不同台时产量条件下烧结矿粒度分布的分形特征.doc

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1、冶金之家网站不同台时产量条件下烧结矿粒度分布的分形特征张义明，司新国，赵二敏，范文生，王国华，周静，程翠华(河北钢铁集团唐钢公司，河北唐山063020)摘要：通过对唐钢南区不同台时产量下烧结矿粒度分布规律的研究，计算得出了其粒度分布的分形维数，线性相关系数均大于0．97，说明采用分形理论定量表征烧结矿在不同台时产量条件下的粒度组成是可行的。结果表啊：分形维数首先随台时产量的增加而减小，直至台时产量达460t／h后逐渐增加，在一定程度上评估了唐钢南区烧结机台时产量的合理范围。结合现场数据，解释了烧结矿转鼓强

2、度、成品率随分形维数增加而降低的原因，从而为实际生产中表达烧结矿相关机理提供了新的研究方法。关键词：烧结矿；粒度分布；分形理论；台时产量1前言烧结矿是高炉冶炼的主要原料，其质量的优劣直接影响高炉炉况和钢铁产品质量，因此加强烧结矿质量评估和控制具有重要的现实意义。由于烧结过程是一个工艺流程长、影响因素多、机理复杂的动态系统，其特点使得对烧结矿质量的检验具有大滞后性，检测结果相对较晚，无法直接用于指导烧结配料操作。因此，开发基于现场易于采集数据来判断烧结矿质量的体系，对于烧结生产具有十分重要的意义[1]。分形

3、理论是研究复杂的非线性问题最有效的数学工具之一，20年来已经发展到各个学科领域，它可以将不能定量描述或者难以定量描述的复杂现象用一种便捷方法定量表达出来[2]。本世纪初，河北理工大学张玉柱教授带领的课题组最早提出将该理论应用于烧结，基于烧结杯实验数据以及烧结矿显微结构的二维图像来定量解析烧结矿粒度分布的分形特征，开启了分形理论在烧结领域应用的新篇章[2-4]。本文结合唐钢公司现有条件，将该理论引入烧结过程中，服务并指导现场生产，从而使分形理论在实际烧结生产中的应用又向前迈进了一步。本文采用生产现场易于获得

4、的烧结矿粒度组成，引入分形理论定量解析唐钢公司炼铁厂南区360m2烧结机的实际生产数据，来判断烧结矿性能随台时产量的变化规律，为烧结生产控制提供新的理论依据和研究方法。2原燃料性质与工艺流程2．1原燃料性质唐钢公司炼铁厂南区烧结系统所使用的主要原料有：进料车间供应的混匀矿、焦粉以及高炉返矿；直接对外采购的生石灰；钢区提供的污泥、自身产生的冷返矿以及各种含铁粉尘。为了研究准确，数据具有较强对比性，本研究选取了原燃料成分和配比波动较小的时间区段，其混匀矿、石灰和焦粉的平均成分列于表1～表3。2．2工艺流程冶金

5、之家网站根据唐钢南区烧结车间原燃料特点及供应方式不同，其烧结工艺流程如图1所示，其特点是以污泥替代了一混加水，变废为宝，以利于资源综合利用。3结果与讨论3．1生产结果唐钢南区烧结车间的主要任务是为该区3200m3高炉提供优质烧结矿，因此本研究所用烧结矿取自高炉槽下，其质量对高炉生产的影响更具有代表性。取样筛分后，不同台时产量条件下的烧结矿粒度组成如图2所示，其对应样品的冷态性能(即成品率和转鼓强度)列于表4。冶金之家网站由图2可知，不同台时产量条件下，烧结矿粒度组成具有变化趋势一致的特点，即随粒度增大其量

6、增多，直至25～40mm区间，最后减小。但对于某个具体粒级而言，其百分含量与台时产量之间并不存在明显的变化规律，无法直观地定量表征烧结矿质量的优劣。3．2分形维数的计算与分析结合分形原理及烧结矿筛分粒度质量积累情况(式(1))，可得式(2)，即建立分形维数D与定量b的关系(式(3))[4]。通过对烧结矿样品粒度分析结果的研究，如果log(m(r)／m)-10g(r)在直角坐标下，进行线性拟合，其线性相关性表明其分布的分形结构。结合式(3)，计算烧结矿粒度分布的分形维数值D。根据图2生产结果，在不同台时产量

7、条件下计算常数b和分形维数D，如表4。表4中拟合数据表明，在不同台时产量条件下，唐钢南区烧结矿粒度组成采用式(3)处理后，其线性相关系数均在0．97以上，相关性较强，表明烧结矿粒度分布具有明显的分形结构和分形特征。分形维数分布在0．25~0．45区间，其值越大，烧结矿细粒级所占比例就越大，粒度分布混乱度越显著，相对较复杂，不利于烧结矿质量指标的优化与研究。3．3分形维数随台时产量的变化趋势根据表4数据列出了不同台时产量条件下烧结矿分形维数的变化趋势，见图3。从图3可以看出，在现有工艺与原燃料条件下，唐钢南

8、区烧结矿分形维数先随台时产量的提高而降低，相应颗粒混乱度逐渐减小，粒度组成趋于变好，台时产量达到450t／h时变化趋势趋于平缓，460t／h时达最小值，即0．267；而后，分形维数随台时产量继续提高而增加，烧结矿颗粒混乱度增加，致使其粒度组成恶化。因此，单纯考虑分形维数的变化，在此生产工艺和参数条件下，唐钢南区烧结机比较合理的台时产量是460t／h左右。3．4分形维数与成品率、转鼓强度的关系冶金之家网站结合表4中的分形维数与成