Improving the efficiency of electric arc furnaces through improved control algorithms for electrical modes

Abstract

The aim of this study is to increase the efficiency of electric arc furnace through the use of advanced control algorithms for electrical modes. It was established that despite the common structure of the electric control system, as well as the approach to diagnosing the stage of the technological process, the criteria for switching from one combination of the furnace transformer tap and operating curve to another for electric arc furnaces and ladle furnaces are different. So, for EAF it is advisable to use a system in which a separate analysis of the signals of the relative effective value of the total even and odd harmonics of electric arc current (voltage) should be applied. It’s important to note that at the initial stage of melting it’s preferable to use even harmonics, and at the final stage of melting - odd harmonics. In it’s turn, during melting in LF, the argon blow mode and the slag mode have a significant role. Intensive blowing modes lead to the appearance of a metal mirror with the occurrence of bursts that occure short-circuit of the electric arc and lead to not optimal electric mode. According to the results of the analysis, a number of recommendations have been formulated that can have practical application in modernizing of modern control systems, aimed at optimizing production energy costs and reducing the unit cost of the final product of the metallurgical cycle. Moreover, the experience of implementing the described ides shows (for shaft-type electric arc furnace with capacity 125 ton, 85 MVA and ladle furnace 25 MVA) that the economic effect is 2.5% in terms of saving electric energy and 2% in terms of saving the consumption of electrodes. It’s a significant indicator taking into account the high energy intensity of modern electric steelmaking shops. This work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project No. FZRU-2020-0011).

Improving the Efficiency of Electric Modes Control Systems of Electric Arc Furnaces Through the Use of an Adaptive Impedance Regulator

“…При выплавке стали в ДСП и последующей обработке расплава в УКП необходимо регулировать мощность электрических дуг [9,10]. Активная мощность дуг регулируется изменением вторичного напряжения печного трансформатора и величины тока за счет перемещения электрода и, как следствие, изменения длины дуги [11][12][13].…”

“…Активная мощность дуг регулируется изменением вторичного напряжения печного трансформатора и величины тока за счет перемещения электрода и, как следствие, изменения длины дуги [11][12][13]. В связи с этим система автоматического управления электрическим режимом ДСП и УКП зачастую имеет два уровня [10]. Система управления первого уровня осуществляет переключение устройства РПН трансформатора и формирует сигнал задания основного параметра регулирования, которым мо-жет являться полный импеданс фазы на вторичной стороне Z 2Ф.ЗАД , полный адмитанс фазы на вторичной стороне Y 2Ф.ЗАД , активное сопротивление дуги R Д.ЗАД , напряжение дуги U Д.ЗАД и др., на основании данных о ступенях трансформатора N ТР и реактора N Р , а также номера рабочей кривой N РК , определяемые профилем плавки.…”

“…Усовершенствованная система управления электрическим режимом ДСП и УКП с использованием адаптивного нелинейного П-регулятора импеданса лишена обозначенных недостатков и позволяет повысить энергоэффективность работы печной установки [4,10]. Для более глубокого понимания предлагаемой концепции рассмотрим структуру адаптивного регулятора более подробно.…”

Mutual Influence of the Melting Stage and Electric Arc Current Harmonic Composition in Different Types of Electric Arc Furnaces

“…Note that to date, the vast majority of modern control systems for the electric mode of the furnace [8] as a parameter responsible for switching from one combination of furnace transformer stage, reactor and operating curve number uses the specific power consumption signal W SPECIFIC [kWh / t ]. At the same time, W spe is not a parameter that directly reflects the real processes occurring inside the furnace bath, which causes the most significant drawback of this method for determining the melting stage of the batch.…”

“…The I 'HH.EVEN .Ʃ parameter is preferable to determine the end of the charge melting period compared to the other coefficients since it has the best correlation with the conditions of electric arc burning [17,18]. http://journals.uob.edu.bh (2) , % I' (4) , % I' (6) , % I' (8) , % I' (10) , % I' (3) , % I' (5) , % I' (7) , % I' (9) , % I' (11) , % Max. 5.6 5.6 2.4 1.2 0.9 0.6 5.6 3.9 1.8 0.9 0.7 11.1 6.6 8.3 14.9…”