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【新刊速览】​包国营:​响应面-满意度函数法优化烧结配矿

时间:2023-08-18 来源: 浏览:

【新刊速览】​包国营:​响应面-满意度函数法优化烧结配矿

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响应面-满意度函数法优化烧结配矿
包国营 1 ,刘磊 1 ,韩秀丽 1 ,段博文 1 ,钦礼文 1 ,刘盈盈 2
(1.华北理工大学矿业工程学院, 河北 唐山 063210;2.华北理工大学冶金与能源学院, 河北 唐山 063210)

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摘 要  

烧结配矿效果的好坏直接影响烧结矿的产质量和成本,甚至影响到高炉冶炼技术经济指标。为了探究原料成分配比与烧结矿质量多指标的综合关系,提出一种基于响应面-满意度函数法的烧结原料配矿优化方法。采用响应面法Box-Behnken设计(RSM-BBD),以氧化镁的质量分数w(MgO)、氧化铝的质量分数w(Al 2 O 3 )、碱度R(w(CaO)/w(SiO 2 ))为自变量,以低温还原粉化指数、气孔率、铁酸钙含量等质量指标为因变量,建立响应面回归模型,分别研究3个因素及其交互作用对赤铁矿型烧结矿低温还原粉化指数、气孔率、铁酸钙含量等质量指标的影响;在此基础上,再结合满意度多目标优化法,以低温还原粉化指数、气孔率、铁酸钙含量的整体满意度为目标,构建响应面Box-Behnken整体满意度函数模型(RSM-BBD-DFA)优化烧结配矿。试验结果表明,各因素对低温还原粉化指数、铁酸钙含量的影响显著程度大小为w(MgO)>R>w( Al 2 O 3 ),对气孔率的影响显著程度大小为w( Al 2 O 3 )>R>w(MgO);w( Al 2 O 3 )和碱度R交互作用对烧结矿低温还原粉化指数影响极其显著,w( Al 2 O 3 )和碱度R交互作用对气孔率、铁酸钙含量影响显著;w(MgO)、w( Al 2 O 3 )、碱度R对烧结矿质量整体满意度影响极显著,影响大小依次为碱度R>w( Al 2 O 3 )> w(MgO);确定的最佳原料配比w(MgO)为2.07%、w( Al 2 O 3 )为1.96%、碱度R为2.14,基于烧结矿质量整体满意度的预测公式和试验,得到最佳原料配比下烧结矿质量整体满意度实际值(0.88)与预测值(0.90)相差不大。

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关 键 词  

烧结矿; 响应面法; 满意度函数法; 多目标优化; 交互作用

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引 言 

烧结原料的化学成分是影响烧结矿质量的重要因素,而烧结矿质量又由低温还原粉化指数、铁酸钙含量、气孔率等指标共同反映。国内外学者从烧结原料配矿优化的角度,对改善烧结矿质量指标做了大量研究。通过单因素试验分析法,文献研究发现,Mg 2+ 固溶在Fe 3 O 4 中可以提高 Fe 3 O 4 稳定性,不利于 Fe 3 O 4 氧化成Fe 2 O 3 从而改善低温还原粉化指数,过量的MgO会生成高熔点的铁酸镁导致铁酸钙生成数量降低。适当增加烧结矿中w( Al 2 O 3 )和碱度R有利于生成针状铁酸钙,改善低温还原粉化指数,而w( Al 2 O 3 )和碱度R进一步升高,则会降低低温还原粉化指数和气孔率。作者在采用单因素分析法研究结果的基础上,结合响应面法的研究表明,烧结原料成分对烧结矿低温还原粉化指数的影响程度大小为w(MgO)>碱度R>w( Al 2 O 3 )。此外,也有学者通过正交分析法研究发现,对烧结矿成品率影响程度大小为碱度R>w(MgO)>配碳量>水分。
以上基于烧结矿质量指标优化烧结配矿的研究方法多集中于单因素试验或正交试验,但单因素分析法只对1个因素进行试验而将其他因素固定,正交试验法仅考虑多个因素对试验结果的影响程度大小,均忽略了各因素之间交互作用的影响,不能客观反映烧结矿的真实品质。当同时考虑多个烧结矿质量指标及其影响因素时,上述方法需要开展大量试验且难以进行多目标综合寻优。而响应面法结合满意度函数可以对多目标进行整体优化,且多因素多水平设计所需试验次数较少。因此,本研究提出一种基于响应面-满意度函数法的烧结原料配矿优化方法,开展原料成分因素及其交互作用对赤铁矿型烧结矿多个质量指标影响的综合评价,为准确掌握烧结原料成分与烧结矿质量指标间的内在关系提供参考。

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精 选 图 表  

    

05

结  论

1)以w(MgO)、w( Al 2 O 3 )以及碱度R为影响因素,建立烧结矿低温还原粉化指数、气孔率、铁酸钙含量的响应面回归预测模型,模型的拟合度R2分别为0.99、0.97、0.93,各响应面模型的拟合度R2接近1,表明各模型具有较高的可靠度,拟合效果均良好。
2)w(MgO)、w( Al 2 O 3 )和碱度R对低温还原粉化指数、铁酸钙含量的影响显著程度大小为w(MgO)>R>w( Al 2 O 3 ),对气孔率的影响显著程度大小为w( Al 2 O 3 )>R>w(MgO);w( Al 2 O 3 )和碱度R交互作用对烧结矿低温还原粉化指数影响极其显著,w( Al 2 O 3 )和碱度R交互作用对气孔率、铁酸钙含量影响显著。
3)基于满意度函数的多目标优化算法对烧结原料配比进行优化,得到各影响因素对烧结矿质量整体满意度影响大小依次为碱度R>w( Al 2 O 3 )>w(MgO),烧结原料最佳配比w(MgO)为2.07%、w( Al 2 O 3 )为1.96%、碱度R为2.14,在此最优条件下,各响应值试验值与预测值基本一致,这验证了RSM-BBD-DFA模型的可靠性。

来源:《钢铁》2023年第8期

END

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