Search

Ячиков Игорь Михайлович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры информа- ционно-измерительной техники, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; iachikovim@susu.ru, ORCID ORG: 0000-0002-1562-7506. Панферов Владимир Иванович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры информационно-аналитического обеспечения управления в социальных и экономических системах, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; panferovvi@susu.ru. Феоктистов Николай Александрович, канд. техн. наук, заведующий кафедрой литейных процессов и материаловедения, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск; fna87@mail.ru. Чернов Виктор Петрович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры литейных процессов и материаловедения, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск; tchernov42@mail.ru. I.M. Yachikov1, iachikovim@susu.ru, ORCID ORG: 0000-0002-1562-7506, V.I. Panferov1, panferovvi@susu.ru, N.A. Feoktistov2, fna87@mail.ru, V.P. Chernov2, tchernov42@mail.ru 1 South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, 2 Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation Наиболее ответственным узлом при разливке стали в машине непрерывного литья заготовок является кристаллизатор. Наибольшее распространение получают удобные в эксплуатации и изготовлении составные кристаллизаторы, состоящие из медной рабочей стенки со щелевыми каналами и стального внешнего корпуса. В промышленных конструкциях составных кристаллизаторов соединение медной и стальной плит осуществляется посредством множества стальных шпилек, причем они расположены по поверхности плиты крайне неравномерно из-за наличия каналов охлаждения, шпонок и уплотнителя. Целью работы является создание математической модели для определения коэффициента неравномерности нагружения шпилек и запаса прочности соединения медной и стальной плит для заданной конструкции сборного кристаллизатора и выбранных типовых параметров шпилечного соединения. Учет возникающих неодинаковых нагрузок на шпильки осуществлялся путем расчета коэффициента неравномерности. Полагали, что максимальная растягивающая сила, приходящаяся на одну шпильку, пропорциональна этому коэффициенту и средней растягивающей силе. Для каждой шпильки выделялся кластер, включающий в себя заданное число ближайших к ней шпилек. Определялось среднее расстояние в кластере, среднее значение расстояния по всем кластерам и относительное расстояние для кластера, связанного с определенной шпилькой. Нагрузка на резьбовое соединение пропорциональна площади соединяемых плит, которые удерживает шпилька, поэтому полагали, что коэффициент неравномерности нагрузки для заданной шпильки пропорционален квадрату относительного расстояния. Показан пример расчета коэффициента неравномерности нагрузки для рассматриваемой конструкции промышленного сборного кристаллизатора. Приведена математическая модель для определения запаса прочности шпилечного соединения медной и стальной плит кристаллизатора, а также необходимого момента затяжки шпильки, обеспечивающего нераскрытие стыка. Расчеты учитывали максимальное испытательное давление воды и максимальное внешнее усилие сдвига при трении слитка о стенку кристаллизатора. Создана компьютерная программа, позволяющая анализировать надежность соединения стальной и медной стенки кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок при моделировании разных ситуаций, в том числе форс-мажорных и аварийных. The most critical unit when casting steel in a continuous casting machine is the mold. The most widespread are composite molds, convenient in operation and manufacture, consisting of a copper working wall with slotted channels and a steel outer casing. In industrial designs of composite molds, the connection of copper and steel plates is carried out by means of many steel pins, and they are extremely unevenly located along the surface of the plate due to the presence of cooling channels, dowels and a seal. The aim of the work is to create a mathematical model to determine the coefficient uneven loading of the studs and the safety factor of the connection of copper and steel plates for a given design of the prefabricated mold and the selected typical parameters of the stud connection. The unequal loads on the studs were taken into account by calculating the coefficient of unevenness. It was believed that the maximum tensile force per stud is proportional to this coefficient and the average tensile force. For each hairpin, a cluster was identified, including a given of hairpins closest to it. The average distance in the cluster, the average value of the distance across all clusters, and the relative distance for the cluster associated with a particular hairpin were determined. The load on the threaded connection is proportional to the area of the connected plates, which are held by the stud, therefore, it was assumed that the coefficient of unevenness of the load for a given stud is proportional to the square of the relative distance. An example of calculating the load non-uniformity coefficient for the considered design of an industrial prefabricated crystallizer is shown. A mathematical model is presented to determine the safety margin of the stud connection of the copper and steel plates of the mold, as well as the required tightening torque of the stud, which ensures the joint will not open. The calculations took into account the maximum test pressure of water and the maximum external shear force during friction of the ingot against the wall of the mold. A computer program has been created that makes it possible to analyze the reliability of the connection between the steel and copper walls of the mold of the continuous casting machine when simulating various situations, including force majeure and emergency situations.

Логиновский Олег Витальевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой информационно-аналитического обеспечения управления в социальных и экономических системах, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; loginovskiyo@mail.ru. Костылева Лилия Юрьевна, старший преподаватель кафедры информационно-аналитического обеспечения управления в социальных и экономических системах, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; kostylevali@susu.ru. Максимов Александр Александрович, д-р техн. наук, депутат, Государственная Дума Федерального Собрания Российской Федерации VIII созыва, г. Москва.Ячиков Игорь Михайлович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры информационно-измерительной техники, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; iachikovim@susu.ru, ORCID.ORG 0000-0002-1562-7506. O.V. Loginovskiy1, loginovskiiov@susu.ru, L.Yu. Kostyleva, kostylevali@susu.ru, A.A. Maksimov, I.M. Yachikov, iachikovim@susu.ru, ORCID.ORG 0000-0002-1562-7506 South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, State Duma of the Federal Assembly of the Russian Federation of the VIII convocation, Moscow, Russian Federation Биметаллы во многом являются заменителями дефицитных металлов, при этом они представляют самостоятельную группу материалов, необходимых при создании новых машин, приборов и других различных изделий. Возрастающий объем производства биметаллов и изделий из них требует повышения их эксплуатационных характеристик и, соответственно, повышения качества готовых изделий. Одной из сложных технологических задач является соединение алюминия и его сплавов со сталями различных классов, так как возникает много проблем, связанных с качеством соединения металлов с разными свойствами. Для повышения надежности и долговечности работы машин и других изделий, изготавливаемых из биметаллов, необходимо проводить непрерывный контроль их качества, и наиболее эффективными являются методы неразрушающего контроля. Довольно перспективным в плане простоты и доступности является метод активного теплового контроля, при котором исследуемое изделие подвергается импульсному тепловому воздействию посредством источника теплового нагружения. Амплитуда, форма и изменение во времени температурных сигналов служат информативными параметрами, которые позволяют оператору или автоматической системе обнаруживать те или иные дефекты и оценивать их параметры. При всей доступности импульсного теплового контроля наиболее сложным остается компонент, связанный со специализированны- ми компьютерными программами обработки экспериментальных данных и определения параметров дефекта расслоения. Целью исследования является создание компьютерной модели теплового состояния биметаллической пластины при наличии воздушного пузыря между слоями и посредством компьютерного моделирования определение размеров дефектов при активном импульсном тепловом неразрушающем контроле сталеалюминиевых пластин. Материалы и методы. При выполнении работы применялись методы математического и компьютерного моделирования. Созданное программное обеспечение с использованием средств разработки пакета MATLAB основывалось на известных методах получения приближенного решения краевой задачи на ЭВМ с применением метода конечных разностей. Результаты. Разработана математическая модель алгоритма решения краевой задачи и создана компьютерная программа, позволяющая моделировать проведение импульсного теплового контроля для определения параметров дефекта расслоения биметаллической пластины. Заключение. Установлено, что более эффективным является измерение разности температур со стороны, где располагается дефект и произведен нагрев многослойной пластины. Нагрев пластин со стороны, противоположной дефекту, и их дальнейшее охлаждение показали существенно меньшую эффективность с точки зрения получения полезного температурного сигнала. Показано, что при наличии дефекта чем больше тепловой поток нагружения и размер дефекта, тем больше величина полезного сигнала, определяемая разностью температур на измеряемой поверхности. Bimetals are in many ways substitutes for scarce metals, while they represent an independent group of materials necessary for the creation of new machines, devices and other various products. The increasing volume of production of bimetals and products made from them requires an increase in their operational characteristics and, accordingly, an increase in the quality of finished products. One of the difficult technological tasks is the connection of aluminum and its alloys with steels of various classes, since there are many problems associated with the quality of the connection of metals with different properties. To improve the reliability and durability of machines and other products made of bimetals, it is necessary to carry out continuous quality control, and the most effective methods are non-destructive testing. Quite promising in terms of simplicity and accessibility is the method of active thermal control, in which the investigated product is subjected to pulsed thermal action by means of a source of thermal loading. The amplitude, shape and time variation of temperature signals serve as informative parameters that allow an operator or an automated system to detect certain defects and evaluate their parameters. With all the availability of pulsed thermal control, the most difficult component is associated with specialized computer programs for processing experimental data and determining the parameters of a delamination defect. The aim of the study is to create a computer model of the thermal state of a bimetallic plate in the presence of an air bubble between the layers and, through computer simulation, to determine the size of defects during active pulse thermal non-destructive testing of steel-aluminum plates. Materials and methods. When performing the work, the methods of mathematical and computer modeling were used. The created software using the development tools of the MATLAB package was based on known methods for obtaining an approximate solution to a boundary value problem on a computer using the finite difference method. Results. A mathematical model has been developed, an algorithm for solving a boundary value problem, and a computer program has been created that allows simulating a pulse thermal control to determine the parameters of a delamination defect in a bimetallic plate. Conclusion. It was found that it is more efficient to measure the temperature difference from the side where the defect is located and the multilayer plate is heated. Heating the plates from the side opposite to the defect and their further cooling showed significantly lower efficiency in terms of obtaining a useful temperature signal. It is shown that in the presence of a defect, the greater the loading heat flux and the defect size, the greater the value of the useful signal determined by the temperature difference on the measured surface.

Ячиков Игорь Михайлович, д-р техн. наук, проф., проф. кафедры вычислительной техники и программирования, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск, jachikov@mail.ru. Костылева Елизавета Марковна, аспирант кафедры вычислительной техники и программирования, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск, ezaretskaya@yandex.ru. I.M. Yachikov, jachikov@mail.ru, E.M. Kostyleva, ezaretskaya@yandex.ru Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation Введение. В металлургии широкое распространение получили многоэлектродные дуговые печи с использованием трехфазного переменного тока. Наличие нескольких электрических дуг создает систему, обладающую специфическими свойствами, отсутствующими при единственной горящей дуге. Данные свойства связаны с поведением напряженности магнитного поля вблизи трех дуг, с появлением дополнительных электромагнитных сил, меняющих форму и размеры дуг, а значит, и их тепловое излучение. От геометрии дуг и силы тока зависит интенсивность электромагнитных взаимодействий, форма дуги и ее динамическое поведение, которое в свою очередь существенно влияет на тепловую работу печи. Знание характера сил, действующих на дугу, ее положения и поведения является важным при конструировании и эксплуатации печей, повышении эффективности управления и автоматизации их работы. Целью исследования является изучение поведения основных характеристик свободных электрических дуг трехфазного тока, горящих на горизонтальную поверхность, путем создания соответствующего математического, алгоритмического и программного обеспечения. Материалы и методы. При выполнении работы применялись методы вычислительной математики и теории алгоритмов. Созданное программное обеспечение с использованием средств разработки приложений MATLAB и пакета MathCAD основывалось на известных методах: численного интегрирования и поиска минимума функций многих переменных. Результаты. Рассмотрены вопросы, связанные с изучением системы трех одновременно горящих дуг. Проведен анализ поведения напряженности магнитного поля вблизи трех дуг. Исследованы электромагнитные силы, меняющие форму и размеры дуг, а следовательно, и их тепловое излучение на горизонтальную поверхность. Результаты моделирования были косвенно подтверждены экспериментальными данными, проведенными на промышленной печи. Заключение. Созданы алгоритмы и программы, позволяющие: оценивать воздействие электромагнитных полей на приборы и человека, расположенные вблизи дуговых печей; изучать поведение среднеинтегральных электромагнитных сил, действующих на электрические дуги; рассчитывать и визуализировать тепловой поток, падающий на горизонтальную поверхность, в зависимости от геометрии дуг и их параметров. На основе созданных алгоритмов может быть создано специальное программное обеспечение, встроенное в систему автоматизированного регулирования и прогнозирования тепловой работы многоэлектродных дуговых агрегатов, для повышения достоверности оценки тепловосприятия шихты и водоохлаждаемых панелей, износа футеровки печи при разных технологических режимах горения дуг. Introduction. Multi-electrode arc furnaces using three-phase alternating current are widely used in metallurgy. The presence of several electric arcs creates a system with specific properties that are absent with a single burning arc. These properties are associated with the behavior of the magnetic field near three arcs, with the appearance of additional electromagnetic forces that change the shape and size of the arcs, and hence their thermal radiation. The intensity of electromagnetic interactions, the shape of the arc and its dynamic behavior, which in turn significantly affects the thermal work of the furnace, depend on the geometry of the arcs and the current strength. Knowing the nature of the forces acting on the arc, its position and behavior is important in the design and operation of furnaces, increasing the efficiency of management and automation of their work. The aim of the research is to study the behavior of the main characteristics of free electric arcs of a three-phase current burning on a horizontal surface, by creating the appropriate mathematical, algorithmic and software. Materials and methods. When performing the work, methods of computational mathematics and theory of algorithms were used. The created software using the Matlab application development tools and the MathCAD package was based on well-known methods: numerical integration and finding the minimum functions of many variables. Results. Issues related to the study of a system of three simultaneously burning arcs are considered. The analysis of the behavior of the magnetic field near three arcs is carried out. The electromagnetic forces that change the shape and size of arcs, and therefore their thermal radiation on a horizontal surface have been investigated. The simulation results were indirectly confirmed by experimental data conducted on an industrial furnace. Conclusion. Algorithms and programs have been created that allow to: evaluate the effect of electromagnetic fields on devices and humans located near arc furnaces; to study the behavior of the average integral electromagnetic forces acting on electric arcs; calculate and visualize the heat flux incident on a horizontal surface, depending on the geometry of the arcs and their parameters. Based on the created algorithms, special software can be created that is built into the system of automated regulation and prediction of the thermal operation of multi-electrode arc units to increase the reliability of evaluating the heat perception of a charge and water-cooled panels, wear of the furnace lining under different technological modes of arc burning.

Ячиков Игорь Михайлович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры вычислительной техники и программирования, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск; jachikov@mail.ru. Ширяев Владимир Иванович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой систем автоматического управления, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; shiriaevvi@susu.ru. I.M. Yachikov1, jachikov@mail.ru, V.I. Shiryaev2, shiriaevvi@susu.ru 1Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation 2South Ural state University, Chelyabinsk, Russian Federation Введение. Существуют различные практические способы реализации магнитной левитации как метода удержания или подъема объекта с помощью одного только магнитного поля. В работе рассматривается следующий принцип создания равновесия тела. Небольшой цилиндрический неодимовый магнит удерживается при электромагнитном взаимодействии с пульсирующим током, протекающим через катушку. Для возникновения парящего эффекта при приближении магнита к катушке ток через нее отключается электронным ключом, срабатывающим от цифрового датчика Холла, расположенного на оси катушки. Вызывает практический интерес разработка простых рекомендаций, позволяющих прогнозировать факт удержания тела при данной конструкции катушки, токе через нее, размерах и свойствах постоянного магнита. Мало инженерных методик, позволяющих определять положение тела, его устойчивость и характер движения во взвешенном состоянии. Целью исследования является теоретическое и экспериментальное исследование динамических параметров постоянного магнита при его удержании в импульсном магнитном поле и создание упрощенной расчетно-экспериментальной методики для определения характеристик поведения тела во взвешенном состоянии. Материалы и методы. При выполнении работы применялись методы математического и компьютерного моделирования, а также экспериментального исследования. Созданное программное обеспечение с использованием средств разработки пакета Mathcad основывалось на известных методах численного интегрирования системы дифференциальных уравнений. Результаты. Предложена упрощенная расчетно-экспериментальная методика по определению магнитных моментов для постоянного цилиндрического магнита и катушки с током, а также примерного значения координаты положения тела во взвешенном состоянии. Разработана математическая модель одномерного движения магнита под действием силы тяжести и электромагнитной силы взаимодействия с импульсным магнитным полем при известном расстоянии, на котором происходит выключение тока. Заключение. Экспериментально и посредством компьютерного моделирования установлено, что чем выше частота пульсаций, тем при удержании тела наблюдается его меньшая амплитуда пульсаций и устанавливается более устойчивое равновесие. Частота пульсаций уменьшается с увеличением массы постоянного магнита, причем есть критическая масса, которая уже не удерживается в электромагнитном поле. При увеличении напряжения, подаваемого на коммутатор катушки, возрастает частота пульсаций тела и потребляемая электрическая мощность, при этом коэффициент заполнения импульсов тока снижается. Introduction. There are various practical ways to implement magnetic levitation as a method of holding or lifting an object using a magnetic field alone. The following principle of creating the balance of the body is considered in the work. A small cylindrical neodymium magnet is held during electromagnetic interaction with a pulsating current flowing through the coil. For a soaring effect to occur when the magnet approaches the coil, the current through it is switched off by an electronic key that is activated by a digital Hall sensor located on the axis of the coil. Of practical interest is the development of simple recommendations to predict the fact of body retention with a given coil design, current through it, dimensions and properties of a permanent magnet. There are few engineering techniques to determine the position of the body, its stability and the nature of movement in suspension. The aim of the study is a theoretical and experimental study of the dynamic parameters of a permanent magnet when it is held in a pulsed magnetic field and the creation of a simplified computational- experimental technique for determining the characteristics of the body in suspension. Materials and methods. When performing the work, methods of mathematical and computer modeling were used, as well as experimental studies. The created software using the development tools of the Mathcad package was based on well-known methods: numerical integration of a system of differential equations. Results. A simplified computational and experimental technique is proposed for determining magnetic moments for a permanent cylindrical magnet and coil with current, as well as an approximate value of the coordinate of the position of the body in suspension. A mathematical model of the onedimensional motion of a magnet under the influence of gravity and electromagnetic forces of interaction with a pulsed magnetic field at a known distance at which the current is turned off is developed. Conclusion. It was established experimentally and through computer simulation that the higher the frequency of the pulsations, the more rigid the pulsation amplitude is observed when the body is held and a more stable equilibrium is established. The ripple frequency decreases with increasing mass of the permanent magnet, and there is a critical mass that is no longer held in the electromagnetic field. As the voltage supplied to the coil switch increases, the frequency of the pulsations of the body and the consumed electric power increase, while the duty cycle of the current pulses decreases.

Ячиков Игорь Михайлович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры вычислительной техники и программирования, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова; jachikov@mail.ru. Ларина Татьяна Петровна, старший преподаватель кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова; tp_larina@mail.ru. Храмшина Екатерина Александровна, научный сотрудник кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова; me_to_you27@mail.ru. I.M. Yachikov, jachikov@mail.ru, Т.P. Larina, tp_larina@mail.ru, E.A. Khramshina, me_to_you27@mail.ru Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation На мощных печных трансформаторах ПАО «ММК» установлены системы непрерывного контроля их технического состояния. Существующей системой диагностики с использованием электрического метода измеряются кажущийся заряд и интенсивность частичных разрядов PDI. Существует задача создания экспертной системы по принятию решений, дающей возможность определить появление дефекта изоляции, оценить уровень его опасности для дальнейшей эксплуатации трансформатора. Совокупность диагностических переменных предлагается свести к одному обобщенному детерминированному параметру, определяющему количественное и качественное состояние изоляции. Для этого используется математический аппарат, разработанный на основе синтеза нечетких лингвистических переменных и количественных характеристик двух измеряемых параметров диагностируемого печного трансформатора. Достоверность и удобство предложенного метода подтверждается соответствующими расчетными результатами на основе данных, снятых с промышленной системы on-line мониторинга, демонстрирующими адекватное поведение модели применительно к печным трансформаторам. Powerful transformers at PJSC Magnitogorsk Iron and Steel Works are equipped with continuous condition monitoring systems. Available diagnostic system uses the electric method to measure an apparent discharge and a partial discharge intensity (PDI).There is a challenge to develop a decision-making system that could detect an insulation defect and estimate its severity for further transformer operation. We propose to reduce the total of diagnostic variables to a common generalized deterministic parameter reflecting numerical and quality status of the insulation. For this purpose, we use the mathematical apparatus built upon composition of fuzzy linguistic variables and metric values of two measurable parameters of the diagnosable furnace transformer. Reliability and convenience of the proposed method are proven by corresponding calculation results based on data supplied by the industrial on-line monitoring system. These results demonstrate an adequate model behavior with regard to furnace transformers.

Ячиков Игорь Михайлович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры вычислительной техники и программирования, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск; jachikov@mail.ru, ORCID.ORG 0000-0002-1562-7506. Радионов Андрей Александрович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры мехатроники и автоматизации, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; radionovaa@ rambler.ru. Карандаев Александр Сергеевич, д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник кафедры мехатроники и автоматизации, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; karandaevas@susu.ru, ORCID.ORG 0000-0002-2671-0241. Карандаева Ольга Ивановна, канд. техн. наук, младший научный сотрудник кафедры мехатроники и автоматизации, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; oikaran@mail.ru. I.M. Yachikov1, jachikov@mail.ru, A.A. Radionov2, radionovaa@rambler.ru, A.S. Karandayev2, karandaevas@susu.ru, O.I. Karandayeva2, oikaran@mail.ru 1 Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation, 2 South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation Одним из основных элементов дуговых печей постоянного тока является подовый электрод, расположенный на оси подины и позволяющий подводить электрический ток к шихте или к жидкому металлу. Используются также конструкции печей, в которых для повышения эффективности перемешивания расплава в подине устанавливаются два подовых электрода, смещенных от ее оси. При своей работе подовые электроды охлаждаются водой. Одним из существенных недостатков дуговых печей постоянного тока является опасность взрыва при контакте расплавленного металла с водой при аварийной ситуации ухода металла через подину. В качестве альтернативы водяному охлаждению электрода стержневого типа предлагается принудительное охлаждение электрода с размещением на его медной части воздушного радиатора в виде оребренной поверхности. Рассмотрены варианты конструктивных исполнений, когда для охлаждения подового электрода используются кольцевые ребра, прямые ребра и ребра охлаждения в виде шипов. При этом поперечное сечение ребер может иметь различные профили: прямоугольный, трапециевидный, гиперболический, треугольный и т. п. Посредством компьютерного моделирования для каждого из исследуемых радиаторов получены распределение температуры по высоте ребра, тепловая мощность, отводимая ребром (или шипом), коэффициент эффективности ребра и его масса в зависимости от его геометрии. В результате анализа подтверждена принципиальная возможность изменения конструкции подового электрода стержневого типа путем перехода с водяного на воздушное охлаждение, прежде всего для дуговых печей постоянного тока емкостью до 10 т. В результате сравнения радиаторов воздушного охлаждения разных конструкций показано, что с точки зрения эффективности отвода тепла и материалоемкости, преимуществом обладают теплообменники, имеющие ребра охлаждения в виде шипов и кольцевых ребер. Bottom electrode is a basic component of a DC arc furnace; located on the bottom axis, it supplies electric current to the charge or to the liquid metal. Some designs feature dual bottom electrodes displaced from the bottom axis to improve the efficiency of mixing the melt at the bottom. Bottom electrodes are water-cooled. One of the significant drawbacks of DC arc furnaces is the risk of explosions that may be caused by the interaction of molten metal and water in case of emergency, when metal exits the furnace via the bottom. An alternative option for rod electrodes consists in forced electrode cooling by placing an air-cooled heat exchanger on the copper portion of the electrode; such heat exchanger is a finned surface. The paper dwells upon such designs where bottom electrodes are cooled by ring fins, straight fins, or pin fins. The fin cross-section may be of different profiles: rectangular, trapezoid, hyperbolic, triangular, etc. Computer simulation for each heatexchanger type has produced temperature distribution over the fin vertical, thermal power dissipated by the fin (or pin), fin efficiency and mass as a function of its geometry. Analysis confirms the possibility of altering the design of rod electrodes by switching from water-based cooling to air cooling, which is especially applicable to DC arc furnaces under 10 tons. Comparison of different air-cooled heat-exchanger designs that pin fins and ring fins are advantageous in terms of heat dissipation and material intensity.

Корнилов Геннадий Петрович, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой электроснабжения промышленных предприятий, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск; korn_mgn@mail.ru. Николаев Александр Аркадьевич, канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой автоматизированного электропривода и мехатроники, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск; alexniko@inbox.ru. Ячиков Игорь Михайлович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры вычислительной техники и программирования, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск; jachikov@mail.ru. Карандаев Александр Сергеевич – д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник НИС кафедры мехатроники и автоматизации, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; karandaevas@susu.ru. Якимов Иван Александрович, соискатель кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск; yakimov_ivan@mail.ru. G.P. Kornilov1, korn_mgn@mail.ru, A.A. Nikolaev1, alexniko@inbox.ru, I.M. Yachikov1, jachikov@mail.ru, A.S. Karandaev2, karandaevas@susu.ru, I.A. Yakimov1, yakimov_ivan@mail.ru 1 Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation, 2 South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation Рассматриваются вопросы повышения эффективности сверхмощных дуговых сталеплавильных печей. Отмечены особенности эксплуатационных режимов печей рабочим объемом 180 т (ДСП-180), представлен график изменения потребляемой активной мощности. Приведена функциональная схема и рассмотрен принцип действия двухканальной системы управления электрическим режимом ArCOS. Отмечены недостатки, связанные с регулированием импеданса вторичного контура и низким быстродействием системы. Рассмотрены стадии технологического процесса и типовые диаграммы переключения регулируемых параметров. Отмечена перспективность разработки трехканальной системы управления электротехнологическим режимом ДСП с автоматическим регулированием напряжения трансформатора, индуктивного сопротивления реактора и импеданса вторичного контура. Поставлена задача реализации данного принципа на действующем силовом электрооборудовании с использованием алгоритмов системы ArCOS. На основе анализа графиков активной мощности определены индуктивные сопротивления реактора для конкретных значений тока дуги при фиксированном вторичном напряжении. Предложен алгоритм расчета оптимальных соотношений вторичного напряжения трансформатора и индуктивного сопротивления реактора. С его использованием определены номера ступеней трансформатора и реактора, которые обеспечивают поддержание фиксированных значений потребляемой активной мощности. Данные соотношения рекомендованы для использования при разработке оптимальных электрических режимов ДСП-180. В качестве перспективного направления определена разработка системы управления электротехнологическим режимом ДСП с бесконтактным регулированием вторичного напряжения трансформатора и индуктивного сопротивления реактора. The paper considers the issues of improving performance of ultra-high power arc steel-making furnaces. It highlights special aspects of 180 t furnace (DSP-180) operation modes and provides a curve of varying active power consumption. It offers a flowchart and operation principle of the ArCOS two-channel power mode control system as well. Its drawbacks mentioned in this paper include the need for regulation of the secondary circuit impedance and a slow system response. Process stages and standard diagrams of controlled parameter changeover are under consideration. A three-channel system may efficiently regulate the process power mode of arch steel-making furnace with automated control of transformer voltage, reactor inductance and secondary circuit impedance. The authors set a challenge to implement this principle at operated electric equipment with the aid of the ArCOS algorithms. Analysis of active power curves helped determining reactor inductances for a certain arch current values at the specified secondary voltage. The authors also propose the formula to calculate the best ratios of transformer secondary voltage and reactor inductance. It enabled determining numbers of transformer and reactor stages that maintain the specified active power consumption. These ratios are recommended for development of the best DSP-180's power modes. Development of power mode control of arc steel-making furnaces with non-contact regulation of transformer voltage and reactor inductance is a promising trend. Работа выполняется в рамках гранта МД-979.2017.8.