Projektinitiativ #88: Användningar av mätningar, dataanalys av "big data" och maskininlärningsmetoder för en förbättrad processtyrning och hållbar produktion ( 1 kommentar)

Pär Jönsson presenterar initiativ #88 på programkonferensen Metalliska material 2017

Mål

Att ta fram en metodik för att indirekt mäta omrörningsintensitet i stålskänkar för att skapa säkrare process- och kvalitetsstyrning vid hållbar ståltillverkning

Genomförande

Visionen är att åstadkomma en resurssnål tillverkning av både lågt legerade och höglegerade nischstål genom att skapa en kunskap om processer som inte går att direktmäta idag. Genom att använda de indirekta mätningar som nu är möjliga i kombination med nya matematiska signalanalys- och maskininlärningsmetoder skapas unika möjligheter att redan under pågående processs omvandla informationen till parametrar för produktions och processtyrning. På sikt så skall detta möjliggöra en visualisering som underlättar arbetssituationen för personal som styr och arbetar med processen. Dessa kan då förstå dolda aspekter av processen och lätt se de parametrar som behövs för att övervaka sådant som regleras automatiskt och göra korrekta manuella inmatningar när detta krävs. Införandet av denna nya möjlig het till styrning gör att en hållbarare produktion kan erhållas inom den svenska metallindustrin. Dessutom kan arbetssäkerheten ökas genom bättre signaler till larm förbättrat utbildningsunderlag etc.

I stålverken tappas smält s.k. råstål från stålugnen i en keramiskt infodrad skänk. Denna används som behållare när stålet transporteras till en skänkbehandlingsstation när den slutliga stålkvaliteten färdigställs och som reaktionskärl under denna behandling. Den används också som behållare under transport därifrån till gjutningen och under hela gjutningen. I de flesta fall, speciellt för platta och långa produkter, sker denna gjutning som s.k. stränggjutning där stålet passerar en keramisk ventil till en mellanbegållare (Gjutlåda) och därifrån ned i en vattenkyld kokill och kylsträcka. Den stelnade strängen (´Slabs´, ´Blooms´ eller ´Billets´ beroende på format) är ett halvfabrikat som omformas till slutprodukt i ett valsverk eller en smedja. (Andra gjutmetode r förekommer för vissa produkter, bl.a. götgjutning eller gjutning i sandform).
Skänkbehandlingen sker i olika anläggningar, beroende på verk och produkt. Gemensamt för alla är att man skapar en kraftig omröring i skänken. Det stora problemet är att man nu inte har någon bra metod att under pågående gas eller induktiv omrörning mäta hur bra omröringen fungerar. En bra omröring är kritisk för stålkvaliteten. Den ekonomiska effekten av ett misslyckande är stor eftersom stålet i skänken har ett högt värde på detta stadium (några hundratusen till någon miljon beroende på skänkstorlek och ståltyp). Det är viktigt att under processen kunna mäta omröringskvaliteten, här definierad som

OMRÖRINGSINTENSITET: parametrar som anger hur kraftig omröringen är och hur väl den täcker olika delar av skänken.
OMRÖRINGENS KVALITETSEFFEKT: De parametrar som beskriver hur väl man lyckats styra de kvalitetsparamerar som omröringen är till för att påverka t.ex. homogenitet, slaggrenhet legeringsprecision och lösta gaser. Resultatet kan användas på två sätt 1)
Problemet är att temperaturer m.m. gör det svårt att direkt mäta inne i det smälta stålet utan man måste förlita sig på indirekta mätningar tex vibration, ljud optisk mätning på spolöga och sedan omvandla detta. Klarar man detta kan man i processkedjan använda det på två sätt
PROCESSTYRNING: Använda resultatet för att styra behandlingen så att man ändå når dit man skall
INCIDENTSTYRNING: Använda resultatet i produktionsstyrningen för att antingen använda stålet som det var tänkt eller att klassa om till annan produkt, planera och anpassa processtyrningen
Tanken är att mäta de indirekta värdena och använda en metodik baserad på signalanalys och maskinlärning som redan under pågående process ger styrvärden för process och planering.

Samarbete mellan KTH, Swerea-Mefos och LTU.

Namn Pär Jönsson
Organisation KTH Materialvetenskap

Kommentar #1

Viktigt att genom mer avancerad matematisk analys se om de indirekta mätvärdena på omrörning i en skänk kan, eller inte kan vara ett viktigt redskap i processtyrningen i framtiden. Fungerar det kan det bli ett mycket viktigt framtida instrument.

Namn Ewa Sjöqvist Persson
Organisation Uddeholms AB