高炉炼铁影响铁水含硫量因素的分析
赵亮何志军靳晓勤依卓李远游靳恩东
（辽宁科技大学，鞍山 114051）
摘要本文运用Minitab进行数学分析某炼铁厂高炉生产数据，确定得出影响高炉铁水硫含量的因素有富氧率、铁水温度、焦炭灰分、铁水硅含量以及风温；同时对铁水硫含量以及其影响因素进行回归分析、方差分析和稳定性分析得出高炉铁水硫含量与其影响因素的关系式为：S%=0.3137-0.00018555T-0.002781X-0.031342Y，其中T为高炉铁水温度，℃；X为富氧率；Y为铁水硅含量。
关键词 Minitab 硫含量高炉冶炼
Analysis of Blast Furnace Ironmaking Factors Affecting Sulphur
Content in Hot Metal
Zhao Liang He Zhijun Jin Xiaoqin Yi Zhuo Li Yuanyou Jin Endong
(University of Science and Technology Liaoning, Anshan, 114051)
Abstract This paper mathematically analyzed the production data of the iron blast furnace with Minitab, which indicates that the factors affecting the sulfur content in hot metal are the ratio of oxygen enrichment, the molten iron’s temperature, coke ash, the silicon content of molten iron as well as the blast temperature. At the same time, it carried out regression analysis, variance analysis and stability analysis to investigate the sulfur content in hot metal and its influence factors, from which it can conclude the relation of the sulfur content in blast furnace and its influence factors is as following:
℃S%=0.3137-0.00018555T-0.002781X-0.03Si%. The T is for the temperature of the molten iron in blast furnace , and the X is for the ratio of oxygen enrichment.
Key words Minitab, sulfur content, blast furnace process
1 前言
随着世界经济的发展，高新技术的广泛应用，各个行业对钢材质量的要求越来越高。
一般地说，市场要求钢材具有强度高、低温韧性好、冷成型性能和焊接性能良好等特性。
硫是钢铁产品中的一种有害元素，它对钢的性能存在多方面的影响。
从冶炼角度考虑，要求每道工序都要尽可能地降低产品中的硫含量，从而达到降低成本，增加效益的目的，而高炉炼铁中，无论从动力学还是热力学来讲都有利于硫的脱除。
因此在目前形势下，对高炉炼铁这一工序而言，怎样降低铁水中硫含量是一项重要的课题。
高炉铁水的脱硫是整个钢铁生产中最重要的脱硫环节，也是冶炼优质生铁的首要问题。
所以探究高炉生产因素对高炉铁水硫含量的影响规律就显得尤为重要。
经过相关分析和高炉操作者的经验得到在高炉生产诸多影响因素中铁水硅含量、铁水温度、富氧率、焦炭灰分以及风温对铁水硫含量影响较大，其中硅含量可以影响到硫的活度，使硫可以更辽宁省教育厅基金（L2011041）和辽宁科技大学重点基金（2012CX05）。
赵亮，男，硕士，从事钢铁冶金研究工作，934063251@
好的参与反应，达到脱除的目的；铁水温度影响脱硫的热力学条件，温度高有利于硫的脱除；富氧率的高低影响脱硫的氧化性气氛，氧分压高有利于硫的脱除。
研究这些因素对铁水硫含量的影响规律对高炉生产品质优良铁水以及铁水在后续炼钢降低硫含量方面有指导性的意义。
Minitab软件具有数据分析、数据处理功能，其中包括单因素或多元回归分析、时间序列分析、各种统计模型、神经网络模型等[1]。
利用Minitab数学方法处理高炉生产数据并判定高炉铁水硫含量以及其影响因素的稳定性，从而帮助我们判定高炉生产是否稳定，对实际生产具有指导性的意义。
2实验方法
2.1 影响硫含量因素的确定
从原材料质量、入炉控制、炉内参数、送风操作等方面入手，选取所有可能影响铁水硫含量的因素，由相关性分析、高炉操作者以及大量查阅文献的基础上确定了铁水硫含量的因素有：铁水硅含量、铁水温度、富氧率、风温以及焦炭灰分[2]。
图1为相关分析模型。
图1 铁水硫含量与其影响因素的散点图.
由图1可以得出铁水硫含量随铁水硅含量、铁水温度以及富氧率的升高而降低；随风温和焦炭灰分的升高而升高。
由图可以得出高炉生产中为了达到降低铁水硫含量的目的，可以通过适度增加Si的含量，提高铁水温度，提高富氧率，降低焦炭灰分等手段达到。
二月份散点图富氧率的增加S%降低的不是很明显。
2.2硫含量与其影响因素的回归分析
运用Minitab对铁水硫含量以及它的影响因素进行回归分析，其中自变量风温、焦炭灰分的p值都远远大于0.05，故这两个自变量删除。
表1、表2为回归和方差分析数据。
由方差分析知道P=0.000<0.05，则以上数据有显著的效果，又R-Sq = 66.4% R-Sq（调整）= 62.6%（R-Sq、R-Sq(调整)较大且相近）,证明保留这几个变量效果是不错的。
所以得到模型：
=−−−
S T X Y
%0.31370.000185550.0027810.031342
式中T——高炉铁水温度，℃；
X——富氧率；
Y——铁水硅含量。
对硫含量进行残差图分析。
图2为铁水硫含量的四合一残差图以及残差与自变量图。
表1回归分析
自变量系数系数标准误差T P 常量0.3137 0.1068 2.94 0.007 铁水温度−0.00018555 0.00007499 −2.47 0.020
富氧率−0.002781 0.001535 −1.81 0.021
Si% −0.031342 0.008810 −3.56 0.001
表2方差分析
来源自由度SS MS F P
0.00018931 17.76 0.000
回归 3 0.00056792
0.00001066
残差误差27 0.00028776
合计30 0.00085568
图2 残差图以及残差与自变量图
图3 S%的Xbar-R图
首先从概率图可以得出，全部数据点基本在一条直线上，即可以认为残差服从正态分布，残差的直方图也显示了残差的正态性；拟合值，此图正常未见喇叭口形状分布，说明线性模型是可以接受的；数据顺序图正常，没有形成U或倒U的形状，残差对于观测值顺序随机分布。
2.3铁水硫含量的稳定分析
通过Minitab做S%的Xbar-R图，其中将数据分为10组，组容为3。
图3为S%的Xbar-R图。
首先从R图得出一月份极差稳定，没有超出控制线，极差值总体水平波动很小，从X图得出，硫含量稳定在控制线以内，整体水平波动较小，一月份均值控制在为0.02155；二月份极差稳定，没有超过控制线，均值控制在0.02154；一月份、二月份均值相差不大，平均值为0.021545。
由此可见铁水含硫量的高低与富氧率、铁水温度、铁水硅含量等因素是分不开的。
3结语
通过Minitab软件对某炼铁厂高炉高炉生产数据分析得出了以下结论：
(1)影响铁水含硫量的主要因素有富氧率、铁水温度、焦炭灰分、铁水硅含量以及风温。
(2)通过回归分析后得到铁水硫含量与富氧率、铁水温度、铁水贵含量的关系式：S%=0.3137-0.00018555T-0.002781X-0.03Y，其中T为高炉铁水温度，℃；X为富氧率；Y为铁水硅含量。
并且硫含量在控制范围之内，平均值为0.021545。
参考文献
[1] 徐光冰，高齐圣. Minitab在可靠性数据分析中的应用[J]. 电子质量. 2006-12, (20), 1: 1~2.
[2] 俞晓林. 降低高炉铁水硫含量的措施分析[J]. 浙江冶金, 2005, (3): 2~3.。