Solid structural changes during the reduction of iron oxides

Abstract

The changes in the solid structure, i.e., grain size, shape and pore structure, during the reduction. of reagent-grade hematite to iron by CO?CO₂ mixtures at temperatures between 725 and 925°C were investigated. The reduction of hematite to wustite was found to produce little structural change. In contrast, three mechanisms of structural change occurred during the reduction of wustite to iron. These included the thermal sintering of the wustite, the growth of fibrous iron filaments from the partially reduced wustite grains, and the sintering or “coarsening” of the reduced iron. A quantitative model for the sintering of the wustite is described.

The effects of the structural changes on the reduction kinetics are reviewed. The sintering of the wustite reduced the over-all rate of reduction; the growth of the fibrous iron increased the rate of reduction. The sintering of the iron had little effect on the kinetics. The interaction between the sintering of the wustite and the growth of the fibrous irons, which change the character of the reduction from nontopochemical to topochemical, is also discussed.

Résumé

Les variations de la structure solide, i.e., la grosseur du grain, la forme et la porosité,ont été étudiées au moment de la réduction d'hématite en fer, dans des mélanges de CO?CO₂ aux températures comprises entre 725 et 925°C. La réduction de l'hématite à la wustite s'accompagne d'un léger changement de structure. Au contraire, trois mécanismes de changements structuraux se sont présentés au cours de la réduction de la wustite en fer. Ce sont: le frittage thermique de la wustite, la croissance des filaments fibreux de fer provenant des grains de wustite partiellement réduits et aussi le frittage du fer réduit. Un modéle quantitatif décrit Ie frittage de la wustite.

Les effets des variations structurales sur la cinétique de réduction sont revisés. Le frittage de la wustite a diminué le taux de réduction, alors que la croissancé du fer fibreux a augmente ce taux. Le frittage du fer a un effet minime sur la cinétique. L'interaction entre le frittage de la wustite et la croissance des fibres de fer fait varier Ie caractère de la réduction, de non-topochimique à topochimique.     

Studies on the Removal of Harmful Elements During Sintering of Siderite Iron Ore

Abstract

Addition of small amounts of calcium and magnesium chlorides to the sinter charge of siderite iron ore, to minimise the percentages of harmful elements such as Pb, Zn, Cu, Sb and As was successfully performed. Remarkable removal of these elements was achieved during sintering. The produced sinter acquired good physical characters, like Iso tumbler index. The oxidation, desulphurization and reducibility of sinters were satisfactory. X-ray analysis and microscopic examinations indicated the nature and kind of minerals already present in sinters.

Résumé

On a, par l'addition de faibles quantités de chlorures de calcium et de magnésium à la charge lors du frittage d'un minerai de fer et de sidérite, réussi à minimiser les pourcentages d'éléments nocifs tels Pb, Zn, Cu, Sb et As. Pendant le frittage une élimination remarquable de ces éléments a été réalisée. Le produit fritté possède de bonnes caractéristiques physiques, surtout en ce qui a trait à sa résistance à l'abrasion (essais de chutes ISO). L'oxydation, la désulfuration et la réductibilité des produits frittés est satisfaisante. Des analyses par rayons X et des examens microscopiques indiquent la nature et le genre des minéraux présents dans les produits frittés.     

The influence of gas injection arc stabilization and electrode consumption in electric furnaces

Abstract

By means of relatively simple modifications a conventional arc furnace can be made to produce a long, stable plasma flame. This technique may be applied to scrap melting in the steel industry.

The results of laboratory experiments and plant trials, using à 3-ton production furnace, are discussed with respect to electrical characteristics, and potential refractory , electrode, and power savings

Résumé

Au moyen de modifications relativement simples, un four à arc conventionnel peut produire une flamme de plasma longue et stable.

Cette technique peut être appliquée à la fusion de la ferraille dans l'industrie de l'acier.

Les resultats d'expériences de laboratoire et d'essais en usine sur un four de production de 3 tonnes sont discutes par rapport aux caractéristiques électriques et du point de vue des réfractaires, des electrodes et de l'économie de puissance.     

The kinetics of reduction of lead oxide by CO + CO2 gas mixtures

Abstract

The kinetics of reduction of lead monoxide by CO + CO₂ gas mixtures have been investigated in the temperature range 538° to 630°C. The effect of temperature on the over-all rate seems to be slight; an activation energy of 4.8 k cal/g mole was computed from the average rates. The results were interpreted using a diffusion model that considers the reduction to take place primarily at the boundary separating the partially reduced and the unreacted parts of the oxide compact. The over-all resistance to the reduction process appears to consist of two components: gas phase film diffusion and pore diffusion through partially reduced compact. For the most part, the reduction process is dominated by the pore diffusion. In the initial stage (t < 4 min.), the resistance offered by the film diffusion may be significant.

Résumé

La cinétique de réduction du monoxyde de plomb par le mélange gazeux CO + CO₂ a été étudiée pour des températures allant de 538°C à 630°C. L'effet de la température sur le taux global semble faible; une énergie d'activation de 5.8 Kcal/g. mole a été calculée à partir des taux moyens. Les résultats ont été interprétés à l'aide d'un modéle de diffusion qui considére que la réduction se passe d'abord à la frontière entre l'oxyde partiellement rèduit et l'oxyde non réduit de la pastille. La résistance globale au processus de réduction semble formée de deux composantes: la diffusion à travers la couche limite gazeuse et la diffusion dans les pores de l'oxyde partiellement réduit. Pour sa plus grande partie, le processus de réduction est contrô1é par la diffusion dans les pores. Dans le stade initial (t < 4 min), la résistance offerte par la couche limite peut être importante.     

Furnace refractory practice at Manitoba Rolling Mills

Abstract

Iron is considered as an impurity in aluminium alloys due to its detrimental impact on strength and ductility. Much work has been carried out to reduce the iron levels in recycled aluminium alloys. In this investigation, the influence of Mn additions for reducing the Fe content in an Al–Si alloy has been studied. The experimental results and thermodynamic calculations revealed that a reduction of up to 62%Fe content can be achieved. The major mechanism of iron removal is the formation of the primary α-AlFeMnSi particles when held at lower temperatures. The characteristics and compositions of these particles, which settle on the bottom of the alloy melts, were confirmed using optical microscopy and X-ray diffraction techniques.

Dans les alliages d’aluminium, le fer est considéré comme une impureté en raison de son effet négatif sur la résistance et la ductilité. Des travaux ont été menés pour réduire la quantité de fer dans les alliages d’aluminium recyclé. L’étude menée porte sur l’influence des ajouts de manganèse visant à réduire la teneur en fer dans un alliage Al–Si. Les résultats expérimentaux et les calculs thermodynamiques ont révélé qu’il est possible d’atteindre une réduction de 62% de la teneur en Fe. Le principal mécanisme d’extraction du fer est la formation de particules d’alliage α-AlFeMnSi lorsque des températures plus basses sont maintenues. Les caractéristiques et la composition de ces particules, qui se déposent au bas des fontes d’alliage, ont été confirmées à l’aide de microscopie optique et de techniques de diffraction des rayons X.     

Reduction of Ilmenite Concentrates By Methane Containing Gas,Part II: Effects of Preoxidation and Sintering

Abstract

Reduction of preoxidized and sintered ilmenite concentrates by a CH₄-H₂-Ar gas mixture was investigated in a laboratory fixed bed reactor in temperature programmed experiments. The ilmenite concentrates contained different concentrations of TiO2 (55.6-71.5wt%) and iron oxide (Fe_total 14.5-28.2wt%).

In the reduction of ilmenite by hydrogen, during ramping reduction temperature from 230 to 1100 °C, only iron oxides were reduced to metallic iron and the reduction was not complete. The reduction of titania was slight. The ilmenite concentrates were reduced by CH₄-H₂-Ar gas mixture to metallic iron and titanium oxycarbide. Preoxidation and sintering of ilmenite concentrates changed their phase composition and caused a sharp decrease in specific surface area of raw materials and an increase in carburization temperature. Sintering also increased the metallization temperature of iron.

On a étudié, dans un reacteur de laboratoire à lit fixe, lors d'experiences à températures programmées, la réduction de concentrés d'ilménites pre-oxydes et frittes par un melange de gaz de CH4-H2-Ar. Les concentres d'ilmenites contenaient differentes concentrations de TiO2 (55.6-71.5% en poids) et d'oxyde de fer (Fetotal 14.5-28.2% en poids).

Au cours de la réduction de l'ilménite par l'hydrogene, lors de l'augmentation de temperature de réduction de 230 à 1100 °C, seuls les oxydes de fer etaient réduits en fer métallique et, de plus, la réduction n'était pas compléte. La réduction du dioxyde de titane était faible. Les concentrés d'ilménites ont été réduits par le mélange de gaz CH₄-H₂-Ar en fer métallique et en oxycarbure de titane. La préoxydation et le frittage des concentrés d'ilménite ont change leur composition de phase et ont causé une diminution marquée de la surface specifique des matériaux bruts ainsi qu'une augmentation de la température de cémentation. Le frittage a également augmenté la température de métallisation du fer.     

Polynomial equations for computer calculation of temperature from thermocouple emf

Abstract

Polynomials of degree up to 5 have been fitted to platinum vs. platinum – 10% rhodium, chromel vs. alumel and platinel II thermocouple tables for the purpose of calculating temperature directly from emf. The resulting equations are suitable for data-processing applications and, because of the small number of constants requiring storage, they may be used directly with small computers in on-line operations.

Résumé

Dans le but de pouvoir calculer directement la température à partir de la f.é.m. des thermocouples Pt-Pt10% Rh, chromel-alumel et platinel II, on a réduit les relations température-tension à des polynomes de degré 5. Les équations ainsi obtenues sont utilisables dans l'analyse des données et, par le faible nombre de constants a mettre en memoire, elles peuvent être directement utilisées par des petites calculatrices.     

Reduction of chromites in methane-hydrogen mixtures-chromium sesquioxide

Abstract

Chromium sesquioxide can be reduced to chromium metal or carbide by mixtures of hydrogen and methane. The mechanisms and conditions for these reactions have been determined using simulation of the effects of methane cracking by controlled addition of carbon. The work forms a basis for the investigation of reduction of chromite ores by coke-oven or natural gas. This reaction is of economic interest because the oxygen tends to be removed as carbon monoxide, thus retaining the reducing potential of the effluent gases. Kinetic data were collected from temperature programmed experiments to which a model, based upon the shrinking-core concept for gas-solid reactions, was found to be applicable. The solid-solid carbon-chromium oxide reduction is the sum of three chemical reactions and is catalyzed by hydrogen, although carbon monoxide diminishes the effect of this catalysis below 1200°C.

Résumé

Le sesquioxide de chrome peut être réduit à l'état de métal chrome ou de carbure de chrome par les mélanges hydrogène-méthane. Les mécanismes et les conditions de ses réactions ont éte déterminés en utilisant la simulation des effets de «cracking» du méthane par des additions contrôlées de carbone. Ce travail est primordial pour l'étude de la réduction des minerais de chromite pour les gaz des fours à coke ou le gaz naturel. Cette réaction a un intérèt économique parce que l'oxygène tend à être éliminé sous forme monoxyde de carbone, qui conserve le potentiel réducteur des gaz qui s'echappent. Les données cinetiques ont été collectées à partir des expériences avec programmation de la température pour lesquelles un modèle fonde sur l'hypothèse d'une réduction à symétrie sphérique pour les réactions solide-gaz s'est révélé applicable. La réaction solide-solide de réduction de l'oxyde de chrome par le carbone est la somme de trois réactions chimiques et est catalysée par l'hydrogène bien que l'oxyde de carbone diminue son effet catalytique pour des températures inferieures à 1200°C.     

Fundamental studies related to the development of the smelting reduction of iron oxide and carbon-constant volume studies

Abstract

Today, most of the iron-making capacity of the world is still dependent upon the blast furnace process, although the production of sponge iron by direct reduction processes is gaining acceptance in many areas. Another method of making iron, known as smelting reduction, is receiving attention, and pilot-plant scale operations are being developed in Europe and possibly elsewhere. In this method, iron oxide is reduced with carbon (coal) by a fast reaction such that liquid iron is the product, heat being provided to the reaction by the exothermic oxidation of carbon monoxide by oxygen within the reaction vessel.

In the present investigation, an attempt has been made to study the behaviour of composite pellets of wüstite and carbon in the region of 1500°C in various gas atmospheres at constant volume. Reaction rates were followed within the constant-volume system by measuring the increase in pressure with time using a pressure transducer. Composite pellets containing slightly more than the stoichiometrically required amount of carbon were reacted to form liquid iron in an argon atmosphere; to achieve melting, good mixing of the pellets was a critical requirement. Melting conditions were also obtained in carbon monoxide-carbon dioxide mixtures between 100 per cent CO and 100 per cent CO₂ When composite pellets, surrounded by a protective layer of carbon, were introduced into an atmosphere containing free oxygen, it was again possible to obtain melting and reduction to liquid iron. The activation energy for the reaction was approximately 15 kcal/mole. Possible reaction mechanisms are discussed.

Résumé

De nos jours, la réduction des oxydes de fer s'accomplit en grande partie au haut foumeau. On note toutefois une implantation graduelle des procédés de réduction directe des oxydes en fer éponge. Une autre méthode de production du fer, connue sous Ie nom de smeltage réducteur, est actuellement à l'étude. Des essais à l'échelle de l'usine pilote se font actuellement en Europe et possiblement ailleurs. La méthode consiste à produire du fer liquide en réduisant rapidement l'oxyde de fer par du carbone. L'énergie requise pour la réaction vient de l'oxydation exothermique du monoxyde de carbone par l'oxygène présént dans l'enceinte réactionnelle.

Les auteurs ont étudié le comportement de boulet1es composées de wüstite et de carbone en présence de diverses atmosphères gazeuses dans une enceinte fermée à 1,500°C. Les vitesses de réaction ont été détérminées en mesurant l'augmentation de la pression dans l'enceinte au moyen d'un transducteur de pression. Des boule1tes composées comportant un peu plus que la quantité stoechiométrique de carbone ont été réduites en fer liquide dans une atmosphère d'argon. La fusion n'avait lieu que si les constituants des boulet1es étaient intimement mélangés. La fusion de boulet1es a été réalisée dans des atmosphères constituées de melanges CO-CO₂, les proportions variant entre 100% CO et 100% CO₂. Le fer liquide a aussi été obtenu en faisant réagir des boulettes d'oxyde et de carbone entourées d'une couche protectrice de carbone, dans une atmosphère contenant de l'oxygène libre. L' énergie d'activation de la réaction était d'environ 15 kcal/mole. En fin, les auteurs discutent des mécanismes de la réaction.     

A Simple Etching Technique That Reveals Dislocations and Copper Segregation in Aluminum

Abstract

The characteristic features of wrought-zinc alloys are briefly reviewed, with particular reference to their applications as architectural and structural materials. The progress made towards improving the creep resistance of previously used zinc alloys is emphasized, and also the problem of ductile-brittle transition behaviour. Some of the recent developments aimed at improving further the properties and commercial merit of wrought-zinc alloys through new alloy systems and fabrication processes are discussed briefly.

Résumé

L'auteur fait une rétrospective des caractéristiques des alliages ouvrés de zinc, en insistant sur les usages où on fait appel à leurs propriétés de matériaux d'architecture et de structure. L'amélioration de la résistance au fluage d'alliages de zinc déjà en usage et Ie problàme du comportement lors de la transition ductilité-fragilité sont soulignés. L'auteur commente brièvement quellques- uns des résultats des recherches ayant pour but une amélioration des propriétés et des avantages commerciaux des alliages ouvrés de zinc grâce à l'élaboration de nouveaux alliages et a de nouveaux procédés de fabrication.     

Solid state and smelting reduction of Panzhihua ilmenite concentrate with coke

Abstract

Solid state and smelting reduction of ilmenite is an important process of upgrading ilmenite to high titania feedstock. In this study, an ilmenite concentrate supplied by Panzhihua Iron and Steel (Group) Co. was first reduced at solid state in an electric resistance furnace, followed by smelting reduction in an induction furnace. The effects of reducing agent (carbon) amount on the chemical composition of the solid state reduction sample and the titania slag reduced from them, were analysed. It was found that the metallisation of iron in the solid reduction samples and the grade of titania slag generally increased with increasing carbon amount from 8 to 12%, and then remained constant when the carbon amount was increased above 12%. The content of metallic iron in the titania slag increased with increasing carbon amount, because the slag viscosity and liquidus temperature increased with decreasing FeO content. It was also known that the content of Ti₂O₃ increased with decreasing the content of FeO in the slag. Some metallic iron particles were found in the high titania slag samples. The liquidus lines and viscosity of the slag were calculated using FactSage to explain the experimental results.

La réduction à l’état solide et par fusion de l’ilménite est un procédé important de valorisation de l’ilménite pour charge d’alimentation à haute teneur en dioxyde de titane. Dans cette étude, un concentré d’ilménite fourni par le groupe Panzhihua Iron and Steel Co. a d’abord été réduit à l’état solide dans un four électrique à résistances, suivi par la réduction par fusion dans un four à induction. On a analysé les effets de la quantité d’agent réducteur (carbone) sur la composition chimique de l’échantillon de réduction à l’état solide et de la scorie de dioxyde de titane réduit à partir de lui. On a trouvé que la métallisation du fer dans les échantillons de réduction solide et la qualité de la scorie de dioxyde de titane augmentaient généralement avec une augmentation de la quantité de carbone de 8 à 12%, et ensuite restaient constantes lorsqu’on augmentait la quantité de carbone au-delà de 12%. La teneur en fer métallique dans la scorie de dioxyde de titane augmentait avec l’augmentation de la quantité de carbone, parce que la viscosité de la scorie et la température du liquidus augmentaient avec une diminution de la teneur en FeO. On sait également que la teneur en Ti₂O₃ augmentait avec une diminution de la teneur en FeO dans la scorie. On a trouvé quelques particules de fer métallique dans les échantillons de scorie à haute teneur en dioxyde de titane. On a calculé les lignes de liquidus et la viscosité de la scorie en utilisant FactSage pour expliquer les résultats expérimentaux.     

Wear Characteristics of a Zinc-Based Alloy Compared With a Conventional Bearing Bronze Under Mixed Lubrication Conditions: Effects of Material and Test Parameters

Abstract

This study discusses the sliding wear response of a zinc-based alloy (conforming to ZA 27) in mixed lubrication conditions at different sliding pressures and speeds. A conventional bearing bronze (conforming to SAE 660) was also tested under identical test conditions for comparison purposes.

Wear rate increased with speed and pressure. Further, the zinc-based alloy attained superior wear response (less wear rate and frictional heating) than the bronze at all test speeds except prior to seizure (occurring at 7.0 MPa) at the speed of 4.60 m/s. The trend reversed in the latter case. Wear rate of the specimens also agreed with the degree of frictional heating experienced by them. A higher wear rate corresponded to larger frictional heating and vice versa. Wear behaviour of the samples improved considerably in the present study due to the presence of the oil lubricant as compared to the study in dry conditions.

Wear behaviour of the samples has been discussed in terms of the nature and response of their various microconstituents and the effects produced by varying test speeds and pressures under mixed lubrication conditions. Features of wear surfaces, subsurface regions and debris particles generated during the testing of the specimens further substantiated the observed wear behaviour of the samples and were helpful in understanding the operating wear mechanisms.

Cette étude discute de la réponse à l'usure par glissement d'un alliage à base de zinc (seconformant à ZA 27) sous condition de lubrification mixte à différentes pressions et vitesses de glissement. On a aussi évalué un bronze conventionnel pour palier (se conformant à SAE 660) sous des conditions identiques pour fin de comparaison.

Le taux d'usure augmentait avec la vitesse et la pression. De plus, l'alliage à base de zinc démontrait une réponse supérieure à l'usure (i.e. un plus bas taux d'usure et moins de chaleur de friction) en comparaison avec le bronze, à toutes les vitesses d'évaluation sauf juste avant qu'il ne grippe (ce qui se produit à 7.0 MPa), à la vitesse de 4.60 m/s; la tendance s'inversait dans ce dernier cas. Le taux d'usure des spécimens était aussi en accord avec leur degré d'échauffement par friction, i.e. un plus haut taux d'usure correspondait à un échauffement plus important par friction et vice-versa. Le comportement d'usure des échantillons s'est amélioré considérablement dans la présente étude à cause de la présence de l'huile lubrifiante en comparaison avec l'étude en condition sèche.

On a discuté du comportement d'usure des échantillons en termes de la nature et de la réponse de leurs divers micro constituants ainsi que des effets produits en variant la vitesse et la pression d'évaluation sous condition de lubrification mixte. Les caractéristiques des surfaces d'usures, des régions sous la surface ainsi que des débris de particules générés lors de l'évaluation des spécimens ont davantage établi le comportement observé d'usure des échantillons et étaient utiles pour comprendre les mécanismes d'usure en opération.     

Thermodynamics of Nitrogen Dissolution in Liquid Iron-Silicon Alloys

Abstract

There exists in the literature a wide variation in Henrian interaction parameters to describe the effect of silicon on the activity coefficient of nitrogen in steel. In view of the increasing interest in electrical steels with higher silicon concentrations, and the importance of nitrogen in such steels, the thermodynamic aspects of iron-silicon-nitrogen solutions have been re-examined. Pure iron and iron-silicon alloys containing up to 11wt.% silicon have been equilibrated with gas atmospheres of controlled nitrogen potential at temperatures between 1550 and 1650°C. Experiments were made in alumina crucibles contained within an induction furnace and the nitrogen content of metal samples determined by inert gas fusion analysis. Sievert's Law behaviour was confirmed for the pure iron melts, while silicon-nitrogen interactions in the alloy melts could be characterized in terms of the first order parameter e _N^Si = + 0.057.

Résumé

Il existe dans la littérature de grands écarts entre les valeurs trouvées pour le coefficient d'interaction Silicium-Azote dans l'acier. Par suite de l'intérêt croissant pour les aciers à usage électrique à fortes concentrations en silicium et de l'importance de l'Azote dans de tels aciers les aspects thermodynamiques des solutions Fe-Si-N ont été reexamines. Du fer pur et des alliages Fe-Si contenant jusqu'à 11 pds % de Si ont été mis en équilibre avec une atmosphere gazeuse à potentiel d' Azote contrôlé à des températures comprises entre 1550 et 1650°C. Les experiences ont été conduites en creusets d'alumine dans un four a induction et la teneur en Azote des échantillons de métal a été déterminée par fusion sous gaz inerte. La loi de Sievert a été retrouvée pour les solutions dans le fer pur liquide et les interactions Si-N dans les alliages liquides ont pu être caractérisées par un coefficient d'interaction e _N^Si = + 0.057.     

A review of problems in iron-ore reduction by solid-state processes

Abstract

This paper reviews the problems involved in iron-ore reduction by the solid-state processes. These processes are mostly limited to a 700°–1100°C temperature range. Because the rate of chemical reactions is relatively slow within this range compared with the blast furnace in which temperatures are much higher, the kinetics of iron-ore reduction assumes great importance.

The generally accepted reduction mechanisms are described as well as the reaction rate-controlling steps and chemical equilibria. With this background as a basis for comparison, the problems in reduction of iron ores in rotary kilns using solid fuel reductants, in shaft furnaces using gaseous reductants and in fluid-bed reactors are analyzed. This analysis shows that rotary kilns present the most problems and fluid-bed reactors the least.

Résumé

Dans cet article on examine les problèmes que comportent les procédés de réduction de minerai de fer à l'etat solide. Pour de tels procédés, la réduction se fait, en général, entre 700 et 1100°C. Les vitesses de réaction sont lentes à de telles températures, en comparaison avec le haut-fourneau où la température est beau coup plus elevee; de ce fait, la cinétique de la réduction du minerai de fer revêt une grande importance.

On décrit les méchanismes de la réduction généralement acceptés, les étapes limitant la vitesse de réaction et les équilibres chimiques, on examine les problèmes que comportent la réduction de minerais de fer en four rotatif avec agents reducteurs solides, en fours verticaux avec gaz réducteurs et en réacteurs à lits fluidisés. De cela on conclut que ce sont les fours rotatifs qui présentent le plus de problèmes et les réacteurs à lits fluidisés qui en présentent le moins.     

The use of a stabilized zirconia cell to study the fluidized bed reduction of iron ore

Abstract

The use of stabilized zirconia cells to follow the progress of the batch reduction of iron ore by hydrogen in a fluidized bed was investigated. The reduction patterns of the several ores examined were very similar, showing clearly the step-wise progression of particles from hematite through magnetite and wustite to iron. Use has been made of this pattern for the timed extraction of particles from the bed for morphological studies of the reaction. By using multiple taps on the zirconia cell, the approach of the gas phase to equilibrium with solids in the bed could be examined. It was also possible to measure the oxygen potential of the solid material in the bed by stopping the reaction. No variation in composition with height was found within experimental error.

Résumé

L'utilisation de cellules de zircone stabilisées pour suivre 1' évolution de la réduction de minerais de fer par l'hydrogène dans un lit fluidisé a été etudiée. Les étapes de réduction de différents minerais examinés étaient très similaires, montrant clairement les étapes correspondant à la réduction de l'hématite puis de la magnétite et de la wiistite jusqu'au fer. Cette progression a permis l'extraction programmée de particules du lit afin de faire des études morphologiques de la réaction. Grâce aces cellules de zircone il a été possible de mesurer l' évolution de la composition de la phase vers l' équilibre avec les solides du lit fluidisé. Il à été aussi possible de mesurer le potentiel d'oxygène des solides du lit en stoppant la réaction. Aucune variation dans la composition avec la hauteur n'a été trouvée, aux erreurs experiméntales près.     

Reduction Roast and Magnetic Separation of Oxidized Iron Ores for the Production of Blast Furnace Feed

Abstract

Low grade oolitic iron ore from the Aswan locality, assaying 45.23% Fe and 23.93% insoluble residue, was tested for concentration using reduction roasting and subsequent low intensity magnetic separation for the production of blast furnace feed. The ore is a low grade, high phosphorus, and high alumina oolitic hematite. Fine grinding of the ore was found to be imperative due to the fine dissemination characteristics of the ore. The application of reduction roasting-low intensity magnetic separation process for high grade concentrate production and minimum hot metal costs was investigated. The studies included the use of gaseous reductants such as H₂ or CO, and the different parameters affecting the process were verified. Optimization of the process was demonstrated on a bench scale. Quality magnetic concentrates assaying 59.6% FE with recoveries of about 90% were obtained from a run of mine ore assaying 45.23% Fe.

Réesumé

On a évalué la concentration de minerai de fer oolithique de basse qualité de la localité d'Aswan, essayant à 45.23% Fe et 23.93% de résidus insolubles. On a utilisé le grillage par réduction et une séparation magnétique subséquente à basse intensité pour la production d'alimentation de haut fourneau. Le minerai est une hématite oolithique de basse qualité, haute en phosphore et en oxyde d'aluminium. On a trouvé que le meulage fin du minerai était impératif dû aux caractéristiques de dissémination fine du minerai. On a étudié l'application du procédé de grillage par réduction-séparation magnétique, à faible intensité, a la production de concentré de haute qualite et des couts minimums de métal chaud.

L'etude inclue l'utilisation d'agents réducteurs gazeux tels que H₂ ou CO. On a vérifié les différents parametres affectant le procede. On a optimise le procédé à l'echelle du laboratoire.     

Dispersion strengthening titanium with refractory oxides

Abstract

Thorium oxide and cerium zirconate were alloyed with pure titanium and with two titanium alloys by arc melting. The refractory compounds apparently dissolved during melting and precipitated as dispersed phases on cooling. Although room-temperature and high-temperature (540°C) tensile strengths were improved at the expense of ductility, the refractory particle size and interparticle spacing were larger than recommended for maximum dispersion strengthening. Heat treating increased the size of the refractory particles.

Résumé

Des additions d'oxyde de thorium et de zirconate de cérium ont été faites à du titane pur et à deux de ses a1liagesfondus à l'arc électrique. Les composés réfractaires se sont apparemment dissous lors de la fusion et ont précipité de fa?on dispersée au refroidissement. La résistance à la traction s'est améliorée au détriment de la ductilité; toutefois, la grosseur des particules et l'espacement des partictiles excédaient la limite recommandée pour un durcissement maximum. Le traitement thermique a augmenté la grosseur des particules réfractaires.     

The Kinetics of Slag-Metal Reactions

Abstract

The experimental techniques which are available for the study of the kinetics of slag-metal reactions are considered. The possible rate controlling mechanisms are briefly reviewed. An analysis is made of the various studies of slag-metal reaction kinetics and attempts are made to correlate the results of different investigations. Of particular interest in this context are the studies of silica reduction by carbon in iron and sulphur transfer studies between slag and metal. Studies of manganese, phosphorus and chromium transfer in ferrous systems are briefly reviewed as well as the reduction of ferrous oxide from slags.

Résumé

Dans cet article, les méthodes expérimentales disponibles pour l'etude de la cinétique des réactions métal-scorie sont exposées. Les mécanismes possibles pouvant contrôler les taux de réaction sont briévement revus. Une analyse des diverses études sur la cinétique des réactions métal-scorie est faite. De plus, des corrélations entre les résultats des différentes études ont tente d'etre obtenues. Un intérét dans ce domaine est l'etude de la réduction de la silice par le carbone present dans le fer, ainsi que les études du transfert du soufre entre le métal et la scorie. Les études sur le transfert du manganése, du phosphore et du chrome en présence de fer sont briévement revus ainsi que la réduction de l'oxyde de fer contenu dans la scorie.     

Hardness recovery of cold worked commercial-purity aluminum

Abstract

A briquetting circuit as normally used in an iron recovery plant is defined and explained. The use of such a circuit to promote iron recovery and pollution abatement in the following steel plant processes is demonstrated:

(a) Blast Furnace;

(b) Direct Reduction Plant;

(c) Scarfing and Ingot Preparation;

(d) Rolling Mill;

(e) Machining and Turning Operation.

The contribution of such a circuit to pollution abatement is demonstrated and the economics of iron recovery is reviewed.

The report then discusses some recent applications of briquetting circuits and estimates the future potential in Canada and other countries.

Résumé

Le schéma d'une installation de briquetage conventionnel dans une usine de récupération de fer est présenté. On fait démonstration de l'utilisation du circuit pour la récupération du fer avec son système de diminution de pollution adapté aux procédés sidérurgiques suivants:

(a) le haut fourneau
(b) l'usine de réduction directe
(c) le chamfreinage et la préparation des lingots
(d) le laminoir
(e) les opérations d'usinage et de tournage

La contribution à la diminution de pollution par ce circuit est mise en évidence de même que l' économie réalisée par la récupération du fer.

On discute des applications récentes des circuits de briquetage en on évalue leurs possibilites d'utilisation au Canada et dans d'autres pays.     

Failure of Alloy Steels Used in Pyrolytic Applications

Abstract

The requirement to improve efficiency in pyrolytic furnaces has led to increased operating temperatures (>1000°C), shorter residence times and higher heat fluxes. The greater severity in operating conditions has increased the incidence of failures. There is, therefore, a need to improve our understanding of the behavior of the materials employed, under a new set of operating conditions. The heat resistant alloys of HK-40 and Incoloy 800 type have been used competitively in the past. Most evidence suggests that both types of materials ultimately fail by creep rupture brought about by dual effect of carburization and low cycle thermal fatigue.

The purpose of the present paper is to study the characteristics of failure both in carburized and uncarburized condition for heat resistant alloys, with particular emphasis on HK-40. Stress rupture data, creep ductility and microstructural evidence have been employed in the course of the present study to indicate possible mechanisms of rupture.

It has been established from the analysis of recent literature data that a single fracture mechanism operates, in spite of the wide range of microstructures present. Furthermore, carburization does not influence the processes of damage accumulation, but rather those of crack nucleation

Résumé

La nécessité d'améliorer le rendement des fours de pyrolyse a conduit à des températures de fonctionnement accrues (> 1000°C), des temps de maintien plus courts et des flux thermiques plus grands.

Le plus grande sévérite des conditions de fonctionnement a accru la fréquence des détériorations. C'est pourquoi est apparu le besoin de mieux comprendre le comportement des matériaux employés dans ces conditions nouvelles d'utilisation.

Les alliagues à bonne résistance thermique, du type HK-40 et Incoloy 800, ont été utilisés concurremment, dans le passé. L'expérìence montre que ces deux types de matériaux sont finalement détériorés par la rupture au fluage provoquée par l'effet simultane de la carburation et de la fatigue thermique.

Le but de ce travail est l'étude des caractéristiques de déterioration, d'alliages à bonne resistance thermique, en particulier de l'alliage HK 40, en condition de carburation ou de non-carburation. Des données de rupture sous contrainte, des essais de fluage et ductilité et la micrographie ont été employés au cours de la présente étude pour déterminer les mécanismes possibles de la rupture.

De l'analyse des données récentes de la littérature, il a été déduit que l'on se trouve en présence du mécanisme de propagation d'une seule fissure en dépit la diversité des microstructures presentes. En outre, la carburation n'influence pas les processus d'accumulation des défauts, mais joue sur la nucléation des fissures.