Fuzzy logic model of lime enhanced hydrogen reduction of cuprous sulphide

Traditional methods for metal extraction from sulphide minerals cause environmental pollutions. In recent decades, direct hydrogen reduction in the presence of lime has attracted an increasing attention among metal-sulphide separation methods. This study aimed to represent an alternative technique for the modelling lime enhanced direct hydrogen reduction process with a fuzzy logic model. The focus of this paper is to find a well defined relationship among the vital variables including bulk temperature, ratio of molar quantities of the solid reactants, pellet diameter, porosity, sulphide particle size, weight loss of the pellet, sulphur fixation in the pellet, and reaction completion time using a fuzzy logic model scheme. Finally, the results predicted by the fuzzy logic model were evaluated and validated against a mathematical model and experimental data.

Les méthodes traditionnelles d’extraction du métal à partir de minéraux sulfureux engendrent une pollution environnementale. Dans les dernières décennies, on a porté une plus grande attention à la réduction directe de l’hydrogène en présence de chaux, parmi les méthodes de séparation du métal-sulfure. Cette étude avait pour but de représenter une technique de rechange pour la modélisation du procédé de réduction directe de l’hydrogène, augmentée par la chaux, au moyen d’un modèle de logique floue. Le point central de cet article est de trouver une relation bien définie parmi les variables vitales, incluant la température globale, le rapport des quantités molaires des réactants solides, le diamètre des boulettes, la porosité, la taille de particule du sulfure, la perte de poids de la boulette, la fixation du soufre dans la boulette et le temps d’exécution de la réaction en utilisant un schéma de modèle de logique floue. Finalement, on a évalué et validé les résultats prédits par le modèle de logique floue contre un modèle mathématique et des données expérimentales.     

Lateritic saprolite leaching in concentrated magnesium chloride media

Magnesium chloride brines present a number of potential advantages for the processing of lateritic saprolite ores for nickel production. Concentrated MgCl₂ solutions enhance the activity of acid used, allow atmospheric leaching at elevated temperature, and inhibit magnesium dissolution, which reduces acid consumption and increases metal selectivity. However, with a chloride based leach it is economically requisite to recover hydrochloric acid, conventionally accomplished by pyrohydrolysis. This work was performed in conjunction with a novel flowsheet for the processing on saprolite ores, which recovers HCl by the precipitation and subsequent decomposition of magnesium hydroxychlorides, alleviating some of the issues with pyrohydrolysis. Leaching experiments have been conducted in concentrated MgCl₂ brines, up to 4·5 m, to determine the amenable process conditions and explore the kinetics of the process. It was determined that >95% extraction of metals was possible using both aqueous and gaseous HCl, while suppressing the dissolution of Mg from the ore.

Les saumures de chlorure de magnésium présentent un nombre d’avantages potentiels dans le traitement des minerais de saprolite latéritique pour la production du nickel. Les solutions concentrées de MgCl₂ augmentent l’activité de l’acide utilisé, permettent la lixiviation atmosphérique à haute température, et inhibent la dissolution du magnésium, ce qui réduit la consommation d’acide et augmente la sélectivité du métal. Cependant, avec une lixiviation à base de chlorure, on doit récupérer l’acide hydrochlorique pour raison économique, ce qui est accompli conventionnellement par pyrohydrolyse. On a effectué ce travail en conjonction avec un nouveau schéma de procédé pour le traitement des minerais de saprolite, lequel récupère le HCl par précipitation et par décomposition subséquente des hydroxychlorures de magnésium, ce qui atténue certains des problèmes reliés à la pyrohydrolyse. On a effectué des expériences de lixiviation dans des saumures concentrées de MgCl₂, jusqu’à 4·5 m, afin de déterminer les conditions favorables du procédé et d’explorer la cinétique du procédé. On a déterminé qu’il était possible d’extraire >95% des métaux en utilisant à la fois le HCl aqueux et gazeux, tout en supprimant la dissolution du Mg du minerai.     

Influence of welding parameters on peak load and energy absorption of dissimilar resistance spot welds of DP600 and AISI 1008 steels

Abstract

This paper addresses the mechanical performance of dissimilar resistance spot welds between DP600 and AISI 1008 low carbon steels. The weldability lobe was established and proper welding conditions to produce welds with sufficient size and without expulsion were determined. Correlations among the process parameters (welding current and welding time), physical spot weld attributes (fusion zone size and electrode indentation depth) and mechanical performance (peak load and energy absorption) were analysed. It was shown that the increases in welding current and welding time result in increases in fusion zone size and electrode indentation depth. In the low heat input welding condition, welds failed in interfacial failure mode. Increasing welding heat input results in sufficient weld size and promotes pullout failure mode with improved mechanical properties in terms of peak load and failure energy. However, a further increase in heat input caused metal expulsion and the failure mode was changed to partial pullout–partial thickness mode with reduced energy absorption capability.

Cet article discute du rendement mécanique de soudures dissimilaires par points entre les alliages à faible carbone DP600 et AISI 1008. On a établi le lobe de soudabilité et l’on a déterminé les conditions appropriées de soudage afin de produire des soudures d’une taille suffisante et sans expulsion. On analyse la corrélation entre les paramètres du processus (courant de soudage et temps de soudage), les attributs physiques de la soudure par points (taille de la zone de fusion et profondeur d’indentation de l’électrode) et le rendement mécanique (charge maximale et absorption d’énergie). On a montré qu’une augmentation du courant de soudage et du temps de soudage avait pour résultat une augmentation de la taille de la zone de fusion et de la profondeur d’indentation de l’électrode. Sous condition de soudage à faible apport de chaleur, les soudures défaillaient en mode de défaillance à l’interface. L’augmentation de l’apport de chaleur de soudage avait pour résultat une taille de soudure suffisante et favorisait le mode de défaillance par arrachement avec des propriétés mécaniques améliorées quant à la charge maximale et à l’énergie de défaillance. Cependant, une augmentation additionnelle de l’apport de chaleur résultait en l’expulsion du métal et le mode de défaillance se changeait en un mode d’arrachement partiel-épaisseur partielle avec capacité réduite d’absorption d’énergie.     

Thermodynamic modelling of Mn-Y and Mn-Gd systems for application of RE in Mg alloy development

Abstract

Mg alloys are extensively used as light structural materials in the modern industry. Mn and RE (rare earth) metals are effectively used as alloying elements to enhance the properties of Mg alloys. Therefore, the thermodynamic database of those alloys is important in the design and processing of Mg alloys. Critical evaluation and optimisation of all available literature data for the Mn-Y and Mn-Gd systems were conducted to obtain reliable thermodynamic functions of all solid and liquid phases. Recent experimental data were taken into account and the phase diagram and thermodynamic properties were slightly revised for the Mn-Y system and considerably altered for the Mn-Gd one from previous studies. Both systems have quite similar thermodynamic properties and phase diagrams. The systematic trend observed in RE elements for Mn-RE systems is discussed.

On fait un usage considérable des alliages de Mg comme matériaux de construction légers dans l’industrie moderne. Le Mn et les métaux de TR (terre rare) sont utilisés effectivement comme éléments d’alliage pour améliorer les propriétés des alliages de Mg. Par conséquent, les bases de données thermodynamiques de ces alliages sont importantes dans la conception et le traitement des alliages de Mg. On a effectué une évaluation critique et l’optimisation de toutes les données disponibles dans la littérature pour les systèmes Mn-Y et Mn-Gd afin d’obtenir des fonctions thermodynamiques fiables de toutes les phases solides et liquides. On a pris en compte des données expérimentales récentes et l’on a révisé légèrement le diagramme de phases et les propriétés thermodynamiques du système Mn-Y et l’on a modifié considérablement celui du Mn-Gd provenant d’études antécédentes. Les deux systèmes ont des propriétés thermodynamiques et des diagrammes de phases plutôt similaires. On discute de la tendance systématique observée chez les éléments de terre rare des systèmes Mn-TR.     

RESIDENCE TIME OF METAL DROPLETS IN SLAG-METAL-GAS EMULSIONS THROUGH TOP GAS BLOWING

Abstract

A mathematical model for evaluating the residence time of metal droplets in slag-metal-gas emulsions through top gas blowing is proposed. The model is based on the equation of accelerated moving bodies in a moving fluid. The parameters used in the model are based on the available data from both room and high temperature experiments. Using the proposed model provides a formal way to extend the experimental results of the residence time of the droplets for an evaluation of the conditions in an industrial furnace. This connects theoretical understanding, experimental results and plant data in to a coherent and quantitative model of the process.

On propose un modèle mathématique pour évaluer le temps de séjour de gouttelettes de métal dans des émulsions de scorie–métal–gaz par soufflage de gaz vers le haut. Le modèle est basé sur l’équation des corps accélérés en mouvement dans un fluide en mouvement. Les paramètres utilisés dans le modèle sont basés sur les données disponibles provenant tant d’expériences à la température de la pièce qu’à hautes températures. Utilisant le modèle proposé fournit une manière formelle d’étendre les résultats expérimentaux du temps de séjour des gouttelettes à une évaluation des conditions dans un four industriel. Ceci rattache la compréhension théorique, les résultats expérimentaux et les données de l’usine en un modèle cohérent et quantitatif du procédé.     

Development of a model for copper converting

Abstract

Building on previous work reported in the literature, a dynamic model of the operation of the Peirce-Smith Converter has been developed to describe the distribution of the major elements present. The fundamental principle of the model was a thermodynamic calculation. The situation of non-equilibrium conditions was considered by dividing the converter into different zones linked by predefined flow parameters. The model was verified against actual converter plant data, with the simulated results for the major elements being in good agreement with the plant data. The agreement between plant and calculated data for Pb, and Zn was not as good and more work is required regarding this aspect.

En se basant sur des travaux antérieurs rapportés dans la littérature, on a développé un modèle dynamique de l’opération du Convertisseur de Peirce-Smith afin de caractériser la distribution des principaux éléments chimiques présents. Le principe fondamental de ce modèle repose sur un calcul thermodynamique. On a considéré la situation des conditions hors d’équilibre en divisant le convertisseur en différentes zones reliées par des paramètres d’écoulement prédéfinis. On a confronté le modèle à des données issues du convertisseur d’une usine existante, les résultats simulés montrant un bon accord avec les données de l’usine en ce qui concerne les éléments majoritaires. La concordance des données de l’usine et des valeurs calculées pour le plomb et le zinc n’était pas aussi bonne et, donc, une investigation plus poussée concernant cet aspect du modèle s’avère nécessaire.     

A numerical method for evaluating and predicting high-temperature thermal properties of carbides

Abstract

A numerical method has been developed to evaluate the high-temperature heat content data of solids. Although the method has been successfully applied to several refractory metal carbide phases only, it is equally applicable to any kind of solids. Moreover, this method allows one to predict heat content values of solids at high temperatures where data are lacking. Predictions of bulk modulus values at room temperature and heat content values at non-stoichiometric compositions for alloys with wide range of homogeneity are possible but the validity of the predictions has not been entirely established due to lack of sufficient data in the literature.

Résumé.

On a mis au point une méthode numérique d'evaluation des données d'enthalpie à haute température pour les solides. Quoique la méthode n'ait été, jusqu'ici, utilisée que pour plusieurs phases de carbures de métaux réfractaires (et ce, avec succès), elle s'applique à tous les types de solides. De plus, cette méthode permet de prédire les valeurs d'enthalpie des solides à des températures elevées lorsque les données ne sont pas disponibles. On peut aussi prédire les valeurs du module global à l'ambiante et les valeurs de l'enthalpie pour des compositions non stoïchiometriques, dans le cas d'alliages ayant un large intervalle d'homogénéité. Cependant, la validité des prédictions n'a pu être démontrée avec certitude par suite d'un manq ue de données dans la littérature.     

The recovery of non-ferrous metals from secondary copper smelter discard slags

Abstract

The use of carbothermic reduction as a method of recovering copper and other non-ferrous metals from smelter discard slags has been examined. Although several pilotscale tests (referred elsewhere) showed that the recovery of copper into a base metal can exceed 70%, even for a slag originally containing only 1.5% copper, it was considered that further studies under controlled laboratory conditions were necessary to obtain a better understanding of the reduction mechanisms involved. Results from these laboratory studies show that not only is the extraction of copper related to the copper and iron contents of the original slag, but the initial slag composition also influences the composition of the base-metal. With the data obtained it is now possible to estimate the grade-recovery relationship from slags of different compositions. The physical and chemical nature of the slags after treatment is also discussed and it is concluded that refractory attack, and the subsequent assimilation of the refractory into the slag matrix may play a significant role in the mechanism by which metals are retained in slags.

Résumé

La méthode de réduction carbothermique pour la récupération du cuivre et d'autres métaux non ferreux des laitiers mis au rebut d'une fonderie a été examinée. Plusieurs essais à l'échelle pilote ont démontré que la récuperation du cuivre au moyen d'un vil métal peut excéder 70%, même pour un laitier contenant seulement 1.5% eu au départ. On considère alors que les etudes approfondies dans les conditions contrôlées en laboratoire étaient nécessaires pour obtenir une meilleure connaissance des mécanismes de la réduction. Les résultats expérimentaux montrent que l'extraction du cuivre dépend de la teneur originale en cuivre et en fer dans Ie laitier. De plus, la composition initiale du laitier a une influence sur la composition du vil métal. Avec les données expérimentales on peut estimer le rapport teneur-récupération des laitiers aux differentes compositions. Les comportements physique et chimique sont aussi abordés et on constate que l'usure du réfractaire aussi bien que la dissolution subséquente du réfractaire vers la matrice du laitier peuvent jouer un rôle significatif dans le mécanisme de retenu des métaux par les laitiers.     

An assessment of the accuracy of the high-temperature heat capacity of solid metals

Abstract

Comparison of the values of the reported high temperature heat capacity of solid metals frequently shows wide variance, usually increasing with increasing temperature. Unfortunately, measurements on specimens made from the same stock material frequently show deviations well outside the uncertainty claimed by the investigators. Typical data are presented to illustrate the significance of the problem. It is clear that the origin of most of the differences lies in unrecognized errors in the experimental techniques. Possible sources of errors and the practicality of establishing a metal as a heat capacity standard are discussed.

Résumé

Les valeurs rapportées de la chaleur spécifique à haute témperature des solides montrent fréquemment une grande dispersion qui, en général, augmente avec la température. Malheureusement, les mesures faites pour des échantillons différents provenant du même matériel montrent une dispersion en dehors du domaine d'incertitude donné par les chercheurs. On rapporte des données typiques pour illustrer l'importance du probléme. C'est clair que les différences observées sont dues à des sources d'erreur, non identifiees, introduites lors de la réalisation des expériences. On a discuté les sources d'erreur possibles et la possibilité d'établir un métal comme standard pour la chaleur spécifique.     

Comparison of static and dynamic methods for measuring stiffness of high modulus steels and metal composites

The accurate measurement of modulus is not an issue specific to high modulus steels, but is still a challenge for the wider engineering and materials community. Inherently, the measurements should not offer significant problems, but results from a series of interlaboratory validation exercises and data on representative high modulus steels are included to illustrate some of the practical issues associated with the static and dynamic techniques. Dynamic methods probably offer the potential for the most accurate measurements due to the simple geometry and test set-up. Results show that a well set up test could be expected to give modulus values with an uncertainty of ±1–2%. Comparable levels can be achieved from the tensile test, but only through the use of a separate and dedicated test, where loading is carried out below the elastic limit, using averaging strain measurement, careful alignment and robust data analysis procedures.

La mesure précise du module d’élasticité n’est pas un problème spécifique aux aciers à module d’élasticité élevé, mais c’est quand même un défi pour la grande communauté d’ingénierie et des matériaux. Fondamentalement, les mesures ne devraient pas offrir de problèmes importants, mais on inclut les résultats d’une série d’exercices de validation entre laboratoires et les données d’aciers représentatifs à module d’élasticité élevé pour illustrer certains des problèmes pratiques associés aux techniques statiques et dynamiques. Il est probable que les méthodes dynamiques offrent le potentiel de mesures les plus précises grâce à la géométrie et au montage d’essai simples. Les résultats montrent qu’on peut s’attendre à ce qu’un essai bien monté donne des valeurs du module d’élasticité avec une incertitude de ±1–2%. On peut obtenir des niveaux comparables pour l’essai de traction, mais seulement au moyen de l’utilisation d’un essai séparé et dédié, où la mise sous contrainte est effectuée sous la limite d’élasticité, en utilisant la mesure moyenne de la déformation, un alignement diligent et des procédures robustes d’analyse de données.     

Effects of Fe and Ni additions on emerging Al–4·5Cu–1·5Mg powder metallurgy alloy

Abstract

In recent laboratory studies, a method designed to modify an emerging Al–Cu–Mg powder metallurgy alloy with Fe and/or Ni additions was successfully developed. The objectives of this research were designed to expand upon this work with an emphasis on characterising the industrial processing behaviour and thermal stability of the alloy with and without additions of these transition metals. All powder compacts exhibited an industrial sintering response that mirrored prior laboratory findings thereby confirming commercial viability. Subsequently, tensile specimens were machined from industrially sintered bars, heat treated to the T6 temper and then subjected to various conditions of thermal exposure at temperatures up to 280°C. Differential scanning calorimetry (DSC) data confirmed that Fe/Ni additions reduced the precipitation kinetics of the S-type phases responsible for peak strengthening at temperatures <160°C and thereby enhanced the thermal stability of important tensile properties such as yield strength. At higher temperatures (>200°C), the Fe/Ni additions were less effective with both alloys exhibiting comparable levels of strength degradation.

Lors d’études récentes en laboratoire, on a développé avec succès une méthode conçue pour modifier un alliage émergeant de la métallurgie des poudres, Al–Cu–Mg, avec des additions de Fe et/ou de Ni. Cette recherche a pour but d’élargir ce travail avec une emphase sur la caractérisation du comportement du traitement industriel et de la stabilité thermique de l’alliage, avec ou sans additions de ces métaux de transition. Tous les compacts de poudre exhibaient une réponse industrielle de frittage qui reflétait les trouvailles antécédentes en laboratoire, confirmant ainsi la viabilité commerciale. Subséquemment, on a usiné des échantillons pour mesure de résistance à la traction à partir de barres frittées industriellement et on les a traités thermiquement à l’état T6. On a ensuite soumis les échantillons à des conditions variées d’exposition thermique à des températures allant jusqu’à 280°C. Les données de DSC ont confirmé que les additions de Fe/Ni réduisaient la cinétique de précipitation des phases de type S, responsables de l’endurcissement de pointe à des températures <160°C et augmentaient ainsi la stabilité thermique des propriétés importantes de résistance à la traction comme la limite d’élasticité. À des températures plus élevées (>200°C), les additions de Fe/Ni étaient moins efficaces, les deux alliages exhibant des niveaux comparables de dégradation de la résistance.     

Estimating grinding power requirements

Abstract

The chioride volatilization process of Producing pyrite cinder is discussed in Terms of thermodynamic properties of The reactions and several series of experiments Are described. CaCl₂. Ride was selected as the experimental Chloridizing reagent, because the pellets Obtained by this process are commonly Used in the Fe blast furnace. The results obtained can be summarized As follows. (1) maximum removal of metal impurities From pyrite cinder requires Rapid heating especially through the temperature range 600 to 1000°C. (2) The reduction in elimination efficiency By slow heating is due to the premature Decomposition of calcium chloride at Low temperature-in the presence of sulphur in the pyrite cinder. (3) pyrite Cinder containing comparatively low . Sulphur and arsenie is best suited as A raw material for this process. (4) the Existence of moisture and SoP. Dioxide in the furnace gas greatly reduces The efficiency of impurity elimination. (5) the optimum temperature For metal impurity elimination is 1100°C. (6) treatment at 120C°c gives Good sulphur elimination and improved mechanical strength.

Résumé

Le procédé de production de cendres de pyrite par volitilisation de chlorures est discuté en termes des propriétés thermodynamiques de réactions et plusieurs séries d'expériences sont décrites. Pour ces expériences, Ie chlorure de calcium a été choisi comme chlorurant car les agglomérés obtenus par ce procédé sont couramment utilisés dans le haut-foumeau. Les résultats obtenus peuvent étre énumérés comme suit: (1) L' élimination la plus grande d'impuétés métalliques des cendres de pyrite exige un chauffage rapide surtout dans la zone de température de 600 á 1OOO°C. (2) La diminution du taux d' élimination provoqué par un chauffage lent est due á la décomposition préntaturée du chlorure de calcium à basse température, en presence de soufre, contenu dans les cendres. (3) Les cendres de pyrite. contenant comparativement peu de soufre et d'arsenic sont les materiaux les plus appropries pour ce traitement. (4) La presence d'humidite et de dioxyde de soufre dans les gaz du four réduit grandement le taux d' élimination. des impuretés. (5) La température optimale pour l' élimination des impuretés métalliques est 1100°C. (6) Un traitement à 1200°C donne une bonne élimination du soufre et améliore la mécanique.     

The relationship between cooling rate and age-hardening characteristics of a number of aluminum-magnesium-silicide alloys

Abstract

The effect of cooling rate from solution heat treatment on the response to elevated temperature age-hardening of many technical and commercial magnesium-silicide alloys was determined in terms of a full range of cooling rates and tensile properties. The effect of individual minor element additions on the relationship was determined and an interpretation made in terms of the microstructure. From the data obtained it is possible to specify the precise cooling rate or combination of cooling rate and ageing procedure necessary to achieve a desired level of tensile properties. Where the mass of the metal places a limitation on the cooling rate the data make it possible to consider alternative alloys or additions to meet the tensile requirements.

Résumé

Les effets de la vitesse de trempe à partir du traitement de mise en solution sur le vieillissement à haute température d'un certain nombre d'alliages commerciaux ou synthétiques Aluminium — Magnésium — Silicium ont été étudiés par mesure des propriétés mécaniques en traction. L'auteur a étudié l'effet d' éléments d'addition mineurs sur la relation vitesse de trempe-propriétés mécaniques et présente une interprétation basée sur la microstructure.

A partir des résultats obtenus, il est possible de déterminer avec précision la vitesse de trempe ou la combinaison vitesse de trempe-conditions de vieillissement, nécessaires pour obtenir des propriétés mécaniques données. Lorsque la masse de métal impose une limitation à la vitesse de trempe, les résultats expérimentaux permettent de sélectionner d'autres alliages ou les additions nécessaires pour obtenir les propriétés mécaniques requises.     

The Effect of Burner Orientation on the Convective Heat Transfer Rate in a Round Furnace

Abstract

Top-charged round furnaces are advantageously used for remelting aluminium scrap of various size and shape. There are no detailed data available about the effect of the number and orientation of burners on the heat transfer between flame and charge. It has been generally assumed that a rotational flow pattern improves the uniformity of residence time and intensifies heat transfer. The effect of burner orientation on the flow pattern and residence time was analyzed earlier in several cold flow studies. The so-called heated skin technique was also developed to determine the convective heat transfer coefficients. This paper presents the results of an analysis aimed at determining the influence of changing the tangential velocity component in the furnace systematically. The average heat transfer coefficients along the horizontal surface of the molten metal bath are presented in dimensionless form. The burner angle settings varied from the radial-centerward pattern (0 degree) to 15degrees. The average Nusselt number data are correlated with the flow pattern observations and velocity profile measurements. © 1998Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

Les fourneaux ronds chargés par le haut sont utilisés avantageusement pour la refonte des rebuts d'aluminium de toute taille et forme. Il n'y a pas de données détaillées disponibles sur l'effet du nombre et de l'orientation des bruleurs sue le transfert de chaleur entre la flamme et la charge. On assume en général qu'un patron d'écoulement rotatoire améliore I'uniformité du temps de résidence et intensifie le transfert de chaleur. L'effet de l'orientation du bruleur sur le patron d'ecoulement et le temps de residence a ete analyse plus tot dans plusieurs etudes d'ecoulement froid. On a aussi développé la technique appelée de l'enveloppe chauffée pour déterminer les coefficients de transfert de chaleur par convection. Ce document présente les résultats d'une analyse visant a determiner systématiquement l'influence dans le fourneau du changement de la composante tangentielle de la vélocité. On présente sous forme sans dimension les coefficients moyens de transfert de chaleur au long de la surface horizontale du bain de métal fondu. L'ajustement de l'angle du bruleur variait d'un patron radial-centre (0 degré) a 15 degres. Les données moyennes du nombre de Nusselt sont correlees avec les observations du patron d'ecoulement et les mesures de profil de vitesse. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

Fabrication Technology And Material Property Requirements For Heavy Wall Pressure Vessels

Abstract

The joining of heavy section steels in the fabrication of large pressure vessels is reviewed. For thicknesses ≥ 100mm, narrow-gap welding processes offer a significant saving in weld metal volume, increased productivity, and acceptable levels of mechanical properties, i.e. notch toughness.

The in-service properties of pressure vessel steels are discussed, with particular emphasis on 2.25 Cr–1 Mo base metal and stainless steel weld overlay. The results of a study of the effect of phosphorus and silicon on temper embrittlement of 2.25 Cr–1 Mo steel and the role of rare earth additions in reducing the susceptibility to temper embrittlement are presented. The presence of hydrogen in stainless steel overlay can lead to (1) a loss in ductility depending on the amount of sigma phase, and (2) disbonding at the overlay/base metal interface.

Résumé

L'assemblage d'aciers prolifés lourds dans la fabrication de gros bacs sous pression est revu. Pour une épaisseur supérieur ou égale à 100mm (≥ 100mm), le soudage avec faible écartement des bords offre une économie importante dans le volume du métal de soudure, une productivité augmentée et des propriétés mécaniques de niveaux acceptables, comme la résistance des encoches.

Les propriétés des aciers pour bacs sous pression sont discutés, en mettant un accent particulier sur le métal commun 2.25 Cr–1 Mo et les recouvrements de soudure en acier inoxydable. Les résultats d'une étude de l'effet du phosphore et du silicium sur l'accroissement de la fragilite à revenu du metal 2.25 Cr–1 Mo et le rôle des rares additions de terre dans la réduction de la susceptibilite a l'accroissement de la fragilité a revenusont présentés. La presence d'hydrogene dans le recouvrement des aciers inoxydables selon le nombre de phase sigma, et (2) au relâchement des liens a l'interface du métal commun et du recouvrement.     

Microstructure–yield strength models for heat treatment of Al–Si–Mg casting alloys II: modelling microstructure and yield strength evolution

A microstructure–strength mathematical model for the heat treatment for commercially significant Al–Si–Mg casting alloys was developed and validated. As part of the model development, the evolution of microstructure and mechanical properties during heat treatment of an industrially cast A356 aluminium alloy was studied in an experimental investigation. A model framework to predict the evolution of microstructure and yield strength during heat treatment was proposed for hypoeutectic Al–Si–Mg casting alloys and validated against experimental measurements. In part II of this paper, the model framework to predict the evolution of microstructure and yield strength during the ageing process is described. The framework is focussed on the development of strength during natural and artificial ageing and includes the relative influences of alloy chemistry and the prior solution treatment and natural ageing history of the material. Model validation has been done using independent experimental and literature data, and the model has been applied to industrial heat treatment scenarios in order to determine the potential for process optimisation.

On a développé et validé un modèle mathématique de la microstructure-résistance du traitement thermique des alliages de moulage d’Al-Si-Mg ayant une importance commerciale. Faisant partie du développement du modèle, on a étudié, par examen expérimental, l’évolution de la microstructure et des propriétés mécaniques lors du traitement thermique d’un alliage d’aluminium A356 moulé industriellement. On a proposé une structure de modèle prédisant l’évolution de la microstructure et de la limite d’élasticité lors du traitement thermique des alliages de moulage hypo-eutectiques d’Al-Si-Mg et on l’a validé par des mesures expérimentales. Dans la seconde partie de cet article, on décrit la structure du modèle prédisant l’évolution de la microstructure et de la limite d’élasticité lors du traitement de vieillissement. La structure se concentre sur le développement de la résistance lors du vieillissement naturel et artificiel et comprend les influences relatives de la composition chimique de l’alliage et du traitement antérieur de mise en solution et de l’histoire du vieillissement naturel du matériau. On a effectué la validation du modèle en utilisant des données expérimentales indépendantes et des données de la littérature, et on a appliqué le modèle à des scénarios de traitement thermique industriel afin de déterminer le potentiel d’optimisation du procédé.     

RECOVERY OF RARE EARTHS FROM THE SPENT OPTICAL GLASS BY HYDROMETALLURGICAL PROCESS

Abstract

A hydrometallurgical process involving conversion of rare earths to hydroxides with sodium hydroxide, leaching of the hydroxides by hydrochloric acid, purification of pregnant liquor by selective precipitation and separation of rare earths chlorides by means of solvent extraction using D2EHPAin kerosene as an extractant is developed to recover rare earths (RE) from the spent optical glass containing lanthanum, yttrium and gadolinium. The influence of NaOH concentration, liquid to solid ratio, temperature and time on the conversion of products is investigated by means of an X-ray diffractometer and inductively coupled plasma atomic emission spectrophotometer. The dependence of the RE leaching ratio on HCl concentration, liquid to solid ratio, temperature and time is also examined. Subsequently, the effect of operating parameters in the extraction, scrubbing and stripping on the separation of rare earths is investigated as well. The results show that by using the integrated process, 99.95% pure individual lanthanum chloride solution containing 31.76 g/L La with total recovery of 93.58%, 98.65% pure individual yttrium chloride solution containing 11.45 g/L Y with total recovery of 97.59% and 95.18% pure individual gadolinium chloride solution containing 5.58 g/L Gd with total recovery of 93.61% are obtained.

On développe un traitement par hydrométallurgie pour récupérer les lanthanides (RE) du verre optique usé contenant du lanthane, de l’yttrium et du gadolinium. Ce traitement implique la transformation de lanthanides en hydroxydes avec de l’hydroxyde de sodium, la lixiviation des hydroxydes par de l’acide chlorhydrique, la purification de la liqueur sursaturée par précipitation sélective et séparation des chlorures de lanthanides au moyen de l’extraction par solvant, en utilisant du D2EHPA dans du kérosène comme agent d’extraction. On étudie l’influence de la concentration du NaOH, du rapport de liquide à solide, de la température et de la durée sur la transformation des produits, au moyen d’un diffractomètre à rayons X et d’un spectrophotomètre à émission d’atome couplé à un plasma inductif. On examine également la dépendance du taux de lixiviation des lanthanides sur la concentration de HCl, sur le rapport de liquide à solide et sur la température et la durée. Subséquemment, on étudie également l’effet des paramètres de service lors de l’extraction, de la purification et du lavage sur la séparation des lanthanides. Les résultats montrent qu’en utilisant le traitement intégré on obtient une récupération totale de 93.58% La pour une solution individuelle pure à 99.95% de chlorure de lanthane contenant 31.76 g/L La, une récupération totale de 97.59% Y pour une solution individuelle pure à 98.65% de chlorure d’yttrium contenant 11.45 g/LY et une récupération totale de 93.61% Gd pour une solution individuelle pure à 95.18% de chlorure de gadolinium contenant 5.58 g/L Gd.     

X-ray photoemission electron microscopic study of transformed shear bands in AISI 4340 steel

Abstract

Failures of structural materials under dynamic mechanical loading at high strain rates are commonly initiated by shear strain localisation along adiabatic shear bands, which act as preferential sites for crack initiation and propagation. We have used synchrotron based X-ray photoemission electron microscopy (XPEEM) to identify chemical elements and measure compositional contrast in the shear band in AISI 4340 steel. The high spatial resolution of XPEEM combined with near edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy is used to study the microstructural evolution in transformed shear bands that formed in quench hardened and tempered AISI 4340 steel under dynamic impact loading. We compared our XPEEM findings with other complementary techniques such as energy dispersive X-ray spectroscopy and scanning electron microscopy to get a complete picture. As in the case of optical and scanning electron microscopy, XPEEM images show a featureless transformed band devoid of the martensite laths found in the parent metal. Interestingly, XPEEM images and corresponding Cr 2p→3d and Ni 2p→3d NEXAFS spectra confirms a compositional contrast in the transformed shear band that resulted in more nickel inside the shear band than in the adjacent region.

Les défaillances des matériaux structuraux sous charge mécanique dynamique à des vitesses élevées de déformation sont communément initiées par la localisation de la déformation de cisaillement le long des bandes de cisaillement adiabatique, lesquelles agissent comme sites préférentiels pour l’amorçage et la propagation de fissure. Nous avons utilisé le synchrotron basé sur la spectromicroscopie d’électrons photo-excités par rayons X (XPEEM) pour identifier les éléments chimiques et pour mesurer le contraste de composition dans la bande de cisaillement de l’acier AISI 4340. La haute résolution spatiale par XPEEM, combinée avec la spectroscopie des structures fines d’absorption X proches du seuil (NEXAFS), est utilisée pour étudier l’évolution de microstructure dans les bandes de cisaillement transformées qui se forment dans l’acier AISI 4340 durci par trempe et revenu sous charge dynamique par impact. Nous avons comparé nos trouvailles par XPEEM à d’autres techniques complémentaires comme la spectroscopie aux rayons X à dispersion d’énergie et la microscopie électronique à balayage afin d’obtenir une image complète. Comme dans le cas de la microscopie optique et électronique à balayage, les images XPEEM montrent une bande transformée sans particularité et sans martensite massive trouvée dans le métal parent. Ce qui est intéressant, c’est que les images XPEEM et les spectres correspondants de NEXAFS Cr 2p →3d et Ni 2p →3d confirment un contraste de composition dans la bande de cisaillement transformée qui a pour résultat la présence de plus de nickel à l’intérieur de la bande de cisaillement que dans la région adjacente.     

AMATHEMATICAL MODEL OF A DC ELECTRIC FURNACE FOR RECOVERY OF ZINC FROM LEAD BLAST FURNACE SLAG

Abstract

A mathematical model has been developed for fluid flow and heat transfer in a prospective process to recover lead and zinc by a DC electric fuming process from lead blast furnace slag. The modelling consisted of several steps. Algebraic equations were used to obtain arc momentum and temperature. Fluid flow simulations were performed to calculate the top slag surface depression and the results were then imposed upon the subsequent fluid flow and heat transfer simulation. Using this procedure, a number of simulations of the DC arc furnace operation were carried out for various conditions. Velocities and temperatures in the slag and metal, as well as sidewall heat fluxes were evaluated with the model. The model predicts, in most cases, that the sidewall heat fluxes were less than 200 kW/m² and they would increase with decreasing furnace diameter and decreasing slag solidus temperature. The results of the model have been useful in the design of a furnace.

On a développé un modèle mathématique de l’écoulement des fluides et de la transmission de chaleur pour un procédé prospectif de récupération du plomb et du zinc par un procédé d’ébullition avec courant électrique continu à partir de la scorie de plomb du haut-fourneau. La modélisation consiste en plusieurs étapes. On a utilisé des équations algébriques pour obtenir la quantité de mouvement et la température de l’arc. On a effectué des simulations d’écoulement de fluide pour calculer la dépression de la surface de la scorie et l’on a ensuite imposé les résultats à la simulation subséquente d’écoulement de fluide et de transmission de chaleur. Utilisant cette procédure, on a exécuté un certain nombre de simulations du fonctionnement du four à arc à courant continu sous des conditions variées. Au moyen du modèle, on a évalué la vélocité et la température de la scorie et du métal ainsi que le flux de chaleur des parois latérales. Dans la plupart des cas, le modèle a prédit que le flux de chaleur des parois latérales était moins de 200 kW/m² et qu’il augmenterait avec une diminution du diamètre du four et une diminution de la température de solidus de la scorie. Les résultats du modèle ont été utiles pour la conception d’un four.     

Mechanism of explaining liquid friction and flux consumption during non‐sinusoidal oscillation in slab continuous casting mould

Abstract

The mechanism of explaining liquid friction and flux consumption in a non‐sinusoidal oscillation mould is expounded by proposing a series of indices for estimating interface phenomena between mould and metal in meniscus and calculating the effect of non‐sinusoidal oscillation parameters on these indices. The results show that the liquid flux is periodically infiltrated into the gap between oscillating mould and withdrawing slab by the negative pressure caused by widening flux channel from the last stage of positive strip time to the last stage of negative strip time. The surface cracks on the slab, even breakout, are formed during the positive strip time and existing surface cracks can be healed within the cumulative negative strip time. The casting performances were improved by decreasing oscillation frequency and increasing amplitude and non‐sinusoidal oscillation factor.

On explique la friction liquide et la consommation de flux dans une coquille à oscillation non‐sinusoïdale en proposant une série d’indices pour estimer les phénomènes d’interface entre la coquille et le métal dans le ménisque et pour calculer l’effet des paramètres d’oscillation non‐sinusoïdale sur ces indices. Les résultats montrent que le flux liquide s’infiltre périodiquement dans l’espace entre la coquille oscillante et la brame en retrait par la pression négative causée par l’élargissement du canal de flux à partir de la dernière étape de temps positif de démoulage jusqu’à la dernière étape de temps négatif de démoulage. Les fissures de surface de la brame, et même la percée, sont formées lors du temps positif de démoulage et les fissures de surface existantes peuvent être réparées lors du temps négatif cumulatif de démoulage. Le rendement du moulage s’améliorait en diminuant la fréquence d’oscillation et en augmentant l’amplitude et le facteur d’oscillation non‐sinusoïdale.