In recent years the steelmaking industry has been subjected to continuous attempts to improve its production route. The main goals has been to increase the competitiveness and to reduce the environmental impact. The development of predictive models has therefore been of crucial importance in order to achieve such optimization. Models are representations or idealizations of reality which can be used to investigate new process strategies without the need of intervention in the process itself. Together with the development of Industry 4.0, Machine Learning (ML) has turned out as a promising modeling approach for the steel industry. However, ML models are generally difficult to interpret, which makes it complicated to investigate if the model accurately represents reality. The present work explores the practical usefulness of applied ML models in the context of the secondary metallurgy processes in steelmaking. In particular, the application of interest is the prediction of the liquid steel temperature after the vacuum treatment step in the Vacuum Tank Degasser (VTD). The choice of the VTD process step is related to its emerging importance in the SSAB Oxelösund steel plant due to the planned future investment in an Electric Arc Furnace (EAF) based production line. The temperature is an important parameter of process control after the vacuum treatment since it directly influences the castability of the steel. Furthermore, there are not many available models which predict the temperature after the vacuum treatment step. The present thesis focuses first on giving a literature background of the statistical modeling approach, mainly addressing the ML approach, and the VTD process. Furthermore, it is reported the methodology behind the construction of the ML model for the application of interest and the results of the numerical experiments. All the statistical concepts used are explained in the literature section. By using the described methodologies, several findings originated from the resulting ML models predicting the temperature of the liquid steel after the vacuum treatment in the VTD.A high complexity of the model is not necessary in order to achieve a high predictive performance on the test data. On the other hand, the data quality is the most important factor to take into account when improving the predictive performance. Itis fundamental having an expertise in both metallurgy and machine learning in order to create a machine learning model that is both relevant and interpretable to domain experts. This knowledge is indeed fundamental for the selection of the input data and the machine learning model framework. Crucial information for the predictions result to be the heat status of the ladle as well as the stirring process time and the temperature benchmarks before and after the vacuum steps. However, to draw specific conclusions, a higher model predictive performance is needed. This can only be obtained upon a significant data quality improvement. / Stålindustrin har under de senaste åren ständigt förbättrat sin produktionsförmåga som i huvudsak har bidragit till ökad konkurrenskraft och minskad miljöpåverkan. Utvecklingen av prediktiva modeller har under denna process varit av avgörande betydelse för att uppnå dessa bedrifter. Modeller är representationer eller idealiseringar av verkligheten som kan användas för att utvärdera nya processtrategier utan att åberopa ingrepp i själva processen. Detta sparar industrin både tid och pengar. I takt med Industri 4.0 har maskininlärning blivit uppmärksammad som ett ytterligare modelleringsförfarande inom stålindustrin. Maskininlärningsmodeller är dock generellt svårtolkade, vilket gör det utmanande att undersöka om modellen representerar verkligheten. Detta arbete undersöker den praktiska användningen av maskininlärningsmodeller inom sekundärmetallurgin på ett svenskt stålverk. Tillämpningen är i synnerhet av intresse för att kunna förutspå temperaturen hos det flytande stålet efter vakuumbehandlingssteget i VTD-processen. Denna process valdes eftersom den är av stor betydelse för framtida ståltillverkning hos SSAB i Oxelösund. Detta är primärt på grund utav att SSAB kommer att investera i en ljusbågsugnsbaserad produktionslinje. Temperaturen är en viktig processparameter eftersom den direkt påverkar stålets gjutbarhet. Utöver detta har inga omfattande arbeten gjorts gällande att förutspå temperaturen efter vakuumbehandlingssteget med hjälp av maskininlärningsmodeller. Arbetet presenterar först en litteraturbakgrund inom statistisk modellering med fokus på maskininlärning och VTD-processen. Därefter redovisas metodiken som använts för att skapa maskininlärningsmodellerna som ligger till grund för de numeriska experimenten samt resultaten. Genom att använda de beskrivna metoderna härrörde flera fynd från de skapande maskininlärningsmodellerna. En hög grad av komplexitet är inte nödvändig för att uppnå en hög prediktiv förmåga på data som inte använts för att anpassa modellens parametrar. Å andra sidan är datakvalitén den viktigaste faktorn om man ämnar att förbättra den prediktiva förmågan hos modellen. Utöver detta är det av yttersta vikt att ha kompetens inom både metallurgi och maskininlärning för att skapa en modell som är både relevant och tolkbar för experter inom området processmetallurgi. Ideligen är kunskap inom processmetallurgi grundläggande för val av indata och val av maskininlärningsalgoritm. Under analysen av maskininlärningsmodellerna upptäcktes det att skänkens värmestatus, omrörningstiden i processen, samt temperaturriktmärkena före och efter vakuumstegen var de mest avgörande variablerna för modellens prediktiva förmåga. För att kunna dra specifika slutsatser behöver modellen ha en högre prediktiv förmåga. Detta kan endast erhållas efter en betydande förbättring av datakvalitén.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-315053 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Vita, Roberto |
| Publisher | KTH, Materialvetenskap |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2022:417 |
Page generated in 0.003 seconds