Effect of blockage of outlet nozzle on fluid flow and heat transfer in continuously cast multistrand billet caster tundish

Abstract

Shop floor problems like strand breakout, mechanical or electrical failure in the strand or inadequate availability of molten steel from coming ladle sometimes lead to closing one/two strand in a continuous casting unit. Closing any of the outlets affects the flow distribution inside the tundish and so it is important to study which of the outlets should be closed to have proper results in terms of residence time distribution (RTD) and thermal behaviour of the tundish. The present study aims at finding the effect of closing one or two outlets on flow behaviour and heat transfer in a multistrand tundish. Navier–Stokes equation has been solved using standard K–? turbulence model with the help of educational version of computational fluid dynamics software PHOENICS to find the steady state velocity field inside the tundish. Furthermore, tracer dispersion study was carried out using pulse input technique of the tracer to find the RTD curve of the tundish. Mixing parameters, namely ratio of actual to theoretical mean residence time and ratio of mixed volume to dead volume have been found out for different cases when either all the outlets are open or one/two outlets are closed. It was found that closing the near outlet increases the mixing capability of the tundish the most as compared with far or middle outlet. A larger recirculation zone created in the half of the tundish results in better mixing when near outlet is closed. Numerical code was validated against the experimental observation by performing the tracer dispersion study inside a multistrand tundish and reasonably good match between the experimental and numerical results in terms of RTD curves is observed.

Des problèmes d’atelier comme la percée du cordon, la défaillance mécanique ou électrique du cordon ou la disponibilité inadéquate de l’acier fondu de la poche d’arrivée mènent quelquefois à la fermeture d’un ou deux cordons d’une unité de coulée en continu. La fermeture de n’importe laquelle des orifices de sortie affecte la distribution de l’écoulement dans le panier de coulée. Il est donc important de déterminer lequel des orifices de sortie devrait être fermé pour avoir des résultats appropriés par rapport au RTD et au comportement thermique du panier de coulée. La présente étude vise à trouver l’effet de la fermeture d‘un ou deux orifices de sortie sur le comportement de l’écoulement et sur le transfert de chaleur dans un panier de coulée à plusieurs lignes. On a résolu l’équation de Navier-Stokes en utilisant le modèle normal de turbulence K-?, avec l’aide de la version éducationnelle du logiciel de CFD PHOENICS, afin de trouver le champ de vitesse à régime constant à l’intérieur du panier de coulée. En plus, on a effectué une étude de dispersion de traceur en utilisant une technique d’entrée de l’impulsion du traceur afin de trouver la courbe de Distribution du Temps de Séjour (RTD) du panier de coulée. On a trouvé le paramètre de mélange, soit le rapport du temps de séjour moyen actuel à théorique et le rapport de volume mélangé à volume mort, pour différents cas où soit que toutes les sorties étaient ouvertes, soit qu’une ou deux sorties étaient fermées. On a trouvé que la fermeture de la sortie la plus proche augmentait davantage la capacité de mélange du panier de coulée par rapport à la sortie la plus éloignée ou à celle du milieu. Une plus grande zone de re-circulation créée dans la moitié du panier de coulée avait pour résultat un meilleur mélange lorsque la sortie la plus proche était fermée. On a validé le code numérique contre l’observation expérimentale en effectuant l’étude de dispersion du traceur à l’intérieur d’un panier de coulée à plusieurs lignes. On a observé une correspondance raisonnable entre les résultats expérimentaux et numériques par rapport aux courbes de la RTD.     

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.     

AIR ASSISTED SOLVENT EXTRACTION

Abstract

Solvent extraction using a solvent coated bubble (air assisted solvent extraction) is introduced. Coating of a bubble with an organic solvent consisting of 3 v/v% (di-(2-ethylhexyl)-phosphoric acid) DEHPA in kerosene is shown to be thermodynamically favourable and is demonstrated experimentally. Aset up to generate a single stream of solvent coated bubbles is described. Trials to extract copper (Cu⁺⁺) from acidified copper sulphate solution illustrate the concept.

On introduit l’extraction par solvant utilisant une bulle revêtue de solvant (“extraction par solvant assistée à l’air”). On montre que le revêtement d’une bulle avec un solvant organique consistant de 3% v/v de DEHPA dans du kérosène est favorable thermodynamiquement et on le démontre expérimentalement. On décrit un montage produisant un courant unique de bulles revêtues de solvant. Des essais d’extraction de cuivre (Cu⁺⁺) d’une solution acidifiée de sulfate de cuivre illustre le concept.     

Modelling of bubble size in industrial flotation columns

Abstract

One of the commonly used models to estimate the bubble size in flotation columns is the drift–flux model, initially proposed by Wallis in 1962, which estimates the bubble size based on experimental measurements of gas velocity J_g, gas hold-up ?_g and pulp downward velocity J_sl. The model has been considered as an alternative to estimate the average bubble size d₃₂ in flotation cells and columns, when this cannot be measured experimentally, which is usually the case. However, the model has been validated only at laboratory and pilot scale. This paper presents the results of an extensive experimental programme to test the model conducted at the industrial scale. The test programme involved measuring the gas dispersion parameters (J_g, ?_g and d₃₂) in flotation columns at five concentrators. The data collected were used to estimate the average bubble size using the drift–flux model. A good correlation was found between the bubble size estimated with the model and measured experimentally.

L’un des modèles fréquemment utilisés pour évaluer la taille de bulle des colonnes de flottation est le modèle à flux de dérive, proposé initialement par Wallis en 1962, lequel évalue la taille de bulle en se basant sur les mesures expérimentales de la vitesse du gaz (J_g), du volume mort (?_g) et de la vitesse de la pulpe vers le bas (J_sl). On a considéré le modèle comme solution de rechange à l’évaluation de la taille moyenne de bulle (d₃₂) dans les cellules et les colonnes de flottation, lorsque l’on ne peut pas la mesurer expérimentalement, ce qui est habituellement le cas. Cependant, le modèle a été validé seulement à l’échelle du laboratoire et à l’échelle pilote. Cet article présente les résultats d’un vaste programme expérimental pour évaluer le modèle à l’échelle industrielle. Le programme d’évaluation impliquait la mesure des paramètres de dispersion du gaz (J_g, ?_g et d₃₂) dans des colonnes de flottation à 5 concentrateurs. On a utilisé les données captées pour évaluer la taille moyenne de bulle en utilisant le modèle à flux de dérive. On a trouvé une bonne corrélation entre la taille de bulle évaluée avec le modèle et mesurée expérimentalement.     

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.     

Microbial depyritisation of three different coals by Acidithiobacillus ferrooxidans in a batch stirred tank reactor

Abstract

The present study aimed to investigate the depyritisation potential of Acidithiobacillus ferrooxidans on two different types of coals, namely lignite and anthracite collected from three different countries (Korea, China and Indonesia). The experimental work was conducted on a batch mode in a stirred tank reactor. All the batch biooxidation of pyrite in the different coal samples were conducted in a pH controlled condition (pH?=?1·5). The growth medium employed for the batch biooxidation of pyritic coal was free from iron supplement. At. ferrooxidans oxidised mineral pyrite of Korean anthracite at a greater rate (98%) compared to 96 and 92% of pyrite oxidation for Indonesian and Chinese lignite respectively. The ratio of bioleach residue to the feed was reasonably good with range of 8·56–9·06 stating the net mass loss of 9–14. Coal depyritisation was carried out by the available Fe³⁺ ion in the inoculum producing Fe²⁺ ion as a product and this Fe²⁺ ion was further oxidised to Fe³⁺ ion by At. ferrooxidans. This Fe³⁺ ion produced by At. ferrooxidans continued the oxidation of the residual pyrite in the coal until all pyrite content was oxidised completely. The three different coals were found to be feasible for biological depyritisation of the coal could be scaled up for further studies in a continuous stirred tank bioreactor.

L’étude présente avait pour but d’examiner le potentiel d’enlèvement de la pyrite par Acidithiobacillus ferrooxidans dans deux types de charbons, soit le lignite et l’anthracite, récoltés dans trois pays, soit la Corée, la Chine et l’Indonésie. On a effectué le travail expérimental dans un mode en vrac, dans un réacteur agité. On a effectué toute la bio-oxydation en vrac de la pyrite des échantillons de charbon à un pH contrôlé de 1·5. Le médium de croissance utilisé pour la bio-oxydation en vrac du charbon pyritique ne contenait pas de supplément de fer. At. ferrooxydans oxydait le minerai de pyrite de l’anthracite coréen en plus grande proportion (98%) que l’oxydation de la pyrite du lignite indonésien (96%) ou chinois (92%), respectivement. Le rapport de résidu de biolixiviation à l’alimentation était raisonnablement bon, avec une gamme de 8·56 à 9·06, établissant la perte de masse nette de 9 à 14. L’enlèvement de la pyrite du charbon était effectué par l’ion Fe³⁺ disponible dans l’inoculum, donnant lieu à l’ion Fe²⁺ comme produit et cet ion Fe²⁺ était davantage oxydé en ion Fe³⁺ par At. ferrooxidans. Cet ion Fe³⁺ produit par At. ferrooxidans continuait l’oxydation de la pyrite résiduelle dans le charbon jusqu’à ce que toute la pyrite soit complètement oxydée. On a trouvé qu’il était possible d’effectuer l’enlèvement biologique de la pyrite des trois charbons et d’augmenter l’échelle pour des études futures dans un bioréacteur en continu agité.     

Desorption of dissolved gases from liquid metals into rising bubbles — rates of bubble growth

Abstract

A model describing rates of growth during mass transfer has been extended to include experimental and analytical mass transfer coefficients, rising velocities and bubble areas which are expressed as power functions of bubble volume.

Calculations using the model have been performed for carbon monoxide and hydrogen evolution from molten steel.

Size of nucleation of CO bubbles is shown to have only small influence on the final volume of bubbles rising through 36 and 72 cm of steel. Efficiency of inert gas during the purging of hydrogen (5 ppm) from steel under atmospheric pressure conditions is shown to be only slightly affected by the size of the injected bubbles. Efficiency of purge gas is increased by the application of vacuum, and under these conditions the size of the injected bubble becomes important.

Résumé

Un modèle décrivant la loi de croissance des bulles gazeuses durant un transfert de masse a été étendu de façon a tenir compte des coefficients expérimentaux et théoriques de transfer de masse ainsi que des vitesses de dégagement et des surfaces des bulles. ces variables sont exprimées en fonction du volume des bulles.

Le modèle a été appliqué au dégagement du monoxyde de carbone et de l'hydrogéne dans l'acier fondue.

Il a été montré que la taille de nucléation des bulles de Co n'a qu'une faible influence sur le volume final des bulles traversant un colonne d'acier fondu de 36 ou 72 cm.

Sous conditions de pression atmosphérique normale, il a été montré que l'efficacité d'un gaz inerte dans l'extraction de l'hydrogène de l'acier (5 ppm) n'est que légèreinent affecte par la taille des bulles injectees.

Sous vide, l'efficacité du gaz entraineur est accrue et la taille des bulles injectées devient importante.     

THE TRANSITION FROM FREE STREAM FLOW TO DRIPPING IN DRAINING VESSELS

Abstract

In numerous metals processing operations, molten metal is transferred between furnace and ladle or ladle and tundish. In other operations such as the atomization of melts, the stream is directed from a nozzle into an atomizing chamber. The control of melt flow rate, the generation of a well defined stream and the transition from free stream flow to dripping are useful conditions to quantify. A model is proposed in this work to calculate the height of a fluid in a vessel where the stream flowing from an orifice at the bottom of the vessel will revert to dripping. The model accounts for fluid properties including density, viscosity and surface tension. Model results clearly show that melt viscosity is a critical variable in determining the melt height at which flow reverts from a continuous stream to dripping.

Dans de nombreuses opérations de traitement des métaux, le métal fondu est transféré entre le four et la poche de coulée ou entre la poche de coulée et le distributeur. Pour d’autres opérations comme l’atomisation de métaux fondus, le flot est dirigé d’un injecteur vers une chambre d’atomisation. Le contrôle du débit de métal fondu, la production d’un flot bien défini et la transition d’un écoulement de flot libre en un égouttement sont des conditions utiles à quantifier. Dans ce travail, on propose un modèle pour calculer la hauteur d’un fluide dans une cuve où le flot s’écoulant d’un orifice au bas de la cuve va se changer en un égouttement. Le modèle tient compte des propriétés du fluide, incluant la densité, la viscosité et la tension superficielle. Les résultats du modèle montrent clairement que la viscosité du métal fondu est une variable critique dans la détermination de la hauteur de métal fondu à laquelle l’écoulement se change d’un flot continu en un égouttement.     

A study of reduction and magnetic separation of iron from high iron bauxite ore

Abstract

The removal of iron as magnetite from a high iron bauxite ore was investigated by carbothermal reduction and magnetic separation. Thermodynamic calculations using HSC Chemistry 6·1 were utilised to determine the equilibrium compositions of the reaction products as a function of temperature and carbon additions. Under equilibrium conditions, the formation of hercynite (FeAl₂O₄) restricted the conversion of haematite to magnetite and the equilibrium calculations were adjusted so that the amount of hercynite was limited. Also, thermogravometric analysis and differential thermal analysis with evolved gas analysis tests were performed in order to elucidate the reduction reactions. Furthermore, high temperature reduction experiments were carried out in order to quantify the effects of processing time, temperature and carbon additions on the amount of the magnetic fraction. The degree of removal of the iron and the alumina recovery were determined. For a given set of conditions, the maximum iron removal as magnetite could only be achieved by quenching the reacted samples. The results demonstrated that at a reduction temperature of ～1073 K, ～58% of the iron could be removed in the magnetic fraction with an alumina recovery of ～85% in the non-magnetic fraction.

On a examiné l’enlèvement du fer sous forme de magnétite d’un minerai de bauxite à haute teneur en fer, au moyen de la réduction carbothermique et séparation magnétique. On a utilisé des calculs de thermodynamique avec ″HSC Chemistry 6·1″ pour déterminer les compositions d’équilibre des produits de la réaction en fonction de la température et des additions de carbone. Sous les conditions d’équilibre, la formation d’hercynite (FeAl₂O₄) restreignait la conversion d’hématite en magnétite et l’on a ajusté les calculs d’équilibre afin de limiter la quantité d’hercynite. On a également effectué des essais de TGA-DTA avec EGA afin d’élucider les réactions de réduction. De plus, on a exécuté des expériences de réduction à haute température afin de quantifier l’effet de la durée de traitement, de la température et des additions de carbone sur la quantité de fraction magnétique. On a déterminé le degré d’enlèvement du fer et de la récupération d’oxyde d’aluminium. Pour un ensemble donné de conditions, on peut obtenir l’enlèvement maximal de fer sous forme de magnétite seulement par trempe de refroidissement des échantillons réagis. Les résultats ont démontré qu’à une température de réduction d’environ 1073 K, on pouvait enlever environ 58% du fer dans la fraction magnétique, avec une récupération de l’oxyde d’aluminium d’environ 85% dans la fraction non magnétique.     

THE ROLE OF REACTIONS BETWEEN CRUCIBLE AND MELT DURING REFINING OF PLATINUM BY VACUUM INDUCTION MELTING

Abstract

Secondary platinum and Pt alloys can be purified by the selective evaporation of undesirable elements in a vacuum induction melting process. Investigations were made concerning reactions among four different crucible materials and the melt of pure platinum. Relations between the vacuum evaporation of copper, iron, antimony and aluminum additions in a platinum melt and the used crucible were also studied. Minimum enrichments and reactions between the melt and the crucible material are the aim for industrial purposes. The requirements concerning the iron concentration in the cast and resulting devices are especially high. Experimental results show that there can be a marked reaction between the crucibles and the pure Pt melt depending on time, applied atmosphere and the crucible material used. Refining experiments showed that it is possible to reduce the concentration of some elements clearly below 10 ppm, although the complete removal of iron is almost impossible. The refining behaviour can generally be attributed to the nominal composition of the used crucibles, its reactions with the melt and the applied atmosphere.

On peut purifier le platine secondaire et les alliages au Pt par évaporation sélective des éléments indésirables lors d’une opération de fusion par induction sous vide. On a effectué des recherches concernant les réactions entre quatre matériaux différents de creuset et le bain de platine pur. En outre, on a étudié les relations entre l’évaporation sous vide des additions de cuivre, de fer, d’antimoine et d’aluminium dans un bain de platine et le creuset utilisé. Pour fins industrielles, on vise des enrichissements et réactions minimales entre le bain et le matériau du creuset. En particulier, les exigences concernant la concentration du fer dans la coulée et les objets qui en résultent sont élevées. Les résultats expérimentaux montrent qu’il peut y avoir une réaction notable entre les creusets et le bain de Pt pur, dépendant du temps, de l’atmosphère appliquée et du matériau utilisé pour le creuset. Des expériences d’affinage ont montré qu’il est possible de réduire la concentration de certains éléments nettement au-dessous de 10 ppm, bien que l’enlèvement complet du fer est presque impossible. On peut généralement attribuer le comportement d’affinage à la composition nominale des creusets utilisés, aux réactions avec le bain et à l’atmosphère appliquée.     

Bubble-solid attachment as a function of bubble surface tension

Abstract

The time-dependent surface tension exhibited by alkaline dodecylamine acetate solutions has been exploited to demonstrate the effect of bubble surface tension on bubble-solid attachment. With decreasing surface tension, a decrease in the tenacity of bubble-solid attachment was noted for a variety of solids (magnetite, hematite, quartz, glass and teflon). This is an example of bubble armouring. Captive bubble experiments showed the effect more noticeably than bubble pick-up tests.

The concept of γ_c, a critical surface tension of wetting for the solid, is introduced to characterize the hydrophobic/hydrophilic transition recorded with decreasing surface tension. A difference in γ_c for quartz and magnetite in amine solution was exploited in a differential float employing methanol to control the surface tension of the bubble.

Résumé

On a utilisé la tension superficielle des solutions alcalines D'acétate de dodécylamine, qui varie avec le temps, pour démontrer comment la tension superficielle des ces bulles influence l'adhésion bulles-solide. Lorsque la tension superficielle décroit, on observe une diminution de l'adhesion pour plusieurs différents solides (magnétite, hématite, quartz, verre et teflon). C'est un exemple de recouvrement total par bulles (bubble-armouring). Ce phénomène est démontré plus clairement dans les expériences avec des bulles captives que dans les expériences d'accumulation des bulles.

On introduit le concept de γ_c, qui represente la tension superficielle critique de mouillage d'un solide pour caractériser la transition hydrophobique/hydrophyllique observée lors de la decroissance de la tension superficielle. On exploite la diffénence entre les valeurs de γ_c, du quartz et de lamagnetite pour regler la tension superficielle de la bulle dans une flottation différentielle utilisant du méthanol.     

Metallurgical developments in the continuous casting of austenitic stainless steel slabs

Abstract

The design concept of Atlas Steels’ new integrated sheet/strip mill at Tracy, Quebec involved direct conversion of continuously cast austenitic stainless steel slabs to coiled hot bands. In early production, a high incidence of surface defects, commonly called ‘slivers’, necessitated hotband conditioning greatly in excess of the anticipated level. Electron probe microanalysis of nonmetallics found in the slivers revealed that the majority of such defects resulted from subsurface entrapment of pouring stream reoxidation products in the continuously cast slabs. The problem was brought under operational control by improved steelmaking practice and modifications of the casting operation to permit pouring through refractory stream protection tubes.

Résumé

Aux usines d'Atlas Steel situées it Tracy dans le Québec, le procédé de production prévoit la coulée continue suivie de laminage à chaud de tôles et de bandes. Dès la mise en marche des usines, le trop grand nombre d'inclusions de surface imposa un parachévement imprévu des bandes laminées à chaud. Des analyses faites par micro-sonde ont fait voir que la plupart des inclusions provenaient d'oxydation au jet de la coulée continue. Des modifications apportées à l'élaboration de l'acier et l'emploi de tubes réfract aires au jet de coulée surmonterent les difficultés occasionnées par les inclusions de surface.     

Influence of stirring conditions on hard anodising of aluminium A6061-T6 shapes

Hard anodising is used to produce relatively thick and adherent coatings in order to improve the hardness, abrasion and corrosion resistance of aluminium components. In typical industrial conditions, the local variation of anodic oxide film thickness is often significant and it affects the dimensional tolerances and reliability of coating thickness. Electrolyte stirring is a simple and effective way to improve the uniformity of the oxide layer thickness. However, very little practical information is available in the literature to guide industry in this regard. In this work, extruded A6061-T6 specimens were anodised in industrial conditions. To reduce the thickness variability of the coating, three methods of electrolyte stirring were studied and compared. Air bubble stirring showed the best coating thickness uniformity and improved control over anodising parameters. However it did not reduce the variability due to metal forming texture.

On utilise l’anodisation dure afin de produire un revêtement d’oxyde épais et adhérent à la surface de pièces en alliage d’aluminium. Ce revêtement accroît la dureté, la résistance à l’abrasion et la résistance à la corrosion des composantes. En milieu industriel, l’épaisseur de la couche d’oxyde a tendance à varier en fonction de la position dans la cellule et même d’un endroit à l’autre sur une pièce, ce qui réduit la précision dimensionnelle. L’agitation de l’électrolyte dans la cellule est un moyen simple et efficace d’améliorer l’uniformité de l’épaisseur du revêtement. Toutefois, très peu d’information est disponible dans la littérature pour guider les industriels et déterminer dans quelle mesure l’agitation permet de réduire cette variabilité. Dans ce travail, des composantes extrudées en alliage A6061-T6 ont été anodisées en milieu industriel. Afin de réduire la variabilité de l’épaisseur de la couche anodisée, trois types d’agitation d’électrolyte dans la cellule ont été étudiés et comparés. L’agitation par bulles d’air a permis d’obtenir la meilleure uniformité de l’épaisseur de la couche anodisée et le meilleur contrôle sur les paramètres d’anodisation. Toutefois, les résultats montrent aussi que l’agitation accentue la différence d’épaisseur de la couche anodisée occasionnée par la texture de laminage ou d’extrusion.     

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.     

Extraction of nickel from ferromolybdenum leach residues

Abstract

The extraction of nickel from ferromolybdenum leach residues by sulphation roasting, water leaching and iron removal from subsequent nickel leach solutions was studied. Sulphation roasting and water leaching promote the reaction between sulphuric acid and the residue and decrease the silicon dissolution. Over 90% of Ni was leached. Ferric ions in the solution could be effectively removed as jarosite and ferric hydroxide. The recovery of nickel reached 88·3% under sulphation roasting with the sulphuric acid quality of 1472 kg t^?1 leach residue at 280°C for 4 h followed by iron removal with addition of 0·5 g NaClO₃, 6 g Na₂SO₄ and 10 g CaO/100 mL solution at 95°C for 2·5 h, while the concentration of iron in solution reduced to 0·38 from 56·6 g/L^?1.

On a étudié l’extraction du nickel à partir de résidu de lessivage de ferromolybdène par grillage sulfateur, lessivage à l’eau et enlèvement du fer des solutions obtenues de lessivage de nickel. Le grillage sulfateur et le lessivage à l’eau favorisent la réaction entre l’acide s ulfurique et le résidu et diminuent la dissolution de la silice. On a lessivé plus de 90% du Ni. On pouvait enlever efficacement de la solution les ions ferriques sous forme de jarosite et d’hydroxyde ferrique. La récupération du nickel atteignait 88·3% au moyen du grillage sulfateur, avec 1472 kg d’acide sulfurique par tonne de résidu de lessivage à 280°C pendant 4 h, suivi par l’enlèvement du fer avec l’addition de 0·5 g de NaClO₃, 6 g de Na₂SO₄ et 10 g de CaO par 100 mL de solution à 95°C pendant 2·5 h, la concentration du fer dans la solution étant réduite de 56·6 à 0·38 g L^?1.     

Estimation of porosity and shrinkage in a cast eutectic Al–Si alloy

Estimation of volume deficit of US 413 cast aluminium alloy has been discussed in the present study. Decrease in specific volume leads to volume deficits in castings and it can be envisaged as a casting defect. Hence, information about volume deficit and its distribution is essential in minimising casting defects. The volume deficit of a given casting is the combination of macro cavities, internal porosity, surface sinks and volumetric contraction. These defects are measured using mathematical formulae. Estimation of internal closed porosity has been addressed through X-ray computer tomography. Influence of pouring temperature on the volume deficit characteristics has been studied.

Dans cette étude, on discute de l’estimation du déficit volumique de l’alliage coulé d’aluminium US 413. La réduction du volume spécifique mène à un déficit volumique dans les moulages que l’on considère comme un défaut de coulée. En conséquence, l’information concernant le déficit volumique et sa distribution est essentielle dans la restreinte des défauts de coulée. Le déficit volumique d’un moulage donné consiste en une combinaison de macro cavités, de porosité interne, de puits de surface et de contraction volumétrique. Ces défauts sont mesurés en utilisant des formules mathématiques. On a abordé l’estimation de la porosité interne fermée au moyen de la tomographie par ordinateur avec rayons x. On a étudié l’influence de la température de coulée sur les caractéristiques du déficit volumique.     

Effects of Interfacial Tension Change on the Intensification of Slag-Metal Reactions

Abstract

The operation of many mineral and metallurgical processing plants is based on reactions that involve mass and heat transfers. The control of these processes implies the use of several sensors to monitor composition, tonnage, temperature and other strategic variables. Although several sensors could be installed for the control of a process, some may not be available due to their price and inability to sustain the harsh conditions prevailing in the plant. A data reconciliation technique provides a way to estimate, from the available measurements and process models, these unmeasured variables. Estimated variables from a data reconciliation algorithm can then be used for control, optimization or inventory purposes. This paper describes the application of a data reconciliation technique based on mass and energy balances for the estimation of unmeasured gas flow rates and pellet temperatures in an iron oxide pellet induration furnace.

La réconciliation de données est une technique reconnue pour estimer l’état de variables non mesurées, et quelques fois non mesurables, à partir d’un modèle de procédé et de mesures d’autres variables fournies en continu par des capteurs. Les états estimés des variables non mesurées et non disponibles peuvent être utilisés dans des stratégies de commande automatique ou encore pour effectuer de l’optimisation en temps réel de procédé. Cet article présente un exemple d’application de la réconciliation de données à des mesures fournies par les capteurs installés sur un four de durcissement de boulettes d’oxyde de fer. Les résultats montrent que la technique utilisée permet d’estimer des débits de gaz dans des conduites de plusieurs mètres de diamètre à partir de mesures de pression et de température, en plus de permettre d’identifier des mesures imprécises ou biaisées de capteurs. Les résultats peuvent aussi être utilisés pour le développement de capteurs virtuels pour relier la puissance de ventilateurs au débit de gaz poussé par ces derniers.     

Particle Discrimination in Water Based Limca (Liquid Metal Cleanliness Analyzer) System

Abstract

A mathematical model has been developed to predict the motion of particles in a water based version of the LiMCA system — APS II (Aqueous Particle Sensor) system. The fluid field entering the electric sensing zone (ESZ) was obtained by solving the Navier-Stokes equations and the trajectories of particles by equations for the motion of particles. The results showed that the motions of the particles inside the parabolic shaped orifice are affected by particle density and size. Entrained micro-bubbles lead the fluid flow, travelling faster than latex micro-spheres, which are slightly denser than the fluid and lag only slightly behind the flow. Silica particles, which are much denser than the fluid, lag significantly behind the flow, accelerating more slowly than latex micro-spheres and much more slowly than bubbles. The relative velocities between the entrained particles and the inflowing water decrease with decreasing particle size. The experimental results showed that 1) larger particles have longer transit times than do smaller ones, 2) bubbles have shorter transit times than do latex spheres and much shorter than do silica particles of the same size and 3) differences in transit times are more pronounced for larger particles in keeping with theoretical predictions. The results prove that inclusion discrimination on the basis of density difference is realizable in water based LiMCA systems.

On a développé un modèle mathématique pour prédire le mouvement des particules dans une version à base d’eau du système “LiMCA” (analyseur de la ‘propreté’ du métal liquide)—système APS II (détecteur aqueux pour particules). On a obtenu le champ fluide entrant la zone de détection électrique (ESZ) en résolvant les équations de Navier-Stokes; on a obtenu la trajectoire des particules par les équations du mouvement des particules. Les résultats montrent que le mouvement des particules à l’intérieur de l’orifice parabolique est affecté par la densité et la taille des particules. Les micro-bulles entraînées conduisent l’écoulement de fluide, voyageant plus vite que les microsphères de latex, qui sont légèrement plus denses que le fluide et ne sont que très légèrement en retard derrière l’écoulement. Les particules de silica, qui sont beaucoup plus denses que le fluide, sont significativement en retard derrière l’écoulement, accélérant plus lentement que les micro-sphères de latex et beaucoup plus lentement que les bulles. La vélocité relative entre les particules entraînées et l’eau d’entrée diminue avec une diminution de la taille des particules. Les résultats expérimentaux montrent que 1) les plus grosses particules ont une durée de passage plus longue que les petites particules, 2) les bulles ont une durée de passage plus courte que les sphères de latex et beaucoup plus courte que les particules de silica de la même taille. 3) Les différences de durée de passage sont plus prononcées pour les plus grosses particules, en accord avec la théorie. Les résultats prouvent que la discrimination d’inclusion sur la base de la différence de densité est réalisable avec un système “LiMCA” à base d’eau.     

COPPER REDUCTION IN ANODE FURNACES WITH NATURAL GAS

Abstract

Liquid gas was used for the reduction of copper in anode furnaces in the “Sarcheshmeh Copper Complex (SCC) of Iran”. New legislation forced the operation to switch from liquid to natural gas for its anode furnaces. Theoretical calculations (heat and mass balance) done by HSC software showed that the flow rate of natural gas had to be increased about 2.9 times compared to liquid gas in order to have the same reduction power and more heat is needed.

In laboratory scale reducing gas was injected into the top of the sample in the furnace. For the first 7 minutes, the process was diffusion controlled and afterward it might be considered as a mixed controlled process. The results of experiments showed that for the same flow rate of reducing gas, the rate of deoxidation of molten copper is almost the same for liquid gas or natural gas, and for combinations of natural and liquid gas. Based on the experimental results, liquid gas was replaced by natural gas in the SCC. The gas consumption efficiency of natural gas was better than for liquid gas. There was good agreement among laboratory results, heat and mass balance calculations and the industrial experience in Sarcheshmeh.

On utilisait du gaz liquéfié pour la réduction du cuivre dans les fours à anode au “Complexe de Cuivre de Sarcheshmeh (SCC) en Iran”. Une nouvelle législation a forcé l’entreprise à passer du gaz liquéfié au gaz naturel pour ses fours à anode. Les calculs théoriques (bilan thermique et massique) effectués au moyen du logiciel HSC ont montré que l’on devait augmenter d’environ 2.9 fois le débit de gaz naturel par rapport au gaz liquéfié pour obtenir le même pouvoir de réduction et que l’on devait fournir plus de chaleur.

À l’échelle du laboratoire, le gaz réducteur était injecté en haut de l’échantillon dans le four. Pendant les 7 premières minutes, le procédé était contrôlé par diffusion et, par la suite, on pourrait le considérer comme étant un procédé à contrôle mixte. Les résultats des expériences ont montré que pour le même débit de gaz réducteur, le taux de désoxydation du cuivre fondu était presque le même pour le gaz liquéfié ou pour le gaz naturel ainsi que pour des combinaisons de gaz naturel et liquéfié. En se basant sur les résultats expérimentaux, on a remplacé le gaz liquéfié par le gaz naturel à SCC. Le rendement de la consommation de gaz était meilleur pour le gaz naturel que pour le gaz liquéfié. Il y avait un bon accord entre les résultats du laboratoire, les calculs de bilan thermique et massique et l’expérience industrielle à Sarcheshmeh.     

Three-dimensional thermal model for vertical direct chill slab casting process

To aid in the designing of an automatic control system, a steady state three-dimensional (3D) thermal model is developed to predict the temperature distributions for an industrial scale vertical direct chill (DC) slab caster for aluminium alloy AA-1050. A single domain approach for the liquid, mushy and solid regions is used by employing the enthalpy porosity technique. The convective heat transfer in the liquid region is taken into account by assuming a slag flow velocity field equal to the casting speed. The predicted thermal field is verified with the numerically predicted temperature field available in the literature and a reasonably good agreement is found. Detailed parametric study is carried out by varying important parameters of this process. Results of the temperature field, sump depth, mushy zone thickness, shell thickness and local surface heat flux are presented and discussed.

Afin d’aider à la conception d’un système de contrôle automatique, on a développé un modèle thermique à 3D en régime permanent pour la prédiction des distributions de température d’une machine de coulée verticale de brames par refroidissement intense et continu (DC) à l’échelle industrielle, pour l’alliage d’aluminium AA-1050. On utilise une approche à domaine unique pour la région liquide, la région pâteuse et la région solide au moyen de la technique d’enthalpie et porosité. On tient compte du transfert de chaleur par convection dans la région liquide en assumant un champ de vitesse d’écoulement de laitier égal à la vitesse de coulage. On vérifie le champ thermique prédit au moyen du champ de température prédit numériquement dans la littérature et l’on obtient un accord raisonnable. On effectue une étude paramétrique détaillée en faisant varier les paramètres importants de ce procédé. On présente et discute les résultats du champ de température, de la profondeur du refoulement, de l’épaisseur de la zone pâteuse, de l’épaisseur de la coquille, et du flux thermique local à la surface.