выбирать необходимую степень дискретизации решения, без труда увеличивая при необходимости количество точек в системе, для которых определяются свойства.
С помощью подобного программного комплекса Flow Vision в работе проводиться анализ тепломаесообменных процессов в ковше рассматриваемого агрегата. Целью данного исследования является
совершенствование технологии перемешивания металла в ковшах большой емкости (более 200 т). Данный комплекс позволяет моделировать усреднение стали в ковше в течение ее перемешивания и нагрева.'Такая модель позволит оценить эффективность перемешивания стали, минимизировать расход перемешивающего газа и тепловые потери с ним, сократить длительность перемешивания - усреднения стали, исключить застойные юны и обнаружить гидродинамически активные зоны для ввода в них легирующих добавок.
Цель работы. Снижение удельных расходов электроэнергии и материалов при обработке стали на агрегате ковш-печь.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
разработка технологических приемов, позволяющих снизить влияние толщины шлака на эффективность нагрева; '
повышение степени однородности стали после АКП;
повышение эффективности нагрева стали.
Опробование предлагаемой технологии ожидается на агрегате ковш-печь ККЦ ОАО «ММК».
Компенсация тепловых потерь на агрегате ковш-печь
Развитие агрегатов внепечной обработки началось в 60-е годы двадцатого века. Термин «внепечная обработка» связан с тем, что именно в это время процессы рафинирования начали переноситься в ковш для сокращения времени плавки в сталеплавильном агрегате - кислородном конвертере и, в особенности, в электродуговой печи. Постепенно требования к качеству готовой стали возрастали, все большее количество операций переносилось в ковш, возрастала их длительность. Таким образом, нііепечная обработка стала играть важную роль в сталеплавильном процессе и в настоящее время представляет отдельный передел в металлургическом комплексе.
С увеличением продолжительности обработки стали и ковше снижалась ее температура перед МНЛЗ. Поэтому возникла необходимость нагрева стали. Первоначально использовался химический нагрев стали за счет выделения тепла при протекании экзотермических реакций. Позже возникли агрегаты доводки стали, оснащенные электродуговыми устройствами для нагрева стали дугами переменного или постоянного тока, названные агрегатами ковш-печь (АКП). В современных условиях это сложные технологические агрегаты, оснащенные устройствами для ввода легирующих элементов, нагрева расплава стали, проведения операций десульфурации, дефосфорации, обезуглероживания. Современным агрегатом ковш-печь сталевар управляет на основе данных, полученных с помощью систем сбора и обработки информации, выдаваемых ему на монитор.
Агрегаты ковш-печь находятся в стадии непрерывного разпития, что связано не только с появлением новых устройств, таких как трайбаппараты, устройства для порошковой продувки и др., но и с непрерывным расширением сортамента обрабатываемых сталей. Это приводит к необходимости непрерывного совершенствования технологии обработки расплава стали и встраивания разрабатываемых технологических приемов в существующие системы управления технологическим процессом. В качестве объекта исследования взят агрегат ковш-печь № 1 вместимостью 370 т кислородно-конвертерного цеха ОАО «ММК». Спецификой работы данного агрегата является высокий налив металла, ограничивающий возможности по наведению шлака. Нагрев в этих условиях происходит при толщине слоя шлака меньшей длины дуги. По оценкам фирмы «VAI-FUCHS» длина дуги на различных ступенях трансформатора составляет 150-170 мм, а толщина слоя шлака на данном агрегате, но оценке лаборатории ККЦ, - 100-120 мм. При этом электрическая дуга оголена и горит в неустойчивом режиме. В таком режиме скорость нагрева стали ниже, чем заявлено производителем агрегата. С этим связан повышенный расход электроэнергии и электродов.
Для корректной работы сталевару агрегата ковш-печь необходима информация о температуре металла и его химическом составе. Для получения этой информации технолог проводит измерение температуры с помощью одноразовых термопар и отбор пробы металла в ручном режиме. При этом по значению в одной зоне оценивается состояние (температура и химический состав) всего объема стали. В этом случае велика вероятность ошибки, особенно при некачественном усреднении стали.
В настоящее время появился широкий спектр программных продуктов для численного моделирования физических процессов, которые позволяют оценивать эффективность труднодиагностируемых производственных процессов, например таких, как усреднение расплава стали. Отличительной чертой компьютерных моделей является получение дискретного решения в исследуемой системе, при этом исследователь сам может выбирать необходимую степень дискретизации решения, без труда увеличивая при необходимости количество точек в системе, для которых определяются свойства.
С помощью подобного программного комплекса Flow Vision в работе проводиться анализ тепломаесообменных процессов в ковше рассматриваемого агрегата. Целью данного исследования является совершенствование технологии перемешивания металла в ковшах большой емкости (более 200 т). Данный комплекс позволяет моделировать усреднение стали в ковше в течение ее перемешивания и нагрева. Такая модель позволит оценить эффективность перемешивания стали, минимизировать расход перемешивающего газа и тепловые потери с ним, сократить длительность перемешивания - усреднения стали, исключить застойные юны и обнаружить гидродинамически активные зоны для ввода в них легирующих добавок.
Цель работы. Снижение удельных расходов электроэнергии и материалов при обработке стали на агрегате ковш-печь. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи: разработка технологических приемов, позволяющих снизить влияние толщины шлака на эффективность нагрева; повышение степени однородности стали после АКП; повышение эффективности нагрева стали. Опробование предлагаемой технологии ожидается на агрегате ковш-печь ККЦ ОАО «ММК».
Решение задачи нагрева электрода в прикладном программном пакете Flow Vision
На современном этапе развития металлургического производства высокий уровень качества металлопродукции в значительной степени обеспечивается сочетанием различных технологических приемов внепечного рафиниропания жидкого металла, что неизбежно приводит к увеличению продолжительности его пребывания в ковше [8]. Ковшевые процессы глубокого рафинирования металла на всех этапах сопровождаются существенным снижением его температуры. Ниже приведены ориентировочные показатели снижения температуры металла в стале-разливочных ковшах вместимостью 300 - 350 т [7]: в позиции ожидания и при перестановках ковша - со скоростью 0,5-0,6 С/мин без защиты зеркала расплава и 0,2-0,3 С/мин с защитой различ ными средствами, например крышкой; при усреднении металла путем продувки инертным газом - со скоростью 0,7-2 С/мин; в процессе десульфурацин, включающем формирование шлака и перемеши , вания металла газом - 30-40 С; при вводе ферросплавов с последующим усреднением химического состава и температуры стали в ковше (в зависимости от вида и количества добавок) 10-15 С Как показывает практика работы ряда металлургических предприятий [7], об-. щее снижение температуры металла в ходе внепечной обработки стали массового сортамента составляет 50-60 С и более, а при производстве стали специальных марок с технологией вакуумирования - от 150 до 250-300 С. В целом величина потерь тепла при внепечной обработке стали в ковше зависит от ряда производственных факторов и колеблется от плавки к планке. К наиболее значимым параметрам, которые влияют на величину теплопотсрь, следует отнести: температуру и продолжительность выпуска плавки; состояние (степени изоляции и износа рабочего слоя, теплопроводности материалов и пр.) и температуру огнеупорной футеровки сталеразливочного ковша; количество и вид вводимых в ковш материалов; длительность и интенсивность продувки инертным газом; продолжительность операций ввода и растворения легирующих, формирования шлака, десульфурации, пребывания металла в ковше (с учетом продолжительности «ожидания» разливки), отбора проб и их анализа. Современная идеология компенсации тепловых потерь в ходе ковшевой обработки основывается на обеспечении порционного дозированного подвода тепла к металлу в ковше с целью обеспечения минимального его перегрева на всех стадиях внепечной обработки - от выпуска до транспортировки на разливку.
Реализация такого подхода достигается путем применения мощного высокотемпературного источника локального нагрева, который обеспечивает непрерывную компенсацию тепловых потерь. Таким источником является электрическая дуга. При электродуговом нагреве тепловая энергия концентрируется в зоне шлака, при этом поддерживаются его необходимые физические свойства, и обеспечивается плавление высокотемпературных компонентов шлаковой смеси. Сочетание нагрева с пневматическим перемешиванием обеспечивает усреднение температуры во всем объеме.
Сразу после освоения первых установок электродугового нагрева металла в сталеразливочном ковше стали очевидны их технологические и экономические преимущества перед технологией его перегрева в печи. Так, на заводе компании «Krupp» в Гайсвайде в 100-тонной электропечи выплавляли широкий сортамент легированной стали, которую перед выпуском нагревали в среднем до 1750 С. После ввода в эксплуатацию установки электродугового нагрева, которая была переоборудована из старой дуговой печи, температуру выпуска снизили в сред-. нем на 60 С, при этом производительность печи возросла с 78 до 85 т/ч. Удельный расход электроэнергии снизился на 4 кВт-ч/т при среднем расходе около 30 кВт-ч/т, что объясняется более высокой степенью усвоения энергии в ковше (45 %), чем на конечной стадии плавки [9].
Степень усвоения электроэнергии зависит от условий теплообмена между дугой и металлом, зависящих, в свою очередь, от формы, размера и характера работы дуги. Данные параметры определяются параметрами работы электродугового устройства (ЭДУ) агрегата. При работе ЭДУ между графитированными электродами и металлом образуется столб дуги, состоящий из смеси нейтральных газовых частиц, электронов, ионов и атомов, паров материала электродов и металла.
В стабильно горящей электрической дуге поддерживается тепловое равнове-. сие, которое характеризуется тем, что количество выделяющегося тепла равняется количеству тепла, отдаваемого в окружающую среду. Поэтому при изменении условий охлаждения дуги или физических свойств среды меняются параметры дуги. Так, с увеличением охлаждения дуги (например, при недостаточной толщине шлака, добавке сыпучих материалов, увеличении интенсивности продувки) для поддержания стабильной теплоотдачи уменьшается теплоотдающая поверхность дуги, в основном, в результате уменьшения ее длины при данном напряжении. Эффективность и скорость нагрева при этом снижаются.
При горении электрическая дуга постоянно перемещается по концу электродов [10], при этом ее направление и место привязки к металлу постоянно изменяется, причем, колебания дуги и точки ее привязки невозможно предугадать заранее. Доводка стали в АКП по химическому составу осуществляется добавлением в ковш сыпучих материалов - ферросплавов, чушкового алюминия и др., также для наведения шлака в ковш добавляется известь. Устойчивость работы ЭДУ зависит от свойств поверхности, к которой происходит «привязка» окончания дуги, при «перепрыгивании» с одного места на поверхности металла на другое дуга перемещается с жидкого расплава на твердые кусочки добавленных материалов. При этом изменяется температура точек «привязки» дуги, существен 11 і.ім образом влияющая на устойчивость горения дуг, и физико-химические свойства материала, к поверхности которого «привязана» дуга в данный момент времени. Таким образом, постоянное «перепрыгивание» дуги с одного места на расплаве на другое изменяет характер горения дуги, влияет на устойчивость ее горения и теплообмен с расплавом стали.
При переменном токе в течение каждого полупериода напряжение сети и ток достигают максимума и переходят через нуль. Когда напряжение источника после перехода через нуль начинает расти, дуга не зажигается до тех пор, пока напряжение ее не достигнет величины так называемого напряжения зажигания. С этого момента в цепи появится ток, возрастающий по кривой, которая отличается от синусоиды периодическими пиками и провалами (рис. 1.6).
Существенное влияние на работу ЭДУ и устойчивость горения дуги оказывает соотношение длины дуги и толщины слоя покровного шлака на поверхности ме-. талла, так как при этом изменяются условия теплообмена дуги с окружающей средой. С поверхности дуги, длина которой превышает толщину слоя шлака, потери тепла выше, чем с поверхности полностью погруженной в шлак дуги. При этом, чем выше теплопотери, тем ниже температура дуги и, следовательно, ее устойчивость. Чем выше температура дуги, тем активнее и быстрее происходит диссо- . циация молекул и «спрыгивание» электронов с поверхностных оболочек атомов. При этом повышается уровень ионизированных частиц, находящихся в зоне дуги, и повышается устойчивость её горения.
Обработка результатов математического моделирования
Равномерное перемешивание стали обеспечивает ее. однородность по температуре и химическому составу во всем объеме ковша, тем самым гарантируя одинаковость свойств стали. При неравномерном перемешивании стали по высоте ковша возможно возникновение значительных градиентов (до 25 С [50]) температуры, что, в свою очередь, повышает вероятность возникновения аварийных ситуаций при разливке. При возникновении неравномерности,по химическому составу возможно «понижение» марки стали или полное «выбраковывание».
Как отмечается в работе [79], существует зависимость коэффициента усвоения активной мощности от интенсивности перемешивания металла. При этом в данной работе показано, что для исследуемого ковша существует определенный диапазон значений скорости циркуляции металла в ковше, при котором наблюдается максимальное усвоение энергии: при уменьшении скорости происходит увеличение градиента температуры, а при повышении скорости циркуляции наблюдается повышенное «размывание» и разрушение футеровки ковша без снижения неоднородности по температуре.
Таким образом, задача эффективного перемешивания стали становится достаточно актуальной. При этом необходимо совершенствование технологии перемешивания стали. В условиях эксплуатации персонал для оценки качества переме-шивания использует терминологию «нечеткой логики» - «пробка дует хорошо/плохо», «перемешивание идет хорошо/плохо». Поэтому одной из задач данной главы является выбор параметров, характеризующих степень перемешивания и усреднения металла. Следует различать понятия «перемешивание» и «усреднение» стали. Так, «хорошее перемешивание» не гарантирует «хорошее усреднение» металла, а означает, что при данном режиме перемешивания заданное усреднение металла будет достигнуто за меньшее время, чем при «плохом пере- мешивании». Практика перемешивания металла на АКП показала, что продувочные пробки все время находятся в разных условиях работы, зависящей от степени их зашла-кованности. Поэтому при одном и том же заданном расходе перемешивающего газа усреднение металла происходит с различной интенсивностью.
На исследуемом агрегате ковш-печь ККЦ ОАО «ММК» предусмотрено перемешивание стали инертным газом при помощи двух донных пробок, распложенных в днище ковша. А также аварийное перемешивание с помощью фурмы, опус- каемой в металл сверху. В работе моделируется перемешивание стали в нормальном режиме, т.е. при помощи донных пробок. Задача моделирования -выбор режима перемешивания стали в ковше в зависимости от проводимой операции: нагрев, десульфурация, ввод легирующих элементов, усреднение металла.
Математические модели задач с газожидкостной средой можно условно разделить на две группы. К первой из них относятся модели, которые не рассматривают двухфазную газожидкостную зону, задавая в ней или на ее границе значения необходимых величин, исходя из эмпирических соотношений и выполняя расчеты лишь в чисто жидкостной зоне [79 - 84]. К другой группе относятся модели, в ко , торых с той или иной совокупностью допущений двухфазная зона рассматривается в качестве самостоятельной зоны, определяющей характер перемещения потоков.
Математическая модель гидродинамических процессов при наличии газовой фазы предложена в работе [81] для случая продувки сталеразливочного ковша инертным газом. Сила взаимодействия двух фаз определяется относительной их скоростью, направлена вертикально вверх, и ее величину оценивают иолуэммпи-рической зависимостью. Однако наличие двух эмпирических параметров в модели, которые к тому же зависят от характера течения, существенно снижает практическую ценность двухскоростной модели, так как какие-либо надежные числовые данные об их величине отсутствуют. Помимо этого, при наличии кон , векции в большинстве случаев, особенно в условиях многофазной среды, необхо димо учитывать эффекты турбулентности, поскольку они часто оказываются решающими для хода рассматриваемых процессов.
Перспективным направлением численного решения сложных уравнений, имеющих место в случае многофазных сред, является применение принципа расщепления, позволяющего сводить одну сложную задачу к определенному числу более простых задач, что значительно облегчает решение [85, 86]. В работе Бело-церковского [87] описана математическая модель, избавленная от необходимости использовать трудноопределимые параметры и учитывающая лишь основные физические факторы, влияющие на характер движения двухфазной газожидкостной среды. В отличие от источника [81] в работе [87] описан перенос газовой и жидкой фаз не раздельно с двумя различными полями скоростей каждой фазы, а совместно в односкоростном подходе с помощью предположения о сплошности единой газожидкостной среды, являющейся однородной по плотности, вязкой, несжимаемой жидкостью. При этом исчезает необходимость делать какие-либо предположения о форме и размерах пузырей газа.
Авторами [87] сделано предположение о том, что основным фактором, определяющим характер движения газожидкостной среды, является подъемная сила, возникающая из-за неоднородности по плотности, обусловленной наличием газовых включений - пузырей. С целью установления адекватности предложенной модели проведена серия расчетов для сопоставления с достаточно надежными экспериментальными данными. На основании сравнения экспериментальных данных и расчетных результатов установлено, что предложенная в работе [87] мате-матическая модель в широких пределах изменения параметров адекватно описывает гидродинамику заполнения емкости с учетом инжекции воздуха струёй жидкости и может быть применена для исследования течений реальных газожид костных систем.
Результатом математического моделирования является решение системы дифференциальных уравнений, описывающих явления, происходящие в объекте с приемлемой для исследователя точностью.
Оценка энергетического КПД обработки стали и степени ее десульфурации
В работе было проведено исследование агрегата ковш-печь (АКП) № 1 кислородно-конвертерного цеха ОАО «ММК». АКП представляет собой двухпозици-онный агрегат внепечной обработки для ковшей вместимостью 370 т фирмы «VAI-FUCHS». Проектная мощность установки - около 5,5 млн т стали в год, которая является в настоящее время одной из самых высоких в мире.
Агрегат имеет две позиции обработки, т.е. один трансформатор мощностью 45 МВА обслуживает два стенда, на которых одновременно могут обрабатываться два ковша с металлом, но нагрев производится поочередно (то на одном, то на другом). Такой режим работы осуществляется при помощи поворотного электродного портала и повышает производительность агрегата. Каждый стенд имеет водоохлаждаемую крышку (свод), обеспечивающую закрывание ковша и имеющую собственный механизм подъема (портал свода).
Ковш имеет основную футеровку и оборудован двумя пористыми пробками в днище для продувки металла аргоном. Кроме донной подачи аргона предусмотрена аварийная подача его через погружную фурму.
Система хранения, дозирования и механизированной подачи ферросплавов и шлакообразующих материалов включает в себя 12 бункеров и самоходную тележку, обеспечивающую транспортировку порций указанных материалов из любых бункеров на ту или иную позицию обработки.
Для ввода в металл алюминиевой проволоки (катанки) или порошковой проволоки с различными видами наполнителей диаметром 9-16 мм и со скоростью 300 м/мин каждая позиция (стенд) имеет двухручьевой трайбаппарат. Дополнительно на каждой позиции (крышке) установлено еще по одному двухручьевому трайбаппарату. Отбор проб металла и измерение его температуры осуществляется с помощью специальных манипуляторов или вручную. Агрегат обслуживают два самодвижущихся сталевоза.
По характеру решаемых задач можно выделить два технологических режима работы АКП [27]: 1) доводка стали по химическому составу и температуре для дальнейшей разливки на МНЛЗ; 2) десульфурация стали специально подготовленным, белым, глубоко раскисленным шлаком. Учитывая возможности установки, приняты основные направления ее использования [27]: снижение температуры металла перед выпуском плавки из конвертера с последующим его нагревом на АКП, что способствует уменьшению удельного расхода чугуна и повышению стойкости огнеупорной футеровки конвертеров. Это приводит к повышению их производительности и цеха в целом; выплавка особо- и ультранизкоссрниетых сталей для производства высокока-. чественного и высококонкурентоспособного проката; выплавка микролегированных сталей и сталей с узкими пределами колебаний отдельных элементов, что необходимо для изготовления металлопродукции с жестко регламентированными механическими и технологическими свойствами. В результате операций, проводимых на агрегате, происходит охлаждение металла, причем средняя скорость охлаждения составляет порядка 1-1,5 С/мин. Поэтому параллельно с доводкой проводится нагрев стали. Нагрев осуществляется дугами переменного тока, горящими в рабочем пространстве агрегата между гра-фитированными электродами и металлом. Мощность единичной дуги установки составляет 8-14 МВт, а протекающие в ней токи имеют величину 40-60 кА. По современным представлениям, дуговой разряд переменного тока, происхо-. дящий в дуговых устройствах, подобных дуговому устройству агрегата ковш-печь, представляет собой один из видов электрического разряда. Этот разряд осуществляется в атмосфере газа, находящегося в зоне действия дуги, паров материала электродов и расплавленного металла. В агрегате ковш-печь дуга горит в сложной атмосфере, состоящей из воздуха, паров металла и электродов и продувочного аргона. Количественный состав атмосферы, образующейся в рабочем пространстве агрегата, зависит от состава обрабатываемой стали, от мощности и времени работы дуги, от скорости и количества выгорания углерода из электродов, интенсивности окисления графита электродов, расхода продувочного аргона. Состав атмосферы является одним из параметров, определяющих температуру дуги [15]. Он оказывает влияние на работу электродугового устройства (ЭДУ) АКП и при этом является сложно прогнозируемым параметром работы агрегата ковш-печь. Режим работы ЭДУ влияет на характер горения электрических дуг и определяет КПД нагрева металла на АКП. Для решения задачи повышения КПД нагрева проведено экспериментальное исследование работы АКП в штатном режиме и с полыми электродами. Проведение экспериментального исследования агрегата ковш-печь было со- пряжено со сложностями получения и обработки технологических данных работы агрегата.
При исследовании электрических характеристик (фазных токов, напряжений, активной и реактивной мощностей, cos p) возникли следующие сложности: система управления, поставленная в цех вместе с АКП, визуализирует только мгновенные значения указанных характеристик без возможности архиваций и построения линий трендов. То есть на АКП отсутствуют возможности для анализа динамики изменения данных характеристик. Поэтому для архивации электрических характеристик дугового устройства и проведения их последующего количественного анализа сотрудниками ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова» была создана автономная система сбора и обработки технологической информации электродуговой установки АКП. В 2005 г. проведены опытно-промышленные испытания системы диагностики агрегата ковш-печь (прил. I). Внедрена опытная автономная система сбора и обработки технологической информации агрегата ковш-печь № І ККЦ ОАО «ММК» (прил. 2).
