Особенности применения индукционного нагрева на станах горячей прокатки электротехнической стали
Ключевые слова:
индукционный нагрев, компьютерное моделирование, горячая прокатка электротехнической стали, прокатный стан, вычислительный эксперимент, цифровой двойник
Аннотация
Индукционные нагреватели на станах горячей прокатки стали могут наиболее эффективно использоваться в комбинации с газовыми печами. Такой подход является экономически выгодным, снижающим стоимость нагрева металла при существенном уменьшении окалинообразования и обезуглероживании, улучшении условий обслуживания газовых печей и сокращении углеродных выбросов. В то же время индукционные нагреватели зарекомендовали себя как эффективные безынерционные регуляторы температуры в традиционных линиях горячей прокатки стали, обеспечивающие повышение качества проката и создающие предпосылки для разработки новых технологий получения на этих станах проката электротехнической стали. Сформулированные ранее три задачи подогрева полосы подката перед чистовыми клетями (подъем средней температуры, подогрев кромок, ликвидация температурного перепада по длине полос) решаются использованием различных типов индукторов при соответствующем размещении их на стане для обеспечения максимального качества проката при минимальных затратах на реконструкцию стана. При реализации комплекса работ по модернизации прокатного стана необходимо использование цифровых двойников индукционных нагревателей при их проектировании, управлении, эксплуатации и встраивании в общую систему управления станом.
Литература
1. The International Energy Agency [Электрон. ресурс], URL: https://www.iea.org/ (дата обращения 11.10.2024).
2. Ross N.V. A System for Induction Heating of Large Steel Slabs. – IEEE Transactions on Industry and General Applications, 1970, vol.6, pp. 449–454, DOI: 10.1109/TIGA.1970.4181214.
3. Ross N.V. Megawatt Induction Heating for Rolling, Forging and Extrusion. – World Electrotechnical Congress (WELC), 1977, 65.
4. Бааке Э., Йорн У., Мюльбауэр А. Энергопотребление и эмиссия СО2 при промышленном технологическом нагреве. Essen: Vulkan, 1997, 173 c.
5. Chen D.M. et al. Fuel Gas Operation Management Practices for Reheating Furnace in Iron and Steel Industry. – Advances in Production Engineering & Management, 2020, vol. 15 (2), pp. 179–191, DOI: 10.14743/apem2020.2.357.
6. Lu B. et al. A Novelty Data Mining Approach for Multi-Influence Factors on Billet Gas Consumption in Reheating Furnace. – Case Studies in Thermal Engineering, 2021, vol. 26, DOI: 10.1016/j.csite.2021.101080.
7. Ke H.L. et al. Research and Application of Slab Heating Curve in Reheating Furnace. – Metal Industry Automation, 2014, vol. 38 (3), pp. 50–55.
8. Schmitz N. et al. Towards CO2-Neutral Process Heat Generation for Continuous Reheating Furnaces in Steel Hot Rolling Mills – A Case Study. – Energy, 2021, vol. 224, DOI: 10.1016/j.energy.2021.120155.
9. Hu R., Zhang Q. Study of a Low-Carbon Production Strategy in the Metallurgical Industry in China. – Energy, 2015, vol. 90, pp. 1456–1467, DOI: 10.1016/j.energy.2021.120155.
10. Демидович В.Б., Иванов В.Н., Червинский В.И. Актуальные энергосберегающие технологии индукционного нагрева в металлургии. – Металлургические процессы и оборудование, 2008, № 4, c. 5–12.
11. Baake E. Future Potentials and Challenges for Decarbonization of Industrial Heating Processes Using Electrotechnologies. – International Conference on Heating by Electromagnetic Sources (HES-23), Padua (Italia), 2023.
12. Baake E. Energy Efficient Use of Electricity in Metallurgical Processes. – XXIV International UIE Congress on Electricity Applications in Modern World (EAMW´08), Kraków (Poland), 2008.
13. Демидович В.Б. Бестигельная плавка титана в переменном электромагнитном поле. – Электричество, 2023, № 10, с. 57–63.
14. Демидович В.Б., Чмиленко Ф.В. Компьютерное моделирование устройств индукционного нагрева. СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013, 160 с.
15. Кононов А.А., Матвеев М.А. Формирование структуры при горячей прокатке электротехнической анизотропной стали. – Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки, 2018, т. 24, № 1, с. 104–112.
16. Передовые производственные технологии: возможности для России. Экспертно-аналитический доклад / под ред. А.И. Боровкова. СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2020, 436 с.
17. Rudskoy A.I., Kolbasnikov N.G. Digital Twins of Processes of Thermomechanical Treatment of Steel. – Metal Science and Heat Treatment, 2020, vol 62, pp. 3–10, DOI: 10.1007/s11041-020-00505-4.
18. Negri E., Fumagalli L, Macchi M. A Review of the Roles of DT in CPS-Based Production Systems. – Procedia Manufacturing, 2017, vol. 11, pp. 939–948, DOI: 10.1016/j.promfg.2017.07.198.
19. Бутырин П.А., Алпатов М.Е. Цифровизация и аналитика в электротехнике. Цифровые двойники трансформаторов. – Электричество, 2021, № 10, с. 4–10.
20. Демидович В.Б. Цифровые двойники процессов индукционного нагрева в металлургической промышленности. – Электричество, 2023, № 4, с. 55–60.
#
1. The International Energy Agency [Electron. resource], URL: https://www.iea.org/ (Date of appeal 11.10.2024).
2. Ross N.V. A System for Induction Heating of Large Steel Slabs. – IEEE Transactions on Industry and General Applications, 1970, vol.6, pp. 449–454, DOI: 10.1109/TIGA.1970.4181214.
3. Ross N.V. Megawatt Induction Heating for Rolling, Forging and Extrusion. – World Electrotechnical Congress (WELC), 1977, 65.
4. Baake E., Yorn U., Myul’bauer А. Energopotreblenie i emissiya СО2 pri promyshlennom tekhnologicheskom nagreve (Energy Con-sumption and CO2 Emissions from Industrial Process Heating). Essen: Vulkan, 1997, 173 p.
5. Chen D.M. et al. Fuel Gas Operation Management Practices for Reheating Furnace in Iron and Steel Industry. – Advances in Production Engineering & Management, 2020, vol. 15 (2), pp. 179–191, DOI: 10.14743/apem2020.2.357.
6. Lu B. et al. A Novelty Data Mining Approach for Multi-Influence Factors on Billet Gas Consumption in Reheating Furnace. – Case Studies in Thermal Engineering, 2021, vol. 26, DOI: 10.1016/j.csite.2021.101080.
7. Ke H.L. et al. Research and Application of Slab Heating Curve in Reheating Furnace. – Metal Industry Automation, 2014, vol. 38 (3), pp. 50–55.
8. Schmitz N. et al. Towards CO2-Neutral Process Heat Generation for Continuous Reheating Furnaces in Steel Hot Rolling Mills – A Case Study. – Energy, 2021, vol. 224, DOI: 10.1016/j.energy.2021.120155.
9. Hu R., Zhang Q. Study of a Low-Carbon Production Strategy in the Metallurgical Industry in China. – Energy, 2015, vol. 90, pp. 1456–1467, DOI: 10.1016/j.energy.2021.120155.
10. Demidovich V.B., Ivanov V.N., Chervinskiy V.I. Metallurgi-cheskie protsessy i oborudovanie – in Russ. (Metallurgical Processes and Equipment), 2008, No. 4, pp. 5–12.
11. Baake E. Future Potentials and Challenges for Decarbonization of Industrial Heating Processes Using Electrotechnologies. – Inter-national Conference on Heating by Electromagnetic Sources (HES-23), Padua (Italia), 2023.
12. Baake E. Energy Efficient Use of Electricity in Metallurgical Processes. – XXIV International UIE Congress on Electricity Applications in Modern World (EAMW´08), Kraków (Poland), 2008.
13. Demidovich V.B. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 10, pp. 57–63.
14. Demidovich V.B., Chmilenko F.V. Komp'yuternoe modelirovanie ustroystv induktsionnogo nagreva (Computer Simulation of Induction Heating Devices). SPb: Izd-vo SPbGETU «LETI», 2013, 160 p.
15. Kononov A.A., Matveev M.A. Nauchno-tehnicheskie vedomosti SPbPU. Estestvennye i inzhenernye nauki – in Russ. (Scientific and Technical Bulletins of SPbPU. Natural and Engineering Sciences), 2018, vol. 24, No. 1, pp. 104–112.
16. Peredovye proizvodstvennye tehnologii: vozmozhnosti dlya Rossii. Ekspertno-analiticheskiy doklad (Advanced Manufacturing Technologies: Opportunities for Russia. Expert Analytical Report) / Ed. by A.I. Borovkov. SPb.: POLITEKH-PRESS, 2020, 436 p.
17. Rudskoy A.I., Kolbasnikov N.G. Digital Twins of Processes of Thermomechanical Treatment of Steel. – Metal Science and Heat Treatment, 2020, vol 62, pp. 3–10, DOI: 10.1007/s11041-020-00505-4.
18. Negri E., Fumagalli L, Macchi M. A Review of the Roles of DT in CPS-Based Production Systems. – Procedia Manufacturing, 2017, vol. 11, pp. 939–948, DOI: 10.1016/j.promfg.2017.07.198.
19. Butyrin P.A., Alpatov M.E. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 10, pp. 4–10.
20. Demidovich V.B. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 4, pp. 55–60
2. Ross N.V. A System for Induction Heating of Large Steel Slabs. – IEEE Transactions on Industry and General Applications, 1970, vol.6, pp. 449–454, DOI: 10.1109/TIGA.1970.4181214.
3. Ross N.V. Megawatt Induction Heating for Rolling, Forging and Extrusion. – World Electrotechnical Congress (WELC), 1977, 65.
4. Бааке Э., Йорн У., Мюльбауэр А. Энергопотребление и эмиссия СО2 при промышленном технологическом нагреве. Essen: Vulkan, 1997, 173 c.
5. Chen D.M. et al. Fuel Gas Operation Management Practices for Reheating Furnace in Iron and Steel Industry. – Advances in Production Engineering & Management, 2020, vol. 15 (2), pp. 179–191, DOI: 10.14743/apem2020.2.357.
6. Lu B. et al. A Novelty Data Mining Approach for Multi-Influence Factors on Billet Gas Consumption in Reheating Furnace. – Case Studies in Thermal Engineering, 2021, vol. 26, DOI: 10.1016/j.csite.2021.101080.
7. Ke H.L. et al. Research and Application of Slab Heating Curve in Reheating Furnace. – Metal Industry Automation, 2014, vol. 38 (3), pp. 50–55.
8. Schmitz N. et al. Towards CO2-Neutral Process Heat Generation for Continuous Reheating Furnaces in Steel Hot Rolling Mills – A Case Study. – Energy, 2021, vol. 224, DOI: 10.1016/j.energy.2021.120155.
9. Hu R., Zhang Q. Study of a Low-Carbon Production Strategy in the Metallurgical Industry in China. – Energy, 2015, vol. 90, pp. 1456–1467, DOI: 10.1016/j.energy.2021.120155.
10. Демидович В.Б., Иванов В.Н., Червинский В.И. Актуальные энергосберегающие технологии индукционного нагрева в металлургии. – Металлургические процессы и оборудование, 2008, № 4, c. 5–12.
11. Baake E. Future Potentials and Challenges for Decarbonization of Industrial Heating Processes Using Electrotechnologies. – International Conference on Heating by Electromagnetic Sources (HES-23), Padua (Italia), 2023.
12. Baake E. Energy Efficient Use of Electricity in Metallurgical Processes. – XXIV International UIE Congress on Electricity Applications in Modern World (EAMW´08), Kraków (Poland), 2008.
13. Демидович В.Б. Бестигельная плавка титана в переменном электромагнитном поле. – Электричество, 2023, № 10, с. 57–63.
14. Демидович В.Б., Чмиленко Ф.В. Компьютерное моделирование устройств индукционного нагрева. СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013, 160 с.
15. Кононов А.А., Матвеев М.А. Формирование структуры при горячей прокатке электротехнической анизотропной стали. – Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки, 2018, т. 24, № 1, с. 104–112.
16. Передовые производственные технологии: возможности для России. Экспертно-аналитический доклад / под ред. А.И. Боровкова. СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2020, 436 с.
17. Rudskoy A.I., Kolbasnikov N.G. Digital Twins of Processes of Thermomechanical Treatment of Steel. – Metal Science and Heat Treatment, 2020, vol 62, pp. 3–10, DOI: 10.1007/s11041-020-00505-4.
18. Negri E., Fumagalli L, Macchi M. A Review of the Roles of DT in CPS-Based Production Systems. – Procedia Manufacturing, 2017, vol. 11, pp. 939–948, DOI: 10.1016/j.promfg.2017.07.198.
19. Бутырин П.А., Алпатов М.Е. Цифровизация и аналитика в электротехнике. Цифровые двойники трансформаторов. – Электричество, 2021, № 10, с. 4–10.
20. Демидович В.Б. Цифровые двойники процессов индукционного нагрева в металлургической промышленности. – Электричество, 2023, № 4, с. 55–60.
#
1. The International Energy Agency [Electron. resource], URL: https://www.iea.org/ (Date of appeal 11.10.2024).
2. Ross N.V. A System for Induction Heating of Large Steel Slabs. – IEEE Transactions on Industry and General Applications, 1970, vol.6, pp. 449–454, DOI: 10.1109/TIGA.1970.4181214.
3. Ross N.V. Megawatt Induction Heating for Rolling, Forging and Extrusion. – World Electrotechnical Congress (WELC), 1977, 65.
4. Baake E., Yorn U., Myul’bauer А. Energopotreblenie i emissiya СО2 pri promyshlennom tekhnologicheskom nagreve (Energy Con-sumption and CO2 Emissions from Industrial Process Heating). Essen: Vulkan, 1997, 173 p.
5. Chen D.M. et al. Fuel Gas Operation Management Practices for Reheating Furnace in Iron and Steel Industry. – Advances in Production Engineering & Management, 2020, vol. 15 (2), pp. 179–191, DOI: 10.14743/apem2020.2.357.
6. Lu B. et al. A Novelty Data Mining Approach for Multi-Influence Factors on Billet Gas Consumption in Reheating Furnace. – Case Studies in Thermal Engineering, 2021, vol. 26, DOI: 10.1016/j.csite.2021.101080.
7. Ke H.L. et al. Research and Application of Slab Heating Curve in Reheating Furnace. – Metal Industry Automation, 2014, vol. 38 (3), pp. 50–55.
8. Schmitz N. et al. Towards CO2-Neutral Process Heat Generation for Continuous Reheating Furnaces in Steel Hot Rolling Mills – A Case Study. – Energy, 2021, vol. 224, DOI: 10.1016/j.energy.2021.120155.
9. Hu R., Zhang Q. Study of a Low-Carbon Production Strategy in the Metallurgical Industry in China. – Energy, 2015, vol. 90, pp. 1456–1467, DOI: 10.1016/j.energy.2021.120155.
10. Demidovich V.B., Ivanov V.N., Chervinskiy V.I. Metallurgi-cheskie protsessy i oborudovanie – in Russ. (Metallurgical Processes and Equipment), 2008, No. 4, pp. 5–12.
11. Baake E. Future Potentials and Challenges for Decarbonization of Industrial Heating Processes Using Electrotechnologies. – Inter-national Conference on Heating by Electromagnetic Sources (HES-23), Padua (Italia), 2023.
12. Baake E. Energy Efficient Use of Electricity in Metallurgical Processes. – XXIV International UIE Congress on Electricity Applications in Modern World (EAMW´08), Kraków (Poland), 2008.
13. Demidovich V.B. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 10, pp. 57–63.
14. Demidovich V.B., Chmilenko F.V. Komp'yuternoe modelirovanie ustroystv induktsionnogo nagreva (Computer Simulation of Induction Heating Devices). SPb: Izd-vo SPbGETU «LETI», 2013, 160 p.
15. Kononov A.A., Matveev M.A. Nauchno-tehnicheskie vedomosti SPbPU. Estestvennye i inzhenernye nauki – in Russ. (Scientific and Technical Bulletins of SPbPU. Natural and Engineering Sciences), 2018, vol. 24, No. 1, pp. 104–112.
16. Peredovye proizvodstvennye tehnologii: vozmozhnosti dlya Rossii. Ekspertno-analiticheskiy doklad (Advanced Manufacturing Technologies: Opportunities for Russia. Expert Analytical Report) / Ed. by A.I. Borovkov. SPb.: POLITEKH-PRESS, 2020, 436 p.
17. Rudskoy A.I., Kolbasnikov N.G. Digital Twins of Processes of Thermomechanical Treatment of Steel. – Metal Science and Heat Treatment, 2020, vol 62, pp. 3–10, DOI: 10.1007/s11041-020-00505-4.
18. Negri E., Fumagalli L, Macchi M. A Review of the Roles of DT in CPS-Based Production Systems. – Procedia Manufacturing, 2017, vol. 11, pp. 939–948, DOI: 10.1016/j.promfg.2017.07.198.
19. Butyrin P.A., Alpatov M.E. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 10, pp. 4–10.
20. Demidovich V.B. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 4, pp. 55–60
