Отзыв оппонента 2 (Создание и внедрение энергоэффективных дуговых и шлаковых электропечных комплексов с использованием постоянного тока и тока пониженной частоты)

отзыв официального оппонента на диссертацию Нехамина Сергеи Марковича на тему: «Создание и внедрение энергоэффективных дуговых н шлаковых электропечных комплексов с использованием постоянного тока и тока пониженной частоты», представленную на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.10 «Электротехнологии». Актуальность работы. Диссертационная работа Нехамина С.М.

посвящена актуальной для электротехнологии теме — разработке, исследованию и реализации энергоэффективных способов повышения показателей электродных плавильных печей путем применения для их питания тока пониженной частоты и постоянного тока с использованием полупроводниковых источников питания. Актуальность данной темы связана с принципиальной возможностью повышения энергетических и технологических показателей печей при переводе их питания с тока промышленной частоты на постоянный ток или ток пониженной частоты. Для реализации этих возможностей необходимо решить ряд научных и практических задач, Решение наиболее существенных из этих задач, обобщенных автором для широко представленного в промышленности класса электродных плавильных печей„определяет актуальность вьпюлненного исследования, направленного на экономное использование энергии и сырьевых ресурсов в электрометаллургии.

Науч наи новизна положений, результатов и выводов, сформулированных в диссертации. Предложены наиболее существенные структурные составляющие энергетической системы в виде четырех энергетических зон дуговых, руднотермических и электрошлаковых печных комплексов с постоянной полярностью напряжения на электродах и полярностью, изменяющейся с пониженной частотой - значительно ниже частоты 50 Гц. Разработан структурированный комплект математических и физических моделей, позволивший исследовать при постоянном токе и токе пониженной частоты основные энергетические процессы в выделенных зонах: дуге, зоне с низкоэлектропроводными материалами, в жидкой металлической ванне, а также в системе питания печей.

Предложено с помощью комплекта моделей синтезировать требуемую энергетическую структуру и, при необходимости, адаптировать энергетическую структуру рабочего пространства печи в соответствии с изменяющимися условиями эксплуатации. Определены основные закономерности межзонных взаимодействий, использование которых позволяет повысить эффективность использования потребляемой электрической мощности и повысить качество выплавляемого металла: - эффективность плавления шихты в дуговых печах постоянного тока в зависимости от параметров алгоритма управления током и напряжением в источнике питания, зависимость энергетических параметров дугового режима в руднотермических печах от частоты формируемого источником питания низкочастотного тока; - динамические зависимости выравнивания температуры и концентрации примесей, вносимых в жидкую металлическую ванну электродных печей, от токового режима токоподвода к ванне. Определена связь рабочих и энергетических характеристик электродных комплексов с топологией системы их питания, что позволило автору разработать ряд энергоэффективных схем питания печей, защищенных патентами на изобретения.

Предложен подход к созданию энергоэффективных электродных печных комплексов, при котором с помощью имитационного моделирования определяют сбалансированные способы преобразования и передачи энергии и по результатам контроля информационных параметров энергетических потоков управляют пространственным распределением мощности в рабочем пространстве, обеспечивая структурную и параметрическую адаптацию к изменяющимся условиям плавки. С использованием данного подхода решена задача управления распределением мощности в шлаковой ванне печи электрошлакового переплава при бифилярной схеме подключения расходуемых электродов с помощью дополнительного источника питания. Активное воздействие на перераспределение мощности в шлаковой ванне осуществляется за счет изменения величины и фазы тока дополнительных источников относительно тока пониженной частоты основного источника питания, что повышает управляемость процесса и позволяет снизить стоимость источника питания, Практическая ценность работы н реализации ее результатов.

Основные положения диссертационной работы реализованы во внедренных в промышленность установках. Разработанное информационно- методическое обеспечение позволяет в соответствии с конкретными технологическими требованиями определить энергоэффективные технические решения по конструкции и структуре системы управления сложных электротехнологических комплексов, составляющих новое перспективное направление в металлургии. Для всех рассмотренных в диссертации классов электропечных комплексов разработаны и реализованы технические решения, которые создают благоприятные условия практического распространения полученных в диссертации результатов в промышленных приложениях.

Наиболее ценными разработками автора являются: конструкция руднотермической печи постоянного тока превышающего 100 кА с проводящей подиной, система питания трехэлектродной руднотермической печи мощностью 24 МВА с регулированием раздельно на каждом из электродов напряжения низкой частоты 0,1 — 10 Гц, система питания током пониженной частоты электрошлаковой печи с бифилярным исполнением расходуемых электродов, система питания постоянным током дуговых и руднотермических печей от импульсных многоканальных преобразователей в транзисторном исполнении.

В их числе комплекс печей третьего поколения с импульсными многоканальными преобразователями в транзисторном исполнении для дуговой сталеплавильной печи мощностью 2500 кВА и руднотермической печи мощностью 630 кВА для обеднительной плавки отходов аффинажного производства. Созданные на основе разработок автора промышленные комплексы трехэлектродных руднотермических печей мощностью 1,2 МВА и 24 МВА при пониженной частоте 0,4 — 4 Гц подтвердили возможность повышения коэффициента мощности крупных печей выше 0,9 с соответствующим увеличением производительности при работе с изолированной подиной.

Реализация разработанных в диссертации решений позволили внедрить в промышленность крупный комплекс электрошлаковой печи, рассчитанный на выплавку с помощью тока пониженной частоты 0,1 — 10 Гц ответственных сплошных заготовок массой до 120 тонн и трубных заготовок диаметром до 2 метров и длиной до 12 метров. Внедрение в промышленность разработанных соискателем решений опирается на их экономическую эффективность, о которой свидетельствуют приведенные в диссертации данные, а также приведенные в приложениях акты внедрения и использования полученных автором результатов.

Степень обоснованности и достоверности научных положений, выводов и рекомендаций. Научные положения в диссертации, сформулированные выводы и рекомендации обоснованы разнообразными корректно используемыми методами, такими как математическое и физическое моделирование, лабораторные и промышленные экспериментальные исследования. Достоверность полученных результатов подтверждена их сходимостью с данными, опубликованными другими авторами. Оценка структуры и содержания диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и содержит 322 страницы текста, 105 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 269 наименований и приложения на 29 страницах.

Структура диссертации, распределение материала по главам соответствуют поставленной цели и задачам исследования, методическому подходу к аналитическому исследованию и последующему структурному синтезу сложных объектов, каковыми являются электродные печные комплексы.

Апробация работы н подтверждение опубликования основных положений и результатов. Основные положения и результаты работы докладывались на десяти международных конференциях и конгрессах, а также на семи всероссийских конференциях. По результатам диссертации опубликовано 67 работ, в том числе 23 публикации в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 14 патентов на изобретения. Автореферат, выполненный на 40 страницах, в достаточной степени отражает содержание диссертационной работы, основные научные положения диссертации, выводы и рекомендации.

Основные замечания по работе Необходимо отметить, что работа вызывает ряд замечаний. 1. В работе четко не сформулированы преимущества применения тока пониженной частоты, которые вызвали необходимость разработки специализированных источников питания; не проанализировано влияние частоты тока и формы его кривой на электрические, тепловые и технологические процессы в печах различного типа. В результате некоторые рекомендации автора вызывают вопросы. а).Так, в гл.б утверждается, что в основном «можно рассматривать переход на ток пониженной частоты как мероприятие по компенсации реактивной мощности». В тоже время на с, 227 приводятся данные, что при переходе на частоту 12,5 Гц наблюдается снижение реактивной мощности только на 30-35'.4. Эти данные никак не согласуются с элементарным анализом электротехнических процессов в электрической цепи печи, б).

Нет четкого представления о нижнем диапазоне частоты. Так в гл. 6 упоминаются частоты 0,1;0,2;5 Гц. Они никак не связываются с технологическими процессами в печах. А ведь известно, что в электрошлаковых и рудовосстановительных печах в расплавленных шлаках и щихтовых материалах, являющимися электролитами, для предотвращения неуправляемых электролизных процессов частота тока не должна быть менее 5 Гц, а не доли Гц, как утверждается на с. 233. в). В работе не проанализировано влияние частоты на устойчивость горения дуги.

В результате этот показатель не введен как критерий выбора формы вторичного напряжения источников. 2. Автор использует не очень достоверные данные для «постоянной времени» дуги «с. 130-138), которые на базе анализа каналовой дуги для плазменных установок имеют порядок 10"'с. Это не соответствует условиям работы дуговых печей, где она меняется от 0,5 мс в начале расплавления до 5 мс в период жидкого металла. Такая закономерность изменения О хорошо просматривается на характере изменения по ходу плавки динамических ВАХ дуги, 3, На с. 146-150 рассматриваются вопросы определения параметров зон при шунтирования дуги в РВП.

Данные проблемы были значительно более полно и результативно рассмотрены в докторских работах сотрудников Имет УО РАН (Воробьев В.П, Сивцов А.В.) и ТулГу (Фомичев А.А.), которые использовали для количественного анализа и использования для технологических целей и систем управления экспериментальные данные по ДВАХ печей. 4. Материал разделов 3.1 и 3.2 более полно разработан в работах сотрудников ВНИИЭТО (Розенберг В.Л., Попов А.Н.), ЧГУ (Миронов 1О.М. и Ко) и ЛенНИИгипрохима (Жилов Г.М.), которые достаточно полно опубликованы в известной периодической печати («Электричество», «Спецэлектрометаллургия»), учебниках и монографиях.