Hybrid Models for BOF Steelmaking and Continuous Casting Applications
Notice bibliographique
Résumé
The steel industry has faced environmental and economic challenges in the past few decades. As a result, cost-effective and robust process control models are in great need to maximize operational efficiency while ensuring product quality. This thesis proposes a hybrid method to model the oxygen steelmaking and continuous casting processes, which combines metallurgical knowledge and data-driven techniques such as machine learning.In the first part of the thesis, a process control model was established for the Basic Oxygen Furnace endpoint carbon, phosphorus, and temperature based on production data collected from Tata Steel India. To begin with, the importance of individual operating parameters was examined with respect to endpoint values by using Pearson’s correlation analysis, mutual information, stepwise regression, random forest, and principal component analysis. Three subsets of optimal features were selected for each endpoint, and an equal number of artificial neural networks were established, tuned, and validated. Secondly, theoretical models based on mass and energy balance were formulated based on operating parameters. Finally, the proposed hybrid model was established via exchanging inputs and outputs among theoretical and neural network models. The hybrid model results suggest that the prediction accuracies are improved with the application of machine learning algorithms. In addition, incorporating theoretical frameworks benefits the hybrid model with enhanced generalization. With the established hybrid model, a graphical user interface software was developed for operators to implement in production. In the second part of the thesis, a time-series deep learning model was established to monitor the nozzle clogging phenomenon in continuous casting based on production data of four steel grades collected from Stelco, Lake Erie Works. Firstly, a clogging index was formulated based on process parameters to indicate the severity of clogging buildup within the nozzle quantitatively. With this index, long short-term memory networks were developed to predict future clogging index and monitor the casting process. The models can predict clogging events and erosion incidents during the continuous casting for all steel grades. With the implementation of this model in production, operators can take corrective actions to reduce the frequency of clogging and improve process efficiency.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».