焦炭強(qiáng)度預(yù)測方法探討

張亮亮 （天鐵冶金集團(tuán)環(huán)保能源處，河北涉縣056404)

分析了影響焦炭強(qiáng)度的諸多因素，并選取主要影響因素作為預(yù)測自變量，建立了二元回歸模型，分別運(yùn)用最小二乘法和EXCEL統(tǒng)計分析函數(shù)實現(xiàn)了模型的回歸分析，得出預(yù)測焦炭強(qiáng)度的回歸方程，通過實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)驗證了其準(zhǔn)確性。該回歸模型的建立對焦化廠控制焦炭質(zhì)量、優(yōu)化配煤結(jié)構(gòu)、降低生產(chǎn)成本具有積極的指導(dǎo)意義。

焦炭 強(qiáng)度 配合煤 粘結(jié)指數(shù) 預(yù)測 探討

1 前言

隨著高爐大型化和富氧噴煤技術(shù)的發(fā)展，對焦炭強(qiáng)度要求越來越高，焦炭強(qiáng)度對高爐強(qiáng)化冶煉，降低焦比，提高利用系數(shù)意義重大。因此，對影響焦炭強(qiáng)度的因素進(jìn)行分析，利用可控生產(chǎn)因素建立基本的預(yù)測模型，通過預(yù)測，適時調(diào)整生產(chǎn)，穩(wěn)定控制焦炭質(zhì)量，能夠更好地滿足煉鐵需要。另外，對于焦化廠組織生產(chǎn)，調(diào)整配煤結(jié)構(gòu)，降低煉焦成本也具有重要的意義。

2 影響焦炭強(qiáng)度因素

影響焦炭強(qiáng)度的因素很多，主要可分為配合煤的性質(zhì)、煉焦條件和焦化工藝等三方面因素。

2.1 配合煤性質(zhì)

2.1.1 煤化度[1]

較常用的煤化度指標(biāo)是干燥無灰基揮發(fā)份Vdaf和鏡質(zhì)組平均最大反射率，煤化度指標(biāo)通過影響焦炭的氣孔率、顯微結(jié)構(gòu)等進(jìn)而影響焦炭強(qiáng)度。當(dāng)Vdaf為25%～30%時，焦炭氣孔率及比表面積最小，得到的焦炭強(qiáng)度最好。

2.1.2 粘結(jié)性指標(biāo)

配合煤的粘結(jié)性指標(biāo)是影響焦炭強(qiáng)度的重要因素之一，必須有足夠的粘結(jié)性才能保證焦炭強(qiáng)度，粘結(jié)性以膠質(zhì)層最大厚度y為指標(biāo)時宜控制在17 mm～22 mm之間，以粘結(jié)指數(shù)G為指標(biāo)時，宜控制在58～72之間。

2.1.3 堆密度

增大堆密度可以改善焦炭強(qiáng)度。堆密度增大，煤粒間的空隙減少，膠質(zhì)體能夠填充更多煤粒間的空隙，從而較均勻地分布在煤粒表面上，煤粒之間能夠形成較強(qiáng)的界面結(jié)合，同時由于煤粒間的結(jié)合，有利于結(jié)焦過程所產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物相互縮合，產(chǎn)生不揮發(fā)液相膠質(zhì)體產(chǎn)物，從而改善了煤料的粘結(jié)性，最終提高焦炭強(qiáng)度。

2.1.4 水分

配合煤水分通過影響堆密度而影響焦炭質(zhì)量，同時還影響煉焦速度。

2.1.5 灰分

煤中的灰分是隋性物料，不但影響煤的粘結(jié)性，使焦炭融熔不好，而且在煉焦時還使焦炭裂紋增多，強(qiáng)度下降。

2.1.6 細(xì)度

提高細(xì)度可改善焦炭強(qiáng)度，但細(xì)度過高反而會降低堆密度而影響焦炭強(qiáng)度，生產(chǎn)上一般控制在70%～80%左右。

2.1.7 配加粘結(jié)劑和抗裂劑

當(dāng)配合煤中由于缺少強(qiáng)粘結(jié)煤而流動度不足時，可以適當(dāng)添加粘結(jié)劑或人造粘結(jié)煤來補(bǔ)充配合煤的粘結(jié)性，從而提高焦炭強(qiáng)度。

2.2 煉焦條件

2.2.1 結(jié)焦時間

縮短結(jié)焦時間將使焦炭裂紋增多，使焦炭強(qiáng)度特別是抗碎強(qiáng)度明顯下降。

2.2.2 煉焦速度

提高升溫速度可使配合煤塑性溫度間隔變寬，增加流動性，使焦炭質(zhì)量有一定的改善。然而，提高煉焦速度會使焦炭裂紋率增多，使焦炭塊度降低。所以結(jié)焦速度應(yīng)適當(dāng)提高。

2.2.3 煉焦終溫，燜爐時間

提高煉焦最終溫度與延長燜爐時間，可使炭結(jié)構(gòu)中揮發(fā)分和氫含量減少，焦炭氣孔壁更加致密，從而提高焦炭強(qiáng)度。

2.2.4 焦?fàn)t熱工操作

良好的焦?fàn)t熱工狀況對提高焦炭強(qiáng)度有利，提高焦?fàn)t熱工管理水平，搞好焦?fàn)t日常維護(hù)工作，保證焦炭成熟均勻，焦炭強(qiáng)度會有所提高。

2.3 焦化工藝

2.3.1 配合煤粉碎工藝

先粉碎后配合的備煤工藝，可以通過改善煤料的粒度分布來提高焦炭強(qiáng)度。

2.3.2 搗固煤煉焦

煤餅搗實后堆密度可提高20%以上，這樣煉出的焦炭比頂裝焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭M40可提高1%～6%、M10降低2%～4%。

2.3.3 配型煤

配型煤可提高配合煤堆密度，另外，型煤中還配有一定量的粘結(jié)劑，也可提高焦炭強(qiáng)度。

2.3.4 煤調(diào)濕

該技術(shù)通過增大配合煤堆密度，從而改善焦炭質(zhì)量。

2.3.5 炭化室寬度、高度

增加焦?fàn)t炭化室寬度、高度，可以提高裝爐煤堆密度，改善焦餅水平收縮，使得焦炭平均塊度增大，機(jī)械強(qiáng)度提高。

2.3.6 干熄焦

干熄焦避免了水熄焦對焦炭的破壞，同時相當(dāng)于增加了燜爐時間，進(jìn)一步提高了焦炭成熟度。

3 焦炭強(qiáng)度預(yù)測

焦炭強(qiáng)度的預(yù)測對焦化廠控制焦炭質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義。通過分析可知，影響焦炭質(zhì)量的諸多因素中，煉焦條件和焦化工藝是外部因素，由于生產(chǎn)中相對比較固定，其影響處于次要地位。配合煤的性質(zhì)是內(nèi)部因素，也是主要的影響因素。試驗證明，焦炭的機(jī)械強(qiáng)度主要取決于配合煤的結(jié)焦性，而配合煤的結(jié)焦性又主要受煤化度和粘結(jié)性這兩個因素制約。因此，焦炭機(jī)械強(qiáng)度的預(yù)測一般所采用的指標(biāo)至少應(yīng)反映出這兩個因素。

3.1 模型公式確定

我廠所采用的煤化度指標(biāo)為Vdaf，粘結(jié)性指標(biāo)為Y和G值，這里選取Vdaf，G值作為預(yù)測變量指標(biāo)。經(jīng)以上分析可知，焦炭的機(jī)械強(qiáng)度M40、M10與配合煤的揮發(fā)分Vdaf、粘結(jié)指數(shù)G之間存在二元線性關(guān)系，因此可以假定有預(yù)測模型公式:

式中：Y——M40、M10，

b0、b1、b2——相應(yīng)的回歸系數(shù)，

Vdaf——配合煤的揮發(fā)分，

G——粘結(jié)指數(shù)。

3.2 求解方法一（手工計算)

3.2.1 求解過程

用最小二乘法手工計算確定回歸系數(shù)b0、b1、b2[2]，設(shè)

令Q對b0、b1、b2的偏導(dǎo)數(shù)為零推出正規(guī)方程，并求解得：

以 2009 年一組實際生產(chǎn)數(shù)據(jù) M40、M10、Vdaf、G（見表 1)代入公式（4)～（8)，求出 L12、L1Y、L2Y、L11、L22，再代入（1)～（3)式求解出相應(yīng)回歸系數(shù) b0、b1、b2。

表1 焦炭強(qiáng)度回歸分析數(shù)據(jù)表

由此可得到以下計算焦炭抗碎強(qiáng)度M40和耐磨強(qiáng)度M10的回歸方程：

3.2.2 回歸方程的檢驗

為了確認(rèn)M40與Vdaf，G之間是否存在線性關(guān)系，并判斷回歸方程的相關(guān)性，需對公式進(jìn)行分析如下：

同理，可求出M10的方差檢驗統(tǒng)計量F=11.9，大于在5%水平下的F臨界值4.74，回歸方程與實際值也具有較好的相關(guān)性。

3.3 求解方法二（EXCEL辦公軟件)

3.3.1 LINEST函數(shù)介紹

LINEST函數(shù)是EXCEL辦公軟件統(tǒng)計函數(shù)之一，其使用最小二乘法對已知數(shù)據(jù)進(jìn)行最佳直線擬合，并返回描述此直線的數(shù)組。

其直線的公式為：

式中，因變量y是自變量x的函數(shù)值。m值是與每個x值相對應(yīng)的系數(shù)，b為常量。LINEST函數(shù)返回數(shù)組{mn,mn-1,...,m1,b}以及附加回歸統(tǒng)計值。

3.3.2 求解步驟及方法

新建EXCEL工作薄，如圖1所示,在空白工作表中輸入表頭及對應(yīng)的原始數(shù)據(jù)（M40、M10、Vdaf、G)。

用鼠標(biāo)選擇G2到I6作為M40數(shù)據(jù)處理輸出區(qū)域，輸入公式“=LINEST（B2：B11，D2：E11，true，true)”然后按Ctrl+Shift+Enter鍵，得到圖1所示G2到I6區(qū) 域以數(shù)組形式給出的M40回歸方程處理結(jié)果。

圖1 EXCEL回歸分析情況

3.3.3 函數(shù)處理結(jié)果分析

處理結(jié)果給出的信息較多，其意義依次為：

M40回歸方程：

比較可知，LINEST函數(shù)處理得到的回歸系數(shù)及F統(tǒng)計值與手工計算結(jié)果是完全一致的，同時給出的判斷系數(shù)0.63，說明回歸方程與實際值有較好的相關(guān)性。

同理，可得出焦炭耐磨強(qiáng)度M10的模型公式（數(shù)據(jù)見圖1)：

所得結(jié)果與手工計算完全一致。

3.4 回歸方程生產(chǎn)檢驗

利用所得回歸方程預(yù)測我廠2010年上半年焦炭強(qiáng)度，與實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，見表2所示，可見其相對誤差均不超過1%，說明在一定條件下回歸方程對生產(chǎn)的預(yù)測是可信的。

表2 焦炭強(qiáng)度預(yù)測值與實際值比較

4 結(jié)束語

4.1 焦炭強(qiáng)度與配合煤煤化度、粘結(jié)性指標(biāo)存在線性相關(guān)性，利用這兩個指標(biāo)對焦炭強(qiáng)度的預(yù)測是可行的。

4.2 預(yù)測回歸方程與計算機(jī)結(jié)合，可以快速得到預(yù)測結(jié)果，及時指導(dǎo)生產(chǎn)。

4.3 LINEST函數(shù)處理多元回歸模型，相比手工計算更加方便、快捷、準(zhǔn)確，可使研究者節(jié)省大量時間，有了進(jìn)行更多模型嘗試的可能。

4.4 由于實際生產(chǎn)較穩(wěn)定，數(shù)據(jù)波動區(qū)間較小，在生產(chǎn)波動變大時，需要重新統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算回歸方程。

4.5 由于本次預(yù)測回歸方程尚未用于實際生產(chǎn)，其指導(dǎo)意義和效果還需要在今后生產(chǎn)中進(jìn)一步驗證。

[1]姚昭章.煉焦學(xué)(第二版)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995：66、73.

[2]盛驟，謝式千，潘承屹.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(第二版)[M].北京：高等教育出版社，1989：279-282.

Discussion on Coke Strength Prediction Method

Zhang Liangliang

The paper analyzes the factors influencing coke strength,the main items of which are chosen to be prediction independent variables for establishing binary regression model.Least square method and EXCEL statistical analysis function are utilized to achieve regression analysis,thus,the regression equation for predicting coke strength are derived,the accuracy of which is proved by actual production data.The establishment of the regression model has active instructive meaning for controlling coke quality,optimizing coal mixture structure and lowering production cost at coking plant.

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（收稿 2010－10－20 責(zé)編 趙實鳴)

張亮亮，2001年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事焦化工藝管理工作。