Equilibrium phase relationships during solidification of Fe-O-C-X alloys

Abstract

Analysis of the solidification process of alloys requires that the phase relationships at equilibrium be known. The problem is complex and difficult for commercial ferrous alloys because of the presence of iron, carbon, oxygen, a deoxidizer, manganese, sulphur, etc. This study develops the phase relationships in the iron-rich corner of four component systems and covers the Fe-O-C-Si and Fe-O-C-Al systems specifically. The equilibrium state is treated at 1 atm pressure. The effects of suppression of formation of CO and of segregation of elements between liquid and solid iron are then analyzed.

Résumé

L'analyse du procédé de solidification des alliages requiert que la relation des phases à l'equilibre soit connue. Le problème est complexe et difficile pour les alliages ferreux commerciaux à cause de la présence de fer, de carbone, d'oxygene, d'un désoxydant, de manganèse, de soufre, etc. L'étude présente développe la relation des phases dans la région riche en fer d'un système à quatre composants, en particulier les systèmes Fe-O-C-Si et Fe-O-C-Al. L'équilibre est traité à 1 atm. de pression. Les effets de la suppression de formation de CO et de ségrégation d'éléments entre le fer liquide et solide sont ensuite analysés.     

Vacuum desulphurization of molten nickel

Abstract

A mass transfer model has been developed that describes the vacuum desulphurization of molten nickel. The basis of this model is simultaneous transport of dissolved sulphur and oxygen to the gasmelt reaction interface and elimination as sulphur dioxide. The main feature of this model is its accurate prediction of the dependence of the process kinetics on the oxygen content of the melts. This model successfully expains the post-boil desulphurization behaviour of 40 Kg and 120 Kg laboratory nickel melts over the whole range of sulphur and oxygen concentrations measured. The kinetic parameters thus determined were successfully used to predict the post-boil desulphurization behaviour of 5 and 15 tort nickel melts refined in commercial units.

Résumé

Nous avons dévelopé un modèle basé sur la théorie du transfert de masse pour décrire la vitesse de désulphuration du nickel liquide sous vide. L'essence de ce modèle est Ie transfert simultané du soufre et de l'oxygène en solution vers l'interface de réaction gaz-liquide et leur élimination sous forme gazeuse en tant que SO₂. Ce modèle predit avec précision les variations des vitesses de réaction en fonction de la concentration d'oxygene dans le metal liquide.

Nous avons utilisé ce modèle pour expliquer avec grand succés les caracteristiques de la desulphuration de bains de 40 et 120 Kg rafinés dans notre laboratoire. Le modéle peut être appliqué à tous les in tervalles de concentrations en soufre et en oxygène qui ont été traitées.

Les coefficients de cinétique chimique que nous avons obtenus de cette façon ont peut être utilises pour prédire les vitesses de désulphuration de bains de 5 et 15 tonnes rafinés dans nos usines de production d'acier inoxidable.     

Microstructure–strength models for heat treatment of Al–Si–Mg casting alloys I: microstructure evolution and precipitation kinetics

A comprehensive microstructure–strength mathematical model for the heat treatment of Al–Si–Mg casting alloys is presented. 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 extensive experimental investigation. For the solution treatment process, the changes in dendritic composition and eutectic morphology in the temperature range 773–833 K (500–560°C) were quantified using microprobe and image analysis techniques. For natural and artificial ageing, the kinetics of precipitation/clustering was determined using an isothermal calorimetry technique in conjunction with hardness and mechanical property measurements. Two other Al–Si–Mg model alloy compositions were used to study the effects of alloy chemistry on microstructure response during heat treatment. The overall aim of the experimental work presented here is to facilitate the development of a comprehensive microstructure–strength model for the heat treatment of Al–Si–Mg casting alloys that will be presented in part II of this paper.

On présente un modèle mathématique détaillé de la microstructure-résistance du traitement thermique des alliages de moulage d'Al–Si–Mg. Faisant partie du développement du modèle, on a étudié l'évolution de la microstructure et des propriétés mécaniques lors du traitement thermique d'un alliage d'aluminium A356 moulé industriellement lors d'un examen expérimental de grande envergure. Pour le traitement de mise en solution, on a quantifié les changements de la composition dendritique et la morphologie de l'eutectique dans la gamme de température de 773 à 833 K (500 à 560 °C) en utilisant les techniques de la microsonde et de l'analyse d'image. Pour le vieillissement naturel et artificiel, on a déterminé la cinétique de précipitation/agrégation en utilisant une technique de calorimétrie isotherme en conjonction avec les mesures de dureté et de propriétés mécaniques. On a utilisé deux autres compositions de l'alliage modèle d'Al–Si–Mg pour étudier les effets de la chimie de l'alliage sur la réponse de la microstructure lors du traitement thermique. Le but global du travail expérimental présenté ici est de faciliter le développement d'un modèle détaillé de microstructure-résistance du traitement thermique des alliages de moulage d'Al–Si–Mg qui sera présenté dans la seconde partie de cet article.     

Selective segregation at grain boundaries

Abstract

Experimental observations provide support for two different types of solute enhancement at interfaces, namely equilibrium and non-equilibrium segregation. It is shown that these segregation processes are dependent upon the structures of different large-angle grain boundaries. Experimental data clearly indicate that this selective grain boundary segregation influences the mobility and energy of grain boundaries.

A fundamental relationship is found to exist between the energy of coincidence boundaries and the density of shared atom sites (or the size of the periodic unit) in the boundary. The energy and mobility results provide strong support for the boundary coincidence and “relaxed” coincidence models of grain boundary structure.

A selective solute segregation to grain boundaries can lead to the formation of preferred orientations in annealed materials and enhanced corrosion at grain boundaries.

Résumé

Les études expérimentales apportent des arguments aux deux types differents d'enrichissement en soluté aux interfaces, c'est-à-dire la ségrégation d'équilibre et la ségrégation de non-équilibre. Ces deux modes de ségrégation dépendent de la structure des différents joints de grains à forte désorientation. Les résultats expérimentaux indiquent clairement que cette ségrégation sélective aux joints de grains influence la mobilité et l'énergie des joints de grains.

Une relation fondamentale existe entre L'energie des joints en coincidence et la densité des sites atomiques partagés (ou la taille des unités périodiques) dans le joint. Les résultats relatifs à l'énergie et à la mobilité amènent de fortes preuves au modèle de joints de grains basé sur la coincidence ou la coincidence «relaxée».

Une ségrégation sélective du soluté aux joints de grains peut conduire à la formation d'orientations préférentielles dans les matériaux recuits et favoriser la corrosion aux joints de grains.     

Kinetic analysis of silicothermic process under flowing argon atmosphere

The Pidgeon process, a silicothermic reduction of calcined dolomite under vacuum, is the dominant process to make magnesium metal. Experimental data from Morsi et al., were utilised for kinetics analysis of silicothermic reduction of calcined dolomite under argon atmosphere. A number of kinetic models were assessed to evaluate the rate-controlling step in the process. The results suggest that the reaction is controlled by the solid-state diffusion of reactants with the Jander and Ginstling–Brounshtein model providing the best representation of the process kinetics. Mass transfer effects of magnesium vapour from the surface to the bulk gas phase was also analysed. These results suggest that gas–film mass transfer is not the limiting step of the kinetics. Pore diffusion through briquettes is postulated to have some effect on the kinetics but solid-state diffusion is the major rate-limiting step.

Le procédé Pidgeon, une réduction silicothermique sous vide de dolomie calcinée, est le procédé dominant de production de magnésium métallique. On a utilisé les données expérimentales de Morsi et al pour l’analyse cinétique de la réduction silicothermique de dolomie calcinée sous une atmosphère d’argon. On a estimé un certain nombre de modèles cinétiques afin d’évaluer l’étape du procédé cinétiquement limitante. Les résultats suggèrent que la diffusion à l’état solide des réactants contrôle la réaction, le modèle de Jander et Ginstling-Brounshtein fournissant la meilleure représentation de la cinétique du procédé. On a également analysé les effets du transfert massique de la vapeur de magnésium de la surface vers le c?ur de la phase gazeuse. Ces résultats suggèrent que le transfert de masse gaz-film n’est pas l’étape limitante de la cinétique. On postule que la diffusion par pore à travers les briquettes a un certain effet sur la cinétique mais la diffusion à l’état solide est l’étape majeure cinétiquement limitante.     

The reaction of sulphur vapour with molybdenum metal

Abstract

The kinetics of reaction of sulphur vapour with molybdenum metal have been studied thermogravimetrically in the temperature range 415–550° C and for sulphur pressures between 0.03 and 300 torr. For pressures above 20 torr, the kinetics are linear and the activation energy is 24.7 ± 3.2 kcal/mole. The rate is insensitive to changes in sulphur pressure at pressures in excess of 20 torr. Lower sulphur pressures decrease the sulphurization rate and the kinetics tend to become parabolic. The only reaction product formed under all conditions was hexagonal MoS₂

Résumé

La cinétique de réaction du soufre gazeux avec du molybdène métallique a été étudiée par analyse thermogravimétrique dans un domaine de température s' étendant de 415 à 550°C et pour des pressions de soufre variant de 0.03 à 300 torr. Pour des pressions supérieures à 20 torr, la cinétique de réaction est linéaire avec une énerge d'activation de 24.7 ± 3.2 kcal/mole, le taux de réaction est alors indépendant de la pression du soufre. Pour des pressions de soufre plus basses, il y a diminution du taux de réaction et la cinétique devient parabolique. Le seul produit de réaction formé dans toutes les conditions expérimentales est du MoS₂ hexagonal.     

Intergranular Embrittlement in Steels

Abstract

The case of intergranular embrittlement of steels induced by grain boundary segregation of impurities is briefly reviewed. Particular emphasis is placed on segregation in the austenite and the resulting tempered martensite embrittlement with some suggested ways of controlling them from an alloy design approach. Achievement of this goal would also improve resistance to other forms of intergranular embrittlement in very high-strength steels based on tempered martensite microstructure where impurity segregation in the austenite appears to govern many of the intergranular fracture processes.

Résumé

Le cas de la fragilisation intergranulaire des aciers induite par la ségrégation d'impuretes aux joints de grains dans l'austénite est succintement examiné. Une attention particulière est dévolue à la ségrégation dans l'austénite et à la fragilisation de la martensite revenue qui s'ensuit tout en suggérant des moyens pour éviter ces effetset ce lors de l'élaboration des alliages. En suivant ces suggestions on pourrait aussi augmenter la résistance à d'autres formes de fragilisation intergranulaire dans les aciers à très hautes résistances tablant sur une microstructure de martensite revenue, où la ségrégation des impuretés dans l'austenite semble déterminer plusieurs des processus de rupture intergranulaire.     

The Effect of Oxide Grain Structure on the High-Temperature Oxidation of Fe,Ni and Cr

Abstract

Investigations have shown that the oxidation rate of metals and alloys is strongly influenced by the oxide grain size. This paper summarizes some of our data on the oxidation of Fe, Ni, Cr, and some alloys and relates the observed oxide grain structures to the oxidation kinetics and transport processes. Fine-grained polycrystalline oxide thickens most rapidly because the many oxide grain boundaries act as preferential paths for rapid diffusion. In contrast, monocrystalline oxide such as forms on some orientations of Ni and Cr thickens very slowly and shows the highest activation energy. Oxide grain size is found to depend on such factors as metal orientation, chemical pretreatment of the surface, cold work, and oxidation procedure.

Résumé

Plusieurs programmes de recherche ont montré que le taux d'oxydation des métaux et alliages dépend de la grosseur des grains des oxydes produits. Cet article présente certains des résultats obtenus en oxydant du Ni, du Cr et certains alliages; un rapport entre la structure des grains d'oxydes produits, d'une part, et d'autre part, la cinétique d'oxydation et les processus de transport présents, a été etabli. Les oxides polycristallins é grain serré facilitent l'oxydation, car leurs nombreux joints de grains offrent une route préférentielle à la diffusion rapide de l'oxygéne. Par contre, selon certaines orientations de Ni et de Cr, l'oxide monocristallin formé s'épaissit très lentement et présente les énergies d'activation les plus élevées. La grosseur des grains d'oxydes dépend de certains facteurs tels que l'orientation du metal oxyde, le prétraitement chimique de la surface, le travail à froid et la procédure d'oxydation.     

The importance of grain boundary morphology and cohesion on intergranular strength

Abstract

The morphology and constituency at grain boundaries are important in determining the properties of a poly crystalline material. In the present work it is shown that sulphur contents greater than 20 at. ppm. can embrittle nickel and nickel-base superalloys when the sulphur segregates to the grain boundaries and reduces intergranular cohesive strength. Moreover, low ductility can occur in nickel-base superalloy structures with controlled impurity levels when high stress concentrations develop in the grain boundary regions, either because of massive grain boundary shear or because of concentrated slip near grain boundaries.

Résumé

La morphologie et la constitution des join ts de grains sont importantes pour la détermination des propriétés de matériaux poly cristallins. Dans cette étude les auteurs montrent que des concentrations de soufre supérieures à 20 ppm. at. peuvent fragiliser le nickel et des superalliages à base de nickel quand le soufre ségrège aux joints de grains et réduit la cohésion intergranulaire. De plus, dans les superalliages à concentration contrôlée d'impuretés, une faible ductilité peut apparaître quand de fortes concentrations de contraintes se développent aux joints de grains soit sous l'effet de cisaillement massif du joint soit sous l'effet d'un glissement concentré aux joints.     

Growth of highly perfect metal crystals from the melt

Abstract

The nature, origin and control of chemical and structural imperfections in melt-grown single crystals is discussed. Chemical imperfections considered include long-range solute segregation, banding, cellular segregation and dendritic segregation. Structural imperfections discussed include grain boundaries, lineage (striation) substructure and dislocations. Precautions necessary to minimize the number of such imperfections are outlined.

Résumé

La nature, l'origine et Ie contrôle des imperfections structurales ou de composition dans des monocristaux tirés d'un liquide sont discutés. Les imperfections de composition considérées sont la ségrégation à longue distance du soluté, la structure en bande, la ségrégation cellulaire et dendritique. Les imperfections structurales étudiées son ties joints de grains, les sous-structures et les dislocations. Les précautions à prendre pour éviter ces défauts sont données.     

A new insight into grain growth kinetics in terms of polygonized sub-structure development

Abstract

Multi- and double-annealing techniques have been used to study modifications in grain growth kinetics due to thermal cycling in aluminum, lead and tin of different purities.

The results indicate that thermal cycling brings about polygonization in high purity aluminum, lead and tin. The evolution of this substructure depends on the nature and amount of impurities as well as on the parameters of the annealing treatment.

The observed changes in the growth kinetics are a direct result of the development of the polygonized substructure which interacts with the grain boundaries and leads to modification of their topography, as revealed by the liquid gallium grain boundary separation technique.

A physical model based on the gradual evolution of this substructure and its interaction with the grain boundaries has been put forward to explain qualitatively the observed modifications in the grain growth kinetics.

Résumé

Dans l'aluminium, le plomb et l'étain de différentes puretés, les auteurs ont utilisé les techniques de recuits double et multiple pour étudier les modifications dans la cinétique de croissance du grain, dues au cyclage thermique.

Les résultats expérimentaux révèlent que le cyclage thermique induit une polygonisation dans l'aluminium, le plomb et l'étain de haute pureté. L'évolution de cette sous-structure dépend de la nature et du niveau d'impuretés, ainsi que des paramètres du traitement de recuits.

Les modifications observées dans la cinétique de croissance sont des effets directs du développement de la sous-structure polygonisée, qui interagit avec les join ts de grains et conduit à une modification de leur topographie, comme le révèle la technique de décohesion intergranulaire au gallium liquide.

Un modèle physique faisant appel à l'évolution graduelle de cette sous-structure et à son interaction avec les joints de grains est proposé par les auteurs pour expliquer qualitativement les modifications observées dans la cinétique de croissance du grain.     

The Petch relation and grain boundary hardening

Abstract

The effect of the grain size and solute content on the microhardness of iron-tin alloys has been investigated. It was found that the values of the Petch slope as derived from the hardness dependence on grain size, shows an unusual dependence on tin content. A good correlation between the Petch slope and grain boundary hardening was observed; both increased with tin additions. The results are rationalized in terms of Li's model of dislocation generation from grain boundary ledges and also Hart's grain boundary phase transformation model.

Résumé

L'auteur a étudié les effets de la taille du grain et de la concentration en soluté sur la microdureté d'alliages fer-étain. Les valeurs de la pente de Petch, telles que déduites de l'influence de la taille du grain sur la dureté, révèlent une variation inhabituelle en fonction de la concentration en étain. Une corrélation acceptable entre la pente de Petch et le durcissement des joints de grains est observée, les deux augmentant avec l'addition d'étain. Ces résultats sont interprétés selon le modèle de Li, qui suppose l'émission de dislocations à partir des marches des joints de grains, et aussi selon le modèle de Hart, qui fait appel à une transformation de phase du joint de grain.     

Segregation at Melted Grain Boundaries in Steel

Abstract

Test samples from continuously cast steels have been fractured by grain boundary melting. The faceted fracture surfaces have been examined by Auger spectroscopy. Sulphur has been found to be segregated on the surface of all of the facets examined. The amount of segregation varies appreciably for different facets in a given sample; on average the segregation increases significantly with an increase in sulphur level from 0.014 to 0.024% S. No segregation of P was detected on the fractured surfaces.

Résumé

Des échantillons d'aciers de coulée continue ont été rupturés par fusion aux joints de grains. Les surfaces de rupture à facettes ont été examinées par spectroscopie Auger. On.a trouvé, sur toutes les surfaces des facettes examinées, une ségrégation de soufre. Le montant de la ségrégation varie appréciablement pour différentes facettes d'un même échantillon. En moyenne, l'étendue de la ségrégation augmente quand la concentration en soufre passe de 0.014 à 0.024%. On n'a pas détecté de ségrégation de P sur les surfaces de rupture.     

Chlorination of a Scheelite-Wolframite Concentrate with Chlorine and Sulphur Dioxide

Abstract

The chlorination of a scheelite-wolframite concentrate with chlorine and sulphur dioxide was studied in order to determine the operative conditions that favor the tungsten extraction. Tests were made in a vertical reactor with a static bed and upward flow of reactive gases. Effects of the flow rates of chlorine and of sulphur dioxide, the reaction time and the reaction temperature on the tungsten extraction were analyzed. The evolution of the tungsten extraction determined in our tests was briefly explained from the volatile and non-volatile reaction products formed in each case. The main reaction products identified were WO₂Cl₂, FeCl₂, FeCl₃, CaSO₄ and CaCl₂. The mechanism and apparent activation energy of the reaction were analyzed from data obtained under non-isothermal conditions. The kinetic analysis shows that the presence of non-volatile reaction products affects the chlorination. Effects of the impurity reactivity, the ratio of tungsten-bearing minerals and the particle size of the concentrate on the chlorination were analyzed. Finally, the operative conditions that allowed a tungsten recovery near 90% were determined.

Résumé

On a étudié la chloration au chlore et au bioxyde de soufre d'un concentré de scheelite-wolframite, afin de déterminer les conditions d'opération qui favorisent l'extraction du tungstàne. On a exécuté des tests dans un réacteur vertical à lit statique, á l'ecoulement vers le haut des gaz réactifs. On a analysé l'effet, sur l'extraction du tungstène, des taux d'écoulement du chlore et du bioxyde de soufre, de la durée de réaction et de la température de réaction. On a expliqué brièvement l'évolution de l'extraction du tungstène, déterminée dans nos tests, à partir des produits de réaction volatiles et non volatiles formés dans chaque cas. Les principaux produits de' réaction identifies étaient le WO₂Cl₂, le FeCl₂, le FeCl₃, le CaSO₄ et le CaCl₂. On a analysé le mécanisme et l'énergie d'activation apparente de la réaction á partir de données obtenues so us conditions non isothermes. L'analyse cinétique montre que la préesence de produits de réaction non volatiles affecte la chloration. On a analysé les effets, sur la chloration, de la réactivité des impuretes, de la proportion des mineraux porteurs de tungstene et de la taille de particule du concentre. Finalement, on a déterminé les conditions d'opération qui permettent la récupération de pràs de 90% du tungstène.     

Dislocations,vacancies and solutes in grain boundaries

Abstract

Three types of dislocation have been observed in grain boundaries. The experimental evidence, which is circumstantial but quite strong, picks out only one type – the lattice dislocation – as the influence controlling grain boundary sliding of very small and very large amounts. The evidence also indicates that lattice dislocations in grain boundaries are the main sources and sinks of vacancies there. The degree to which solute atoms segregate to grain, boundaries is an inverse function of their solubility in the crystaL The theory of segregation contains a difficulty involving the expression for entropy of the segregated atoms, and a way of dealing with this is indicated.

Résumé

Trois types de dislocations ont été observés aux joints de grains. Les preuves expérimentales, qui sont circonstantielles et suffisamment fortes, révèlent que seulement un, type, les dislocations du réseau, contrôle le glissement des joints de grains soit à très faible soit à très forte amplitude. Ces preuves indiquent aussi que les dislocations du réseau situées dans les joints de grains agissent principalement comme source et puits de lacunes. Le degré de ségrégation des, atomes de soluté aux joints de grains est une fonction inverse de leur solubilité dans le cristal Dans la théorie de la ségrégation une difficulté se présente pour exprimer l'entropie des atomes ségrégés et l'auteur propose une methode pour résoudre cette difficulté.     

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.     

A chemical equilibrium model of the imperial smelting blast furnace

Abstract

A mathematical model of the Imperial Smelting lead-zinc blast furnace was developed to determine the critical reactions and to evaluate certain parameters of its operation. The model was based on the assumption that equilibrium existed throughout, except that carbon was assumed not to react until it reached the tuyeres. The two major reactions occurring in the lower parts of the furnace are found to be:

Zn(g) +CO₂ = ZnO +CO (1)

ZnS + Pb = Zn(g) + PbS(g) (2)

The second one has heretofore been neglected, but it is critical in predicting the furnace behaviour. Large quantities of lead, zinc, and sulphur circulate inside the furnace in the tuyere-equilibrium zone. Results calculated by the model show that sinter sulphur content and tap temperature have a major effect on this circulation and on zinc recovery and slag composition. The predicted results and published furnace data are in good agreement, indicating that a calculation that assumes equilibrium is a useful approximation of a real furnace.

Résumé

Un modèle mathématique du haut--fourneau «Imperial Smelting» a zinc et plomb est proposé pour etablir les réactions critiques et pour évaluer certains paramètres de fonctionnement. Le modéle est basé sur la supposition que le système est entièrement en équilibre, sauf le carbone qui est supposé ne pas réagir avant d'atteindre la région des tuyères. On trouve que les deux réactions principales qui s'effectuent au fond du four sont:

Zn(g) +CO₂ = ZnO +CO (1)

ZnS + Pb = Zn(g) + PbS(g) (2)

Bien que la deuxième réaction ait été ignorée jusqu'à présent, la prise en considération de cette réaction est essentielle si on veut prévoir Ie comportement du four. De grandes quantités de plomb, zinc et soufre circulent dans le four dans la région d'équilibre des tuyères. Des calculs a partir du modèle indiquent que la teneur en soufre des boulettes ainsi que la température de la coulée ont une influence importante sur cette circulation ainsi que sur la récupération du zinc et sur la composition des scories. Le fait que les résultats prévus et les données publiees pour ce haut-fourneau soient en bon accord indique qu'un modèle base sur la supposition de l'équilibre est une approximation valable pour un vrai four.     

Growth of wustite scales on steels

Abstract

Oxidation properties were investigated of iron, iron-nickel alloys containing up to 40 wt% nickel, and an iron ?1.5 wt% silicon alloy exposed to carbon dioxide - carbon monoxide atmospheres at 1000°C. Wustite was the only oxide formed on iron and the iron-nickel alloys. On the iron-silicon alloy, a superficial duplex scale was formed consisting of a wustite-fayalite conglomerate beneath the external wustite layer. Oxidation rates over extended time periods were governed by linear kinetics, the linear rate constants depending proportionally on the carbon dioxide partial pressures. The mechanism for linear oxidation of iron and the alloys may be interpreted by a model wherein the phase boundary reactions for the dissociation of carbon dioxide and incorporation of chemisorbed oxygen into wustite are the rate-determining steps.

Résumé

Les auteurs ont étudié les propriétés d'oxydation du fer, d'alliages fer-nickel contenant jusqu' à 40%p. de Ni et de fer-1.5% p. Si exposés à des atmosphéres de CO-CO₂ à 1000°C. Dans Ie cas du fer et des alliages fer-nickel Ie seul oxyde qui se formait était la Wüstite. Pour Ie fer-silicium, sous la couche externe de Wüstite se formait un composé double de Wiistite et de fayalite. Pour de longues périodes de temps, les taux d'oxydation suivent une cinétique linéaire dont les contraintes sont proportionnelles à la pression partielle du CO₂. Le mécanisme d'oxydation linéaire du fer et des alliages étudiés peut être interprété par un modèle pour lequel les facteurs déterminants sont les réactions de joints de phase pour la dissociation du CO₂ et l'incorporation de l'oxygene chemisorbé dans Ie Wüstite.     

Removal of Cr(VI) ions from aqueous solution using foundry waste material: Kinetic and equilibrium studies

Abstract

In the present paper, Cr(VI) ions removal from aqueous solutions by adsorption on waste mould (green) sand was investigated. Waste mould sand is byproduct of the grey iron foundry. Batch adsorption test was carried out to determine the removal characteristic for Cr(VI) ions from aqueous solution. The obtained results are promising in the use of waste mould sand as an efficient low cost and non-conventional adsorbent for the removal of Cr(VI) ions from aqueous solutions. The second order kinetics produced better fitting of results in terms of correlation coefficient which suggests that the adsorption kinetics of Cr(VI) ions on the waste mould sand followed the second order kinetic model. In the isotherm studies, Freundlich, Langmuir, Dubin–Radushevich and Redlich–Peterson isotherm models were applied and it was determined that the experimental data conformed to Langmuir isotherm model.

Dans cet article, on examine l’enlèvement d’ions Cr(VI) de solutions aqueuses par adsorption sur le sable (vert) à moulage résiduel. Le sable à moulage résiduel est un sous-produit de la fonderie de fonte grise. On a effectué un essai d’adsorption en discontinu afin de déterminer les caractéristiques d’enlèvement des ions Cr(VI) d’une solution aqueuse. Les résultats obtenus sont prometteurs quant à l’utilisation du sable à moulage résiduel comme adsorbant efficace non conventionnel et à faible coût pour l’enlèvement des ions Cr(VI) de solutions aqueuses. La cinétique de second ordre a produit un meilleur ajustement des résultats par rapport au coefficient de corrélation, ce qui suggère que la cinétique d’adsorption des ions Cr(VI) sur le sable à moulage résiduel suivait le modèle cinétique de second ordre. Dans les études d’isothermes, on a appliqué les modèles d’isotherme de Freundlich, Langmuir, Dubin, – Radushevich et Redlich – et de Peterson et l’on a déterminé que les données expérimentales se conformaient au modèle d’isotherme de Langmuir.     

Mathematical Model of Bubble Formation at the Tuyeres of a Copper Converter

Abstract

Based on earlier observations that gas discharges from the tuyeres of a non-ferrous converter as discrete bubbles, a mathematical model has been developed to describe the dynamics of bubble formation in copper converting. The bubbles have been assumed to be spherical in shape and to grow at the tuyere tip under conditions of constant flow. The model incorporates the effects of heat transfer to the bubble, chemical reaction between the bubble and the bath and co flowing bath circulation. The model has been used to predict the concentrations of O₂ and SO₂, temperature, volume and rise velocity for the bubble as a function of time, while imposition of a detachment condition has permitted the prediction of the bubble frequency. Thus it has been shown that the oxidation reactions have little effect on the bubble formation while convective heat transfer and bath circulation have a large influence. Bath velocity acts to increase the bubble frequency while heat transfer has the opposite effect. Depending on the value of the heat-transfer coefficient employed, the model predicts the velocity of bath circulation in the vicinity of the tuyere to be between 120 and 260 cm/s. For a given bath velocity, the bubble frequency decreases with increasing air input rate. The implications of these predictions for copper converting are discussed, and it is suggested that present converter operation may be “bubble-volume“ limited.

Résumé

En se fondant sur les observations anterieures que le gaz qui s' échappe des tuyères d'un convertisseur de métaux non-ferreux est sous forme de bulles séparées, nous avons développé un modèle mathématique pour décrire la dynamique de formation des bulles dans le convertissage du cuivre. Nous avons supposé que les bulles ont une forme sphérique et qu'elles croissent à l'extrémité de la tuyère dans des conditions d' écoulement constant. Le modèle incorpore les effets du transfert de chaleur à la bulle, de la réaction chimique entre la bulle et le bain, et la circulation du bain. Le modèle a été utilisé pour prédire les concentrations de O₂ et SO₂, la température, le volume et la vitesse de montee des bulles en fonction du temps, alors que l'introduction d'une condition de séparation a permis de prédire la fréquence des bulles. Ainsi nous avons montré que les réactions d'oxydation ont peu d'effet sur la formation des bulles alors que le transfert de chaleur par convection et la circulation du bain ont une grande influence. La vitesse du bain accroît la fréquence des bulles alors que le transfert de chaleur a l'effet opposé. Dépendant de la valeur du coefficient de transfert de chaleur employé le modèle predit que la vitesse de circulation du bain dans le voisinage de la tuyère est comprise entre 120 et 260 cm/s. Pour une vitesse donnée du bain, la fréquence des bulles décroît lorsque l'on augmente le taux d'arrivée d'air. Les implications de ces predictions pour le convertissage du cuivre sont discutées et nous suggérons que l'opération actuelle des convertisseurs pourrait être limitée par le volume des bulles.