donstuAdvanced Engineering Research (Rostov-on-Don)Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)2687-1653Don State Technical University10.23947/1992-5980-2017-17-2-99-107donstu-154Research ArticleMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕDevelopment of methods and algorithms for parameter estimation system of decarburization and combustible gas afterburning modes in an electric arc furnaceРазработка методов и алгоритмов системы оценки параметров режимов обезуглероживания и дожигания горючих газов в дуговой сталеплавильной печи[1]МеркерЭдуард ЭдгаровичMerkerEduard E.merker@inbox.ruСтепановВиктор АлександровичStepanovVictor A.Viktor1990_31@mail.ruКрахтЛюдмила НиколаевнаKrakhtLyudmila N.krakht@mail.ruКемАлександр ЮрьевичKemAlexander Yu.akem@donstu.ruСтарооскольский технологический институтРоссияStary Oskol Technological InstituteRussian FederationДонской государственный технический университетРоссияDon State Technical UniversityRussian Federation20171307201817299107Copyright © Merker E.E., Stepanov V.A., Krakht L.N., Kem A.Y., 20172017Меркер Э.Э., Степанов В.А., Крахт Л.Н., Кем А.Ю.Merker E.E., Stepanov V.A., Krakht L.N., Kem A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/154

Introduction. Currently, in the Russian metallurgy, waste-gas heat under steelmaking in the electric arc furnace (EAF) is used inefficiently. This determines the urgency of the task to develop methods for СО to СО2 afterburning degree control under steelmaking in the EAF. Materials and Methods . A mathematical model of the decarburization and combustible gas afterburning modes under the reduced pellets electrosmelting at their continuous feed to the EAF bath is used to solve the problem. The proposed model allows estimating the mode parameters of the decarburization and combustible gas afterburning in the electric arc furnace. The role of the rate of carbon oxidation components in the common mode of decarburization and gas afterburning in the EAF is studied. Research Results . The possibility and efficiency of the CO afterburning by the oxygen beams in the counter gas flow system is experimentally confirmed. This allows accelerate the processes of metal heating and decarburization, as well as improve other technological parameters of the steel electrosmelting. Discussion and Conclusions . The mathematical modeling results show that a new method of supplying oxygen through the oxyfuel burners and the oxygen lance provides an increase in the energy efficiency of the steel electrosmelting in the electric arc furnace.

Введение. В настоящее время в российской металлургии тепло отходящих газов при выплавке стали в дуговых сталеплавильных печах (ДСП) используется неэффективно. Это определяет актуальность задачи разработки методов контроля степени дожигания СО до СО2 при выплавке стали в ДСП. Материалы и методы. Для решения задачи используется математическая модель режимов обезуглероживания и дожигания отходящих газов при электроплавке металлизованных окатышей в условиях их непрерывной подачи в ванну ДСП. Предложенная модель позволяет оценить параметры режимов обезуглероживания и дожигания горючих газов в дуговой сталеплавильной печи. Исследована роль составляющих скорости окисления углерода в общем режиме обезуглероживания и дожигания газов в дуговой сталеплавильной печи. Результаты исследования. Экспериментально подтверждена возможность и доказана эффективность дожигания оксида углерода струями кислорода в системе встречных газовых потоков. Это позволило ускорить процессы нагрева и обезуглероживания металла, а также улучшить другие технологические показатели электроплавки стали. Обсуждение и заключение. Результаты математического моделирования показали, что новый метод подачи кислорода через топливно-кислородные горелки и кислородную фурму обеспечивает повышение энергоэффективности электроплавки стали в дуговой сталеплавильной печи.

дуговые сталеплавильные печирежимы обезуглероживаниядожигание горючих газовelectric arc furnacesdecarburization modescombustible gas afterburningReferencesГудим, Ю. А. Способы интенсификации плавки в дуговых печах / Ю. А. Гудим, И. Ю. Зинуров, А. Д., Киселев, А. М. Шумаков // Электрометаллургия. - 2005. - № 9. - С. 2-6.Gudim, Yu.A., Zinurov, I.Yu., Kiselev, A.D., Shumakov, A.M. Sposoby intensifikatsii plavki v dugovykh pechakh. [Rational methods of intensification of electric smelting in modern arc steelmaking furnaces.] Elektrometallurgiya, 2005, no. 9, pp. 2–6 (in Russian).Киселёв, А. Ю. Эффективность применения газокислородных горелок в современных дуговых сталеплавильных печах / А. Ю. Киселёв, И. Ю. Зинуров, Д. Н. Макаров, Ю. Ф. Маменко, С. Н. Пигин // Металлург. - 2006. - № 10. - С. 60-62.Kiselev, А.Y., Zinurov, I.Yu., Makarov, D.N., Mamenko, Y.F., Pigin, S.N. Effektivnost' primeneniya gazokislorodnykh gorelok v sovremennykh dugovykh staleplavil'nykh pechakh. [Effectiveness of use of gas-oxygen burners in modern steelmaking EAF. ]Metallurgist, 2006, no. 10, pp. 60–62 (in Russian).Копцев, В. В. Физическое моделирование аэродинамики сопла горелочного устройства с центральным телом / В. В. Копцев, О. В. Казаков, В. Н. Горбулин // Металлург. - 2007. - № 8. - С. 81-82.Koptsev, V.V., Kazakov, O.V., Gorbulin, V.N. Fizicheskoe modelirovanie aerodinamiki sopla gorelochnogo ustroystva s tsentral'nym telom. [Physical modeling of jet aerodynamics for burner with central body.] Metallurgist, 2007, no. 8, pp. 81–82 (in Russian).Дуговая сталеплавильная печь с дожиганием горючих газов : патент Рос. Федерация : Э. Э. Меркер, Г. А. Карпенко, И. В. Моисеев. - № 2520883; опубл. 27.06.14, Бюл. № 18. - 3 с.Merker, E.E., Karpenko, G.A., Moiseev, I.V. Dugovaya staleplavil'naya pech' s dozhiganiem goryuchikh gazov: patent Ros. Federatsiya. [Arc steel-making furnace with afterburning of combustion gases.] Patent RF, no. 2520883, 2014 (in Russian).Кочнов, М. Ю. Повышение эффективности дожигания и охлаждения технологических газов крупнотоннажных дуговых сталеплавильных печей / М. Ю. Кочнов, Л. А. Шульц, Ю. М. Кочнов // Известия ВУЗов. Чёрная металлургия. - 2009. - № 11. - С. 49-55.Kochnov, M.Y., Schulz, L.A., Kochnov, Y.M. Povyshenie effektivnosti dozhiganiya i okhlazhdeniya tekhnologicheskikh gazov krupnotonnazhnykh dugovykh staleplavil'nykh pechey. [Increase in efficiency of afterburning and cooling of technological gases of large-capacity arc steel-smelting furnaces.] Izvestia. Ferrous Metallurgy. 2009, no. 11, pp. 49–55 (in Russian).Металлизованные железорудные окатыши и повышение эффективности их применения при электроплавке стали в дуговой печи / Л. Н. Крахт [и др.] // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2015. - № 3. - С. 35-40.Krakht, L.N., at el. Metallizovannye zhelezorudnye okatyshi i povyshenie effektivnosti ikh primeneniya pri elektroplavke stali v dugovoy pechi. [Impact of using metallized iron ore pellets to increase the efficiency of electric arc furnace.] Vestnik of DSTU, 2015, no. 3, pp. 35–40 (in Russian).Способ дожигания и обеспыливания отходящих газов электродуговых сталеплавильных печей : патент Рос. Федерация : В. И. Лисиенко, А. Л. Засухин. - №2451092; опубл. 01.09.10, Бюл. № 11. - 3 с.Lisienko, V.I., Zasukhin, A.L. Sposob dozhiganiya i obespylivaniya otkhodyashchikh gazov elektrodugovykh staleplavil'nykh pechey: patent Ros. Federatsiya. [Method of afterburning and dedusting exhaust gases of electric arc steelmaking furnaces.] Patent RF, no. 2451092, 2010 (in Russian).Меркер, Э. Э. Математическая модель обезуглероживания металла при электроплавке железорудных окатышей в дуговой печи / Э. Э. Меркер, Е. А. Черменев // Сталь. - № 3. - 2014. - С. 28-33.Merker, E.E., Chermenev, E.A. Matematicheskaya model' obezuglerozhivaniya metalla pri elektroplavke zhelezorudnykh okatyshey v dugovoy pechi. [The mathematical model of metal decarbonizing in electric melting of iron ore pellets in the EAF.] Steel, 2014, no. 3, pp. 28–33 (in Russian).Падерин, С. Н. Термодинамика и расчёты процесса глубокого обезуглероживания стали / С. Н. Падерин, Е. П. Падерин // Известия ВУЗов. Чёрная металлургия. - 2005. - № 10. - С. 19-24.Paderin, S.N., Paderin, E.P. Termodinamika i raschety protsessa glubokogo obezuglerozhivaniya stali. [Thermodynamics and calculations of deep steel decarburization process.] Izvestia. Ferrous Metallurgy. 2005, no. 10, pp. 19–24 (in Russian).Падерин, С. Н. Термодинамическое моделирование окислительных процессов при обезуглероживании стали / С. Н. Падерин, П. С. Падерин, И. В. Кузьмин // Известия ВУЗов. Чёрная металлургия. - 2003. - № 5. - С. 6-11.Paderin, S.N., Paderin, P.S., Kuzmin, I.V. Termodinamicheskoe modelirovanie okislitel'nykh protsessov pri obezuglerozhivanii stali. [Thermodynamic simulation of oxidation processes during decarburization of steel.] Izvestia. Ferrous Metallurgy. 2003, no. 5, pp. 6–11 (in Russian).Исследование эффективности электроплавки окатышей в дуговой печи при дожигании оксида углерода топливно-кислородными горелками / В. А. Степанов [и др.] // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2016. - № 2. - С. 97-104.Stepanov, V.A., et al. Issledovanie effektivnosti elektroplavki okatyshey v dugovoy pechi pri dozhiganii oksida ugleroda toplivno-kislorodnymi gorelkami. [Research of pellet electrosmelting efficiency in arc furnace under the carbon oxide postcombustion by fuel oxygen burners.] Vestnik of DSTU, 2016, no. 2, pp. 97–104 (in Russian).Logar, V. Mathematical modeling and experimental validation of an electric arc furnace / D. Dovzan, I. Skrjanc // ISIJ International. - 2011. - Vol. 51. - No. 3. -P. 382-391.Logar, V., Dovzan, D., Skrjanc, I. Mathematical modeling and experimental validation of an electric arc furnace. ISIJ International, 2011, vol. 51, no. 3, pp. 382–391.Brooks, G. Optimizing chemical energy into Electric Arc Furnaces / [et al.] // SEAISI Quaterly. - 2012. - No. 4. - P. 17-22.Brooks, G., et al. Optimizing chemical energy into Electric Arc Furnaces. SEAISI Quaterly, 2012, no. 4, pp. 17–22.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.