CN102051430B - 一种表征高磷铁矿动力学反应阶段的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及属于冶金工程技术领域及统计学技术领域，具体地说是一种适应于高磷铁矿还原动力学反应阶段的判断和表征方法。本发明主要应用于高磷铁矿还原动力学反应阶段的解构。具体是：(1)用配比好的高磷铁矿及煤粉助溶剂样品放在热重分析仪上做动力学实验；(2)实验结束后提取差热扫描量热曲线；(3)将(2)获得的曲线进行离散化制成时间序列后导入VRA软件上作分析；(4)根据图像特征来判断动力学阶段。本发明应用在对高磷铁矿还原动力学阶段的判断，该方法简单方便，且具有很高的实用价值，对高磷矿的冶炼生产实践及控制，提供了一种可靠实用的判断和表征方法。
Description
技术领域
本发明涉及属于冶金工程技术领域及统计学技术领域，具体地说是一种适应于高磷铁矿还原动力学反应阶段的判断和表征方法。
背景技术
冶金过程动力学是用化学反应工程学的理论和方法来研究冶金过程及其反应设备的合理设计最优操作和最优控制的工程理论学科。它在冶金过程动力学和传输理论的基础上解析冶金过程的各种特性，寻求过程中各主要参变量之间的相互关系，找出其数学表达式(数学模型)；根据各种假设和实验条件，利用计算机解出各参变量之间的定量关系，借以确定最优的反应设备设计和工艺操作参数，以达到操作自动控制的目的。
早在60年代，冶金过程数学模型的研究已开始进行。1969年召开了第一次冶金过程数学模型国际会议。1973年召开了第一次钢铁冶金过程数学模型国际会议。鞭岩和森山昭合写的第一本命名为《冶金反应工程学》的专著于1972年问世，对钢铁冶金过程及其反应设备进行了较系统的分析。1971年赛凯伊(J.Szekely)和西梅利斯(N.J.Themelis)所著的《冶金过程中的速率现象》和1979年孙(H.Y.Sohn)和沃兹沃斯(M.E.Wadsworth)合写的《提取冶金过程的速率》二书，对火法及湿法冶金过程动力学作了较全面的论述。这些专门著作对冶金反应工程学的建立发展起了促进的作用。中国冶金学家叶渚沛在60年代初期就明确提出把传输现象的概念及计算机技术应用到冶金过程研究的建议。70年代后期，中国冶金工作者开展了喷射冶金、高炉炼铁、真空脱气、连铸等方面的数学模型工作，取得了一些成果。
数学模型法：根据研究对象及实践经验归结成一套反映变量之间数量关系的数学公式和具体算法，用来描述对象的运动规律。这种方法都是在已有的经验或半经验公式之上的。冶金过程涉及到极其复杂的多相反应，高温下的测试手段尚不甚完备，取得的信息难以精确稳定，以及中间产物和金属产品常伴有偏析、有害杂质、非金属夹杂以及表面及晶体缺陷等问题，使得现有的冶金反应工程学理论对这些特殊性，难以进行正确而系统的分析和研究。现阶段仍处于利用经验的传统数据对冶金反应设备进行设计，而对现有冶金过程体系及设备的最优化操作及全面的自动控制，有许多问题尚待研究解决。本发明则采用统计学中的时间序列模型，将一维的数据进行高维的相重构，从而把反应的内部信息显示在图像上，进而有效的对动力学反应阶段的判断和表征。
发明内容
本发明的目的是克服了经典数学模型方法的不足，提供一种具有较高的应用价值的、简便可行的，适应性强，应用于高磷铁矿还原动力学阶段分析的判断和表征方法。
本发明表征高磷铁矿动力学反应阶段的方法的技术方案是：该方法采用热重分析仪来获得数据并用统计学方法来分析，具体步骤如下：(1)用配比好的高磷铁矿及煤粉助溶剂样品放在热重分析仪上做动力学实验；(2)实验结束后提取差热扫描量热曲线；(3)将(2)获得的曲线进行离散化制成时间序列后导入VRA软件上作分析；(4)根据图像特征来判断动力学阶段。所取样品量低于10毫克。
所获取的差热扫描量热数据表征着反应动向，离散程度达到秒量级即每隔一秒取一个值。
使用的软件为VRA(Visual Recurrence analysis)软件，把时间序列转化为图像，通过图像上的云图变换特征来判断反应的动力学阶段。黑白图像中显示为浅色表征相界面反应阶段，灰色则表征一维扩散阶段，深色则表征二维扩散阶段。
统计学中的时间序列是真实反应变量随时间变化关系的方式，本发明利用本身数据特征来研究冶金反应的阶段控制是最具说服力的，而差热差热扫描量热数据反映的是冶金反应的内部动态信息，相重构则是对动态信息的归纳和提取，从而反应动力学的阶段特征。本发明利用该理论来研究高磷铁矿还原的动力学阶段。具体方法是：(1)用配比好的高磷铁矿及煤粉助溶剂样品放在热重分析仪上做动力学实验；(2)实验结束后提取差热扫描量热曲线；(3)将(2)获得的曲线进行离散化制成时间序列后导入VRA软件上作分析；(4)根据图像特征来判断动力学阶段。
本发明的有益效果是：
1、该方法补充了经典的数学模型法的不足；
2、通过图像特征反应较曲线更为明朗；
3、该方法简单可行，灵敏度高；
本发明应用在对高磷铁矿还原动力学阶段的判断，该方法简单方便，且具有很高的实用价值，对高磷矿的冶炼生产实践及控制，提供了一种可靠实用的判断和表征方法。
附图说明
图1差热扫描量热数据的VRA高维动态相重构演化图。
图2为差热扫描量热数据的VRA高维动态相重构演化图。
具体实施方式
实施例1：
惠民高磷铁矿直接熔融还原试验中，利用热重实验进行分析。实验得出差热扫描量热数据用VRA软件做成动态图(如图1)。从图中可以看出[0，3000]为相界面反应阶段，[3000，5000]为一维扩散阶段，5000点以后为二维扩散阶段。
实施例2：
罗精高磷铁矿直接熔融还原试验中，利用热重实验进行分析。实验得出差热扫描量热数据用VRA软件做成动态图(如图2)。从图中可以看出[0，3200]为相界面反应阶段，[3200，5500]为一维扩散阶段，5500点以后为二维扩散阶段。
Claims (4)
1.一种表征高磷铁矿动力学反应阶段的方法，其特征在于：该方法采用热重分析仪来获得数据并用统计学方法来分析，具体步骤如下：(1)用配比好的高磷铁矿及煤粉助溶剂样品放在热重分析仪上做动力学实验；(2)实验结束后提取差热扫描量热曲线；(3)将(2)获得的曲线进行离散化制成时间序列后导入VRA软件上作分析；(4)根据图像特征来判断动力学阶段。
2.根据权利要求1所述的表征高磷铁矿动力学反应阶段的方法，其特征在于：所取样品量低于10毫克。
3.根据权利要求1所述的表征高磷铁矿动力学反应阶段的方法，其特征在于：所获取的差热扫描量热数据表征着反应动向，离散程度达到秒量级即每隔一秒取一个值。
4.根据权利要求1所述的表征高磷铁矿动力学反应阶段的方法，其特征在于：使用的软件为VRA(Visual Recurrence analysis)软件，把时间序列转化为图像，通过图像上的云图变换特征来判断反应的动力学阶段，黑白图像中显示为浅色表征相界面反应阶段，灰色则表征一维扩散阶段，深色则表征二维扩散阶段。
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| 张雪杰等.磷矿脱镁动力学过程的响应曲面分析.《现代化工 Modern Chemical Industry》.2010,第30卷第287-290页. * |
| 王伟丽等.高磷铁矿直接还原动力学研究.《甘肃冶金 GANSU METALLURGY》.2007,第29卷(第5期),第1-3页. * |
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