本发明涉及冶金化工技术领域，尤其涉及一种基于基因特性的球团矿生产方法及球团矿。
背景技术：
现代球团对原料的适应范围更加广泛，最初，生产铁矿球团所用的原料仅限于磁铁精矿。近年来，赤铁精矿、褐铁精矿、混合精矿以及富铁矿粉都已经大量用作球团原料。绝大部分含铁原料是天然铁矿石，或者是富矿粉，或者是由贫矿经选矿而得到的精矿。原料来源增多，搭配进口高品位铁精矿如巴西铁精矿、智利磁铁矿精矿等在生产实践中，也已取得成功经验。此外，随着高炉大型化，对球团矿性能提出了新的要求。
现有的供矿点较分散、规模小，供应商的管理粗放，造成钢铁厂使用的矿石原料成分不稳定、性能差异较大，这对球团矿的稳定生产造成不良影响，进而影响整个炼铁过程。因此高炉球团矿质量的预测与调控技术，以及球团矿原料的合理利用是目前高炉炼铁的需要迫切解决的关键问题。材料基因组计划的兴起将“基因”这一概念引入无机材料领域，同时中国版的“材料基因组计划”已开始启动，变革以“炒菜法(试错法)”为基础的材料研发传统模式，实现新材料领域的超常规速度发展。
目前，球团矿研究领域大量的焙烧工艺研究数据、生产实践数据和研究人员得到的实验数据等没有得到有效整合，更无法得到高效利用，球团矿原料基因特性没有被深入系统的研究、测试和总结，无法变革以试错法为基础的传统研发模式，实现球团领域研究的快速发展。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于基因特性的球团矿生产方法及球团矿。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于基因特性的球团矿生产方法，包括：
步骤1、建立球团原料基因数据库；
步骤2、对所述球团原料基因数据库对应的各球团原料在不同焙烧工艺条件下分别得到的球团矿进行基因测序，建立球团矿基因数据库和其对应的焙烧工艺基因数据库，并确定球团原料、焙烧工艺与球团矿性能之间的对应关系；
步骤3、根据所述球团原料基因数据库、所述球团矿基因数据库、所述焙烧工艺基因数据库和所述对应关系，建立球团原料基因-焙烧工艺参数-球团矿基因的关联模型；
步骤4、根据目标球团矿所需性能和所述关联模型，确定第一球团原料和第一焙烧工艺，并基于所述第一球团原料和所述第一焙烧工艺进行第一球团矿生产。
本发明的有益效果是：通过建立球团原料基因-焙烧工艺参数-球团矿基因关联模型，实现了球团矿研究领域大量的焙烧工艺研究数据、生产实践数据和研究人员得到的实验数据等的有效整合，结合目标球团矿所需性能，即可快速确定对应的原料和焙烧工艺，使得大量研究数据得到高效利用。通过对球团矿原料基因特性、球团矿基因信息和焙烧工艺参数信息进行深入系统的研究、测试和总结，变革了以“炒菜法(试错法)”为基础的材料研发传统模式，实现了球团领域研究的快速发展。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步，所述球团原料基因数据库中的球团原料基因信息为对球团矿性能有影响的信息，包括：
球团原料的微观信息；
球团原料的介观信息；
球团原料的宏观信息。
本发明的进一步有益效果是：基于上述技术方案，分析总结球团原料微观、介观和宏观尺度上本质特征，以作为与球团矿性能关系的依据，以便更好地预测和分析球团矿性能，并用于指导球团矿现场生产。
进一步，所述球团原料的微观信息包括：化学成分信息，微观结构信息，通过第一性原理计算得到的球团原料中的各成分的还原能力信息和力学性能信息；
所述球团原料的介观信息包括：矿物组成及百分含量信息，颗粒表面形貌信息，颗粒比表面积信息，颗粒表面亲水性信息，颗粒表面电位信息；
所述球团原料的宏观信息包括：粒度及粒度组成信息。
进一步，所述焙烧工艺基因数据库中的参数信息包括：造球参数信息和焙烧操作参数信息。
进一步，所述造球参数信息包括：原料化学成分信息，物料水含量信息，添加剂种类和用量信息，混匀程度信息；
所述焙烧操作参数信息包括：生球干燥温度和时间信息，预热温度和时间信息，焙烧温度及升温速率信息，焙烧气氛和焙烧时间信息。
本发明的进一步有益效果是：基于上述技术方案，分析总结各焙烧工艺参数信息与球团原料和球团矿性能的关系，作为生产球团矿的依据，用于指导球团矿现场生产，以便快速高效生产所需的球团矿。
进一步，所述球团矿基因数据库中的球团矿基因信息包括：
球团矿的微观信息；
球团矿的介观信息；
球团矿的宏观信息。
进一步，所述球团矿的微观信息包括：化学成分信息，微观结构信息，通过第一性原理计算得到的球团矿样品中的各简单矿相的还原能力信息和力学性能信息，通过第一性原理计算得到的球团矿样品的各复杂矿相的还原能力信息和力学性能信息；
所述球团矿的介观信息包括：矿物组成及百分含量信息，颗粒表面形貌信息，颗粒比表面积信息，颗粒表面亲水性信息，颗粒表面电位信息；
所述球团矿的宏观信息包括：粒度分布信息，还原特性信息，抗压强度信息，低温还原粉化率信息，还原膨胀率信息。
本发明的进一步有益效果是：基于上述技术方案，分析总结球团矿微观、介观和宏观尺度上本质特征，以作为与球团原料基因特性和焙烧工艺关系的依据，用于指导球团矿现场生产。
进一步，所述步骤3包括：
利用机器学习处理所述球团原料基因数据库、球团矿基因数据库和焙烧工艺基因数据库，并结合所述球团原料、焙烧工艺与球团矿性能之间的对应关系，建立球团原料基因-焙烧工艺参数-球团矿基因关联模型。
进一步，所述步骤4之前，所述方法还包括：
步骤5、根据预设球团矿性能和所述关联模型，确定第二球团原料和第二焙烧工艺，并基于所述第二球团原料和所述第二焙烧工艺进行第二球团矿生产，并对所述第二球团矿进行基因测序，以对所述关联模型进行修正优化，得到新的关联模型；
或，
根据新型球团原料和所述关联模型，确定第三焙烧工艺，并基于所述新型球团原料和所述第三焙烧工艺进行第三球团矿生产，并对所述第三球团矿进行基因测序，以对所述关联模型进行修正优化，得到新的关联模型；
或，
根据预设球团矿性能和所述关联模型，确定第二球团原料和第二焙烧工艺，并基于所述第二球团原料和所述第二焙烧工艺进行第二球团矿生产，并对所述第二球团矿进行基因测序，以对所述关联模型进行修正优化，得到第一关联模型，再根据新型球团原料和所述第一关联模型，确定第三焙烧工艺，并基于所述新型球团原料和所述第三焙烧工艺进行第三球团矿生产，并对所述第三球团矿进行基因测序，以对所述第一关联模型进行修正优化，得到新的关联模型；
或，
根据新型球团原料和所述关联模型，确定第三焙烧工艺，并基于所述新型球团原料和所述第三焙烧工艺进行第三球团矿生产，并对所述第三球团矿进行基因测序，以对所述关联模型进行修正优化，得到第二关联模型，再根据预设球团矿性能和所述第二关联模型，确定第二球团原料和第二焙烧工艺，并基于所述第二球团原料和所述第二焙烧工艺进行第二球团矿生产，并对所述第二球团矿进行基因测序，以对所述第二关联模型进行修正优化，得到新的关联模型，
则，步骤4具体为：
根据目标球团矿所需性能和所述新的关联模型，确定所述第一球团原料和所述第一焙烧工艺，并基于所述第一球团原料和所述第一焙烧工艺进行第一球团矿生产。
本发明的进一步有益效果是：基于球团原料基因-焙烧工艺参数-球团矿基因关联模型，以球团矿性能需求对现有的球团矿生产进行优化，如合理的选用球团原料和焙烧工艺，并通过实验验证，进一步优化关联模型，提高关联模型的准精确性，以指导球团矿高效生产。
本发明还提供了一种球团矿，通过上述的一种基于基因特性的球团矿生产方法生产得到。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的一种基于基因特性的球团矿生产方法的流程框图；
图2为本发明另一个实施例提供的一种基于基因特性的球团矿生产方法的流程框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一
一种基于基因特性的球团矿生产方法100，如图1所示，包括：
步骤110、建立球团原料基因数据库。
步骤120、对球团原料基因数据库对应的各球团原料在不同焙烧工艺条件下分别得到的球团矿进行基因测序，建立球团矿基因数据库和其对应的焙烧工艺基因数据库，并确定球团原料、焙烧工艺与球团矿性能之间的对应关系。
步骤130、根据球团原料基因数据库、球团矿基因数据库、焙烧工艺基因数据库和对应关系，建立球团原料基因-焙烧工艺参数-球团矿基因的关联模型。
步骤140、根据目标球团矿所需性能和关联模型，确定第一球团原料和第一焙烧工艺，并基于第一球团原料和第一焙烧工艺进行第一球团矿生产。
通过建立球团原料基因-焙烧工艺参数-球团矿基因关联模型，实现了球团矿研究领域大量的焙烧工艺研究数据、生产实践数据和研究人员得到的实验数据等的有效整合，结合目标球团矿所需性能，即可快速确定对应的原料和焙烧工艺，使得大量研究数据得到高效利用。通过对球团矿原料基因特性、球团矿基因信息和焙烧工艺参数信息进行深入系统的研究、测试和总结，变革了以“炒菜法(试错法)”为基础的材料研发传统模式，实现了球团领域研究的快速发展。
实施例二
在实施例一的基础上，球团原料基因数据库中的球团原料基因信息为对球团矿性能有影响的信息，包括：球团原料的微观信息；球团原料的介观信息；球团原料的宏观信息。
基于上述技术方案，分析总结球团原料微观、介观和宏观尺度上本质特征，以作为与球团矿性能关系的依据，以便更好地预测和分析球团矿性能，并用于指导球团矿现场生产。
实施例三
在实施例二的基础上，球团原料的微观信息包括：化学成分信息，微观结构信息，通过第一性原理计算得到的球团原料中的各成分的还原能力信息和力学性能信息。
球团原料的介观信息包括：矿物组成及百分含量信息，颗粒表面形貌信息，颗粒比表面积信息，颗粒表面亲水性信息，颗粒表面电位信息。
球团原料的宏观信息包括：粒度及粒度组成信息。
具体的，建立球团原料基因数据库:
提取微观特征，通过采用高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射分析(XRD)等实验方法对球团原料主要分子结构、化学成分、晶型结构进行检测。通过FindIt晶体学数据库查找到球团原料各矿相晶体的晶胞参数，例如赤铁矿；使用Materials studio软件CASTEP模块采用广义梯度近似(GGA)中的PBE泛函对球团矿该矿相晶体结构矿物晶胞进行结构优化；通过CASTEP模块中Analysis功能分析它们的基态物理性质以及力学性能，对得到的晶胞切面模拟CO还原反应，计算其反应能量势垒。将提取的该种球团原料微观特征记做基因A1；
提取介观特征，通过成分分析，确定原料各矿物组成和百分含量，如赤铁矿、磁铁矿、二氧化硅、氧化钙等含量，通过扫描电镜(SEM)、光学显微镜确定球团原料颗粒的表面形貌特征，利用BET、外形图像分析方法、电泳法分别测出球团原料颗粒的比表面积、表面亲水性和表面电位。将提取的该种球团原料介观特征记做基因B1；
提取宏观特征，通过粒度筛分的方法，确定球团原料颗粒的粒度和粒度组成，如-325目(-0.045mm)、-200目(-0.074mm)、-65目(-0.2mm)的含量。将提取的该种球团原料宏观特征记做基因C1。
将所得A1B1C1数据储存，作为球团原料基因数据库中的一个完整基因序列，A1、B1、C1也可成为三个独立的球团原料基因片段数据库，某些球团原料会有相同的基因片段。重复上述步骤，对另一种球团原料进行微观、介观、宏观特征提取，组建A2B2C2基因序列，不断充实球团原料基因数据库获得更多基因序列AnBnCn。当检索某种球团原料时，会显示出与之对应的AxBxCx基因序列；当检索某原料基因片段特征时，如单独检索A5，则会显示出包含A5特征的所有球团原料基因。
实施例四
在实施例一至实施例三中任一实施例的基础上，焙烧工艺基因数据库中的参数信息包括：造球参数信息和焙烧操作参数信息。
实施例五
在实施例四的基础上，造球参数信息包括：原料化学成分信息，物料水含量信息，添加剂种类和用量信息，混匀程度信息。
焙烧操作参数信息包括：生球干燥温度和时间信息，预热温度和时间信息，焙烧温度及升温速率信息，焙烧气氛和焙烧时间信息。
具体的，建立焙烧工艺基因数据库：
通过实验模拟焙烧和收集整合球团厂生产工艺参数，对某种球团原料的焙烧工艺进行记录并记做基因αm。基因α包括物料水分含量、添加剂种类和用量、混匀程度，生球干燥温度和时间及预热温度和时间、焙烧温度及升温速率、焙烧气氛及焙烧时间等参数。某一种球团原料会对应多个焙烧工艺，即球团原料基因序列会指向多个焙烧工艺基因，但是有且仅有一个焙烧工艺基因是该球团原料的最优焙烧工艺。通过不断地实验模拟和收集球团厂参数，充实焙烧工艺基因数据库αn。
基于上述技术方案，分析总结各焙烧工艺参数信息与球团原料和球团矿性能的关系，作为生产球团矿的依据，用于指导球团矿现场生产，以便快速高效生产所需的球团矿。
实施例六
在实施例一至实施例五中任一实施例的基础上，球团矿基因数据库中的球团矿基因信息包括：球团矿的微观信息；球团矿的介观信息；球团矿的宏观信息。
实施例七
在实施例六的基础上，球团矿的微观信息包括：化学成分信息，微观结构信息，通过第一性原理计算得到的球团矿样品中的各简单矿相的还原能力信息和力学性能信息，通过第一性原理计算得到的球团矿样品的各复杂矿相的还原能力信息和力学性能信息。
球团矿的介观信息包括：矿物组成及百分含量信息，颗粒表面形貌信息，颗粒比表面积信息，颗粒表面亲水性信息，颗粒表面电位信息。
球团矿的宏观信息包括：粒度分布信息，还原特性信息，抗压强度信息，低温还原粉化率信息，还原膨胀率信息。
具体的，建立球团矿基因数据库：某种球团原料在不同焙烧工艺参数下得到不同性能的成品球团矿，即某球团原料基因序列指向不同焙烧工艺基因序列时所得球团矿。
提取微观特征：采用高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射分析(XRD)实验方法对成品球团矿分子结构、化学成分、晶型结构进行检测；将提取的该种球团矿微观特征记做基因a1。
提取介观特征：采用扫描电镜、光学显微镜及三维重构软件，确定球团矿的矿相结构、气孔结构。选取粒度为Φ14mm的球团矿试样，初步磨平后用XQ-2B镶样机进行热镶，然后在P-2型抛光机上抛光20min至球团矿表面无明显划痕。然后，通过扫描电镜确定该球团矿不同的矿相与元素组成。用光学显微镜拍摄球团矿断层的一系列二维显微图片，图片经拼接融合后得到球团矿断层的显微全景图，重复上述过程，得到80层层间距为3μm球团矿断层序列二维显微结构图，并利用3D Slicer软件得到球团矿体绘制三维重建图。选取粒度为Φ12-14mm的球团矿，在还原气氛下，例如体积分数：20％CO，20％CO2，60％N2，在整个试验期间，还原气体的标态流量为15L/min，将反应后的球团矿在X射线断层摄影设备中进行扫描成像，并将图像在MATLAB中进行处理，得到球团矿的孔结构和裂纹结构；将提取的该种球团矿介观特征记做b1。
提取宏观特征：采用筛分法测定球团矿的粒度分布；采用国标GB/T13242-91测量球团矿的低温还原粉化指数、还原度，还原膨胀率；采用国际标准ISO4700-1983测量球团矿抗压强度。将提取的该种球团矿宏观特征记做基因c1。
将所得a1b1c1数据储存，作为球团矿基因数据库中的一个完整基因序列，a1、b1、c1也可成为三个独立的球团矿基因片段数据库，某些球团矿会有相同的基因片段。重复上述步骤，对另一种球团矿进行微观、介观、宏观特征提取，组建a2b2c2基因序列，不断充实球团原料基因数据库获得更多基因序列anbncn。
当检索某种球团矿时，会显示出与之对应的axbxcx基因序列，同时显示出包含该基因序列或基因片段的的球团原料基因和焙烧工艺基因；当检索某球团矿基因片段特征时，如单独检索a5，则会显示出包含a5特征的所有球团原料基因和与原料基因对应的焙烧工艺基因。
基于上述技术方案，分析总结球团矿微观、介观和宏观尺度上本质特征，以作为与球团原料基因特性和焙烧工艺关系的依据，用于指导球团矿现场生产。
实施例八
在实施例一至实施例七中任一实施例的基础上，如图2所示，步骤130包括：
利用机器学习处理球团原料基因数据库、球团矿基因数据库和焙烧工艺基因数据库，并结合球团原料、焙烧工艺与球团矿性能之间的对应关系，建立球团原料基因-焙烧工艺参数-球团矿基因关联模型。
具体的，建立球团原料基因-焙烧工艺参数-球团矿基因关联模型，整理球团原料基因数据库、焙烧工艺基因数据库和球团矿基因数据库，利用机器学习与数据挖掘对上述数据库中的数据进行分析与建模，建立起球团原料基因-焙烧工艺参数-球团矿性能之间的关系，进而建立球团原料基因-焙烧工艺参数-球团矿基因关联模型，AxBxCxαxaxbxcx即可表示球团矿生产从原料到焙烧工艺和成品球团矿的所有信息。
实施例九
在实施例一至实施例八中任一实施例的基础上，步骤140之前，方法100还包括：
步骤150、根据预设球团矿性能和关联模型，确定第二球团原料和第二焙烧工艺，并基于第二球团原料和第二焙烧工艺进行第二球团矿生产，并对第二球团矿进行基因测序，以对关联模型进行修正优化，得到新的关联模型；
或，
根据新型球团原料和关联模型，确定第三焙烧工艺，并基于新型球团原料和第三焙烧工艺进行第三球团矿生产，并对第三球团矿进行基因测序，以对关联模型进行修正优化，得到新的关联模型；
或，
根据预设球团矿性能和关联模型，确定第二球团原料和第二焙烧工艺，并基于第二球团原料和第二焙烧工艺进行第二球团矿生产，并对第二球团矿进行基因测序，以对关联模型进行修正优化，得到第一关联模型，再根据新型球团原料和第一关联模型，确定第三焙烧工艺，并基于新型球团原料和第三焙烧工艺进行第三球团矿生产，并对第三球团矿进行基因测序，以对第一关联模型进行修正优化，得到新的关联模型；
或，
根据新型球团原料和关联模型，确定第三焙烧工艺，并基于新型球团原料和第三焙烧工艺进行第三球团矿生产，并对第三球团矿进行基因测序，以对关联模型进行修正优化，得到第二关联模型，再根据预设球团矿性能和第二关联模型，确定第二球团原料和第二焙烧工艺，并基于第二球团原料和第二焙烧工艺进行第二球团矿生产，并对第二球团矿进行基因测序，以对第二关联模型进行修正优化，得到新的关联模型，
则，步骤140具体为：
根据目标球团矿所需性能和新的关联模型，确定第一球团原料和第一焙烧工艺，并基于第一球团原料和第一焙烧工艺进行第一球团矿生产。
整个关联模型在不断的实验和球团厂生产实践中完善。一方面，根据预设球团矿性能和球团原料基因-焙烧工艺参数-球团矿基因关联模型，选择球团原料，制定焙烧工艺，进行球团矿生产，并对该球团矿进行基因测序，得到基因测试结果，根据关联模型，对比分析该基因测试结果和关联模型中的数据，以对该关联模型进行修正优化，得到新的关联模型。另一方面，根据新型球团原料和球团原料基因-焙烧工艺参数-球团矿基因关联模型，制定焙烧工艺，进行球团矿生产，并对该球团矿进行基因测序，得到基因测试结果，根据所述关联模型，对比分析球团矿基因库中的数据与实验结果所得的数据，对所述关联模型进行修正优化，得到新的关联模型。
上述两方面的验证可只执行其中的一种，也可同时执行或依次执行。当依次执行时，两种验证没有先后顺序，但需要说明的是，后一次的验证是进一步修正优化前一次的验证所获得的新的关联模型。
基于球团原料基因-焙烧工艺参数-球团矿基因关联模型，以球团矿性能需求对现有的球团矿生产进行优化，如合理的选用球团原料和焙烧工艺，并通过实验验证，进一步优化关联模型，提高关联模型的准精确性，以指导球团矿高效生产。
实施例十
一种球团矿，通过在实施例一至实施例九中任一实施例所述的一种基于基因特性的球团矿生产方法生产得到。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。