یک‌چهارم آهن اسفنجی جهان، و کیفیتی که ساعت‌ها بعد معلوم می‌شود

طبق آمار سالانه‌ی شرکت Midrex که شهریور 1405 منتشر شد، تولید جهانی آهن اسفنجی (DRI) در سال 2025 به رکورد 151 میلیون تن رسید و ایران با 37.2 میلیون تن، پس از هند، دومین تولیدکننده‌ی جهان بود؛ یعنی حدود یک‌چهارم تولید دنیا. همه‌ی آهن اسفنجی ایران با گاز طبیعی تولید می‌شود و حدود 90 درصد آن با فرایند میدرکس. (Midrex ارقام ایران را بر پایه‌ی داده‌های انجمن جهانی فولاد برآورد کرده است.)

این یعنی کمتر کشوری به اندازه‌ی ایران از هر درصد بهبود در این فرایند سود می‌برد. و یکی از بزرگ‌ترین فرصت‌های بهبود، در فاصله‌ی میان تولید محصول و دانستن کیفیت آن است.

کیفیت را ساعت‌ها بعد می‌فهمیم

دو شاخص اصلی کیفیت آهن اسفنجی، درصد متالیزاسیون و درصد کربن، معمولاً با نمونه‌برداری و آزمایش آزمایشگاهی اندازه گرفته می‌شوند. در ثبت اختراعی که زیمنس در سال 1388 گرفت، تأخیر جواب آزمایشگاه 5 تا 9 ساعت برای متالیزاسیون و 3.5 تا 7.5 ساعت برای کربن ذکر شده است. در این مدت کوره کار می‌کند و اپراتور فرایند را با تجربه و با فاصله‌ی اطمینان هدایت می‌کند.

این فاصله‌ی اطمینان هزینه دارد. وقتی کیفیت دیر معلوم شود، یا محصول خارج از مشخصه تولید می‌شود، یا کوره عمداً با حاشیه‌ی بیشتری کار می‌کند که یعنی مصرف بیشتر گاز و انرژی. در سال‌هایی که صنعت فولاد با محدودیت گاز و برق روبه‌روست، این حاشیه گران‌تر هم می‌شود: به گفته‌ی دبیر انجمن تولیدکنندگان فولاد، قطعی برق از 1400 تا 1403 حدود 14.1 میلیارد دلار به این صنعت خسارت زده است.

حسگر نرم چیست

حسگر نرم (soft sensor) مدلی است که کمیتی را که اندازه‌گیری مستقیمش دشوار یا کند است، از روی کمیت‌هایی که همین حالا اندازه گرفته می‌شوند برآورد می‌کند. در کوره‌ی احیای مستقیم، این کمیت‌ها دما، فشار، دبی و ترکیب گاز احیاکننده، نرخ خوراک و ده‌ها سیگنال دیگری است که سیستم کنترل هر ثانیه ثبت می‌کند. مدل از داده‌های گذشته یاد می‌گیرد که این سیگنال‌ها با جواب آزمایشگاه چه رابطه‌ای دارند، و از آن پس کیفیت را همان لحظه پیش‌بینی می‌کند. این روش در صنایع فرایندی پیشینه‌ی بیش از دو دهه دارد و مرورهای علمی آن را جایگزین یا مکمل ارزان‌تر آنالایزرهای سخت‌افزاری می‌دانند.

شواهد: پراکندگی کمتر، تولید بیشتر

• در سامانه‌ی DRIpax که Midrex و Primetals برای کارخانه‌های میدرکس ساخته‌اند، پیش‌بینی متالیزاسیون و کربن در واحد دوم فولاد قطر انحراف معیار کربن را 31 درصد و متالیزاسیون را 27 درصد کاهش داد (گزارش سازنده، 1395).
• در ثبت اختراع زیمنس، کاهش انحراف معیار حدود 40 درصد برای متالیزاسیون و 30 درصد برای کربن، همراه با حدود 1 درصد تولید بیشتر، گزارش شده است.
• در شبکه‌ی «کارخانه‌های فانوس» مجمع جهانی اقتصاد، که کارخانه‌های پیشرو در فناوری را معرفی می‌کند، مدل هوش مصنوعی تاتا استیل برای پیش‌بینی و کنترل سیلیسیم چدن مذاب، تغییرپذیری کیفیت را 33 درصد کاهش داد (1398). در دی 1404 کارخانه‌ی اوره‌ی SOCAR با کنترل حلقه‌بسته‌ی مبتنی بر یادگیری ماشین، ظرفیت را 21 درصد و بازده مصرف گاز را 24 درصد افزایش داد.
• در نظرسنجی Rockwell Automation (خرداد 1404)، کنترل کیفیت پرکاربردترین استفاده‌ی هوش مصنوعی در صنایع تولیدی بود.

کاهش پراکندگی مهم‌تر از آن است که به نظر می‌رسد. وقتی کیفیت کمتر نوسان کند، می‌توان هدف فرایند را به حد مشخصه نزدیک‌تر کرد؛ یعنی همان محصول با گاز کمتر یا با ظرفیت بیشتر، بی‌آنکه خطر خروج از مشخصه بالا برود.

آنچه لازم است

1. داده‌ی سیستم کنترل از سیستم کنترل توزیع‌شده (DCS) یا آرشیو داده‌ها (Historian)، با بازه‌ی زمانی کافی.
2. داده‌ی آزمایشگاه که از نظر زمانی درست با داده‌ی فرایند هم‌تراز شود؛ چون نمونه‌ی امروز محصول چند ساعت پیشِ کوره است.
3. پاک‌سازی و انتخاب سیگنال‌ها: حذف داده‌های پرت، هموارسازی و یافتن سیگنال‌هایی که واقعاً بر کیفیت اثر دارند.
4. اجرا کنار اپراتور: پیش‌بینی باید همان لحظه روی نمایشگر اتاق کنترل برسد، نه در گزارشی که فردا خوانده می‌شود.
5. نگهداری مدل: کوره، مواد اولیه و شرایط کار تغییر می‌کنند و مدل باید با آن‌ها به‌روز شود.

نگاه واکاو

DRI Expert را برای همین فاصله ساختیم: ماژولی روی پلتفرم VAI برای فرایند احیای مستقیم به روش میدرکس. درصد متالیزاسیون، کربن و گوگرد محصول را به‌صورت آنلاین، پیش از جواب آزمایشگاه، پیش‌بینی می‌کند و برای دما، فشار، نسبت گاز احیاکننده و نرخ خوراک بازه‌ی پیشنهادی می‌دهد تا کیفیت هدف با مصرف کمتر گاز به دست آید. داده از خود سیستم کنترل کارخانه می‌آید و از کارخانه بیرون نمی‌رود. و چون آریاواکاو خودش سیستم کنترل می‌سازد، اتصال به اتاق کنترل برای ما کار آشنایی است.

اگر در یک واحد احیای مستقیم کار می‌کنید، صفحه‌ی DRI Expert را ببینید یا برای یک پروژه‌ی پایلوت با ما تماس بگیرید.