Dissolution Kinetics of Ulexite in Aqueous Edta Solutions

Abstract

The dissolution kinetics of ulexite in aqueous disodium Ethylene Diamine Tetra Acidic Acid (EDTA) solutions has been investigated with respect to the effects of particle size, solution concentration, pH of solution, calcination temperature and reaction temperature. The rate of the reaction decreases as the particle size and pH of the solution increase, but the rate increases with an increase in both solution concentration and reaction temperature. The sample pre-heated at 140 °C has the highest dissolution rate. The rate of the dissolution can be expressed according to the unreacted shrinking core model with changing fluid phase concentration.

On a étudié la cinétique de dissolution de l'ulexite dans des solutions de bisodium aqueux d'EDTA, en rapport avec l'effet de taille de particule, de concentration et de pH de la solution ainsi que des températures de calcination et de réaction. Le taux de réaction diminue avec une augmentation de la taille de particule et de pH de la solution, mais le taux augmente avec une augmentation de la concentration de la solution et de la température de réaction. L'échantillon préchauffé à 140 °C a le plus haut taux de dissolution. On peut exprimer le taux de dissolution d'après le modèle de rétrécissement du noyau non réagi en fonction du changement de concentration de la phase fluide.     

Effect of the Quenching Medium and the Solidification Microstructure on the θ′ Precipitation in Al–Al2Cu Eutectic Alloys

Abstract

The precipitation of θ′ particles in the α phase of Al–Al₂Cu eutectic alloys with different solidification microstructure and the effect of the quenching medium on the θ′ precipitation were studied with scanning electron microscopy techniques. The lattice parameter of the α phase was measured by X-ray diffraction techniques. The θ′ particles precipitate in the colony and as-cast structures with the same Widmanstätten structure as has been observed in dilute Al–Cu and Al– Al₂Cu lamellar eutectic alloys. Furthermore, the dependence of the density of these particles with the cooling medium and the α phase width indicates that only a fraction of the high temperature equilibrium Copper concentration is retained at room temperature. This can be explained by the precipitation of Cu-atoms onto the θ phase during the cooling time. The fraction retained increases with the quenching rate and/or the α phase width. The density of θ′ particles also depends on the solidifiation microstructure, being higher in the lamellar structure than in the as-cast one. This dependence is understood as caused by a lower precipitation rate of Cu atoms onto the θ phase in the lamellar structure than in the as-cast one, consistent with a larger degree of coherency of the lamellar interface.

Résumé

A l'aide des techniques de la microscopie électronique à balayage nous avons analysé la precipitation des particules θ′ dans la phase α d'alliages eutectiques Al–Al₂Cu possédant différentes microstructures de solidification ainsi que l'effet du milieu de trempe sur la précipitation de θ′. La paramètre de la maille de la phase α a été mesuré par des techniques de diffraction X. Les particules θ′ précipitent dans la colonie et dans les structures brutes de coulée avec la même structure de Widrnanstätten qui a été observée dans les alliages eutectiques lamellaires Al–Cu et Al–Al₂Cu. De plus, l'influence du milieu de refroidissement et de la largeur de la phase α sur la densité de ces particules, indique que seulement une fraction de la concentration d'équilibre à haute température du cuivre est retenue à la température ambiante. Ceci peut-être expliqué par la précipitation des atomes de Cu sur la phase θ pendant le refroidissement. La fraction retenue augmente avec la vitesse de trempe et/ou la largeur de la phase α.La densité des particules θ′ dépend aussi de la microstructure de solidification, étant plus élevée dans une structure larnellaire que dans une structure brute de coulée. On croit que cette dépendance est causée par une plus faible vitesse de précipitation des atomes de Cu sur la phase θ dans la structure lamellaire que dans une structure brute de coulée. Ceci concorde avec un degré plus élevé de cohérence de l'interface lamellaire.     

Effect of particle size distribution on recovery of coarse chalcopyrite and galena in Denver flotation cell

Abstract

The flotation recovery by particle size of single mineral chalcopyrite and galena was studied in a Denver flotation cell, using sodium dicresylthiophosphate (DTP) and sodium isopropyl xanthate (SIPX) as collectors and polypropylene glycol (PPG) as a frother. The study was extended to very coarse particle size (up to 1·6 mm). Froth stability was also measured in parallel to the batch flotation tests, in a specifically designed froth stability column, following the Bikerman approach. It is shown that particles up to 850 μm can be floated successfully, provided they are liberated and hydrophobic. However, the recovery of both chalcopyrite and galena was strongly influenced by the overall particle size distribution, decreasing sharply as the fraction of fines (?106 μm) in the feed also decreased. Rheology measurements showed negligible differences in pulp viscosity, and therefore in the collection zone hydrodynamics, between the different conditions tested. Froth stability, on the contrary, decreased as the feed particle size distribution became coarser. Correlation was found between the amount of fines in the pulp, froth stability and flotation recovery. The recovery of mineral particles is critically dependent on froth stability, which in turn is highly influenced by the overall particle size distribution of the feed material. For these reasons, the study also suggests that it is not possible in batch flotation to determine the rate and recovery of the coarse particle size fractions floating them independently from the fine size fractions.

Dans une cellule de flottation de Denver, on a étudié la récupération par flottation en fonction de la taille de particule d’un minéral unique de chalcopyrite ou de galène, en utilisant du dicrésyle thiophosphate de sodium (DTP) et de l’isopropyle xanthate de sodium (SIPX) comme agents collecteurs et du polypropylène glycol (PPG) comme agent moussant. On a étendu l’étude à la taille de particule très grossière (jusqu’à 1·6 mm). On a également mesuré la stabilité de la mousse en parallèle aux essais de flottation discontinue, dans une colonne de stabilité de la mousse spécialement conçue, d’après l’approche de Bikerman. On montre que l’on peut faire flotter avec succès des particules ayant jusqu’à 850 μm, à la condition qu’elles soient libres et hydrophobes. Cependant, la récupération, tant de la chalcopyrite que de la galène, était fortement influencée par la distribution globale de la taille de particule, diminuant sévèrement à mesure que la fraction de particules fines (?106 μm) dans l’alimentation diminuait. Les mesures de rhéologie montraient des différences négligeables dans la viscosité de la pulpe et ainsi dans l’hydrodynamique de la zone de collection, parmi les différentes conditions évaluées. Au contraire, la stabilité de la mousse diminuait à mesure que la distribution de la taille de particule de l’alimentation devenait plus grossière. On a trouvé une corrélation entre la quantité de particules fines dans la pulpe, la stabilité de la mousse et la récupération par flottation. La récupération des particules minérales dépend, de façon critique, de la stabilité de la mousse qui, à son tour est hautement influencée par la distribution globale de la taille de particule du matériel d’alimentation. Pour ces raisons, l’étude suggère également qu’il n’est pas possible, en flottation discontinue, de déterminer la vitesse et la récupération des fractions de taille de particules grossières, en les faisant flotter indépendamment des fractions de taille fine.     

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.     

The Use of Temperature Measurements in the Analysis and Control of Flotation Columns

Abstract

The temperature of the wash water added to the top of the froth in a flotation column is often significantly different from the temperature of the feed slurry. In such cases very valuable information can be obtained by measuring temperatures in and below the froth phase and of streams entering and leaving the column. Data collected on an industrial lead cleaner column at Polaris Mine, N.W.T., Canada, are used to obtain: measurements of froth-slurry interface level; estimates of froth washing efficiency; quantifications of the mixing process occurring in the froth phase; and measurements of the effectiveness of the wash water distributor. The use of measurements of froth-slurry interface level and estimates of froth washing efficiency in the on-line control of the column is discussed.

Résumé

La température de l'eau de lavage ajoutée à l'écume dans la colonne de fiottation est souvent significativement différente de la température de la pulpe à l'entrée. Dans ce cas, des informations très pertinentes peuvent être obtenues en mesurant les températures de l'écume, en dessous de l'écume ainsi que celles des courants entrants et sortants de la colonne. Des données échantillonnées sur une colonne industrielle de nettoyage du plomb à la mine Polaris, T.N.O., Canada ont été utilisées pour obtenir: des mesures de niveau de l'interface écume-pulpe; des estimés de l'e fficacité de lavage de l'écume; des quantifications du processus de mélange s'eifectuant dans la phase écume; et des mesures de l'efficacité du distributeur d'eau de lavage. L'utilisation des mesures du niveau de l'interface écume-pulpe et des estimés de l'efficacité de lavage de l'écume sur le contrôle en continu de la colonne est discutée.     

Thermal decomposition of pyrite in fluidized beds

Abstract

The thermal decomposition of pyrite concentrate into sulphur arid synthetic pyrrhotite was investigated in bench and semi-pilot scale fluidized bed reactors fired with methane or fuel oil. The pyrite was decomposed in a bed of coarse sand and the product pyrrhotite was carried over with the fluidizing gases and separated in hot cyclones. The effects of fuel/air ratio, reactor temperature, superficial gas velocity, particle size and feed rate on the elimination of labile sulphur were studied. Conversion was enhanced by slightly reducing atmospheres, low feed rates, high gas velocities and reaction temperature (in the range 740° to 830°C). Elutriation rates of pyrrhotite particles from the fluidized bed were measured and mean residence times determined as a function of particle size and superficial gas velocity. Conversion rates are considered with regard to possible rate-controlling steps in the thermal decomposition of pyrite.

Résumé

La décomposition thermique de concentré de pyrite en soufre et en pyrrhotite synthétique a été étudiée en laboratoire et à une échelle semi-pilote dans des réacteurs à lit fluidisé chauffés avec du méthane ou de l'huile combustible. On a décomposé la pyrite sur un lit de sable grossier et la pyrrhotite produite a été entraînée avec le gaz fluidisant et séparée dans des cyclones chauds. Les effets du rapport combustible/air, de la température du réacteur, de la vitesse superficielle du gaz, de la taille des particules et de la vitesse d'alimentation sur l'élimination du soufre labile ont été étudiés. On a amélioré la transformation avec des atmosphàres légàrement réductrices, des vitesses d'alimentation lentes, de grandes vitesses pour le gaz fluidisant et une élévation de la température (dans le domaine 740 à 830°C). La vitesse d'élution des particules de pyrrhotite dans le lit fluidisé à été mesurée et on a déterminé des temps moyens de résidence en fonction de la taille des particules et de la vitesse superficielle du gaz. On a aussi étudié les changements de vitesses afin de déterminer les étapes pouvant contrôler la vi tesse de décomposition thermique de la pyrite.     

Sintering and Ferrite Formation During High Temperature Roasting of Sulfide Concentrates

Abstract

The newly developed toroidal fluidized bed reactor has potential for improving sulfide roasting efficiency due to its unique and good mass/heat transfer characteristics. To achieve effective roasting at high temperature using the toroidal fluidized bed reactor, engineering issues associated with sintering and ferrite formation are investigated in this study by roasting industrial sulfide concentrates of zinc and copper. Laboratory tests are conducted at 800–1100°C by using an electric tube furnace under controlled roasting conditions. The test program is based on statistical design, and the products are characterized by XRD, SEM and EDX. It is revealed that the oxygen concentration plays an important role in promoting roasting. Roasting temperatures higher than 950°C do not favor roasting conversion due to the sintering of sulfide particles which inhibits oxygen diffusion into the particle core. Close contact of the oxidized particles favors the atomic interdiffusion between particles, leading to the formation of undesired zinc ferrite. Roasting in toroidal fluidized bed reactor results in zinc calcines with increased surface area and reduced zinc ferrite formation, thus improving zinc recovery. © 2000 Published by Elsevier Science Ltd on behalf of the Canadian Institute of Mining and Metallurgy. All rights reserved.

Résumé

Le réacteur toroïdal à lit fluidisé, développé récemment, a le potentiel d'améliorer l'efficacité du grillage du sulfure à cause de ses caractefristiques uniques de bon transfert de masse/chaleur. Afin d'obtenir un grillage efficace à haute température avec le reacteur toroïdal à lit fluidisé, on a examiné,dans cette étude, des questions d'ingénierie associées avec le frittage et la formation de ferrite, en grillant des concentrés industriels de sulfure de zinc et du cuivre. On a effectué des épreuves de laboratoire entre 800–1100°C avec une fournaise électrique tubulaire sous conditions controlées de grillage. Le plan d'évaluation est basé sur la conception statistique. On a caratérisé les produits par XRD, SEM et EDX. On revele que la concentration d'oxygene joue un role important dans l'activation du grillage. Les temperatures de grillage de plus de 950°C ne favorisent pas la transformation du grillage à cause du frittage des particules de sulfure, ce qui inhibe la diffusion d'oxygene au coeur de la particule. Le contact etroit entre les particules oxydees favorise l'inter-diffusion atomique entre les particules, conduisant à la formation de ferrite de zinc indesirable. Le grillage dans le reacteur toroidal à lit fluidise resulte en zinc de calcination ayant une plus grande superficie et en une réduction de la formation de ferrite de zinc, améliorant ainsi la récuperation du zinc. © 2000 Published by Elsevier Science Ltd on behalf of the Canadian Institute of Mining and Metallurgy. All rights reserved.     

A Qualitative Study on the Retention of Mercury From SO2-Containing Process Gases on Copper Smelter Dusts

Abstract

Mercury present in process gases can to some extent be removed in dust filters such as textile bag house filters. The removal efficiency in such filters is dependent on gas composition, gas temperature and properties of dust particles collected in the filter. In the present study, laboratory scale experiments were conducted to study qualitatively the influence of different types of dusts on the retention of mercury in SO₂-containing gases. A gas mixture composed of N₂, SO₂, O₂ and Hg was passed through a textile filter covered with dust. Two different types of dust were used in the experiments: one dust containing mainly Cu- and Fe-sulphides and Fe-oxides and one containing mainly Cu-, Fe, and Zn-oxides and -sulphates. The dusts were studied using microprobe equipment after exposure to the mercury-containing gas. Thermodynamic calculations were carried out for comparison with the experimental results. The study shows that mercury is mainly associated with partially roasted chalcopyrite particles.

Le mercure présent dans les gaz du procédé peut, jusqu'à un certain degré, être enlevé parles filtres à poussière tels que les filtres textiles de l'unité de filtration. L'efficacité d'enlèvement de ces filtres dépend, par exemple, de la composition et de la température du gaz ainsi que des propriétés des particules de poussière recueillies par le filtre. Dans l'étude présente, on a exécuté des expériences à l'échelle du laboratoire afin d'étudier qualitativement l'influence de différents types de poussière sur la rétention du mercure de gaz contenant du SO₂. On a passé un mélange de gaz composé de N₂, de SO₂, d'O₂ et de Hg à travers un filtre textile couvert de poussière. Dans les expériences, on a utilisé deux types différents de poussière; un type de poussière contenait principalement des sulfures de Cu et de Fe ainsi que des oxydes de Fe alors que l'autre type contenait principalement des oxydes et des sulfates de Cu, de Fe et de Zn. On a étudié les poussières à l'aide d'une microsonde après l'exposition au gaz contenant du mercure. On a comparé les calculs thermodynamiques avec les résultats expérimentaux. L'étude montre que le mercure est associé principalement avec des particules de chalcopyrite partiellement grillées.     

Effect of pulp rheology on flotation of nickel sulphide ore with fibrous gangue particles

Abstract

Tests are carried out with suspensions of fibrous chrysotile particles and nickel sulphide ore containing chrysotile as a gangue. They corroborate published results, and indicate a very strong effect of particle shape on slurry rheology. Such suspensions exhibit time dependent properties. The flotation tests revealed that the viscosity of this system strongly affects flotation performance. At a solids concentration of 15–20% (w/w), the concentrate yield increases and the concentrate grade dramatically declines. This deterioration is observed when the Casson yield stress exceeds 1·5–2 Pa. The tests imply that the rheological properties of the investigated system are mainly determined by fibrous components. However, because of the presence of anisotropic mineral particles, the effect of particle–particle interactions cannot be separated from the effect of particle shape in this system.

On effectue des essais avec des suspensions de particules fibreuses de serpentine et de minerai de sulfure de nickel contenant de la serpentine comme gangue. Ces essais confirment les résultats publiés et indiquent un effet très prononcé de la forme des particules sur la rhéologie de la boue. De telles suspensions exhibent des propriétés dépendantes du temps. Les essais de flottation ont révélé que la viscosité de ce système affecte grandement le rendement de la flottation. À une concentration en solides de 15 à 20% (poids/poids), la production de concentré augmente et la qualité du concentré décline dramatiquement. Cette détérioration est observée lorsque la contrainte de Casson excède 1·5 à 2 Pa. Les essais impliquent que les propriétés rhéologiques du système étudié sont déterminées principalement par les composantes fibreuses. Cependant, à cause de la présence de particules minérales anisotropes, on ne peut pas séparer l’effet des interactions particule-particule de l’effet de la forme des particules dans ce système.     

Scale Formation in a Batch Reactor Under Pressure Acid Leaching of a Limonitic Laterite

Abstract

The formation of scale under sulphuric acid pressure leaching conditions of a limonitic laterite ore was investigated. Experiments were conducted using a batch titanium autoclave in order to study the effects of acidity (0.15–0.40 M), and temperature (250–270°C) on scale formation. It was found that scale increases with acidity reaching a maximum at 0.22 M free sulphuric acid. Further increase of acidity causes reduction of scale, but scale is not affected by temperature. The scale mainly consists of hematite with traces of hydronium alunite as revealed by SEM photographs and EDX analyses. Anionic surfactants were tested as a means of scale reduction with some success. A reduction of 37% in scale formation was achieved at an acidity of 0.22 M and 270°C.

Résumé

On a étudié la formation d'incrustations d'un minerai de latérite limonitique, en conditions de lessivage so us pression avec acide sulfurique. On a fait les essais avec un autoclave discontinu en titane, afin d'étudier les effets de l'acidité (0.15–0.40 M) et de la température (250–270°C) sur la formation d'incrustations. On a trouvé que les incrustations augmentent avec l'acidité, atteignant un maximum à une concentration de 0.22 M d'acide sulfurique libre. Une augmentation additionnelle de l'acidité réduit les incrustations, mais celles-ci ne sont pas affectées par la température. Les incrustations consistent principalement en hematite avec traces d'alunite d'hydronium, tel que révélé par des photographies par microscope à balayage et par analyses EDX. On a évalué des surfactants anioniques comme moyen de réduction des incrustations, avec quelque succès. On a obtenu une réduction de 37% de formation d'incrustations a une acidite de 0.22 M et à 270°C.     

Formation of Silicon Carbide from Rice Hulls

Abstract

SiC whiskers and particles have been produced from rice hulls. The process involves three major steps: coking in free air, reaction at high temperature in a reducing atmosphere of hydrogen gas, and separation of formed SiC from excess carbon by wet methods. The processing steps are reviewed and the chemistry of the process is discussed. The produced SiC was added to a molten Zn–5%Al alloy to check its potency as a reinforcing material. © 1998 Published on behalf of Canadian Institute of Mining and Metallurgy by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Resume

Des barbes et des particules de SiC ont été produites à partir d'enveloppes de riz. Le processus implique trois é tapes majeures: cokefaction a l'air libre, réaction à haute température dans une atmosph è re reductrice de gaz hydrogene et separation du SiC forme de l'exces de carbone par des methodès humldes. On revoie les etapes de traitement et on discute de la chimie du processus. On a ajoute le SiC ainsi produit à un alliage fondu de Zn–5%Al afin de verifier son potentiel comme matériau de reforcement. © 1998 Published on behalf of Canadian Institute of Mining and Metallurgy by Elsevier ScienceLtd. All nghts reserved.     

Strengthening Characteristics of AA6111 Aluminum

Abstract

In this study the effect of cold work on the precipitation process in AA6111 was evaluated with a view to establishing its role on the strengthening characteristics. The results showed a considerable improvement in yield and tensile strength with an increasing level of prestrain. Yield and tensile strength decreased with increasing aging temperature at a given level of prestrain. At fixed levels of prestrain, the aging response varied with aging temperature. The peak aging time decreased with the increasing temperature. Scanning electron microscopy revealed the presence of intermetallics. Transmission electron microscopy showed that the density of dislocation tangles increased with an increasing degree of prestrain.

Dans cette étude, on a évalué l'effet de l'écrouissage sur le procédé de précipitation de AA6111 en vue d'établir son rôle sur les caractéristiques de renforcement. Les résultats montrent une amélioration considérable de la limite d'élasticité et de la résistance à la traction avec une augmentation du niveau de pré-déformation. La limite d'élasticité et la résistance à la traction diminuaient avec une augmentation de la température de vieillissement à un niveau donné de pré-déformation. À des nivaux fixes de pré-déformation, la réponse au vieillissement variait avec la température de vieillissement. La dureté maximale de vieillissement diminuait avec une augmentation de la température. La microscopie électronique à balayage a révélé la présence de composés intermétalliques. La microscopie électronique à transmission a montré que la densité des enchevêtrements de dislocation augmentait avec une augmentation du degré de pré-déformation.     

Effect of Thiourea on Nodulation During Copper Electrorefining Using Scaled Industrial Cells

Abstract

Experiments were conducted using scaled industrial and laboratory cells to evaluate the effects of ratios and concentrations of various additives on nodulation during copper electrorefining. This paper focusses on the effect of Thiourea (TU) on the binary (TU-Cl-) and on the ternary Thiourea-Gelatin-Cl- (TU-G-Cl-) systems. In the pilot plant, temperature was maintained at 65 °C; Cl- concentration was at 40 mg L^-1 and TU ranged from 20 to 150 g t^-1 and G from 50 to 150 g t^-1. TU influences the polarization curves, the deposit morphology (roughness and nodule formation), the crystal shape (round or sharp) and the grain type (elongated or field oriented). TU can have a polarizing or a depolarizing effect depending on conditions tested. The polarizing effect related to a specific TU concentration leads to nodule formation. Optical metallography and SEM micrographs show that nodules, porosities and dendrites are largely avoided in a ternary system as compared to a binary one.

Des expériences ont été conduites en utilisant des cellules industrielles réduites et des cellules de laboratoire afin d'évaluer l'effet de différents ratios et concentrations d'additifs sur la nodulation durant l'électroraffinage du cuivre. Cet article se concentre sur l'effet de la Thiourée (TU) dans le système binaire (TU-Cl-) et dans le système ternaire Thiourée-Gelatin-Cl-. Dans le montage pilote, la température est maintenue à 65 °C, la concentration en Cl- à 40 mg L-1, celle de TU varie de 20 à 150 g t^-1 et celle de G de 50 à 150 g t^-1. La thiourée a une influence sur les courbes de polarisation, la morphologie du dépôt (rugosité et formation de nodules), la forme des cristaux (arrondis ou saillants) et le type de grain (allongés ou orientés). TU peut avoir un effet polarisant ou dépolarisant en fonction des conditions testées. L'effet polarisant conduisant à la formation de nodules provient d'une certaine concentration en thiourée. Les métallographies optiques et les micrographies au MEB montrent que l'utilisation d'un système ternaire par rapport à un système binaire permet d'éviter grandement la formation de porosité, de nodules et de dendrites.     

A Software System for Determining the Preheat Temperature Required to Avoid Underbead Cracking—I

Abstract

A software system for determining the preheat temperature required to avoid underbead cold cracking, given the input welding parameters (voltage, current, welding speed, thermal efficiency), base metal chemical composition, joint restraint and preparation, hydrogen level and preheat parameters, is presented. The system is based on a materials model originally proposed by Yurioka and co-workers and the heat transfer algorithm of Satoh and Matsui. Of central importance in designing the software is ease of use. For an engineer familiar with materials/welding technology but only a basic familiarity with microcomputers, the system is self evident without the necessity of written manuals or extensive help menus. To achieve this, a special user interface suitable for materials or welding engineers is presented. Furthermore, automated plotting and a simple database system are also included for the convenience of practitioners. While the software system presented in this work is focused on preheat temperature computations and seemingly specific to this purpose, it is suggested that the interface, automated plotting and database are general software tools that can be applied to other welding or materials engineering situations where modelling algorithms are available.

Résumé

Un systéme informatisé est présenté qui permet de déterminer la température de préchauffage requise pour éviter la fissuration à froid sous-cordon à partir des paramètres de soudage (voltage, courant, vitesse de soudage, efficacité thermique), de la composition chimique du métal de base, de la préparation du joint ansi que la teneur en hydrogène et les paramètres de préchauffage. Le système est basé sur un modèle proposé initialement par Yurioka et al. et sur l'algorithme de transfert de chaleur de Satoh et Matsui. L'aspect de première importance lors de la conception du logiciel était la facilité d'utilisation. Pour un ingénieur familier avec les matériaux et la technologie du soudage, et qui a des connaissances de base des mitro-ordinateurs, l'utilisation du système est simple, ne requiert pas un manuel et sans menu d'aide élaboré. Pour accomplir cet objectif, une interface spéciale applicable aux matériaux et s'adressant aux ingénieurs-soudeurs est présentée. Le système inclut également une banque de données simple et l'impression automatisée. Ke systéme informatisé presenté dans ce travail met l'accent sur les calculs de température de préchauffage pour lesquels il a été particulièrement conçu. L'interface, l'impression automatisée et la banque de donnees sont des outils généraux qui peuvent être utilisés pour d'autres situations de soudage ou de génie des matériaux lorsque les algorithmes de modélisation sont disponibles.     

Behaviours of supersonic oxygen jet injected from four-hole lance during top-blown converter steelmaking process

The top-blown oxygen jet behaviours at different stagnation temperatures in converter steelmaking process were investigated by using numerical simulation technique. The multiphase flow in top-blown converter with four-hole lance was computed. The results show that with the increasing stagnation temperature of the supersonic oxygen jet, the velocity and static temperature of the jet increase, while the potential core length of the jet shortens. The penetrability of the oxygen jet injected from a four-hole top-blown lance is improved with the increasing stagnation temperature of the jet from 300 to 900 K, while the penetrability declines with the further increase in the stagnation temperature from 900 to 1200 K. Although the penetration depth and impact area corresponding to the oxygen jet with stagnation temperature of 1200 K are smaller than those of 900 K, the horizontal velocity of liquid steel increases with the increasing stagnation temperature due to the increase in the intersection and interference of jet flow, which further enhances the flow of the liquid phase at the interface of gas and liquid and promotes the mixing conditions in converter bath.

On a examiné les comportements d’un jet d’oxygène à soufflage par le haut à différentes températures d’équilibre lors du procédé de fabrication de l’acier par convertisseur, en utilisant une technique de simulation numérique. On a calculé l’écoulement polyphasique dans le convertisseur à soufflage par le haut avec lance à quatre trous. Les résultats montrent qu’avec l’augmentation de la température d’équilibre du jet d’oxygène supersonique, la température statique et la vélocité du jet augmentent, alors que la longueur potentielle du noyau du jet est raccourcie. La capacité de pénétration du jet d’oxygène injecté s’améliore avec l’augmentation de la température d’équilibre du jet de 300 à 900 K, mais elle s’abaisse avec une augmentation additionnelle de la température d’équilibre de 900 à 1200 K. Bien que la profondeur de pénétration et la superficie de l’impact correspondant au jet d’oxygène avec température d’équilibre à 1200 K soient plus petites qu’à 900 K, la vélocité horizontale de l’acier liquide augmente avec une augmentation de la température d’équilibre. Cela est dû à l’augmentation de l’intersection et à l’interférence de l’écoulement du jet, ce qui améliore davantage l’écoulement de la phase liquide à l’interface gaz et liquide et encourage les conditions de mélange dans le bain du convertisseur.     

Heat Transfer Modelling of the Melting of Solid Particles in an Agitated Molten Metal Bath

Abstract

The melting of solid particles in stagnant melt such as the melting of iron pellets in an electric arc-furnace has been the subject of many investigations. However, little work can be found in the literature about the modelling of heat transfer during the melting of solid particles in an agitated molten metal bath. The present work deals with the development of a heat transfer model for the melting of the solid pellets in a stirred melt, as melting in induction furnaces or gas-stirred vessels. First, the flow pattern in the liquid bath was obtained using a two-equation k–ε turbulent flow model which was further employed to obtain the particle's trajectory and its slip velocity. The heat transfer coefficient between the melt and particle was then calculated and used in the model to identify the rate of heat transfer to the particle. Parametric studies were carried out to evaluate the effects of such parameters as physical properties of particle and those of the melt on the melting rate of particle. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

La fonte de particules solides dans un liquide stagnant, telle que la fonte de boulettes de fer dans un four à arc électrique, a été le sujet de plusieurs investigations. Cependant, on trouve peu d'information dans la litterature sur la modélisation du transfert de chaleur lars de la fonte de particules solides dans un bain agite de métal fondu. Le present travail a pour objet le développement d'un modèle de transfert de chaleur de la fonte de boulettes solides dans un liquide agité, telle que la fonte dans les fours a induction ou les réacteurs à agitation gazeuse. Premièrement, on a obtenu le patron d'écoulement dans le bain liquide en utilisant un modèle d'écoulement turbulent à deux equations, k–ε, également utilisé pour obtenir la trajectoire de la particule et sa vélocité de glissement. On a ensuite calculé le coefficient de transfert de chaleur entre le liquide et la particule et on l'a utilisé dans le modéle pour identifier le taux de transfert de chaleur vers la particule. On a mene des etudes paramétriques afin d'evaluer l'effet de parametres tels que les proprietes physiques de la particule et celles du liquide sur le taux de fonte de la particule. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

Effects of Interaction Between Surface Active Elements on the Surface Tension of Iron

Abstract

Surface tension data at 1650°C have been measured for the Fe + S + O ternary system and the two binary systems, Fe + O and Fe + S using the levitated drop technique. The results indicate that the reductions in surface tension due to oxygen and to sulphur are essentially additive in the ternary system. Excess concentrations (Γ) for both oxygen and sulphur have been calculated for both binary and ternary systems; an empirical rule for calculating Γ values for the ternary system from Γ values for the binaries has been proposed. The temperature dependencies (dγ/dT) for both ternary alloys and for a stainless steel were found to be positive. Surface analysis of the samples has been determined using electron spectroscopy (ESCA); the results indicated a considerable enhancement in the concentration of the surface active elements, O and S in the surface layers. The effects of additions of deoxidizers and desulphurizers like Al and Ce upon the surface tension have been investigated. The significance of the surface tension upon the welding characteristics of steels is discussed and the models for their interdependency evaluated in the light of the data obtained in this investigation.

Résumé

Les mesures de tensions superficielles ont été effectuées à 1650°C pour le système ternaire Fe-S-O et les systemes bin aires Fe-O et Fe-S au moyen de la technique de lévitation. Les résultats indiquent que les réductions de la tension superficielle sont essentiellement additifs dans le système ternaire. La concentration en excès (Γ) en oxygène et en sulfure a été calculée pour les systèmes bin aires et ternaires. Une règle empirique du calcul des valeurs de Γ pour le système ternaire a été établie à partir des valeurs des systèmes binaires. Les dépendances avec la température (dγ/dT) des alliages ternaires et de l'acier inox se sont révélées positives. L'analyse superficielle des échantillons a été éffectuée par spectroscopie électronique (ESCA). Les reésultats ont montré un enrichissement considérable dans la concentration des éléments actifs, O et S dans les couches superficielles. L'effet de désoxydation et désulfuration (Al et Ce) sur la tension superficielle a été étudié. L'effet de la tension superficielle des aciers sur la soudabilité est discuté et le modèle de leur interdépendance est évalué à la lumière des résultats de cette recherche.     

Growth of phosphorus concentrating phase in modified steelmaking slags

Abstract

Recycling steel slag to metallurgical process requires removing phosphorus from slag. In this paper, solidification experiments of converter slag modified by SiO₂ at three isothermal temperatures with several durations were performed at air conditions from superheating temperature (1520°C). Grain size evolution of P concentrating phase (C₂S, dicalcium silicate) was investigated. Results show that crystal size distributions of C₂S can be fitted by lognormal distributions, the average size of C₂S increases with increasing dwelling time and grows faster at higher holding temperature, and the relationship between average size of C₂S and holding time can be best described by equation D?=?kt^m. It is concluded that the growth mechanism of C₂S is diffusion controlled, and higher isothermal temperature promotes the growth of C₂S.

Le recyclage de la scorie de l’acier par un procédé métallurgique nécessite l’enlèvement du phosphore de la scorie. Dans cet article, on discute d’expériences de solidification de scorie de convertisseur modifiée par du SiO₄ à trois températures isothermes avec durées variées, effectuées à l’air à partir d’une température de surchauffage (1520°C). On a examiné l’évolution de la taille de grain de la phase de concentration du P (C₂S, silicate dicalcique). Les résultats montrent que l’on peut ajuster les distributions de la taille de cristal (CSD) du C₂S à une distribution log-normale, que la taille moyenne du C₂S augmente avec l’augmentation du temps de résidence et croît plus vite à une température plus élevée de rétention et que la relation entre la taille moyenne du C₂S et la durée de rétention est bien décrite par l’équation D?=?kt^m. On conclut que le mécanisme de croissance du C₂S est contrôlé par la diffusion et que la température isotherme la plus élevée favorise la croissance du C₂S.     

Austenite particle coarsening and delta-ferrite grain growth in model Fe–Al alloy

Abstract

The grain growth kinetics of delta-ferrite was investigated in a model Fe–Al alloy in which a small volume fraction of austenite particles is used to control grain growth. The specimens were heated to different temperatures in the two phase (delta-ferrite+austenite) region and held for times between 5 min and 288 h followed by water quenching. The coarsening kinetics of the austenite particles could be described both in terms of bulk (t^1/3) and grain boundary (t^1/4) diffusion. The growth of the delta-ferrite grains was dominated by the pinning effect of the austenite particles. When the particle pinning pressure was much larger than the driving force for grain growth, the growth of delta-ferrite grains was completely pinned. Under conditions in which the particle pinning force and the driving force for grain growth were comparable, ferrite grain growth occurred at a rate which is proportional to the rate of coarsening of the austenite particles. When the particle pinning force is smaller than the driving force, grain growth occurs at a rate which is lower than that expected without pinning.

On a examiné la cinétique de croissance de grain de ferrite delta dans un alliage modèle de Fe-Al dans lequel une petite fraction volumique de particules d’austénite est utilisée pour contrôler la croissance de grain. On a chauffé les échantillons à différentes températures dans la région à deux phases (ferrite delta + austénite) et on les a maintenus pour des durées allant de 5 minutes à 288 heures, puis on les a trempés à l’eau. On pourrait décrire la cinétique de grossissement des particules d’austénite tant en fonction de la diffusion volumique (t^1/3) que de la diffusion aux joints de grain (t^1/4). La croissance des grains de ferrite delta était dominée par l’effet d’épinglage des particules d’austénite. Lorsque la pression d’épinglage de particule était beaucoup plus grande que la force motrice pour la croissance de grain, la croissance des grains de ferrite delta était entièrement épinglée. Dans les conditions où la force d’épinglage de particule et la force motrice pour la croissance de grain étaient comparables, la croissance de grain de ferrite se produisait à une vitesse proportionnelle à la vitesse de grossissement des particules d’austénite. Lorsque la force d’épinglage de particule était plus petite que la force motrice, la croissance de grain se produisait à une vitesse plus faible que la vitesse sans épinglage.     

Electric resistivity of fine chromite ore: measurement and prediction

Abstract

Fine chromite ore is a common raw material used to produce ferrochrome alloy by submerged electric arc furnace process. The electric resistivity of fine chromite ore determines current distribution, which in turn, affects operation efficiency during the process. The effects of particle size and contact area of the particles on the electric resistivity of several types of chromite were investigated at room temperature. The relationship between the electric resistivity of mixed particles and the volume fraction of lump ore to fine ore was also studied. Contact resistivity decreases with increasing box-counting dimension. Finally, a ‘parallel connection circuit model’ for predicting the electric resistivity of the chromite mixture was developed. Results show that electric resistivity increases as particle size increases, and that the electric resistivity of the mixture decreases with increasing volume ratio of fine ore. The electric resistivity calculated by the parallel connection circuit model is consistent with measurements.

Le minerai fin de chromite est un matériau brut commun utilisé dans la production d’alliage de ferrochrome par le procédé du four électrique à arc submergé. La résistivité électrique du minerai fin de chromite détermine la distribution du courant, qui, à son tour, affecte l’efficacité de l’opération lors du procédé. On a examiné, à la température de la pièce, l’effet de la taille de particule et de l’aire de contact des particules sur la résistivité électrique de plusieurs types de chromite. On a également étudié la relation entre la résistivité électrique de particules mélangées et la fraction volumique du minerai en bloc par rapport au minerai fin. La résistivité par contact diminuait avec une augmentation de la dimension de boîtes. Finalement, on a développé un ″modèle de circuit à connexions en parallèle″ pour la prédiction de la résistivité électrique du mélange de chromites. Les résultats montrent que la résistivité électrique augmente avec une augmentation de la taille de particule et que la résistivité électrique du mélange diminue avec une augmentation de la densité relative de minerai fin. La résistivité électrique calculée au moyen du modèle de circuit à connexions en parallèle est en accord avec les mesures.