專利名稱：一種表征高磷鐵礦動力學(xué)反應(yīng)階段的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屬于冶金工程技術(shù)領(lǐng)域及統(tǒng)計學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種適應(yīng)于高 磷鐵礦還原動力學(xué)反應(yīng)階段的判斷和表征方法。
背景技術(shù)：
冶金過程動力學(xué)是用化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的理論和方法來研究冶金過程及其反應(yīng)設(shè) 備的合理設(shè)計最優(yōu)操作和最優(yōu)控制的工程理論學(xué)科。它在冶金過程動力學(xué)和傳輸理論的基 礎(chǔ)上解析冶金過程的各種特性，尋求過程中各主要參變量之間的相互關(guān)系，找出其數(shù)學(xué)表 達式(數(shù)學(xué)模型)；根據(jù)各種假設(shè)和實驗條件，利用計算機解出各參變量之間的定量關(guān)系， 借以確定最優(yōu)的反應(yīng)設(shè)備設(shè)計和工藝操作參數(shù)，以達到操作自動控制的目的。早在60年代，冶金過程數(shù)學(xué)模型的研究已開始進行。1969年召開了第一次冶金過 程數(shù)學(xué)模型國際會議。1973年召開了第一次鋼鐵冶金過程數(shù)學(xué)模型國際會議。鞭巖和森山 昭合寫的第一本命名為《冶金反應(yīng)工程學(xué)》的專著于1972年問世，對鋼鐵冶金過程及其反 應(yīng)設(shè)備進行了較系統(tǒng)的分析。1971年賽凱伊(J. Szekely)和西梅利斯(N. J. Themelis)所 著的《冶金過程中的速率現(xiàn)象》和1979年孫(H. Y. Sohn)和沃茲沃斯(M. E. Wadsworth)合 寫的《提取冶金過程的速率》二書，對火法及濕法冶金過程動力學(xué)作了較全面的論述。這些 專門著作對冶金反應(yīng)工程學(xué)的建立發(fā)展起了促進的作用。中國冶金學(xué)家葉渚沛在60年代 初期就明確提出把傳輸現(xiàn)象的概念及計算機技術(shù)應(yīng)用到冶金過程研究的建議。70年代后 期，中國冶金工作者開展了噴射冶金、高爐煉鐵、真空脫氣、連鑄等方面的數(shù)學(xué)模型工作，取 得了一些成果。數(shù)學(xué)模型法根據(jù)研究對象及實踐經(jīng)驗歸結(jié)成一套反映變量之間數(shù)量關(guān)系的數(shù)學(xué) 公式和具體算法，用來描述對象的運動規(guī)律。這種方法都是在已有的經(jīng)驗或半經(jīng)驗公式之 上的。冶金過程涉及到極其復(fù)雜的多相反應(yīng)，高溫下的測試手段尚不甚完備，取得的信息難 以精確穩(wěn)定，以及中間產(chǎn)物和金屬產(chǎn)品常伴有偏析、有害雜質(zhì)、非金屬夾雜以及表面及晶體 缺陷等問題，使得現(xiàn)有的冶金反應(yīng)工程學(xué)理論對這些特殊性，難以進行正確而系統(tǒng)的分析 和研究?，F(xiàn)階段仍處于利用經(jīng)驗的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)對冶金反應(yīng)設(shè)備進行設(shè)計，而對現(xiàn)有冶金過程 體系及設(shè)備的最優(yōu)化操作及全面的自動控制，有許多問題尚待研究解決。本發(fā)明則采用統(tǒng) 計學(xué)中的時間序列模型，將一維的數(shù)據(jù)進行高維的相重構(gòu)，從而把反應(yīng)的內(nèi)部信息顯示在 圖像上，進而有效的對動力學(xué)反應(yīng)階段的判斷和表征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服了經(jīng)典數(shù)學(xué)模型方法的不足，提供一種具有較高的應(yīng)用價值 的、簡便可行的，適應(yīng)性強，應(yīng)用于高磷鐵礦還原動力學(xué)階段分析的判斷和表征方法。本發(fā)明表征高磷鐵礦動力學(xué)反應(yīng)階段的方法的技術(shù)方案是該方法采用熱重分析 儀來獲得數(shù)據(jù)并用統(tǒng)計學(xué)方法來分析，具體步驟如下(1)用配比好的高磷鐵礦及煤粉助 溶劑樣品放在熱重分析儀上做動力學(xué)實驗；(2)實驗結(jié)束后提取差熱掃描量熱曲線；(3)將(2)獲得的曲線進行離散化制成時間序列后導(dǎo)入VRA軟件上作分析；(4)根據(jù)圖像特征來判 斷動力學(xué)階段。所取樣品量低于10毫克。所獲取的差熱掃描量熱數(shù)據(jù)表征著反應(yīng)動向，離散程度達到秒量級即每隔一秒取 一個值。使用的軟件為VRA(Visual Recurrence analysis)軟件，把時間序列轉(zhuǎn)化為圖像， 通過圖像上的云圖變換特征來判斷反應(yīng)的動力學(xué)階段。黑白圖像中顯示為淺色表征相界面 反應(yīng)階段，灰色則表征一維擴散階段，深色則表征二維擴散階段。統(tǒng)計學(xué)中的時間序列是真實反應(yīng)變量隨時間變化關(guān)系的方式，本發(fā)明利用本身數(shù) 據(jù)特征來研究冶金反應(yīng)的階段控制是最具說服力的，而差熱差熱掃描量熱數(shù)據(jù)反映的是冶 金反應(yīng)的內(nèi)部動態(tài)信息，相重構(gòu)則是對動態(tài)信息的歸納和提取，從而反應(yīng)動力學(xué)的階段特 征。本發(fā)明利用該理論來研究高磷鐵礦還原的動力學(xué)階段。具體方法是(1)用配比好的高 磷鐵礦及煤粉助溶劑樣品放在熱重分析儀上做動力學(xué)實驗；(2)實驗結(jié)束后提取差熱掃描 量熱曲線；(3)將(2)獲得的曲線進行離散化制成時間序列后導(dǎo)入VRA軟件上作分析；(4) 根據(jù)圖像特征來判斷動力學(xué)階段。本發(fā)明的有益效果是1、該方法補充了經(jīng)典的數(shù)學(xué)模型法的不足；2、通過圖像特征反應(yīng)較曲線更為明朗；3、該方法簡單可行，靈敏度高；本發(fā)明應(yīng)用在對高磷鐵礦還原動力學(xué)階段的判斷，該方法簡單方便，且具有很高 的實用價值，對高磷礦的冶煉生產(chǎn)實踐及控制，提供了一種可靠實用的判斷和表征方法。


圖1差熱掃描量熱數(shù)據(jù)的VRA高維動態(tài)相重構(gòu)演化圖。圖2為差熱掃描量熱數(shù)據(jù)的VRA高維動態(tài)相重構(gòu)演化圖。
具體實施例方式實施例1:惠民高磷鐵礦直接熔融還原試驗中，利用熱重實驗進行分析。實驗得出差熱掃描 量熱數(shù)據(jù)用VRA軟件做成動態(tài)圖(如圖1)。從圖中可以看出W，3000]為相界面反應(yīng)階段， [3000,5000]為一維擴散階段，5000點以后為二維擴散階段。實施例2:羅精高磷鐵礦直接熔融還原試驗中，利用熱重實驗進行分析。實驗得出差熱掃描 量熱數(shù)據(jù)用VRA軟件做成動態(tài)圖(如圖2)。從圖中可以看出W，3200]為相界面反應(yīng)階段， [3200，5500]為一維擴散階段，5500點以后為二維擴散階段。
權(quán)利要求
1.一種表征高磷鐵礦動力學(xué)反應(yīng)階段的方法，其特征在于該方法采用熱重分析儀來 獲得數(shù)據(jù)并用統(tǒng)計學(xué)方法來分析，具體步驟如下(1)用配比好的高磷鐵礦及煤粉助溶劑 樣品放在熱重分析儀上做動力學(xué)實驗；(2)實驗結(jié)束后提取差熱掃描量熱曲線；(3)將(2) 獲得的曲線進行離散化制成時間序列后導(dǎo)入VRA軟件上作分析；(4)根據(jù)圖像特征來判斷 動力學(xué)階段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表征高磷鐵礦動力學(xué)反應(yīng)階段的方法，其特征在于所取樣 品量低于10毫克。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表征高磷鐵礦動力學(xué)反應(yīng)階段的方法，其特征在于所獲取 的差熱掃描量熱數(shù)據(jù)表征著反應(yīng)動向，離散程度達到秒量級即每隔一秒取一個值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表征高磷鐵礦動力學(xué)反應(yīng)階段的方法，其特征在于使用的 軟件為VRA(Visual Recurrence analysis)軟件，把時間序列轉(zhuǎn)化為圖像，通過圖像上的云 圖變換特征來判斷反應(yīng)的動力學(xué)階段。黑白圖像中顯示為淺色表征相界面反應(yīng)階段，灰色 則表征一維擴散階段，深色則表征二維擴散階段。
全文摘要
本發(fā)明涉及屬于冶金工程技術(shù)領(lǐng)域及統(tǒng)計學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種適應(yīng)于高磷鐵礦還原動力學(xué)反應(yīng)階段的判斷和表征方法。本發(fā)明主要應(yīng)用于高磷鐵礦還原動力學(xué)反應(yīng)階段的解構(gòu)。具體是(1)用配比好的高磷鐵礦及煤粉助溶劑樣品放在熱重分析儀上做動力學(xué)實驗；(2)實驗結(jié)束后提取差熱掃描量熱曲線；(3)將(2)獲得的曲線進行離散化制成時間序列后導(dǎo)入VRA軟件上作分析；(4)根據(jù)圖像特征來判斷動力學(xué)階段。本發(fā)明應(yīng)用在對高磷鐵礦還原動力學(xué)階段的判斷，該方法簡單方便，且具有很高的實用價值，對高磷礦的冶煉生產(chǎn)實踐及控制，提供了一種可靠實用的判斷和表征方法。
文檔編號C21B13/00GK102051430SQ20111000331
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月10日
發(fā)明者卿山, 王 華, 范國鋒 申請人:昆明理工大學(xué)