Автореферат (Разработка способов улучшения технико-экономических показателей и методики выбора рациональных режимов плазменно-дуговых сталеплавильных печей)

На правах рукописиОКУНЕВА ВИКТОРИЯ ВАЛЕРЬЕВНАРАЗРАБОТКА СПОСОБОВ УЛУЧШЕНИЯ ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И МЕТОДИКИ ВЫБОРАРАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВЫХСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙСпециальность 05.09.10 – ЭлектротехнологияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква, 2015Работа выполнена на кафедре Электроснабжения и электротехники (ЭСиЭ)ФГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет» («ТвГТУ»).Научный руководительМакаров Анатолий Николаевичдоктор технических наук, профессорзаведующий кафедрой ЭСиЭФГБОУ ВПО «ТвГТУ»Официальные оппонентыСойфер Владимир Мархусовичдоктор технических наукруководитель органа по сертификациипродукции ООО «Центр сертификациипродукции «Стандарт-Сертлит»Нехамин Сергей Марковичкандидат технических наукгенеральный директорООО «Научно-производственная фирма«КОМТЕРМ»Ведущая организация:НИТУ «МИСиС»Защита диссертации состоится «18» декабря 2015 года в 11.00 в аудиторииМ-606 на заседании диссертационного совета Д 212.157.02 при ФГБОУ ВПО НИУ«Московский энергетический институт» по адресу: 111 250, г.

Москва, ул.Красноказарменная, д. 13.Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатьюорганизации,просимнаправлятьпоадресу:111250,г.Москва,ул.Красноказарменная, д. 14, Ученый совет ФГБОУ ВПО НИУ «МЭИ».С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО НИУ«МЭИ» и на сайте www.mpei.ru.Автореферат разослан «__»________2015г.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Объем инвестиций в черную металлургию Россииувеличился с 2000г. по 2008г.

в 3,6 раза и составил в 2008г. 140 млрд. руб. В2014г. объем инвестиций в черную металлургию составил 118 млрд. руб. Врезультате реализации инвестиционной программы 2000-2014 г.г. на 12металлургических заводах введено 15 электросталеплавильных комплексов,рассчитанных на производство 14 млн. т стали в год.

Из 15 комплексов 8построены взамен мартеновских печей с выводом их из эксплуатации. Большаячастьроссийскихметаллургическихзаводовзакупиладлякомплексовэлектросталеплавильных цехов новое импортное оборудование. Разработкаотечественного энергоэффективного металлургического оборудования, в томчисле плазменно-дуговых сталеплавильных печей (ПДСП) и способов плавки вних, является актуальной задачей.Энергоемкость ВВП Российской Федерации (РФ) в 3 раза больше, чем вЕвросоюзе (ЕС), а электроемкость в РФ в 2,6 раза больше, чем в ЕС. В результатереализации инвестиционных проектов снизился удельный расход электроэнергиина производство электростали и удельный расход топлива на производствопроката, и в настоящее время средний удельный расход энергоресурсов в чернойметаллургии РФ на 25% больше аналогичного показателя ЕС.

Снижениеэнергоемкости чернойметаллургии РФ являетсяактуальнойзадачей инеобходимым условием поддержания конкурентоспособности предприятийчерной металлургии РФ на мировом и внутреннем рынке.Актуальность диссертационной работы подтверждена выделением научнойгруппе, в которую входит автор данной диссертационной работы, грантаМинобрнауки РФ №2.1.2/9224 на 2010-2012 г.г. на проведение фундаментальныхисследований в области металлургии, результаты исследования по теме котороговошли в диссертационную работуЦелью диссертационной работы является разработка методики расчетарациональных параметров дуг в ПДСП, расчет рационального положения и длиныдуги в действующих ПДСП, вместимостью 3-10 т, разработка инновационного3способа плавки стали в печах, позволяющего сократить удельный расходэлектроэнергии, время плавки, повысить производительность печей.В соответствии с целью работы поставлены и решены следующие задачи:1.

Разработка математической моделидля расчета локальных и среднихугловых коэффициентов излучения дуг на поверхности нагрева при всеммногообразии взаиморасположения дуг и поверхностей.2. Разработка методики расчета рационального положения и длины дуги вПДСП, вместимостью 3-10 тонн.3. Расчет для действующей ПДСП вместимостью 5 тонн, рациональныхпараметров дуги в периоды окончания расплавления шихты и рафинировкиметалла.4.

Разработка инновационного способа плавки стали в плазменно-дуговыхсталеплавильных печах, вместимостью 3-10 тонн.5. Разработка конструкции плазменно-дуговой сталеплавильной печи с двумяплазмотронами, сводовым и стеновым, и электрического режима плавки стали вней.Методы исследования. При проведении теоретических исследований дляотыскания функций для определения локальных угловых коэффициентовизлучения дуг ПДСП использованы методы интегрального исчисления. Длярасчета угловых коэффициентов излучения дуг, КПД дуг, а также для расчетарациональногоугланаклонаплазмотронаиспользовалисьметодыматематического моделирования на ЭВМ с применением специализированногопрограммного обеспечения, обеспечивающего решение задач методом конечныхэлементов.

При проведении экспериментальных исследований использованыметоды статистического анализа.Научная новизна работы состоит в следующем.1. Разработана трехмерная математическая модель для автоматизированногорасчета угловых коэффициентов излучения дуг на поверхности нагрева.2. Разработана методика расчета рациональных параметров дуг в плазменнодуговых сталеплавильных печах.43. Разработан инновационный способ плавки стали в ПДСП, включающийплавление шихты вертикальным сводовым плазмотроном, дальнейшую плавкуосуществляют установленным в стене под углом 75о к вертикальной осинаклонным плазмотроном, при этом отношение длины дуги к диаметру ваннысоставляет 0,35-0,5, а анодное пятно смещено от центра ванны на расстояние 0,250,32 от диаметра ванны.4. Разработана конструкция ПДСП с сводовым и стеновым плазмотронами иэлектрический режим плавки стали в ней.Практическая ценность и реализация результатов работы.1.

Разработана математическая модель для расчета угловых коэффициентовизлучения дуги ПДСП, позволяющая при любом пространственном положении игеометрических размерах дуги определять долю излучения дуги на ванну металла.2. Разработана методика расчета рациональных параметров дуги в ПДСП спомощью которой можно рассчитать расположение и длину дуги для передачи еюмаксимальной тепловой мощности ванне металла и снизить потери энергии вПДСП.3. Разработаны конструкция ПДСП и инновационный способ плавки стали вней,прикоторомплавлениешихтыосуществляетсявертикальнымиплазмотроном и дугой, дальнейшая плавка установленным в стене наклоннымплазмотроном с рассчитанными по разработанной методике рациональнымипараметрами и расположением дуги при которых сокращается удельный расходэлектроэнергиина10-11%,времяплавкина13-14%,повышаетсяпроизводительность печи на 10-14%.4.

Результаты работы были получены по плану госзадания и включены в отчетпоНИРпогосконтракту №2.1.2/9224за 2010-12 г.г. на проведениефундаментальных исследований в области металлургии.5. Основные результаты диссертационной работы изложены в ведущихнаучных журналах электрометаллургов, электротермистов Электрометаллургия№4, №5, 2013г.; Промышленная энергетика №10, 2013г.; №10, 2014г.; орезультатах работы проинформированы металлургические заводы Электросталь,5Сибэлектросталь, Ижсталь и другие металлургические заводы на которыхустановлены ПДСП.РезультатыдиссертационнойработыиспользованынаОАО«Электромеханика» при выборе рационального положения плазмотрона принанесении плазменно-дуговым путем защитных покрытий на детали с цельюповышения их надежности и ресурса.6.

Методика расчета рациональных параметров дуги и способы повышениятехнико-экономическихпоказателей(ТЭП)ПДСПвключенывучебно-методический комплекс по дисциплине «Электротехнологические установки» ииспользуются в ТвГТУ при чтении лекций при подготовке инженеров поспециальности «Электроснабжение», бакалавров, магистров по направлению«Электроэнергетика и электротехника», о чем имеется акт.Согласно госзадания результаты НИР по госконтракту, методика расчета испособы повышения ТЭП ПДСП включены научным руководителем д.т.н., проф.Макаровым А.Н.

в учебное пособие 2014г., допущенное УМО по образованию вобласти металлургии для студентов вузов, в котором есть ссылки на статьидиссертантки.Достоверность и обоснованность полученных в работе результатовопределяется:- использованием апробированных методов проведения теоретических иэкспериментальных исследований и анализа результатов исследований;- использование стандартных пакетов прикладных программ;- достоверность расчетов подтверждена практикой эксплуатации плазменнодуговых сталеплавильных печей;Полученные в работе результаты соответствуют паспорту специальности05.09.10 – Электротехнология, в частности пункту:«Врамкахспециальностирешаютсяпроблемыиспользованияэлектроэнергии в металлургии, термических процессах различного назначения, втехнологиях с использованием разряда в газах».На защиту выносятся:61.