專利名稱：：一種鐵礦石燒結(jié)試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，具體地講，本發(fā)明涉及鐵礦石燒結(jié)試驗方法。
背景技術(shù)：
：燒結(jié)工藝參數(shù)與燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量有著密切的關(guān)系。因此，選擇較好的工藝參數(shù)對降低燒結(jié)成本以及節(jié)能降耗有著非常重要的作用。燒結(jié)過程是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，影響燒結(jié)的因素也很繁雜。因此，為了得到最佳的燒結(jié)工藝參數(shù)，需要進(jìn)行大量燒結(jié)試驗來優(yōu)化。燒結(jié)試驗是指導(dǎo)燒結(jié)設(shè)計、生產(chǎn)工藝條件優(yōu)化的基礎(chǔ)，也是燒結(jié)研究的重要組成部分。然而，燒結(jié)試驗過程環(huán)節(jié)多，工作量大，因此，為了縮短試驗周期，節(jié)約試驗成本，有時會人為削減試驗因子數(shù)與水平數(shù)。但是，這樣對試驗效果的影響很大。燒結(jié)試驗具有如下特點1、燒結(jié)試驗工作量大、試驗時間長、環(huán)境惡劣。燒結(jié)杯試驗中環(huán)節(jié)多，工作量很大，試驗出來的結(jié)果還不一定滿意，因此試驗方法至關(guān)重要。如果能使用適當(dāng)?shù)姆椒?，既能減少試驗次數(shù)，又能獲得滿意的效果，將起到事半功倍的作用。2、燒結(jié)試驗一般都進(jìn)行單因子或少因子試驗。由于燒結(jié)試驗量大，所以一般采用減少試驗因子與水平來進(jìn)行燒結(jié)試驗，即，固定許多因子，只試驗l個至3個因子，這顯然是不恰當(dāng)?shù)模c進(jìn)行燒結(jié)試驗的初衷和目的相違背；而從燒結(jié)學(xué)的角度來說，燒結(jié)因子是相互影響相互制約的，其中任何一個因子變動，都會對試驗考察的指標(biāo)產(chǎn)生影響，主要原因是單因子試驗忽略了其它因子的影響。3、對于燒結(jié)試驗，為了減少試驗次數(shù)，需要縮短水平的上下限范圍或者范圍不縮小而拉大水平間距。有許多試驗尋優(yōu)往往是在因子的大范圍內(nèi)試驗獲得的，水平間距太大，試驗點太少影響試驗結(jié)果。有的試驗在水平間距變化過大后，往往出現(xiàn)跳躍性，難以找出連續(xù)性規(guī)律，或者最好的結(jié)果可能存在于試驗范圍以外。4、燒結(jié)杯試驗條件難以控制，試驗結(jié)果重現(xiàn)性差。特別是試驗時間跨度大，例如持續(xù)時間長達(dá)幾十天的試驗，很難保證試驗設(shè)備狀況，原燃料條件及其它外界干擾影響保持一樣，因此有時還要安排同一方案的兩組平行試驗，這將使工作量增大一倍。因此，要準(zhǔn)確客觀地反映試驗規(guī)律，找出事物本質(zhì)性的東西，就必須增加因子數(shù)，加寬水平的試驗范圍，縮短水平間距，增加試驗點，這就增大了工作量。為此，對于燒結(jié)試驗，需要一種既能很好地解決減少試驗次數(shù)而又使試驗具有代表性的試驗設(shè)計方法。因子和水平數(shù)少于4的試驗設(shè)計，易于選^^適用的方法較多，如正交試驗設(shè)計、回歸正交試驗設(shè)計、旋轉(zhuǎn)設(shè)計、D-最優(yōu)設(shè)計等，試驗次數(shù)通常是十幾個，一般能夠接受。但是，當(dāng)描述復(fù)雜自然現(xiàn)象和探討復(fù)雜的規(guī)律試驗因子和水平在5個以上時，用上述方法試驗次數(shù)會劇增，使得試驗工作量難于接受，只好簡化條件或是取消試驗考察。均勻設(shè)計是我國獨創(chuàng)的一項重大的科學(xué)試驗方法，1978年由方開泰和王元教授共同提出，它是考慮如何將設(shè)計點均勻地散布在試驗范圍內(nèi)而又具有代表性，使得能用較少的試驗點獲得最多的信息，是處理多因子多水平試驗設(shè)計的首選方法，可用較少的試驗次數(shù)，完成復(fù)雜科研課題和新產(chǎn)品的研究和開發(fā)。均勻設(shè)計法已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域特別是國防等尖端領(lǐng)域，并取得了顯著的成效。目前，還未見燒結(jié)與煉鐵專業(yè)領(lǐng)域有全面、系統(tǒng)地采用均勻設(shè)計而創(chuàng)造性地開展試驗研究等相關(guān)報導(dǎo)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種鐵礦石燒結(jié)試驗的全新方法，能用較少的試驗次數(shù)而又使試驗點具有代表性，從而縮短試驗時間，提高試驗效率，節(jié)約試驗成本，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高效的目的。本發(fā)明公開了一種鐵礦石燒結(jié)試驗與參數(shù)尋優(yōu)方法，所述方法采用均勻設(shè)計試驗方法來進(jìn)行鐵礦石燒結(jié)試驗，包括以下步驟1、確定鐵礦石燒結(jié)試驗的目標(biāo)與影響因子，進(jìn)行多因子多水平試驗；2、結(jié)合燒結(jié)試驗特點在可用的均勻設(shè)計試驗的各種方法確定一種本試驗采用的具體方法；3、根據(jù)所選的均勻設(shè)計方法，選擇一張本試驗所用的均勻設(shè)計表，將試驗因子與水平(具體的物理量)填入均勻設(shè)計表對應(yīng)的因子與水平位置上；4、如果無本試驗可用的現(xiàn)成均勻設(shè)計表，則必須結(jié)合專業(yè)特點對已有的均勻設(shè)計表進(jìn)行改造，使其可用于本試驗；或者重新修改因子-水平數(shù)，使其可用現(xiàn)成的均勻設(shè)計表來進(jìn)行試驗；5、按照均勻設(shè)計試驗方法進(jìn)行鐵礦石配料、混合、點火、抽風(fēng)燒結(jié)-試驗，以得到一系列試驗結(jié)果；6、對試驗參數(shù)進(jìn)行初步直觀擇優(yōu)；對試驗結(jié)果建模；7、第二次使用利用均勻設(shè)計表計算模型，結(jié)合直觀擇優(yōu)與專業(yè)特點，以確定鐵礦石燒結(jié)的最優(yōu)參數(shù)組合；8、對尋優(yōu)參數(shù)進(jìn)行必須的驗證性試驗。根據(jù)本發(fā)明的鐵礦石燒結(jié)試驗方法，不僅可以大大縮短試驗時間、降低能耗，而且能取得高效高質(zhì)量的試驗結(jié)果。具體實施例方式本發(fā)明是一種基于均勻設(shè)計原理的試驗方法。發(fā)明人結(jié)合燒結(jié)專業(yè)特點，提出燒結(jié)試驗使用均勻設(shè)計的試驗方法與步驟。首先，介紹一下均勻設(shè)計原定義l每一個均勻設(shè)計表是一個方陣，設(shè)方陣有n行m列，每一行是{1，2,...,11}的一個置換(即l,2，...，n的重新排列)，表的第一行是{1,2，...，W的一個子集，但不一定是真子集。置換生成的均勻i殳計表記作(7,,("",m是n的歐4立函凄t，記為m=E(n),定義2i更;c,，…，x"為Cm中的n個點，4壬一向量x二(x,，…,;cJeCm,記v(x)=v入為矩形的體積，"，為x,…、中落入的點數(shù)，貝'J稱為點集在C"'中的偏差(discrepancy)。均勻設(shè)計表必須滿足中心化偏差CD達(dá)到最小的準(zhǔn)則來度量點集分散的均勻性。均勻設(shè)計表就是基于上面兩個原理進(jìn)行構(gòu)造的。將t/+1表中劃去最后一行而得到另一種均勻使用表t/:，它具有更好的均勻性。本發(fā)明就是結(jié)合專業(yè)特點運用均勻設(shè)計表的因子與水平表的排列方法安排燒結(jié)試驗。均勻設(shè)計與正交設(shè)計本質(zhì)上都是在試驗的范圍內(nèi)給出挑選代表點的方法。正交設(shè)計是根據(jù)正交性準(zhǔn)則來挑選代表點，使得這些點能反映試驗范圍內(nèi)各因子和試驗指標(biāo)間的關(guān)系，它在挑選代表點時有兩個特點均勻分散和整齊可比，其中，"均勻分散"使試驗點有代表性，"整齊可比"便于試驗數(shù)據(jù)的分析。為了保證"整齊可比，，的特點，正交設(shè)計至少要求做q^欠試驗。若要減少試驗的次數(shù)，就只能去掉整齊可比的要求。均勻設(shè)計就是只考慮試驗點在試驗范圍內(nèi)均勻散布的一種試驗設(shè)計方法。與正交設(shè)計相比，均勻設(shè)計有其獨特的布點方式，其特點表現(xiàn)在以下四點(1)每個因子的每個水平做一次且僅做一次試驗。(2)任何兩個因子的試驗點均點在平面的格子點上，每行每列有且僅有一個試-瞼點。(3)均勻設(shè)計表任何兩列組成的試驗方案一般并不等價。(4)當(dāng)因子的水平數(shù)增加時，試驗數(shù)僅按水平數(shù)增加量而增加。例如，對于8個水平的多因子試驗，正交設(shè)計至少要做82=64次試驗，而均勻設(shè)計所做試驗次數(shù)僅與水平數(shù)相同，即只做8次試驗，而且能達(dá)到高質(zhì)量的試驗要求。均勻設(shè)計表的使用規(guī)則如下A、均勻設(shè)計表構(gòu)造形式為U為均勻設(shè)計表，m為試驗因子數(shù)，q為試驗水平數(shù)，n為試驗次數(shù)，其中，論q，當(dāng)n-q時即為試驗次數(shù)等于水平數(shù)的均勻i殳計表^("'")。B、均勻設(shè)計表的選取與應(yīng)用，除了根據(jù)實際情況確定因子數(shù)與水平數(shù)外，選取的均勻設(shè)計表的準(zhǔn)則是中心化偏差CD最低者優(yōu)先，這樣的均勻設(shè)計表均勻性更好，試驗代表性更強(qiáng)。C、均勻設(shè)計的最大特點是試驗次數(shù)可以等于最大水平數(shù)，而不是試驗因子數(shù)平方的關(guān)系，試驗次數(shù)僅與需要考察的因子x個數(shù)，但是，一般來說，試驗次數(shù)選為試驗因子個數(shù)的3倍左右為宜，有利于建模和優(yōu)化。例如，安排5因子5水平的試驗，按照均勻設(shè)計理論，試驗次數(shù)最少只有5次，使用均勻設(shè)計表"5(55)，但這不利于結(jié)果分析，很難建模，所以可以使用5因子5水平15處理的均勻表^/,5(55)安排試驗。D、適用范圍均勻設(shè)計適用于多因子多水平的試驗設(shè)計。對于因子水平數(shù)小于5的試驗一般使用正交設(shè)計即可滿足需要。雖然方開泰教授等已經(jīng)設(shè)計出一系列的均勻設(shè)計表，可以直接使用，但是有時候需要結(jié)合專業(yè)特點對均勻設(shè)計表進(jìn)行改進(jìn)。均勻設(shè)計應(yīng)用的主要內(nèi)容有等水平均勻設(shè)計、混合水平均勻設(shè)計、配方均勻設(shè)計、有限制的配方均勻設(shè)計等。下面，將對這些均勻設(shè)計方法應(yīng)用于燒結(jié)試驗的情況進(jìn)行進(jìn)一步的說明。1、等水平因子的均勻設(shè)計由于試驗因子數(shù)與水平數(shù)受限，所以得出的試驗結(jié)果條件都比較理想化。但是，實際生產(chǎn)中的影響因子是很多的，因子水平也在波動，因此試驗結(jié)果一般不能直接用于指導(dǎo)生產(chǎn)。例如，要考察對燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響因子，首先考慮料層厚度X,,混合料水分X2，配炭X3，點火溫度X4，堿度Xs，燒結(jié)負(fù)壓X6等6個因子，每個因子只考慮6個水平。如果進(jìn)行等水平試驗(試驗因子的水平數(shù)一樣多，均是6水平)，要進(jìn)行全面試驗，則試驗次數(shù)為66=46656;如果使用正交設(shè)計，則最少需要試驗36次；如果使用2水平6因子全試驗次數(shù)1/2實施，二次回歸正交設(shè)計需要試驗45次，二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計需要試-驗59次，二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計需要試驗53次。由此可見工作量是非常大的，而且最多處理5個水平數(shù)，而對于5水平以上沒法處理。然而，使用均勻設(shè)計就能很好地解決這個問題。使用等水平均勻設(shè)計表"6(66),最少試驗次數(shù)可以為6次，見下面的表l。表l6處理6因子6水平均勻表"6(66)(^0=0.3442)試驗號X2x3x4x5x6Nl41214N23466N31336N462341N5164422N6232163表1中的數(shù)值代碼為對應(yīng)因子的水平數(shù)。因此，按表l中的方案可以直接安排試驗。通過這6次試驗就可找出燒結(jié)礦強(qiáng)度最高時的參數(shù)組合。如果考慮建模，則可增加試驗次數(shù)。例如，考慮試驗18次(水平數(shù)的3倍，即n=3q)，使用均勻設(shè)計表"18(66)安排燒結(jié)方案，見下面的表2。8表218處理6因子6水平均勻表f/,8(66)(CD=0.0357)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>用擬水平法構(gòu)造的均勻設(shè)計表[/12(12x62x42x3)方案見下面的表4,可以直接安排試驗。表4混合均勻設(shè)計表C/12(12x62x42x3)(CD=0.2501)試驗號x2x3x4x5x6Nl764121N2133341N32123N4614433N511221N6926312N7114431N81243213N946242畫32412Nil1022142N128613333、配方均勻"^殳計配方設(shè)計在燒結(jié)領(lǐng)域中十分重要，假i殳有s種原料M,、M2.....Ms,它們在產(chǎn)品中的百分比分別記作x,、x2、...、xs,顯然，xgO,x2^0,x^O,X,+X2+.,.+Xfl。欲尋找最佳配方，需要做配方試驗或混料試驗，配方均勻設(shè)計可以解決這類試驗問題。要研究幾種礦石在不同的配比方案下的燒結(jié)性能，希望作10次試驗就能找出最佳搭配。由燒結(jié)專業(yè)與實踐可知，任何一個燒結(jié)試驗，隨著條件的變化，其試驗中的水分、配炭、料層厚度均是必不可少的要考慮的因子，只有這樣才能找出比較合適的參數(shù)組合。現(xiàn)在考慮5種鐵礦石，配比如何搭配才能使燒結(jié)的產(chǎn)量、強(qiáng)度、還原性最優(yōu)。設(shè)定5種礦石的配比分別為x,、x2、x3、x4、x5，水平數(shù)分別為10;混合料水分X6、配x"料層厚度xs,水平數(shù)分別為5。礦石配比下限約束范圍a(0.425,0.15,0.08,0.04，0.03)，上限約束范圍b(0.65，0.225,0.17,0.085，0.095)。4艮顯然，須用混合水平的均勻設(shè)計表t/,0(io5x53)，前5列安排礦石配比，后3列安排工藝參數(shù)。但是，這里涉及到配10比有約束條件，就是X,+X2+X3+X4+Xfl,即每次試—驗的礦石配比之和必須為100%，而且每種礦石都有一定的約束范圍，直接用^。(105><53)設(shè)計的方案可能出現(xiàn)X,+X2+X3+X4+X^1。為此，均勻設(shè)計采用r'(a，6)均勻分布的算法，在約束范圍上產(chǎn)生配比均勻分布點。試驗方案見下面的表5，前5列是礦石配比，后3列是混合料水分、S己、料層厚度的水平數(shù)。表5有限制的配方均勻設(shè)計表"|0(105x53)(CD=0.3754)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>由表5可見，每次試驗號的前5列配比之和為1，體現(xiàn)了專業(yè)要求與均勻設(shè)計的特點。如果考慮建模，則可以增加試驗次數(shù)，例如可以使用"2。(105><53)，方法一樣，在此不再贅述。4、均勻設(shè)計試驗數(shù)據(jù)的處理分析采用均勻設(shè)計實施試驗，結(jié)果出來后，數(shù)據(jù)的分析處理主要包括以下兩方面一是根據(jù)試驗結(jié)果直接選定效果最好的條件組合；二是采用回歸建模，進(jìn)行回歸分析，對模型中某些參數(shù)變化特性探索，參數(shù)靈敏度分析，尋找影響某些變化的主要因子及最優(yōu)的參數(shù)組合，這與其它試驗設(shè)計方法的數(shù)據(jù)分析沒有大的區(qū)別。但是，無論是直觀擇優(yōu)還是模型尋優(yōu)得出的參數(shù)都必須進(jìn)行驗證性試驗,這是關(guān)系到均勻設(shè)計試驗成敗的關(guān)鍵。5、使用均勻設(shè)計對參數(shù)尋優(yōu)均勻設(shè)計主要用于試驗設(shè)計，但對于已經(jīng)知道數(shù)學(xué)模型的試驗、生產(chǎn)過程同樣可以利用均勻設(shè)計對參數(shù)尋優(yōu)，這種方法稱為均勻設(shè)計計算機(jī)試驗。這種尋優(yōu)不是去安排試驗研究因子之間的反應(yīng)機(jī)理，而是用這種方法更加快捷簡便地尋找符合條件的參數(shù)。在特定的約束范圍下，將每因子的上下限取值，從下限到上限等間距地劃分為n個水平，n個因子。如果全部排列將有n11種組合，在這樣多的組合中去尋優(yōu)是非常不現(xiàn)實的。但是，使用均勻設(shè)計表就只有n種組合，同樣使用一張現(xiàn)成的均勻設(shè)計表，將表中代碼對應(yīng)的各因子的水平數(shù)填入即完成了各種參數(shù)組合，用已知模型計算每種組合條件下的目標(biāo)函數(shù)，找出目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)時的參數(shù)組合，就完成最優(yōu)化方案尋優(yōu)。這種方法比盲目去尋找簡便快捷得多。本發(fā)明提出了一種鐵礦石燒結(jié)試驗方法，將均勻設(shè)計表靈活地應(yīng)用于燒結(jié)試驗，進(jìn)行多因子多水平試驗(在這里，要注意的是，因子與水平少的試驗無需采用均勻設(shè)計試驗)，并且結(jié)合燒結(jié)專業(yè)特點對均勻設(shè)計表進(jìn)行了改進(jìn)。此外，在本發(fā)明中，還對試驗給果參數(shù)建模，第二次運用均勻設(shè)計表進(jìn)行模型計算，而不是常規(guī)的尋優(yōu)方法對適合燒結(jié)試一瞼的參數(shù)尋優(yōu)，而對于無極值的模型更具優(yōu)勢，對于由其它試驗而得到的其它模型同樣適用。另外，在本發(fā)明中，還對尋優(yōu)而得的參數(shù)進(jìn)行驗證性試驗。具體地講，沖艮據(jù)本發(fā)明的鐵礦石燒結(jié)試驗方法包括以下步驟(1)確定鐵礦石燒結(jié)試驗的影響因子，確定因子數(shù)與水平數(shù)，以進(jìn)行多因子多水平試驗；(2)結(jié)合燒結(jié)試驗特點，在可用的均勻設(shè)計試-瞼的各種方法中確定一種本試驗采用的均勻設(shè)計試驗方法。具體地講，根據(jù)所選的均勻設(shè)計方法，選擇一張本試驗所用的均勻設(shè)計表，將試驗因子與水平(具體的物理量)填入均勻設(shè)計表對應(yīng)的因子與水平位置上。如果沒有本試驗可用的現(xiàn)成均勻設(shè)計表，則結(jié)合燒結(jié)試驗特點對已有的均勻設(shè)計表進(jìn)行改造，使其可用于本試驗；或者重新修改因子-水平數(shù)，即，在不影響試驗結(jié)果的前提條件下適當(dāng)修改因子與水平數(shù)，使其可用現(xiàn)成的均勻設(shè)計表來進(jìn)行試驗。在這里，要注意的是，當(dāng)對均勻設(shè)計表進(jìn)行改造時，改造后的均勻設(shè)計表必須滿足中心化偏差CD達(dá)到最小的準(zhǔn)則來度量點集分散的均勻性；(3)按照均勻設(shè)計試驗方法進(jìn)行鐵礦石配料、混合、點火、抽風(fēng)燒結(jié)-試驗，以得到一系列試驗結(jié)果；(4)利用均勻設(shè)計表的因子水平所對應(yīng)的試驗結(jié)果進(jìn)行分析，采用直觀擇優(yōu)與模型尋優(yōu)的方法，以確定鐵礦石燒結(jié)的最優(yōu)參數(shù)組合，并且通過驗證性試驗確定均勻設(shè)計試驗的最終結(jié)果。如在上面所提到的，在本發(fā)明，可采用的均勻設(shè)計方法有等水平因子的均勻設(shè)計、不同水平(混合水平)因子的均勻設(shè)計、配方均勻設(shè)計、模型尋優(yōu)均勻設(shè)計。試驗物理量是指燒結(jié)試驗特有的因子與水平量。根據(jù)本發(fā)明的鐵礦石燒結(jié)試驗方法，試驗結(jié)果與均勻設(shè)計表的因子水平數(shù)相對應(yīng)，一種因子-水平數(shù)組合對應(yīng)一種試驗結(jié)果或指標(biāo)。最優(yōu)參數(shù)的組合可以通過直觀擇優(yōu)得到，即直接選取指標(biāo)結(jié)果最優(yōu)所對應(yīng)的因子-水平組合而達(dá)到試驗?zāi)康模换蛘咭栽囼炓蜃訛樽宰兞?，試驗結(jié)果為因變量建立多元模型，通過模型尋優(yōu)得到最優(yōu)參數(shù)的組合。在這里，用模型尋優(yōu)的具體步驟為再次使用均勻設(shè)計表，按照該均勻設(shè)計表的因子水平數(shù)排列布陣，用模型計算試驗?zāi)繕?biāo)函數(shù)(試驗性能指標(biāo))，選取目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)時的因子水平作為最優(yōu)參數(shù)組合。根據(jù)本發(fā)明，鐵礦石燒結(jié)試驗的影響因子有很多，例如鐵礦石配比、料層厚度、混合料水分、燃料配比、熔劑配比、堿度、點火溫度、燒結(jié)負(fù)壓、燒結(jié)終點、垂直燒結(jié)速度、返礦用量等。在本發(fā)明中，鐵礦石可以為一般的鐵礦石，即各種含有鐵元素并有冶煉價值的鐵礦石。目前所用的鐵礦石主要有磁鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦等。下面，將結(jié)合具體的實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的鐵礦石燒結(jié)試驗方法。實施例l下面結(jié)合褐鐵礦燒結(jié)試驗來進(jìn)一步闡述本發(fā)明的鐵礦石燒結(jié)試驗方法。眾所周知，褐鐵礦屬于難燒礦石，含有結(jié)晶水(Fe203.nH20),燒結(jié)性能較差。國內(nèi)外實踐表明，褐鐵礦燒結(jié)強(qiáng)度差，成品率低，固體燃耗高。但是，褐鐵礦價格相對便宜，燒損后品位上升，將有利于提高入爐品位降低成本，還有利于緩解高品位鐵礦石資源緊缺的狀況。因此，針對燒結(jié)專業(yè)的特點，研究褐鐵礦燒結(jié)性能必須考察褐鐵礦配比、燃料配比、混合料水分、料層厚度4個因子。如果采用全因子多水平完全試驗，則將使試驗次數(shù)劇增甚至不可接受。因此，根據(jù)本發(fā)明，運用均勻設(shè)計13將明顯減少試驗次數(shù)且具有代表性。根據(jù)本發(fā)明的對鐵礦石進(jìn)行燒結(jié)試驗的方法，對一種褐鐵礦進(jìn)行了均勻設(shè)計試驗。試驗所用褐鐵礦成分見表6。表6燒結(jié)常用褐鐵礦的理化性能TFeFeOSi02CaOMgOA1203SP燒損IgFe203水分堆比重平均粒(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(t/m3)度(mm)55.280.263.472.522.861.380.0630扁10.0678.6911.21.7833.321、采用混合水平均勻設(shè)計法，確定影響因子數(shù)與水平數(shù)由于褐鐵礦燒結(jié)要考察的影響因子多，本實施例考察褐鐵礦配比、料層厚度、水分、燃料配比4個因子，這是必須考慮的重要因子，進(jìn)行"6水平3因子+4水平1因子"試驗。如果要進(jìn)行全因子全水平組合試驗，將試驗864次(約試驗2年時間)，但是采用混合水平均勻設(shè)計法只需試驗12次(約10天時間)即可，見下面的表7。表7混合水平均勻設(shè)計表"|2(63x41)(CD=0.1469)試驗號<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>2、試驗因子與水平根據(jù)上面的表7，結(jié)合燒結(jié)褐鐵礦的具體特點，確定褐鐵礦燒結(jié)實驗的試驗因子與水平數(shù)如下(1)6水平褐鐵礦配比x,:2%、4%、6%、8%、10%、12%;(2)6水平燃^H"配比X2:4.7%、5.0%、5.3%、5.6%、5.9%、6.2%;(3)6水平混合泮+水分X3:6.0%、6.5%、7.0%、7.5%、8.0%、8.5%;(4)47K平并+層厚度x4:530mm、570mm、610mm、650mm。鐵礦石配礦結(jié)構(gòu)為精礦+澳礦+國內(nèi)高粉+褐鐵礦+中粉=80%，同時進(jìn)行1組不用褐鐵礦的基準(zhǔn)期試驗與2組褐鐵礦驗證性試馬全。3、試-瞼方法根據(jù)上述要求配礦后，生石灰外加消化水40%，消化時間4min,混合料裝入①600x1200mm的圓筒混合機(jī)內(nèi)制粒4min,混合才幾轉(zhuǎn)速為16.77rpm。燒結(jié)試驗在①250x730mm燒結(jié)杯中進(jìn)行，鋪底料厚度30mm，點火負(fù)壓600x9.8Pa，燒結(jié)負(fù)壓1200x9.8Pa，點火時間2min。沖企測垂直燒結(jié)速度、利用系數(shù)、固體燃耗、成品率、強(qiáng)度、粒度等性能指標(biāo)。4、試驗結(jié)果(1)綜合評價體系設(shè)置按照均勻設(shè)計試驗方法，制造了12批燒結(jié)礦，結(jié)果見下面的表8。表8高褐粉均勻設(shè)計試驗結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>本發(fā)明采用綜合指數(shù)法來評價試驗的總體結(jié)果。在本實施例中，采用國內(nèi)外普遍使用的綜合指數(shù)法，綜合指數(shù)越高，效果越好。綜合指數(shù)/=W|Pi+^2/2，式中P稱為個體指數(shù)，w為權(quán)值，權(quán)值可以根據(jù)實際情況確定。對于系統(tǒng)的高優(yōu)指標(biāo)(例如轉(zhuǎn)鼓指數(shù))，/^實測值X/最優(yōu)(高)值M;對于低優(yōu)指標(biāo)(例如固體燃耗)，P-最優(yōu)(低)值M/實測值X。在本發(fā)明的該實施例中，本試驗轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、利用系數(shù)、燃耗的重要性(權(quán)值)的比值為40:30:30，綜合指數(shù)/計算結(jié)果見表8。(2)試驗參數(shù)直觀擇優(yōu)對表8中試驗結(jié)果指標(biāo)最優(yōu)時的參數(shù)組合直接選出，結(jié)果見表9。表9試驗最佳結(jié)果的直觀擇優(yōu)參數(shù)組合<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>對選出的最好因子作加權(quán)平均處理，綜合評價效果最好(指數(shù)100.0)所對應(yīng)的因子是褐鐵礦配比10.20%，焦粉配比5.03%，水分7.17%，料層厚度582mm。根據(jù)本發(fā)明，這組參數(shù)完全可以在實際生產(chǎn)中實施，每組試驗中褐4^礦配比為8%-12%,高于本發(fā)明的實際生產(chǎn)中的3%-7%,因此生產(chǎn)中還可加大褐鐵礦的用量。(3)試驗結(jié)果建模直觀擇優(yōu)在因子考察的水平范圍內(nèi)是很有用的方法，這也是均勻設(shè)計的優(yōu)勢所在，但也有可能更好的結(jié)果不在試驗范圍內(nèi)，利用模型尋優(yōu)則是另一種尋優(yōu)方法。對表8的試驗結(jié)果與因子變量進(jìn)行多元二次回歸，建立模型于下1)ISO轉(zhuǎn)鼓指數(shù)Yj=965.0377+23.0935X廣164.49870X2+6.3545X3—1.8746X4+9.8873X22+0.00109X42—1.91499X,xX2—0.02089XxX4—2.3921X2xX3+0.143X2xX4在這里，相關(guān)系數(shù)R-1，決定系數(shù)尺2=0.99997,F=435.64>F0.05=241.88<F,=6055.93。要指出的是，F(xiàn)為方差，其值越大，模型擬合效果越顯著。2)利用系數(shù)—22.4599—0.4473X,+3.7430X3+0.0340X4+0,00902X,2+0.1983X22—0.0104X,xX3+0.00065X,xX4—0.17445X2xX3—0.001485X2xX4—0.00394X3xX4在這里，相關(guān)系數(shù)R=l，決定系數(shù)R2=0.99997,F=26247.47〉F,=6055.93〉F005=241.88。3)固體燃耗Yg=—250.1697—21.74017X2+14.72617X3+1.0316X4—2.48062X32-0.00084X42+0.9302X1xX2+0.1786X1xX3—0.01017X^X4+3.9931X2xX3在這里，相關(guān)系數(shù)R=l,決定系數(shù)R2=0.99998，F(xiàn)=11307.74〉F,=99.39>Fao5=19.38。以上所有模型值與實際值擬合高度顯著。(4)模型采用均勻設(shè)計進(jìn)一步尋優(yōu)在本發(fā)明中，還采用了均勻設(shè)計法尋優(yōu)，其方法是將一張均勻設(shè)計表對應(yīng)的因子水平用模型計算強(qiáng)度等指標(biāo)，找出最佳結(jié)果對應(yīng)的因子組合，這種尋優(yōu)具有簡便快捷的優(yōu)點。尋優(yōu)使用的均勻設(shè)計表見下面的表10。表10是一個4因子24水平的均勻表。在全部排列的情況下將有244種組合，在這樣多的組合中去尋優(yōu)是非常不現(xiàn)實的。根據(jù)本發(fā)明的該實施例，將每個因子從下限到上限等間距分成24個水平，見下面的表11，將各因子水平填入表10中對應(yīng)的代碼，用模型計算強(qiáng)度、利用系數(shù)、固體燃耗，每個指標(biāo)計算24次，將指標(biāo)最優(yōu)對應(yīng)的因子找出來，即完成了尋優(yōu)過程，尋優(yōu)結(jié)果見表12。表10尋優(yōu)用均勻設(shè)計表"24(244)(CD=0.06)試驗號<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表11均勻設(shè)計尋優(yōu)的因子水平設(shè)置表<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>由表12可見，用模型尋優(yōu)的參數(shù)組合優(yōu)于直觀擇優(yōu)，強(qiáng)度與利用系數(shù)均高于試驗值，固體燃耗約高于試驗值，綜合評價指數(shù)達(dá)到105.35,高于試驗值的100，說明在試驗范圍外還有更好的參數(shù)組合使指標(biāo)更好。綜合評價最優(yōu)組合參數(shù)為褐鐵礦配比為7.53%，焦粉配比為4.91%,混合料水分為7.41%，料層厚度為567mm。在本發(fā)明的實際生產(chǎn)中，高褐粉配比一般不超過7%,直接擇優(yōu)與建模尋優(yōu)指標(biāo)最好時褐鐵礦配比均在7%以上，因此，在該實施例的實際生產(chǎn)中有必要適當(dāng)增加褐鐵礦用量，并適當(dāng)提高水分與配。5、驗證性試驗為了驗證直觀選擇與模型尋優(yōu)參數(shù)組合的實際效果，對直觀擇優(yōu)與模型尋優(yōu)的參數(shù)進(jìn)行2次驗證性試驗，結(jié)果與基準(zhǔn)期對比進(jìn)行綜合評價，見下面的表13。表13褐鐵礦燒結(jié)均勻設(shè)計驗證性試驗結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>由表13可見，驗證性試驗均取得了滿意結(jié)果，強(qiáng)度、利用系數(shù)、固體燃耗均比12組試驗結(jié)果的平均值(見表8)先進(jìn)，且用模型選優(yōu)參數(shù)進(jìn)行的驗證試驗結(jié)果好于直觀選優(yōu)。以基準(zhǔn)期綜合評價指數(shù)為100計，則各驗證性試驗結(jié)果的綜合評價指數(shù)均在96以上，最高達(dá)97.27,可見使用了褐鐵礦后比不使用褐鐵礦的滿意程度達(dá)到96%以上。眾所周知，使用褐鐵礦后生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)變差，但根據(jù)本發(fā)明采用均勻設(shè)計試驗進(jìn)行參數(shù)尋優(yōu)，合理安排工藝參數(shù)，使用褐鐵礦后非常接近不使用褐鐵礦的效果，并且大大縮短了試驗時間，達(dá)到了高效高質(zhì)量的試驗效果。需要指出的是，雖然在這里以褐鐵礦為例說明了鐵礦石的燒結(jié)方法，然而本發(fā)明不限于此，對于磁鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦等鐵礦石，同樣可以采用與燒結(jié)褐鐵礦類似的方法來進(jìn)行燒結(jié)，以得到燒結(jié)這些鐵礦石的最優(yōu)參數(shù)組合。實施例2本發(fā)明還利用均勻設(shè)計對已知模型尋優(yōu)。具體而言，使用常規(guī)方法尋優(yōu)，這對存在極值的模型還有效，對于很多模型并不存在極值大或極小值，在這種情況下尋優(yōu)是很困難的。均勻設(shè)計主要用于試驗設(shè)計，但對于已經(jīng)知道數(shù)學(xué)模型的試驗、生產(chǎn)過程同樣可以利用均勻設(shè)計對參數(shù)尋優(yōu)，這種方法稱為均勻設(shè)計計算機(jī)試驗。這種尋優(yōu)不是去安排試驗研究因素之間的反應(yīng)機(jī)理，而是用這種方法更加快捷簡便地尋找符合條件的參數(shù)。例如，本發(fā)明人對某鋼鐵廠通過回歸得出的燒結(jié)礦強(qiáng)度模型為<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>在該燒結(jié)強(qiáng)度模型中有15個因子，各因子的指數(shù)見表14,該模型用常規(guī)方法是求不出極值的。因此，在該實施例中，采用均勻設(shè)計表^5(1515)來尋找符合生產(chǎn)實際的參數(shù)組合。在特定的約束范圍下，將每因子的上下限取值，從下限到上限等間距地劃分為15個水平，約束條件見表15。如果全部排列將有1515種組合，顯然，在這么多的組合中去尋優(yōu)是不現(xiàn)實的。然而，采用本發(fā)明的方法，使用均勻設(shè)計表就只有15種組合，見表16。將表中代碼對應(yīng)的各因子的水平數(shù)填入即完成了各種參數(shù)組合，用回歸模型計算每種組合條件下的燒結(jié)礦強(qiáng)度，如果強(qiáng)度在71-73%之間，即認(rèn)為這一參數(shù)組合可行，就得到一個方案。用這種方法找出了符合生產(chǎn)實際的2組參數(shù)組合(2個方案)，見表17。表15均勻設(shè)計參數(shù)尋優(yōu)因子上下限約束表<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>在表15中，R0為堿度，它是CaO/Si02的比值'<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>權(quán)利要求1、一種鐵礦石燒結(jié)試驗方法，包括以下步驟確定鐵礦石燒結(jié)試驗的影響因子，確定因子數(shù)與水平數(shù)，以進(jìn)行多因子多水平試驗；選擇合適的均勻設(shè)計試驗方法，以確定采用的均勻設(shè)計表；按照確定的均勻設(shè)計表進(jìn)行鐵礦石配料、混合、點火、抽風(fēng)燒結(jié)-試驗，以得到一系列試驗結(jié)果；利用均勻設(shè)計表的因子水平所對應(yīng)的試驗結(jié)果進(jìn)行分析，以確定鐵礦石燒結(jié)的最優(yōu)參數(shù)組合。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵礦石燒結(jié)試驗方法，其特征在于所述均勻設(shè)計試驗方法有等水平因子的均勻設(shè)計、混合水平因子的均勻設(shè)計、配方均勻設(shè)計、模型尋優(yōu)均勻設(shè)計。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵礦石燒結(jié)試驗方法，其特征在于所述確定的均勻設(shè)計表是改造后的均勻設(shè)計表，滿足中心化偏差達(dá)到最小的準(zhǔn)則，以度量點集分散的均勻性。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵礦石燒結(jié)試驗方法，其特征在于當(dāng)選擇的均勻設(shè)計試驗方法與確定的因子數(shù)和水平數(shù)不匹配時，修改因子與水平數(shù)。5、根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的鐵礦石燒結(jié)試驗方法，其特征在于所述均勻設(shè)計表的因子水平所對應(yīng)的試驗結(jié)果是指一種因子-水平組合對應(yīng)一種試驗結(jié)果。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵礦石燒結(jié)試驗方法，其特征在于最優(yōu)參數(shù)組合是通過初步直觀擇優(yōu)、對試驗結(jié)果建立模型并再次使用均勻設(shè)計表計算所述模型得到的。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵礦石燒結(jié)試驗方法，其特征在于所述直觀擇優(yōu)是指直接選取指標(biāo)結(jié)果最優(yōu)所對應(yīng)的因子-水平組合而達(dá)到試驗?zāi)康摹?、根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵礦石燒結(jié)試驗方法，其特征在于所述對試驗結(jié)果建立模型的步驟是指以試驗因子為自變量，試驗結(jié)果為因變量建立多元模型。9、根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵礦石燒結(jié)試驗方法，其特征在于所述再次使用均勻設(shè)計表的步驟為按照該均勻設(shè)計表的因子水平數(shù)排列布陣，用所述模型計算試驗性能指標(biāo)，選取試驗性能指標(biāo)最優(yōu)時的因子水平作為最優(yōu)參數(shù)組合。10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵礦石燒結(jié)試驗方法，其特征在于所述影響因子為燒結(jié)領(lǐng)域特有的物理量，即鐵礦石配比、料層厚度、混合料水分、燃料配比、熔劑配比、堿度、點火溫度、燒結(jié)負(fù)壓、燒結(jié)終點、垂直燒結(jié)速度。11、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵礦石燒結(jié)試驗方法，其特征在于進(jìn)一步對試驗結(jié)果尋優(yōu)而得的最優(yōu)參數(shù)組合進(jìn)行驗證性試驗，以確定均勻設(shè)計試驗的最終結(jié)果。12、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵礦石燒結(jié)試驗方法，其特征在于所述鐵礦石為磁鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦。全文摘要本發(fā)明公開了一種鐵礦石燒結(jié)試驗方法。該方法包括以下步驟確定鐵礦石燒結(jié)試驗的目標(biāo)與影響因子，以進(jìn)行多因子多水平試驗；選擇合適的均勻設(shè)計試驗方法，以確定采用的均勻設(shè)計表；按照確定的均勻設(shè)計表進(jìn)行鐵礦石配料、混合、點火、抽風(fēng)燒結(jié)-試驗，以得到一系列試驗結(jié)果；利用均勻設(shè)計表的因子水平所對應(yīng)的試驗結(jié)果進(jìn)行分析，采用直觀擇優(yōu)與模型尋優(yōu)的方法，以確定鐵礦石燒結(jié)的最優(yōu)參數(shù)組合，且進(jìn)行必須的驗證性試驗。根據(jù)本發(fā)明的鐵礦石燒結(jié)試驗方法，不僅可以大大縮短試驗時間、降低能耗，而且能取得高效高質(zhì)量的試驗結(jié)果。文檔編號C22B1/16GK101532082SQ20091013601公開日2009年9月16日申請日期2009年4月23日優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日發(fā)明者何木光,林千谷,蔣大均申請人:攀枝花新鋼釩股份有限公司