正交试验设计分析

课程设计任务书

摘要

利用中铝赤泥、粉煤灰、骨料等材料采用模压成型，自然养护制成了赤泥免烧免蒸砖。为考察粉煤灰和石灰对赤泥的激发作用，试验中采用了有交互作用的正交表。试验结果以抗压强度为主要性能测试指标，利用正交设计的方法确定出赤泥、煤粉灰等材料的最佳掺量，并得出结论石灰对赤泥的激发作用大于煤粉灰对赤泥的激发作用。

关键词：赤泥，煤粉灰，免烧免蒸砖，正交设计，交互作用

目录

1 引言 (4)

2 问题提出 (4)

3 正交试验 (5)

3.1 正交设计法 (5)

3.2 正交表的两种性质 (5)

3.3 选取正交表 (5)

3.4 设计表头 (6)

4 正交配比试验 (7)

4.1 原材料组成 (7)

4.2 试件的制作及养护 (8)

5 试验结果分析 (8)

5.1 直接分析 (8)

5.2 计算分析 (9)

5.3 方差分析 (10)

6 试验方法 (10)

6.1 在SPSS中生成正交表 (10)

6.2 在SPSS中进行分析 (11)

7 结果分析 (14)

1. a (14)

2. b (15)

3. c (16)

8 结语 (16)

9 参考文献 (17)

1 引言

中州铝厂一期工程赤泥堆放场位于河南省修武县方庄镇沙墙村西北约 1.00 km 的一道山沟内。赤泥堆放场于 1992 年 10 月 28 日开始投用, 采用湿排，灰水比为 1∶10~15, 至 2004 年底已堆存赤泥约 790 万 t 左右。赤泥的大量堆存严重污染了环境, 赤泥的资源化利用成为重要课题。

国外一般采用排海来处置铝业赤泥, 国内几家铝厂都处在内陆省份, 海洋处置的费用太高。国内外也有许多开展赤泥资源化的研究, 包括制备水泥, 生产陶瓷, 塑料填]等。而目前大部分技术吃渣量小且生产成本高、能耗大。利用赤泥制备免烧砖新型建筑材料是一个新的发展方向。传统的粘土烧结砖不但破坏土

污染环境。开发赤泥免烧砖是符合国家政策的新的地, 而且烧结过程排放 SO

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发展方向, 具有较好的市场前景, 可能替代传统的粘土烧结砖产品。

2 问题提出

赤泥免烧砖是在粉煤灰砖的基础上掺入赤泥,据资料表明,粉煤灰和石灰对赤泥均有激发作用,为考察其激发作用效果,本次试验安排了 3 因素 4 水平的正交试验, 其中2个因素是交互作用。试验中固定水泥 5%, 石膏 2%( 外加 ) 、外加剂 0.01%, 成型压力16MPa, 成型水分 25%。各因素水平如下表所示, 试验方案及试验结果见表1。

表1正交设计因素水平

每个因素分别取四水平进行试验，并且认为因素A与B之间可能存在交互作用A×B, 因素A与C之间可能存在交互作用A×C（A为赤泥，B为煤粉灰，C为石灰）。

3 正交试验

3.1 正交设计法

正交试验(设计法)就是利用正交表来合理安排试验的一种方法。安排任何一项试验, 首先要明确试验的目的, 用什么指标来衡量考核试验的结果, 对试验指标可能有影响因素; 为了搞清楚因素的影响程度, 要考虑应当把各因素选择在哪些水平上。因素是指对试验可能产生影响的原因, 哪些因素是主要的, 哪些因素是次要的, 哪些因素只起单独作用, 哪些因素除了各自的单独作用外, 它们之间的综合效果等。

3.2 正交表的两种性质

正交表的两种性质是均衡分散性和整齐可比性。均衡分散性是指于每一列中各种子码出现相同的次数。这就保证了试验条件均衡地分散在配合完全的水平(位级)组合之中, 因而代表性强, 容易出现好条件。整齐可比性是指由于任意两列中全部有序数字对出现相同的次数, 即对于每列因素, 在各个水平(位级)的结果之和中, 其他因素各个水平(位级)的出现次数都是相同的。这就保证了在各个水平(位级)的效果之中, 最大限度地排除了其他因素的干扰, 因而能最有效地进行比较, 作出展望。

正交试验效率高、效果好的主要原因正是由它的这两种性质所决定。

3.3 选取正交表

一般都是先确定试验的因素、水平和交互作用，后选择适用的L表。在确定因素的水平数时，主要因素宜多安排几个水平，次要因素可少安排几个水平。

（1）先看水平数。若各因素全是2水平，就选用L(2＊)表；若各因素全是3水平，就选L(3＊)表。若各因素的水平数不相同，就选择适用的混合水平表(此处不深究)。注意表中任一列，不同数字出现的次数相同；任两列，同一行两个数字组成的有序数字对出现次数也应相同。

（2）每一个交互作用在正交表中应占一列或二列。要看所选的正交表是否足够大，能否容纳得下所考虑的因素和交互作用。为了对试验结果进行方差分析

或回归分析，还必须至少留一个空白列，作为“误差”列，在极差分析中要作为“其他因素”列处理。

（3）要看试验精度的要求。若要求高，则宜取实验次数多的L表。

（4）若试验费用很昂贵，或试验的经费很有限，或人力和时间都比较紧张，则不宜选实验次数太多的L表。

（5）按原来考虑的因素、水平和交互作用去选择正交表，若无正好适用的正交表可选，简便且可行的办法是适当修改原定的水平数。

（6）对某因素或某交互作用的影响是否确实存在没有把握的情况下，选择L 表时常为该选大表还是选小表而犹豫。若条件许可，应尽量选用大表，让影响存在的可能性较大的因素和交互作用各占适当的列。某因素或某交互作用的影响是否真的存在，留到方差分析进行显著性检验时再做结论。这样既可以减少试验的工作量，又不致于漏掉重要的信息。

这是一个3因素2水平的正交实验, 考虑的交互作用有两个, 所以采用L8（2^7）正交表进行正交实验。

3.4 设计表头

把A放在第1列, B放在第2列, A×B放在第3列, C放在第4列, A×C放在第5列,第6、7列为误差列。

表3 在SPSS中生成的正交表