分形理论在高炉渣球磨工艺中的应用

发布时间：2020-06-13 03:52

【摘要】：破碎颗粒材料无论是粒度分布还是颗粒轮廓曲线均满足统计自相似,可用分形维数表征,破碎颗粒材料的团聚同样是人们一直关注的课题。本文主要以攀钢破碎后高炉渣为研究对象,采用行星式球磨机对高炉渣进行二次破碎,以激光粒度仪为粒度测量设备获取高炉渣粒度信息,采用扫描电镜采集原渣及破碎后高炉渣SEM图像以研究行星式球磨机工艺参数与高炉渣体分形维数之间的关系及团聚对分形维数的影响。主要工作包括以下几个方面:1.概述了分形理论在矿石破碎中的发展现状,简介了高炉渣的物性和分形理论在粒度表征及破碎工艺参数中的应用;分析了球磨时间、球磨机转速、球料比三个工艺参数对破碎后高炉渣粒度及分布的影响球;采用GBL-101BI型激光粒度仪测量了原渣及53组工艺参数下的高炉渣样本,获得粒度报告211个;采用扫描电镜拍摄了1组原渣样本及5组工艺参数下的高炉渣样本,并借助ImageJ图形分析软件对单颗粒图像进行二值化处理,获得单颗粒图像372个。2.基于MATLAB软件平台编制高斯-牛顿法程序,用于拟合颗粒材料Rosin-Rammler粒度分布函数,并以菱镁矿等3种材料的粒度测量结果及文献中3种材料的实验数据为例,与文献常用拟合方法进行了对比分析,结果表明,高斯-牛顿法拟合结果优于其它三种方法。3.通过正交实验分析,选择6组高炉渣为研究对象,采用课题组分形维数测定模型,应用粒度分布函数法及高斯-牛顿法拟合结果计算了高炉渣的体分形维数;应用功率谱法,通过选择合适的截止频率计算了高炉渣的面分形维数;应用码尺法,通过选择适当步长计算了高炉渣的线分形维数,进一步实验验证了课题组提出的体、面和线分形维数关系的合理性。4.基于三因素三水平正交分析结果,应用回归正交组合设计建立了球磨工艺参数与体分形维数之间的二次回归方程,并将其用于体分形维数的预测,预测最大相对误差为2.76%。5.基于6组高炉渣分形维数测量结果,简要分析了团聚对二次破碎后高炉渣体、面和线分形维数的影响,并与高炉渣SEM图像定性分析结果进行了对比;通过将放大倍数由2.0k增至10.0k,拍摄团聚现象较为严重的单颗粒SEM图像,进一步分析了团聚对单颗粒图像面和线分形维数测量结果的影响;结果表明,体分形维数为2.40、面分形维数为2.30左右时高炉渣团聚较严重。6.建立了以球磨工艺参数为输入,180个体分形维数及对应的工艺参数为训练数据,以体分形维数为输出的BP神经网络模型,用于给定31组工艺参数对应的31个体分形维数的预测,并与同样工艺条件下体分形维数测量结果进行了对比,两者相对误差均小于2%。
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高炉渣

第 2 章高炉渣球磨破碎实验及测量本章首先简单介绍了高炉渣基本物性及行星式球磨机基本原理，，其次对高炉破碎实验影响因素进行了分析，并介绍了正交实验设计和二次回归正交组合设基本原理，最后简要介绍了高炉渣粒度测量和图像信息的采集、提取和处理。2.1 高炉渣及破碎实验设备高炉渣是钒钛磁铁矿经高炉冶炼产生的尾渣，富含 Ti、Al、Ca 等元素。高渣呈灰黑色，具有多孔状构造。研究所用高炉渣来自四川攀钢，其 EDS（Energyispersive X-ray Spectrometer）分析结果如下。

示意图,行星式球磨机,示意图,过渡齿轮

1——小电机；2——大齿轮；3——小带轮；4——调速电机；5——过渡齿轮；6——固定齿轮；7——大带轮；8——机架；9——球磨筒；10——大转盘；11——物料图 2.2 行星式球磨机示意图Fig.2.2 The structure schematic diagram of planetary ball mill
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF534

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