一種表徵高磷鐵礦動力學反應階段的方法
2023-09-13 12:35:30 1
專利名稱：一種表徵高磷鐵礦動力學反應階段的方法
技術領域：
本發明涉及屬於冶金工程技術領域及統計學技術領域，具體地說是一種適應於高 磷鐵礦還原動力學反應階段的判斷和表徵方法。
背景技術：
冶金過程動力學是用化學反應工程學的理論和方法來研究冶金過程及其反應設 備的合理設計最優操作和最優控制的工程理論學科。它在冶金過程動力學和傳輸理論的基 礎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係，找出其數學表 達式(數學模型)；根據各種假設和實驗條件，利用計算機解出各參變量之間的定量關係， 藉以確定最優的反應設備設計和工藝操作參數，以達到操作自動控制的目的。早在60年代，冶金過程數學模型的研究已開始進行。1969年召開了第一次冶金過 程數學模型國際會議。1973年召開了第一次鋼鐵冶金過程數學模型國際會議。鞭巖和森山 昭合寫的第一本命名為《冶金反應工程學》的專著於1972年問世，對鋼鐵冶金過程及其反 應設備進行了較系統的分析。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，對火法及溼法冶金過程動力學作了較全面的論述。這些 專門著作對冶金反應工程學的建立發展起了促進的作用。中國冶金學家葉渚沛在60年代 初期就明確提出把傳輸現象的概念及計算機技術應用到冶金過程研究的建議。70年代後 期，中國冶金工作者開展了噴射冶金、高爐煉鐵、真空脫氣、連鑄等方面的數學模型工作，取 得了一些成果。數學模型法根據研究對象及實踐經驗歸結成一套反映變量之間數量關係的數學 公式和具體算法，用來描述對象的運動規律。這種方法都是在已有的經驗或半經驗公式之 上的。冶金過程涉及到極其複雜的多相反應，高溫下的測試手段尚不甚完備，取得的信息難 以精確穩定，以及中間產物和金屬產品常伴有偏析、有害雜質、非金屬夾雜以及表面及晶體 缺陷等問題，使得現有的冶金反應工程學理論對這些特殊性，難以進行正確而系統的分析 和研究。現階段仍處於利用經驗的傳統數據對冶金反應設備進行設計，而對現有冶金過程 體系及設備的最優化操作及全面的自動控制，有許多問題尚待研究解決。本發明則採用統 計學中的時間序列模型，將一維的數據進行高維的相重構，從而把反應的內部信息顯示在 圖像上，進而有效的對動力學反應階段的判斷和表徵。
發明內容
本發明的目的是克服了經典數學模型方法的不足，提供一種具有較高的應用價值 的、簡便可行的，適應性強，應用於高磷鐵礦還原動力學階段分析的判斷和表徵方法。本發明表徵高磷鐵礦動力學反應階段的方法的技術方案是該方法採用熱重分析 儀來獲得數據並用統計學方法來分析，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實驗；(2)實驗結束後提取差熱掃描量熱曲線；(3)將(2)獲得的曲線進行離散化製成時間序列後導入VRA軟體上作分析；(4)根據圖像特徵來判 斷動力學階段。所取樣品量低於10毫克。所獲取的差熱掃描量熱數據表徵著反應動向，離散程度達到秒量級即每隔一秒取 一個值。使用的軟體為VRA(Visual Recurrence analysis)軟體，把時間序列轉化為圖像， 通過圖像上的雲圖變換特徵來判斷反應的動力學階段。黑白圖像中顯示為淺色表徵相界面 反應階段，灰色則表徵一維擴散階段，深色則表徵二維擴散階段。統計學中的時間序列是真實反應變量隨時間變化關係的方式，本發明利用本身數 據特徵來研究冶金反應的階段控制是最具說服力的，而差熱差熱掃描量熱數據反映的是冶 金反應的內部動態信息，相重構則是對動態信息的歸納和提取，從而反應動力學的階段特 徵。本發明利用該理論來研究高磷鐵礦還原的動力學階段。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實驗；(2)實驗結束後提取差熱掃描 量熱曲線；(3)將(2)獲得的曲線進行離散化製成時間序列後導入VRA軟體上作分析；(4) 根據圖像特徵來判斷動力學階段。本發明的有益效果是1、該方法補充了經典的數學模型法的不足；2、通過圖像特徵反應較曲線更為明朗；3、該方法簡單可行，靈敏度高；本發明應用在對高磷鐵礦還原動力學階段的判斷，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實踐及控制，提供了一種可靠實用的判斷和表徵方法。
圖1差熱掃描量熱數據的VRA高維動態相重構演化圖。圖2為差熱掃描量熱數據的VRA高維動態相重構演化圖。
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 量熱數據用VRA軟體做成動態圖(如圖1)。從圖中可以看出W，3000]為相界面反應階段， [3000,5000]為一維擴散階段，5000點以後為二維擴散階段。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 量熱數據用VRA軟體做成動態圖(如圖2)。從圖中可以看出W，3200]為相界面反應階段， [3200，5500]為一維擴散階段，5500點以後為二維擴散階段。
權利要求
1.一種表徵高磷鐵礦動力學反應階段的方法，其特徵在於該方法採用熱重分析儀來 獲得數據並用統計學方法來分析，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實驗；(2)實驗結束後提取差熱掃描量熱曲線；(3)將(2) 獲得的曲線進行離散化製成時間序列後導入VRA軟體上作分析；(4)根據圖像特徵來判斷 動力學階段。
2.根據權利要求1所述的表徵高磷鐵礦動力學反應階段的方法，其特徵在於所取樣 品量低於10毫克。
3.根據權利要求1所述的表徵高磷鐵礦動力學反應階段的方法，其特徵在於所獲取 的差熱掃描量熱數據表徵著反應動向，離散程度達到秒量級即每隔一秒取一個值。
4.根據權利要求1所述的表徵高磷鐵礦動力學反應階段的方法，其特徵在於使用的 軟體為VRA(Visual Recurrence analysis)軟體，把時間序列轉化為圖像，通過圖像上的雲 圖變換特徵來判斷反應的動力學階段。黑白圖像中顯示為淺色表徵相界面反應階段，灰色 則表徵一維擴散階段，深色則表徵二維擴散階段。
全文摘要
本發明涉及屬於冶金工程技術領域及統計學技術領域，具體地說是一種適應於高磷鐵礦還原動力學反應階段的判斷和表徵方法。本發明主要應用於高磷鐵礦還原動力學反應階段的解構。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實驗；(2)實驗結束後提取差熱掃描量熱曲線；(3)將(2)獲得的曲線進行離散化製成時間序列後導入VRA軟體上作分析；(4)根據圖像特徵來判斷動力學階段。本發明應用在對高磷鐵礦還原動力學階段的判斷，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實踐及控制，提供了一種可靠實用的判斷和表徵方法。
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 優先權日2011年1月10日
發明者卿山, 王 華, 範國鋒 申請人:昆明理工大學