Построение математических моделей для прогнозирования показателей качества кокса М25 и М10

Введение. Разработаны математические модели для прогнозирования показателей качества кокса М25 и М10. Расчеты выполнены индивидуально для каждой из коксовых батарей коксохимического производства (КХП) Магнитогорского металлургического комбината (ММК). В основе моделирования — параметры шихты: сумма отощающих компонентов ОК, %; отражательная способность витринита R0, %. Такие модели необходимы при управлении качеством продукции и оптимизации, направленной на снижение производственных затрат. Цель исследования — построение адекватных математических моделей для прогнозирования показателей качества кокса М25 и М10 в условиях КХП ММК. Таким образом, предполагается, что ММК получит собственные модели, не уступающие по точности прогнозирования аналогам, используемым другими коксохимическими предприятиями России.

Материалы и методы. В качестве универсального аппроксиматора для построения математических моделей использовались нейронные сети. При выборе их архитектуры исходили из минимального количества нейронов и слоев сети. Кроме того, учитывалась минимизация ошибки прогнозирования на новой выборке, которая не использовалась при обучении и тестировании.

Результаты исследования. Разработка основана на петрографических параметрах шихты: суммы отощающих компонентов OK (по ГОСТ 12112); показатель отражения витринита в шихте R0 (ГОСТ 12113). С помощью искусственных нейронных сетей построены одномерные математические модели для прогнозирования показателей качества кокса на дробимость М25 и истираемость М10 (ГОСТ 5953). Созданные модели представлены в графическом виде. Оценены их прогнозирующие способности.

Обсуждение и заключения. В моделях, разработанных в рамках данного исследования, использованы только петрографические параметры шихты. Не учитывались совокупные данные по техническому и пластометрическому анализам. Этим подход, представленный в данной статье, отличается от моделей, реализованных для других КХП, — например, на Нижнетагильском металлургическом комбинате (НТМК), Новокузнецком металлургическом комбинате (НКМК), Западно-Сибирском металлургическом комбинат (ЗСМК). Несмотря на это, доказана адекватность полученных зависимостей. Предполагается использовать их для оптимизации петрографических параметров шихты по различным критериям оптимальности показателей качества кокса.

1. Киселев, Б. П. Сырьевая база России. 1. Ретроспектива / Б. П. Киселев, В. А. Лапшин // Кокс и химия. — 1999. — № 11. — С. 2–9.

2. Киселев, Б. П. О некоторых аспектах угольной базы коксования России в 2008–2009 годах / Б. П. Киселев // Кокс и химия. — 2009. — № 12. — С. 9–15.

3. Оптимизация состава шихты для коксования и прогноз качества кокса по химико-петрографическим параметрам / А. С. Станкевич [и др.] // Кокс и химия. — 1998. — № 9. — C. 11–17.

4. Построение и исследование алгоритма прогнозирования показателей качества кокса с учетом динамики неконтролируемых возмущений / В. Ф. Евтушенко [др.] // Кокс и химия. — 1996. — № 6. — С. 21–26.

5. Смирнов, А. Н. Анализ принципов построения математических моделей для прогнозирования показателей качества кокса М25 и М10 с целью классификации и разработки концепции гибридной модели / А. Н. Смирнов, В. Н. Петухов, Д. И. Алексеев // Кокс и химия. — 2015. — № 5. — С. 13–18.

6. Станкевич, А. С. Распределение углей и составление угольных шихт для коксования с прогнозом качества кокса на основе линейного программирования / А. С. Станкевич, И. П. Мюллер, В. И. Лельчук // Кокс и химия. — 1981. — № 11. — С. 4–8.

7. Модель оптимизации показателей прочности кокса на основе химико-петрографических параметров углей и нелинейного программирования / А. С. Станкевич [и др.] // Кокс и химия. — 2000. — № 5. — С. 21–29.

8. Составление шихт для коксования на основе оптимизации и прогноза прочности кокса по химикопетрографическим показателям углей / А. С. Станкевич [и др.] // Кокс и химия. — 2002. — № 3. — С. 9–15.

9. Модель прогноза качественных характеристик металлургического кокса на основе химикопетрографических показателей угольной шихты / А. Е. Базегский [и др.] // Кокс и химия. — 2002. — № 9. — С. 15–22.

10. Рациональное распределение углей и оптимизация состава шихт для коксования / А. С. Станкевич [и др.] // Кокс и химия. — 2003. — № 9. — С. 8–16.

11. Прогноз прочности кокса на основе химико-петрографических параметров угольных шихт с учетом их пневмомеханической сепарации / А. С. Станкевич [и др.] // Кокс и химия. — 2005. — № 12. — С. 14–21.

12. Модель прогноза показателей CSR и CRI на основе химико-петрографических параметров угольных шихт и условий их коксования / А. С. Станкевич [и др.] // Кокс и химия. — 2008. — № 9. — С. 37–44.

13. Станкевич, А. С. Оптимизация качества кокса ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» с учетом особенностей угольной сырьевой базы / А. С. Станкевич, А. Е. Базегский // Кокс и химия. — 2013. — № 10. — С. 14–21.

14. Вуколов, Э. А. Основы статистического анализа. Практикум по статистическим методам и исследованию операций с использованием пакетов STATISTICA и EXCEL / Э. А. Вуколов. — 2-е. изд., испр. и доп. — Москва : Форум. 2008. — 464 с. — (Высшее образование).

15. Осовский, С. Нейронные сети для обработки информации / С. Осовский. — Москва : Финансы и статистика, 2002. — 344 с.

16. Вентцель, Е. С. Теория вероятностей / Е. С. Вентцель. — 10-е изд., стер. — Москва : Академия, 2005. — 576 c.

17. Смирнов, А. Н. Сопоставление и анализ адекватности математических моделей для прогнозирования показателей качества кокса М25 И М10 / А. Н. Смирнов, Д. И. Алексеев // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. — 2017. — Т. 15, № 3. — С. 62–67.