一种适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法
【专利摘要】本发明属于高炉炼铁【技术领域】，是一种适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法，按以下步骤进行：㈠对铁矿粉混匀作业工序进行数学模拟求出混匀料中铁矿石的含量P(A)；㈡确定铁矿石离散型随机变量X在E(X)附近取值的概率大于等于Po；㈢以过程控制理论求出混匀料化验成分的连续型随机变量正态分布的合格率P；㈣令η＝P/Po得出适合于混匀作业生产管理的混匀效率计算公式；η＝1时，混匀效果达到了理想效果；η＞1时，η越大，混匀效果越好；η＜1时，η越小，混匀效果越差。本发明对料场的混匀料堆生产的影响因素具有较为全面的描述，更加准确地符合现代化原料场混匀作业工序混匀效果的实际情况。
【专利说明】一种适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高炉炼铁【技术领域】，具体的说是一种适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法。
【背景技术】
[0002]在高炉炼铁【技术领域】，当前没有专门应用于混匀作业生产的铁矿粉混匀效率计算方法，现有技术中都是借用在混匀料场设计中用来估计料场设计效果的计算方法，该计算方法的核心是传统的标准偏差法，它由下面几个计算步骤组成:
[0003]I)计算铁矿粉混匀作业前各种原料总的标准偏差:
[0004]σ E =去]Σ(Μσ?Υ⑴
[0005]其中N1:某种物料的布料层数；
[0006]N:料堆布料总层数；
[0007]σ 1:对应于Ni层的标准偏差；
[0008]k:不同种类物料数；
[0009]2)估算铁矿粉混匀作业后的标准偏差:
[0010]σ A = σ E /4N(2)
[0011]其中σ E:铁矿粉混匀作业如各种原料总的称准偏差；
[0012]N:料堆布料总层数；
[0013]3)计算混匀效率:
[0014]传统的标准偏差法混匀效率的定义公式为
[0015]η = σ E/ σ A (3)
[0016]其中σ E:铁矿粉混匀作业前各种原料总的标准偏差；
[0017]O A:铁矿粉混匀作业后的标准偏差
[0018]将⑴和⑵代入⑶式，得到混匀效率为:
[0019]n = Viv(4)
[0020]其中N:料堆布料总层数；
[0021]由上面的计算方法可以看出，传统的标准偏差法的铁矿粉混匀效果的计算公式最终仅仅表达为混匀作业铺料层数的函数。
[0022]传统的标准偏差法存在的最大问题是在实际应用中普遍反映其计算结果与事实相去甚远，在现场生产中，人们发现有许多因素影响着铁矿粉混匀效率，例如:1)层数的问题:在一定条件下，一定范围内，铺料层数越多越好，但是到一定程度后效果趋于零，甚至可能造成负效果；2)原料种类，原料成分绝对值以及偏差值；3)堆料设备，堆料方式，料堆规格；4)操作，取样等人的因素。
[0023]因此，现场生产反映的事实表明铁矿粉混匀效果与混匀料生产中出现的众多的操作参数有关，而现有技术的计算方法仅仅表达为铺料层数的函数，这显然不符合混匀作业生产实际，因此，有必要提出一种适合于整个混匀作业生产过程的混匀作业工序混匀效果计算方法。
【发明内容】
[0024]本发明所要解决的技术问题是，提出一种适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法，可以克服现有技术“传统的标准偏差法存在的问题”中提到的诸多的影响铁矿粉混匀效果的因素，对料场的混匀料堆生产的影响因素具有较为全面的描述，更加准确地符合现代化原料场混匀作业工序混匀效果的实际情况。
[0025]本发明解决以上技术问题的技术方案是:
[0026]一种适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法，按以下步骤进行:
[0027]㈠对铁矿粉混匀作业工序进行数学模拟求出混匀料中铁矿石的含量P (A): [0028]设参加混匀的各原料均只有铁矿石和脉石组成，将混匀作业工序的混匀生产过程看作是η次独立重复的贝努里试验，以A代表“铁矿石出现”这个事件，1-A代表“脉石出现”即“Α不出现”事件，将A出现的次数与总次数相比，即为A出现的概率，也就是混匀料中铁矿石的百分含量P (A) (%)，将混匀料中铁矿石出现的全概率公式表达为:
[0029]P (A) =P (BI) P (A/Bl) +P (Β2) P (Α/Β2) +......+P (Bk) P (A/Bk) (5)
[0030]式中:B1, B2,......，Bk为参加混匀的K种原料；
[0031]A代表铁矿石；
[0032]P(Bl), P (B2)，……,P (Bk), (% )为各种原料的配料比；
[0033]P(A)为混匀料中铁矿石的含量；
[0034]P (A/B1)，P (A/B2)，……，P (A/Bk), (% )是各种原料中铁矿石的含量；
[0035]在实际混匀作业的生产中，P (A/B1)，P (A/B2)，……，P (A/Bk)由现场采集的数据得到，现场采集数据是对各种原料进行化验的Tfe含量，将Tfe含量变换为P(A/B1)，P(A/B2)，……，P (A/Bk)，变换的方法是:
[0036]P(A/B1) = (Tfel) / 70%= 10/7 (Tfel)
[0037]......[0038]P (A/Bk) = (Tfek) / 70%= 10/7 (Tfek)
[0039]其中(Tfel)为第一种原料的化验Tfe ；……；(Tfek)为第k种原料的化验Tfe ；
[0040]㈡确定铁矿石离散型随机变量X在E (X)附近取值的概率大于等于Po:
[0041]对铁矿粉混合料进行η次独立重复的贝努里机械混匀试验，根据堆取料作业的特点及研究对象铁矿石的数学特征确定过程的随机变量种类为离散型随机变量，随机变量X的分布为服从二项分布，X的期望和方差分别为:
[0042]E ⑴=η P (A)
[0043]D(X) = n P(A) [1-P(A)]
[0044]i随机变量X的期望E (X)和方差D (X)都存在的情况下，对于任意给定的ε >0，有下面概率不等式成立:
[0045]Ρ{ I X-E(X) I < ε } ^ 1-D(X)/ ε 2 (6)
[0046]ii现设t为混匀料的规范限，X表示在η次重复独立试验中A出现的次数，即A出现的频率为 X/n，将事件{P (A)-t/0.7 < X/n < P (A)+t/0.7}写成:
[0047]P {P (A) -t/0.7 < X/n < P (A) +t/0.7} = P { I X-E (X) I < nt/0.7}
[0048]将ε = nt/0.7代入公式(6)得到:
[0049]P{ I X-E(X) I < nt/0.7} ^ 1-D(X)/(nt/0.7)2 ；
[0050]iii令 Po = 1-D (X) / (nt/0.1)2,并将 D(X) = n P (A) [1_P (A)]代入得到:
[0051]Po = 1-P(A) [1-P (A)]/n(t/0.7)2 (7)
[0052]式中:t:混匀料生产的单边规范限；
[0053]P(A):混匀料中铁矿石的含量；
[0054]η:独立重复试验次数；
[0055]通过η次重复独立试验以后，根据公式(6)和公式(7)得到铁矿石X在E (X)附近取值的概率大于等于Po ；
[0056]曰以过程控制理论求出混匀料化验成分的连续型随机变量正态分布的合格率P:
[0057]为了利用混匀作业日常生产中所检测到的大量的连续型随机变量的正态分布数据来计算实际生产的混匀作业混匀效果，用过程控制理论求出混匀料化学成分这个连续型随机变量正态分布的合 格率P，即:
[0058]i 由 Tu-Tl = 2t，得出 P = P (Tl ≤ X ≤ Tu)，
[0059]其中Tu:混匀料生产中质量控制上限；
[0060]Tl:混匀料生产中质量控制下限；
[0061]ii 根据 P (TL ≤ X ≤ Tu) = 2Φ (3Cp)_l，得出
[0062]P = 2 Φ (3Cp) -1 (8)
[0063]其中Φ (3Cp):是三倍工程能力指数的标准正态分布函数值；
[0064]P:混匀作业工序生产的混匀料堆合格率；
[0065]㈣令η = P/Po得出适合于混匀作业生产管理的混匀效率计算公式:
[0066]令η = P/Po，将⑶式和(7)式代入，整理后得到:
[0067]η = (2Φ (3Cp) — I〕/ {I 一 P (A) [1-P (A) ]/n (t/0.7)2} (9)
[0068]其中η:适合于混匀作业生产管理的混匀效率；
[0069]η:混匀料生产的铺料层数；
[0070]Φ (3Cp):三倍工程能力指数的标准正态分布函数值；
[0071]Cp:混匀作业工序的工程能力指数,可用Cp = (Tu-Tl) /6 σ A，即Cp = t/3 σ A得至1J，其中0 A为铁矿粉混匀作业后混匀料堆的标准差；
[0072]t:混匀料生产的单边规范限；
[0073]P(A):混匀料中铁矿石的含量，用下面的方法得到:
[0074]P (A) =P (BI) P (A/Bl) +P (B2) P (A/B2) +......+P (Bk) P (A/Bk)
[0075]P(A/B1) = (Tfel) / 70%= 10/7 (Tfel)
[0076]......[0077]P (A/Bk) = (Tfek) / 70%= 10/7 (Tfek)
[0078](Tfel)为第一种原料的化验Tfe ；......; (Tfek)为第k种原料的化验Tfe。
[0079]本发明进一步限定的技术方案是:
[0080]前述的适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法，Π = I时，混匀效果达到了理想效果；η > I时，η越大，混匀效果越好；Π < I时，Π越小，混匀效果越差。总之，Π越大，混匀效果越好。
[0081]前述的适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法，对铁矿粉混合料进行n次独立重复的贝努里机械混匀试验，其中n为600。
[0082]前述的适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法，随机变量X种类为离散型随机变量。
[0083]前述的适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法，混匀料生产的铺料层数N等于n。
[0084]前述的适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法，混匀料生产的单边规范限t为0.5%。
[0085]本发明的有益效果是:⑴本发明采用了混匀料生产中出现的众多的操作参数，这些操作参数数据准确、易得，如对各种原料进行化验的Tfe含量、混匀料生产中混匀料堆的铺料层数n、合格率P等数据都是生产现场需要统计的数据；Ρ(Α)、σ A、Cp等参数，只需稍作计算就能得到，而t则是混匀料生产的单边规范限；(2)本发明既实现了离散型随机变量对混匀作业生产过程的描述，又实现了利用混匀作业日常生产中所检测到的大量的连续型随机变量数据来计算混匀效果，因此，与传统标准偏差法及其系列修正公式相比，其混匀效果的计算值更加准确地符合现代化原料场混匀作业工序混匀效果的实际情况；⑶本发明考虑到了“传统的标准偏差法存在的问题”中提到的诸多的影响铁矿粉混匀效果的因素，对料场的混匀料堆生产的影响因素具有较为全面的描述，因此，它可以用来指导生产；(4) n = I时，混匀效果达到了理想效果；Π > I时，Π越大，混匀效果越好；Π < I时，Π越小，混匀效果越差，总之，H越大，混匀效果越好。
【具体实施方式】
[0086]实施例1
[0087]一种适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法，其特征在于:按以下步骤进行:
[0088]㈠对铁矿粉混匀作业工序进行数学模拟求出混匀料中铁矿石的含量P (A):
[0089]设参加混匀的各原料均只有铁矿石和脉石组成，因此，混匀作业工序的混匀生产过程应可以看作是n次独立重复的贝努里试验，以A代表“铁矿石出现”这个事件，1-A代表“脉石出现”即“A不出现”事件。这样将A出现的次数与总次数相比，即为A出现的概率，也就是混匀料中铁矿石的百分含量P(A) (%)，因此，混匀料中铁矿石出现的全概率公式可以表达为:
[0090]P (A) =P (BI) P (A/Bl) +P (B2) P (A/B2) +......+P (Bk) P (A/Bk) (5)
[0091]式中:B1, B2,......，Bk为参加混匀的K种原料；
[0092]A代表铁矿石；
[0093]P(Bl), P(B2),……,P(Bk), (% )为各种原料的配料比；
[0094]P(A)为混匀料中铁矿石的含量； [0095]P (A/B1)，P (A/B2)，……，P (A/Bk), (% )是各种原料中铁矿石的含量。
[0096]在实际混匀作业的生产中，P(A/B1)，P (A/B2)，……，P (A/Bk)可以由现场采集的数据来得到，通常情况下，现场采集数据是对各种原料进行化验的Tfe含量，因此，应该变换为P (A/B1)，P (A/B2)，……，P (A/Bk)才能为公式所用，变换的方法是:
[0097]P(A/B1) = (Tfel) / 70%= 10/7 (Tfel)
[0098]......[0099]P (A/Bk) = (Tfek) / 70%= 10/7 (Tfek)
[0100]其中(Tfel)为第一种原料的化验Tfe ；……；(Tfek)为第k种原料的化验Tfe0
[0101]㈡确定铁矿石离散型随机变量X在E(X)附近取值的概率大于等于Po:
[0102]对铁矿粉混合料进行η次独立重复的贝努里机械混匀试验，根据堆取料作业的特点及研究对象铁矿石的数学特征，确定过程的随机变量种类为离散型随机变量，随机变量X的分布为服从二项分布，因此，X的期望和方差分别为:
[0103]E(X)= n P(A)
[0104]D(X) = n P(A) [1-P(A)]
[0105]i随机变量X的期望E(X)和方差D(X)都存在的情况下，对于任意给定的ε >0，有下面概率不等式成立:
[0106]Ρ{ I X-E(X) I < ε } ^ 1-D(X)/ ε 2 (6)
[0107]ii现设t为混匀料的规范限，X表示在η次重复独立试验中A出现的次数，即A出现的频率为Χ/η，事件{P (A)-t/0.7 < X/n < P (A)+t/0.7}可以写成:
[0108]P {P (A) -t/0.7 < X/n < P (A) +t/0.7} = P { I X-E (X) I < nt/0.7}
[0109]将ε = nt/0.7代入公式(6)可以得到:
[0110]P{ I X-E(X) I < nt/0.7} ^ 1-D(X)/(nt/0.7)2
[0111]iii令 Po = 1-D(X)/(nt/0.7)2，并将 D(X) = n P(A) [1_P(A)]代入得到:
[0112]Po = 1-P(A) [1-P(A) ]/n (t/0.7)2 (7)
[0113]式中:t:混匀料生产的单边规范限；
[0114]P(A):混匀料中铁矿石的含量；
[0115]η:独立重复试验次数
[0116]这就是说，通过η次重复独立试验以后，根据公式(6)和公式(7)我们可以认为，铁矿石X在E(X)附近取值的概率大于等于Po。
[0117]曰以过程控制理论求出混匀料化验成分的连续型随机变量正态分布的合格率P:
[0118]为了利用混匀作业日常生产中所检测到的大量的连续型随机变量的正态分布数据来计算实际生产的混匀作业混匀效果，用过程控制理论求出混匀料化学成分这个连续型随机变量正态分布的合格率P，即:
[0119]i 由 Tu-Tl = 2t，得出 P = P (Tl ≤ X ≤ Tu)，
[0120]其中Tu:混匀料生产中质量控制上限；
[0121]Tl:混匀料生产中质量控制下限；
[0122]ii 根据 P (TL ≤ X ≤ Tu) = 2Φ (3Cp)_l，得出
[0123]P = 2Φ (3Cp) -1 (8)
[0124]其中Φ (3Cp):是三倍工程能力指数的标准正态分布函数值；
[0125]P:混匀作业工序生产的混匀料堆合格率。
[0126]㈣令η = P/Po得出适合于混匀作业生产管理的混匀效率计算公式:[0127]令η = P/Po，将⑶式和(7)式代入，整理后得到:
[0128]η =〔2Φ (3Cp) — I〕/{I — P⑷[l-P(A)]/n(t/0.7)2} (9)
[0129]其中η:适合于混匀作业生产管理的混匀效率；
[0130]n:混匀料生产的铺料层数；
[0131]Φ (3Cp):三倍工程能力指数的标准正态分布函数值；
[0132]Cp:混匀作业工序的工程能力指数,可用Cp = (Tu-Tl) /6 σ A，B卩Cp = t/3 σ A得至1J，其中0 A为铁矿粉混匀作业后混匀料堆的标准差；
[0133]t:混匀料生产的单边规范限；
[0134]P(A):混匀料中铁矿石的含量，用下面的方法得到:
[0135]P (A) =P (BI) P (A/Bl) +P (B2) P (A/B2) +......+P (Bk) P (A/Bk)
[0136]P(A/B1) = (Tfel) / 70%= 10/7 (Tfel)
[0137]......[0138]P (A/Bk) = (Tfek) / 70%= 10/7 (Tfek)
[0139](Tfel)为第一种原料的化验Tfe ；……；(Tfek)为第k种原料的化验Tfe0
[0140]n = I时，混匀效果达到了理想效果；η > I时，η越大，混匀效果越好；Π < I时，Π越小，混匀效果越差，总之，Π越大，混匀效果越好。
[0141]对铁矿粉混合料进行n次独立重复的贝努里机械混匀试验，其中n —般在600左右；根据堆取料作业的特点及研究对象铁矿石的数学特征确定过程的随机变量种类为离散型随机变量；混匀料生产的铺料层数N = n，因此没有必要区分，可以将N改成n，n 一般在600左右；一般Tfe的单边规范限在0.5%左右。
[0142] 除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法，其特征在于:按以下步骤进行: (-)对铁矿粉混匀作业工序进行数学模拟求出混匀料中铁矿石的含量P(A): 设参加混匀的各原料均只有铁矿石和脉石组成，将混匀作业工序的混匀生产过程看作是η次独立重复的贝努里试验，以A代表“铁矿石出现”这个事件，1-A代表“脉石出现”即“Α不出现”事件，将A出现的次数与总次数相比，即为A出现的概率，也就是混匀料中铁矿石的百分含量P (A) (%)，将混匀料中铁矿石出现的全概率公式表达为:
P (A) =P (BI) P (A/Bl) +P (Β2) P (Α/Β2) +......+P (Bk) P (A/Bk) (5) 式中:B1, B2,……，Bk为参加混匀的K种原料； A代表铁矿石； P(B1)，P(B2)，……,P(Bk), (% )为各种原料的配料比； P(A)为混匀料中铁矿石的含量； P (A/B1)，P (A/B2)，……，P (A/Bk), (% )是各种原料中铁矿石的含量； 在实际混匀作业的生产中，P(A/B1)，P(A/B2)，……,P(A/Bk)由现场采集的数据得到，现场采集数据是对各种原料进行化验的Tfe含量，将Tfe含量变换为P(A/B1)，P(A/B2)，……，P (A/Bk)，变换的方法是:
P(A/B1) = (Tfel) / 70%= 10/7 (Tfel)
P (A/Bk) = (Tfek) / 70%= 10/7 (Tfek) 其中(Tfel)为第一种原料的化验Tfe ；……；(Tfek)为第k种原料的化验Tfe ； ㈡确定铁矿石离散型随机变量X在E (X)附近取值的概率大于等于Po: 对铁矿粉混合料进行η次独立重复的贝努里机械混匀试验，随机变量X的分布为服从二项分布，X的期望和方差分别为:
E(X) = η P (A)
D(X) =nP0V) [1-P(A)] i随机变量X的期望E (X)和方差D (X)都存在的情况下，对于任意给定的ε >0，有下面概率不等式成立:
Ρ{ I X-E⑴ I < ε }≥ 1-D(X)/ ε 2 (6) ii现设t为混匀料的规范限，X表示在η次重复独立试验中A出现的次数，即A出现的频率为 Χ/η，将事件{P(A)-t/0.7 < X/n < P(A)+t/0.7}写成:
P {P (A) -t/0.7 < X/n < P (A) +t/0.7} = P { I X-E (X) I < nt/0.7} 将ε = nt/0.7代入公式(6)得到:
P{ I X-E(X) I < nt/0.7}≥ 1-D(X)/(nt/0.7)2 ;
iii令 Po = 1-D (X) / (nt/0.7)2，并将 D(X) = η P (A) [1_P (A)]代入得到:
Po = 1-P (A) [1-P (A) ] /n (t/0.7)2 (7) 式中:t:混匀料生产的单边规范限； P(A):混匀料中铁矿石的含量； η:独立重复试验次数； 通过η次重复独立试验以后，根据公式(6)和公式(7)得到铁矿石X在E(X)附近取值的概率大于等于Po ; 曰以过程控制理论求出混匀料化验成分的连续型随机变量正态分布的合格率P:为了利用混匀作业日常生产中所检测到的大量的连续型随机变量的正态分布数据来计算实际生产的混匀作业混匀效果，用过程控制理论求出混匀料化学成分这个连续型随机变量正态分布的合格率P，即:
i由 Tu-Tl = 2t，得出 P = P (Tl ≤ X ≤ Tu)， 其中Tu:混匀料生产中质量控制上限； Tl:混匀料生产中质量控制下限；
ii根据 P (TL ≤ X ≤ Tu) = 2Φ (3Cp)-l，得出
P = 2Φ (3Cp) -1 (8) 其中Φ (3Cp):是三倍工程能力指数的标准正态分布函数值； P:混匀作业工序生产的混匀料堆合格率； ㈣令η = Ρ/Ρο得出适合于混匀作业生产管理的混匀效率计算公式: 令η = P/Po，将⑶式和⑵式代入，整理后得到: n = (2Φ (3Cp) — I〕/ {I — P(A) [1-P(A)]/N(t/0.7)2} (9) 其中Π:适合于混匀作业生产管理的混匀效率； N:混匀料生产的铺料层数； Φ (3Cp):三倍工程能力指数的标准正态分布函数值； Cp:混匀作业工序的工程能力指数,可用Cp = (Tu-Tl) /6 σ A，即Cp = t/3 σ A得到，其中σ A为铁矿粉混匀作业后混匀料堆的标准差；t:混匀料生产的单边规范限； P(A):混匀料中铁矿石的含量，用下面的方法得到:
P (A) =P (BI) P (A/Bl) +P (B2) P (A/B2) +......+P (Bk) P (A/Bk)
P(A/B1) = (Tfel) / 70%= 10/7 (Tfel)
P (A/Bk) = (Tfek) / 70%= 10/7 (Tfek) (Tfel)为第一种原料的化验Tfe ；……；(Tfek)为第k种原料的化验Tfe。
2.如权利要求1所述的适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法，其特征在于:η = I时，混匀效果达到了理想效果；Π > I时，Π越大，混匀效果越好；Π < I时，Π越小，混匀效果越差。
3.如权利要求1所述的适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法，其特征在于:对铁矿粉混合料进行n次独立重复的贝努里机械混匀试验，其中n为600。
4.如权利要求1所述的适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法，其特征在于:随机变量X种类为离散型随机变量。
5.如权利要求1所述的适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法，其特征在于:混匀料生产的铺料层数N等于n。
6.如权利要求1所述的适合于铁矿粉混匀作业生产的混匀效果的计算方法，其特征在于:混匀料生产的单边规范限t为0.5%。
【文档编号】G06F19/00GK104008298SQ201410249840
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月9日 优先权日:2014年6月9日
【发明者】刘晓丹, 刘浩 申请人:南京钢铁股份有限公司