بخشی از مقاله
چکیده
استحکام فشاري سرد - - CCS یکی از پارامترهاي کنترلی حین تولید گندله میباشد و لازم است که به منظورکنترل مناسب فرآ یند به دقت پایش شود. در این تحقیق به منظور توسعه استراتژي کنترل فرآیند گندلهسازي، مدل شبکه عصبی براي پیشبینی CCS گندلهها در مقابل چهارده متغیر ورودي شامل سرعت خوراكدهی گندله خام، ارتفاع بستر گندلهها، دماي پخت، دماي مسیر، رطوبت، فشار، لجن، هماتیت، مگنتیت، فید ورودي، Al2O3, MgO ,FeO و بازیسیته در گندله پخته به کار برده شده است. مشاهده شد که متغیرهاي هماتیت، FeO، دماي پخت و بازیسته در گندله پخته بیشترین حساسیت را روي CCS دارند. شبکه عصبی پیش خور با تکنیک Gradient descent براي پیشبینی CCS به کار برده شده است.
مقدمه
در کوره بلند و یا شافتی بار باید نفوذپذیري لازم را داشته باشد تا گاز به طور یکنواخت و با سرعت بالایی خارج شود. کنسانتره سنگ آهن تولید شده به شکل پودر مناسب نمیباشد زیرا در جاهاي خالی فشرده شده و راههاي نفوذ را میبندد و بستر غیرقابل نفوذ ایجاد میکند. همچنین ذرات سنگ آهن همراه با گاز خروجی به صورت غبار خارج میشوند. بنابراین پودر کنسانتره سنگ آهن باید به ذرات بزرگتري آگلومره شود تا نفوذپذیري بستر بار کوره و سرعت احیاء افزایش و مواد خروجی از کوره به شکل غبار کاهش یابد. معمولترین روش آگلومره کردن گندلهسازي است که شامل تولید گلوله هاي خام از پودر کنسانتره سنگ آهن و حرارت دادن در دماهاي بالا براي سخت کردن و دستیابی به خواص مطلوب میباشد
استحکام فشاري سرد، CCS به عنوان یکی از معیارهاي اصلی محک گندله براي فرآیندهاي متالورژیکی در کوره بلند است. گندلههاي با CCS پایین نمیتوانند وزن بار کوره بلند را تحمل کنند. نتایج نشان میدهد که افزایش تولید ذرات ریز باعث کاهش نفوذپذیري و استحکام فشاري بالا باعث رفتار بهتر گندله در کوره میشود. بهبود CCS گندله، تولید ذرات ریز غبار را در حین احیا کاهش و به افزایش تولید واحدهاي تولید آهن کمک میکند.
تلاشهاي زیادي براي مدل کردن فرآیند گندلهسازي به منظور پیشبینی کیفیت گندله انجام شده است
پیچیدگی انتقال حرارت و انتقال جرم در کنار واکنشهاي گاز جامد و جامد جامد و فرآیند سوختن همگی مدل کردن گندلهسازي را بسیار سخت میکند. باترهان - 1986 - فرمولاسیونی را بیان نمود که استحکام فشاري را با استفاده از مدل هسته کاهنده پیشبینی مینمود. وي رابطه بین انقباض و استحکام را نیز استخراج نمود .[4] مکانیزمهاي پیچیده و زیادي براي ایجاد استحکام بدست آمده است ولی در هیچ یک از آنها از روش عددي استفاده نشده است
براي مدل کردن این سیستمهاي پیچیده شبکه عصبی یک تکنیک مناسب میباشد. شبکه عصبی این قابلیت را دارد تا روابط غیرخطی و پیچیده بین پارامترهاي ورودي و خروجی فرآیند را بدست آورد. شبکه عصبی یک روش محاسباتی بوده و نیازي به دانش قبلی از فرآیند مدلسازي ندارد. با استفاده از از شبکه عصبی سیستمهاي متالورژیکی مختلفی به طور موفقیتآمیزي مدلسازي شدهاند .[5] در این پژوهش ارتباط بین CCS و چهارده متغیر فرآیندي براي پیشبینی CCS با استفاده از شبکه عصبی بررسی و یک مدل پیشبینی کننده ارائه شده است. براي آموزش و آزمایش مدل دادههاي زیادي از یک کارخانه گندلهسازي در شرکت سنگ معدن گلگهرگرفته شد.
روش تحقیق
در این تحقیق از شبکههاي عصبی که بسیار توانا در مدلسازي روابط غیر خطی و پیچیده میباشند، استفاده گردیده است. ابتدا ارتباط بین متغیرهاي ورودي و CCS بررسی گردید و مشخص شد که یک رابطه غیرخطی بین آنها وجود دارد، لذا استفاده از مدلهاي خطی - Stepwise, Best subset - به دلیل همبستگی خطی بسیار پایین مناسب نمیباشند. متغیرهاي مدل براساس تجارب تیم کارشناسان خبره عملیاتی انجام شده و به منظور مدلسازي، دادههاي عملیاتی 154 روز کارخانه گندلهسازي جمعآوري شد. بعد از حذف دادههاي پرت و توجه به دادههایی که در حالت پایدار عملیاتی بدست آمده بودند 159 داده براي آموزش و آزمایش شبکه انتخاب شد. 70 درصد دادهها براي آموزش و 30 درصد براي آزمایش اصلی به کار برده شد.
فرآیند گندله سازي
تولید گندله اکسیدي سنگ آهن از ذرات ریز سنگ آهن شامل عملیات مختلفی مثل خشک کردن براي حذف رطوبت و آسیاب کردن به منظور دستیابی به دانهبندي مناسب است. بعد از مخلوط کردن ذرات پودر شده سنگ آهن با دیگر مواد افزودنی مثل آهک، لجن و دوغاب سنگ آهن، گندلههاي خام با استفاده از دیسکهاي گندلهساز تولید میشوند. گندلههاي خام در کوره - Indurating Machine - به منظور دستیابی به خواص فیزیکی، مکانیکی و متالورژیکی مناسب براي خوراكدهی به واحدهاي تولید آهن، پخته میشوند.
کنترل و عملیات کوره داراي بحثهاي زیادي است زیرا اندازهگیري و کنترل در این واحد بسیار سخت و همراه با مشکلات است. فرآیند در کوره داراي سه مرحله اصلی است: - 1 خشک کردن گندله خام - 2 پخت و زینتر کردن در دماي 1250 تا 1300 درجه سانتیگراد - 3 سرد کردن گندلههاي پخته قبل از تخلیه روي نوار نقاله و انتقال به استک پایل. گندله ها در طول کوره به وسیله پنجرههاي آهنی به اسم گریت که اجازه عبور هوا را میدهد انتقال داده میشوند.
این گریتها با 5 سانتیمتر از گندله پخته به عنوان لایه محافظ بارگیري شده و سپس به ارتفاع 50 سانتیمتر از گندله خام پر میشود. شکل1 فلوشیت سادهاي از جریان مواد در کوره را نشان می دهد. کوره از هفت ناحیه به ترتیب خشک کردن رو به بالا - Up-Draft Drying - UDD، خشک کردن رو پایین Down-Draft Drying - DDD - ، منطقه پیش گرم Preheating - PH - ، منطقه پخت Firing - FZ - ، منطقه پس از پخت After-Firing - AFZ - ، منطقه سردکردن Primary Cooling - CZ1 - 1 و منطقه سردکردن.Primary Cooling - CZ2 - 2 پنج دمنده هوا براي چرخش هوا در نواحی مختلف کوره به کار برده شده است
