Tillämpning av Partial Least Squares för analys och processövervakning av Hybrits reduktionsprocess

Sammanfattning: Hybrit development AB är ett bolag som strävar mot att kunna producera fossilfritt stål genom att reducera järnmalmspellets med hjälp av vätgas. Därför har Hybrit utfört experimentella kampanjer där genomförbarheten av att reducera järnmalmspellets med hjälp av vätgas undersökts och studerats. Vid produktion av järn och stål måste produktkvalitén tas i beaktan. Reduktionsprocessen karaktäriseras av en mängd olika process- och kvalitetsparametrar, där kvalitetsparametrarna beskriver produktkvalitén. Det är av intresse att studera hur processparametrarna påverkar produktkvalitén. Processparametrarna kan mätas vid vilket tidpunkt som helst genom olika sensorer. Produktkvalitén kan bestämmas först efter att järnmalmspelletsen är färdigreducerad. Därför präglas processen av en tidsfördröjning mellan mätningen av processparametrarna och labanalysemätningarna av kvalitetsparametrarna. På grund av tidsfördröjningen är det av intresse att kunna prediktera produktkvalitén utifrån processparametrarna. Om det går att prediktera produktkvalitén, är det av vikt att kunna avgöra prediktionens giltighet.  Examensarbetets syfte är att identifiera hur reduktionsprocessparametrarna påverkar reducerade järnets kvalitetsparametrar. En processövervakningsmetod som passar för processövervakning ska testas och undersökas utifrån hur metoden kan användas för att avgöra prediktionens giltighet. Processövervakningen ska användas för att avgöra om processen befinner sig i ett processläge som bidrar till en någorlunda korrekt och lämplig prediktion av produktkvalitén.  För analys av data användes 65 processparametrar och 6 kvalitetsparametrar. Den multivariata analysmetoden Partial Least Squares (PLS) användes för att nå syftet med examensarbetet. Via PLS skapades en modell som kunde beskriva vilka processparametrar som påverkade kvalitetsparametrarna samt hur processparametrarna påverkade kvalitetsparametrarna. PLS-modellen kunde prediktera kvalitetsparametrarna någorlunda korrekt och lämpligt, givet att processen befinner sig inom ramen för modellen och att det är en hög förklaringsgrad för kvalitetsparametern som predikteras. Kvalitetsparametern Y6-1 predikterades sämre eftersom förklaringsgraden för Y6-1 var låg. Processövervakningsmetoden som testades och undersöktes var PLS-övervakning. För att undersöka hur PLS-övervakning kan användas för att avgöra prediktions giltighet, användes tre processövervakningsverktyg. Dessa var X-scores processövervakning, Hotelling T2 och SPE. Resultatet var att PLS-övervakning kunde angiva hur processen förhåller sig till modellen. Observationerna som avvek i PLS-övervakningen predikterades sämre. Därmed kunde information om prediktionens giltighet genom PLS-övervakning erhållas. Att tillämpa PLS-övervakning för att avgöra prediktionens giltighet är en större framgång. Detta på grund av att information om produktkvalitén innan reduktionsprocessen är genomförd kan användas för att säkerställa produktion med tillfredställande kvalitet. Att tillämpa multivariata processövervakningsmetoder för att övervaka de predikterade kvalitetsparametrarna kan vara av intresse för framtida studier. Detta då processövervakningen kan användas för att minimera den interna variationen hos kvalitetsparametrarna.