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

ОТЗЫВ официального оппонента на диссертационную работу Нехамина Сергея Марковича «Создание и внедрение энергоэффективных дуговых и шлаковых электропечных комплексов с использованием остоянного тока и тока пониженной частоты», представленную на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.10 — Электротехнология Диссертационная работа Нехамина Сергея Марковича представляет собой значительное по объему и научному содержанию теоретическое и экспериментальное исследование, направленное на разработку научных основ создания и внедрения печных комплексов, эффективное потребление энергии в которых достигается при использовании в их системе питания полупроводниковых преобразователей в отличие от широко применяемых трансформаторов переменного тока. Полученные автором результаты открывают перспективные возможности совершенствования технологий и создания новых электротехнологических процессов, экономии энергии и сырья, снижения экологической нагрузки на окружающую среду, повышения качества выплавляемой в печах продукции.

Работа изложена на 381 странице текста, содержит большой иллюстрационный материал в виде графиков и таблиц. При обсуждении результатов работы цитируется 269 литературных источников. Дуговые сталеплавильные, руднотермические и электрошлаковые печи в значительной степени определяют энергопотребление в металлургии, а развитие их технологических возможностей влияет на качественный уровень выпускаемой металлопродукции. В мировой практике реализованы сотни проектов создания печей новой конструкции, питаемых постоянным током и током пониженной частоты, дающие металлургам новые возможности повышения качества выплавляемого металла при одновременной экономии электроэнергии и потребляемых сырьевых ресурсов.

В технической литературе освещены только отдельные аспекты данного направления, а системное рассмотрение проблемы отсутствует. Решение масштабных задач по массовому внедрению в промышленность высокоэффективных электродных плавильных печей, использующих для питания электроэнергией современных достижений в преобразовательной технике, не возможно без комплексного научного изучения закономерностей, определяющих энергетические процессы в новых печных комплексах. В этой области практические разработки в России значительно отстают от зарубежных. Таким образом, представленная работа, направленная на определение основных закономерностей и разработку научно-обоснованных технических решений для создания и внедрения в промышленность автоматизированных электродных печных комплексов с полупроводниковыми преобразователями, обеспечивающими повышение энергетической эффективности печных комплексов и качества производимой продукции, несомненно, представляется актуальной.

К научной новизне диссертационной работы следует отнести теоретически обоснованный подход к комплексному исследованию зонной энергетической структуры печных установок, использующих полупроводниковые источники питания, магнитогидродинамическую интенсификацию теплообменных процессов для более полного использования введенных в печь энергии и материалов, повышения качества выплавляемого металла; создание классификации печных комплексов и научно-методической основы развития перспективного направления энергосбережения в электрометаллургии.

При этом автором: 1. Предложена систематизация структуры энергетических процессов в печных электродных комплексах с полупроводниковыми преобразователями энергии, с раздельным рассмотрением процессов, происходящих в трех внутрипечных зонах: в дуге, в пространстве с низкоэлектропроводными и высокоэлектропроводными материалами, а также в четвертой внепечной части — в системе питания печи. Введена классификация комплексов по критерию со- отношения мощностей дугового разряда и резистивного нагрева в зоне низкоэлектропроводных материалов, определен предпочтительный род тока.

2. Установлена связь структуры внепечных потоков энергии с тепловыми процессами в электродных печах, питаемых постоянным током и током пониженной частоты, на основе чего предложен состав комплексов, энергоэффективность которых проявляется в наибольшей степени благодаря адаптации внутренней энергетической структуры к изменяющимся условиям протекания плавки.

3. Разработана система математических и физических моделей, с помощью которых в диссертации определенны новые закономерности распределения и изменения мощности в выделенных автором энергетических зонах электродных печных комплексов. 4. Определены закономерности процессов передачи энергии между выделенными энергетическими структурами, позволяющие повысить энергоэффективность печных комплексов: в дуговых печах - зависимость эффективности плавления шихты дугой от параметров алгоритма изменения постоянного напряжения и тока ~до 50 кА); в руднотермических печах - зависимость формы кривой напряжения на дуге и энергетических параметров комплекса от частоты тока; в руднотермических и электрошлаковых печах - связь схемы подключения и расположения электродов в ванне с ее электрическим сопротивлением и пространственным распределением мощности; для всех рассматриваемых комплексов - характеристики турбулент- ных течений при магнитогидродинамическом перемешивании жидкого металла в зависимости от токового режима токоподвода к ванне.

5. Определена зависимость рабочих и энергетических характеристик печных комплексов от топологии систем питания, в том числе для разработанных автором энергоэффективных схем питания печей постоянным током и током пониженной частоты. б. Предложены способы адаптации структуры энергетических потоков в электродных комплексах с полупроводниковыми источниками питания, заключающиеся в контроле информационных параметров потоков энергии и регулировании распределения мощности в рабочем пространстве печей, что обеспечивает энергосбережение при изменяющихся условиях плавки. 7. Создано информационно-методическое обеспечение для системного синтеза и параметрической оптимизации электродных плавильных комплексов, позволившее с помощью имитационной компьютерной модели определить: сбалансированные энергоэффективные способы передачи,преобразования и адаптивного управления потоками мощности с учетом взаимодействий постоянных и переменных электромагнитных полей с частотой от 0,1 до 10Гц; энергетические и техника-экономические показатели комплексов.

Все выполненные исследования диссертанта направлены на решение практических задач. Разработаны энергоэффективные схемные и конструктивные решения, а также методики расчета электропечных комплексов, обеспечивающие перспективу широкого внедрения в промышленности ресурсосберегающих электропечных комплексов, которые работают на токе пониженной частоты или постоянном токе: впервые в практике отечественного печестроения созданы конструкция руднотермической печи с проводящей подиной, работающей на постоянном токе, превышающем 100 кА, впервые на российских предприятиях внедрены универсальные комплексы для выплавки стали и сплавов с питанием от импульсных многоканальных преобразователей в транзисторном исполнении; впервые создан энергоэффективный комплекс ферросплавной печи мощностью 24 МВА с тиристорным источником тока пониженной до 0,1- 10 Гц частоты; впервые разработана и реализована электрошлаковая печь с бифилярным питанием расходуемых электродов током пониженной частоты, решающая проблему выплавки специальных слитков массой до 120 т и полых заготовок диаметром до 2 м.

На новые практические решения получены патенты на изобретения. Результаты работы достаточно полно обсуждены на региональных, всероссийских и международных конференциях и семинарах. Основное содержание работы отражено в 67 публикациях, 23 из которых в изданиях по списку ВАК, новизна работы подтверждена 14 патентами. Содержание автореферата соответствует основным положениям и выводам диссертации. В целом следует отметить высокий уровень и разнообразие экспериментальных и расчетных методов исследования, представленных и использованных автором, квалифицированное обсуждение результатов.

Экспериментальные данные получены в производственных условиях и являются достоверными. Выводы вытекают из материалов исследования. Работа насыщена новыми научными и техническими решениями актуальных проблем в области электротехнологии. Наряду с несомненными достоинствами, по работе следует сделать следующие замечания: 1. В схеме, приведенной на рис. 2.3 стр. 98 «Классификация электродных печных комплексов с полупроводниковыми преобразователями», имеются некоторые неточности.

Так, например, выплавка силикоалюминия и силикохрома в две стадии относится к бесшлаковым процессам, а в процессах производства ферро- и силикомарганца нельзя пренебрегать дуговой составляющей мощности, поскольку на выпусках расплава и в начале очередного цикла плавки доля мощности дуги в общей мощности печи составляет от 10 до 150//О. 2. Технологические процессы в печах постоянного тока сопряжены с миграцией примесей в расплаве. Насколько полно можно использовать это в шлаковых процессах выплавки ферросплавов ~углеродистый феррохром, ферро- и силикомарганец)? Можно ли полностью исключить процесс перехода фосфора и серы в металлический расплав за счет подбора параметров электрического режима? 3. Отличаются ли допустимые пределы дисбаланса восстановителя в шихте при выплавке кремния и высококремнистых ферросплавов при работе на постоянном токе и токе пониженной частоты от подобных требований для печей переменного тока? 4.