Prediction of Sinter Chemical Indexes Based on GMM-KNN-LSTM

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.002

Abstract

Abstract:

Aiming at the problem that unlabeled samples cannot be utilized by machine learning due to the low detection frequency of sinter chemical indexes，a prediction model for sinter chemical indexes that makes full use of the useful information in the samples is proposed. Firstly，the unlabeled samples are transformed into labeled samples by combining Gaussian mixture model （GMM） and K-nearest neighbor （KNN） algorithm，and then combined with long short-term memory （LSTM） unit for predicting three chemical indexes，namely，total Fe mass fraction，FeO mass fraction，and alkalinity of sinter. By comparing with the three models of back propagation neural network （BPNN），recurrent neural network （RNN）， and LSTM，the results show that the proposed model has a low prediction error. The prediction hit rates of total Fe mass fraction and FeO mass fraction reach 98.73% and 95.33%，respectively within the allowable error of ±0.5%，and the prediction hit rate of alkalinity is 98.13% within the allowable error of ±0.05，demonstrating high prediction accuracy.

Key words: chemical indexes of sinter, prediction model, unlabeled samples processing algorithm, LSTM（long short?term memory）, data preprocessing

CLC Number:

TF 046

Guang-lei XIA, Zhao-xia WU, Meng-yuan LIU, Yu-shan JIANG. Prediction of Sinter Chemical Indexes Based on GMM-KNN-LSTM[J]. Journal of Northeastern University(Natural Science), 2024, 45(3): 314-322.

Figures/Tables 13

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过程参数	MIC值			MIC 均值	过程参数	MIC值			MIC 均值
过程参数	总铁质量分数	FeO质量分数	碱度	MIC 均值	过程参数	总铁质量分数	FeO质量分数	碱度	MIC 均值
风机风量	0.797 9	0.628 7	0.606 2	0.677 6	7号风箱废弃温度	0.681 9	0.512 8	0.490 7	0.561 8
7号风箱负压	0.602 5	0.494 3	0.458 3	0.518 4	铁粉	0.589 0	0.479 2	0.476 1	0.514 8
石灰粉	0.583 4	0.456 2	0.467 1	0.502 2	除尘矿	0.564 2	0.415 6	0.457 3	0.479 1
3号风箱废气温度	0.540 8	0.431 6	0.445 7	0.472 7	9号风箱负压	0.519 5	0.422 2	0.420 0	0.453 9
燃料	0.529 1	0.404 9	0.404 7	0.446 2	烧结返矿	0.464 4	0.402 4	0.375 2	0.414 0
22号风箱负压	0.482 8	0.356 3	0.376 4	0.405 2	11号风箱负压	0.466 8	0.354 4	0.388 6	0.403 3
3号风箱负压	0.479 9	0.343 6	0.372 9	0.398 8	15号风箱负压	0.476 6	0.348 5	0.370 0	0.398 4
13号风箱负压	0.473 7	0.344 8	0.366 7	0.395 1	21号风箱负压	0.476 6	0.336 6	0.368 6	0.393 9
5号风箱负压	0.466 7	0.351 2	0.359 8	0.392 6	20号风箱负压	0.470 5	0.339 1	0.367 5	0.392 4
16号风箱负压	0.467 8	0.342 0	0.363 7	0.391 2	18号风箱负压	0.468 9	0.337 2	0.364 4	0.390 2
南烟道负压	0.460 1	0.334 6	0.353 0	0.382 6	1号风箱负压	0.447 8	0.352 6	0.344 7	0.381 7
2号风箱负压	0.446 7	0.307 1	0.325 0	0.359 6	混合料水分	0.413 7	0.308 6	0.318 6	0.347 0
5号风箱废气温度	0.347 3	0.288 5	0.285 4	0.307 1	21号风箱废气温度	0.341 1	0.289 2	0.261 2	0.297 2
1号风箱废气温度	0.333 1	0.273 2	0.280 4	0.295 6	高炉返矿	0.288 8	0.295 6	0.282 3	0.288 9
20号风箱废气温度	0.310 4	0.271 8	0.268 7	0.283 6	22号风箱废气温度	0.307 1	0.262 7	0.265 2	0.278 4
北烟道温度	0.338 1	0.243 1	0.252 0	0.277 7	烧结机速度	0.333 0	0.250 4	0.248 8	0.277 4

过程参数	MIC值			MIC 均值	过程参数	MIC值			MIC 均值
过程参数	总铁质量分数	FeO质量分数	碱度	MIC 均值	过程参数	总铁质量分数	FeO质量分数	碱度	MIC 均值
风机风量	0.797 9	0.628 7	0.606 2	0.677 6	7号风箱废弃温度	0.681 9	0.512 8	0.490 7	0.561 8
7号风箱负压	0.602 5	0.494 3	0.458 3	0.518 4	铁粉	0.589 0	0.479 2	0.476 1	0.514 8
石灰粉	0.583 4	0.456 2	0.467 1	0.502 2	除尘矿	0.564 2	0.415 6	0.457 3	0.479 1
3号风箱废气温度	0.540 8	0.431 6	0.445 7	0.472 7	9号风箱负压	0.519 5	0.422 2	0.420 0	0.453 9
燃料	0.529 1	0.404 9	0.404 7	0.446 2	烧结返矿	0.464 4	0.402 4	0.375 2	0.414 0
22号风箱负压	0.482 8	0.356 3	0.376 4	0.405 2	11号风箱负压	0.466 8	0.354 4	0.388 6	0.403 3
3号风箱负压	0.479 9	0.343 6	0.372 9	0.398 8	15号风箱负压	0.476 6	0.348 5	0.370 0	0.398 4
13号风箱负压	0.473 7	0.344 8	0.366 7	0.395 1	21号风箱负压	0.476 6	0.336 6	0.368 6	0.393 9
5号风箱负压	0.466 7	0.351 2	0.359 8	0.392 6	20号风箱负压	0.470 5	0.339 1	0.367 5	0.392 4
16号风箱负压	0.467 8	0.342 0	0.363 7	0.391 2	18号风箱负压	0.468 9	0.337 2	0.364 4	0.390 2
南烟道负压	0.460 1	0.334 6	0.353 0	0.382 6	1号风箱负压	0.447 8	0.352 6	0.344 7	0.381 7
2号风箱负压	0.446 7	0.307 1	0.325 0	0.359 6	混合料水分	0.413 7	0.308 6	0.318 6	0.347 0
5号风箱废气温度	0.347 3	0.288 5	0.285 4	0.307 1	21号风箱废气温度	0.341 1	0.289 2	0.261 2	0.297 2
1号风箱废气温度	0.333 1	0.273 2	0.280 4	0.295 6	高炉返矿	0.288 8	0.295 6	0.282 3	0.288 9
20号风箱废气温度	0.310 4	0.271 8	0.268 7	0.283 6	22号风箱废气温度	0.307 1	0.262 7	0.265 2	0.278 4
北烟道温度	0.338 1	0.243 1	0.252 0	0.277 7	烧结机速度	0.333 0	0.250 4	0.248 8	0.277 4

模型	MSE	MAE	RMSE
BPNN	0.083	0.215 3	0.287 7
RNN	0.063	0.186 7	0.250 6
LSTM	0.056	0.169 1	0.237 4
GMM-KNN-LSTM	0.017 5	0.089 1	0.132 2

模型	MSE	MAE	RMSE
BPNN	0.083	0.215 3	0.287 7
RNN	0.063	0.186 7	0.250 6
LSTM	0.056	0.169 1	0.237 4
GMM-KNN-LSTM	0.017 5	0.089 1	0.132 2

模型	MSE	MAE	RMSE
BPNN	0.212 5	0.346 3	0.461 0
RNN	0.161 7	0.300 0	0.402 1
LSTM	0.148 9	0.275 5	0.385 8
GMM-KNN-LSTM	0.034 7	0.128 3	0.186 4