Computational study on the behaviours of supersonic jets and their impingement onto molten liquid free surface in BOF steelmaking

A mathematical model is proposed to study the impingement of multiple supersonic jets onto the free surface of the liquid bath containing molten slag and metal in a steelmaking converter by means of volume of fluid (VOF) approach. The applicability of the proposed model is verified by the good agreement with measured and calculated results. The model is then used to study the jet hydrodynamic behaviours such as jet profile, impact force, penetration depth and impact area, as well as time-dependent evolution of cavity, with respect to temperature, operating pressure and lance height. The results show that the temperature effect on total impact force is negligible but significant for penetration depth and impact area. A semi-empirical correlation is used to describe penetration depth under the steelmaking condition of high temperature. It is also shown that the proposed model can reproduce the splashing phenomenon on the bath surface.

On propose un modèle mathématique pour étudier l’impact de jets supersoniques multiples à la surface libre du bain liquide contenant de la scorie et du métal fondus dans un convertisseur de production d’acier, au moyen de l’approche du Volume de Fluide (VOF). On vérifie l’applicabilité du modèle proposé par l’agrément entre les résultats calculés et les résultats mesurés. On utilise ensuite le modèle pour étudier les comportements hydrodynamiques du jet, comme le profil du jet, la force de choc, la profondeur de pénétration et la superficie de l’impact, ainsi que l’évolution de la cavité en fonction du temps par rapport à la température, à la pression d’opération et à la hauteur de la lance. Les résultats montrent que l’effet de la température sur la force totale de choc est négligeable mais qu’il est important pour la profondeur de pénétration et pour la superficie de l’impact. On utilise une corrélation semi-empirique pour décrire la profondeur de pénétration pour la production d’acier à température élevée. On montre également que le modèle proposé peut reproduire le phénomène d’éclaboussement à la surface du bain.     

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

Abstract

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

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

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.     

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.     

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.     

Phase diagram of system As2S3–Cu2S–PbS at 773–1173 K

The phase equilibrium of the system As₂S₃–Cu₂S–PbS and its pseudo binaries with low arsenic contents were studied using isothermal equilibrium and quenching experiments at temperatures between 773 and 1173 K. Based on the experimental results, the phase diagrams of these systems have been estimated. Both estimated pseudo binary phase diagrams indicate higher arsenic sulphide solubility into liquid than previously reported in the literature. The liquidus isotherms of the system As₂S₃–Cu₂S–PbS indicate narrow fully molten area widening with increasing temperature between diginite and galena primary phase fields.

On a étudié l’équilibre de phase du système As₂S₃–Cu₂S–PbS et ses pseudos binaires avec de faibles teneurs en arsenic en utilisant des expériences d’équilibre isotherme et de trempe à des températures entre 773 K et 1173 K. On a estimé les diagrammes de phase de ces systèmes en se basant sur les résultats expérimentaux. Les deux diagrammes de phase, pseudos binaires, estimés indiquent une solubilité plus élevée du sulfure d’arsenic dans le liquide que ce qui avait été rapporté auparavant dans la littérature. Les isothermes du liquidus du système As₂S₃–Cu₂S–PbS indiquent une région étroite complètement fondue qui s’élargit avec une augmentation de la température entre les champs de phase primaire de la diginite et de la galène.     

High Temperature Oxidation of Copper and Copper Aluminum Alloys

Abstract

Small amounts of aluminum (1 to 3 wt% Al) were alloyed with copper to study oxidation resistance at high temperatures. Pure copper and the alloyed samples were oxidized from 700 to 1000 °C in air for various lengths of time. The oxidation rates of the samples increased with temperature. The oxidation rates of pure copper and the 1 wt% Al sample were found to follow parabolic rate law kinetics in the temperature range studied indicating diffusion controlled growth. The oxidation resistance of the 2 wt% Al alloy disappeared between 800 and 900 °C. It was found that the 3% Al-Cu samples oxidized at a rate 100 times lower than that of pure copper. The activation energy of copper oxidation at 122 kJ/mol was found to be very close to reported values.

On a allié de petites quantités d’aluminium (1 à 3% Al en poids) avec du cuivre afin d’étudier la résistance à l’oxydation à des températures élevées. On a oxydé le cuivre pur et les échantillons alliés entre 700 et 1000 °C, à l’air, sur des durées variées. Le taux d’oxydation des échantillons augmentait avec la température. On a trouvé que le taux d’oxydation du cuivre pur et celui de l’échantillon de 1% en poids d’Al suivaient une loi cinétique à taux parabolique dans le domaine de température étudié, indiquant une croissance contrôlée par la diffusion. La résistance à l’oxydation de l’alliage à 2% en poids d’Al disparaissait entre 800 et 900 °C. On a trouvé que les échantillons de 3% Al-Cu s’oxydaient à un taux 100 fois plus faible que celui du cuivre pur. L’énergie d’activation de l’oxydation du cuivre, à 122 kJ/mol, se rapproche des valeurs rapportées.     

Aluminum foam stabilization by solid particles

A room temperature water model and a high temperature molten aluminum systemwere designed and constructed to investigate the effect of solid particles on the stabilization offoams. The average foam life was used to evaluate the stability of the foam. The effects of particlesize, wetability, and concentration of the SiO₂ particles were investigated at variousgas flow rates in the room temperature system. The results indicated that only SiO₂particles with suitable wetability can stabilize liquid foam. The foam stability increases withdecreasing particle size and increasing particle concentration. The effects of melt temperature andSiC particle concentration on aluminum foam stabilization were investigated in the hightemperature system. It was found that a critical concentration of SiC particles was necessary forfoaming to occur. The foam height increased with increasing concentration of SiC particles. Thestability of the foam decreases with increasing temperature.On a conçu et construit un modèle aqueux à la température dela pièce ainsi quun systèmedaluminium fondu à haute température afin détudier leffet de particules solides sur la stabilisation décumes. On a utilisé la vie moyennede lécume pour évaluer sa stabilité. On a étudié leffet de la taille de particule, de la mouillabilité et de laconcentration de particules de SiO₂, à divers taux découlement de gaz, sur le système à la température de la pièce. Les résultats indiquent que seules les particulesde SiO₂ ayant une mouillabilitié adéquate peuvent stabiliser lécume liquide. La stabilité de lécume augmente avec unediminution de la taille de particule et avec laugmentation de leur concentration. On a étudié leffet de la température de fonte et de la concentration de particules de SiC sur la stabilisation décume daluminium du système à haute température. On a trouvé quune concentration critique de particules de SiC était nécessaire pour que lécumage se produise. La hauteur de lécume augmentait avec uneaugmentation de la concentration de particules de SiC. La stabilitéde lécume diminue avec une augmentation de la température. © 1999 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published byElsevier Science Ltd. All rights reserved.     

Estimation of liquidus temperature for B2O3- and TiO2- containing fluoride free mould fluxes from activation energy for viscous flow and DTA measurements

Abstract

Liquidus temperatures of fluoride free mould fluxes simultaneously containing B₂O₃ and TiO₂ have been estimated from two methods, the activation energy for viscous flow and the DTA technique. Generally, the liquidus temperatures determined from the two methods are in good agreement. With the increase in B₂O₃ and TiO₂ content, the variation of liquidus temperatures for fluoride free mould fluxes estimated from the two methods is consistent. As the TiO₂ content increases, liquidus temperatures of the slags initially decrease and then increase. With the increase in B₂O₃ content, the liquidus temperatures of the slags decrease. Further quenching experiments reveal that there is no crystal precipitation in the slag at the liquidus temperature determined from DTA, while some crystal can be observed in the slag at the liquidus temperature determined from the activation energy for viscous flow. Superheating and supercooling effects which could bring errors in determining liquidus temperature by using the two methods are discussed.

On a estimé les températures du liquidus de fondants sans fluorure pour moule contenant simultanément du B₂O₃ et du TiO₂, à partir de deux méthodes, l’énergie d’activation pour écoulement visqueux et la technique de DTA. Généralement, les températures de liquidus déterminées à partir des deux méthodes étaient en bon accord. Avec l’augmentation de la teneur en B₂O₃ et en TiO₂, la variation des températures de liquidus des fondants sans fluorure pour moule, estimée à partir des deux méthodes, va de pair. À mesure que la teneur en TiO₂ augmente, les températures de liquidus des scories diminuent initialement et ensuite, augmentent. Avec l’augmentation de la teneur en B₂O₃, les températures de liquidus des scories diminuent. Des expériences additionnelles de trempe révèlent qu’il n’y a pas de précipitation de cristal dans la scorie à la température de liquidus déterminée à partir du DTA, alors qu’on peut observer quelques cristaux dans la scorie à la température de liquidus déterminée à partir de l’énergie d’activation pour écoulement visqueux. On discute des effets de surchauffe et de surfusion qui peuvent conduire à des erreurs dans la détermination de la température de liquidus au moyen de deux méthodes.     

Aluminium scrap melting under different liquid aluminium flow conditions: part-I: single phase flow

The melting characteristics of aluminium (Al) scrap were studied in a pilot-scale revolving liquid metal tank (RLMT) which sits in a resistance furnace. Commercially pure Al of about 39?kg was melted in the RLMT. Experiments were carried out in a stagnant and in a revolving Al bath at different liquid metal temperatures and speeds. Cylindrical Al 6061 alloy samples were used in this experimental work. Their melting time inside the Al bath was recorded with a specially designed electrical circuit. Upon immersion of a cold cylindrical sample into liquid Al, a shell solidifies around the specimen and subsequently melts back. The time during which the shell exists around the cylinder is called shell period. The free melting period commences when the shell period ends. The thermal contact resistance (TCR) at the Al shell/cylinder interface affects how long the shell lasts. A methodology was developed to estimate this TCR. The convective heat flux from the Al bath to the cylindrical specimen influences the shell and free melting periods, and is a function of liquid Al temperature and speed. The Part I of this research work presents a baseline of Al melting measurements under single phase flow conditions, that will be compared against two phase flow conditions in Part II of this research.

On a étudié les caractéristiques de fusion de rebut d’aluminium (Al) à l’échelle pilote dans une citerne rotative de métal liquide (RLMT), située dans un four à résistance. On a fait fondre dans la RLMT environ 39?kg d’Al commercialement pur. On a effectué les expériences dans un bain stagnant ou dans un bain rotatif d’Al à diverses températures et à diverses vitesses du métal liquide. Dans ce travail expérimental, on a utilisé des échantillons cylindriques d’alliage d’Al 6061. On a enregistré leur temps de fusion dans le bain d’Al au moyen d’un circuit électrique spécialement conçu. Au moment de l’immersion d’un échantillon cylindrique froid dans l’Al liquide, une coquille se solidifie autour de l’échantillon et subséquemment, fond à son tour. La période durant laquelle la coquille existe autour du cylindre s'appelle la période de coquille. La période de fonte libre commence quand la période de coquille se termine. La résistance du contact thermique à l’interface coquille et cylindre d’Al affecte la durée de vie de la coquille. On a développé une méthodologie pour estimer cette résistance du contact thermique. Le flux de chaleur par convection du bain d’Al à l’échantillon cylindrique influence les périodes de coquille et de fonte libre, et il est une fonction de la température et de la vitesse de l’Al liquide. La première partie de ce travail de recherche présente une ligne de base des mesures de fusion de l’Al sous des conditions d’écoulement monophasé, qui sera comparée à des conditions d’écoulement biphasé dans la deuxième partie.     

Development of a model for copper converting

Abstract

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

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

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

Abstract

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

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

Direct selective leaching of chalcopyrite concentrate

The ammonium persulphate (APS) leaching of chalcopyrite concentrate in the presence of ammonium carbonate was studied. The effects of ammonium carbonate concentration, APS concentration, leaching time, leaching temperature, solid/liquid ratio and stirring speed were investigated. Optimum leaching conditions were found as follows: APS concentration is 200 g L^?1; ammonium carbonate concentration is 200 g L^?1; leaching time is 180 min; leaching temperature is 60°C; solid/liquid ratio is 0·04 g mL^?1; and stirring speed is 400 rev min^?1. Under these conditions, copper extraction yield was obtained at about 72%. Furthermore, iron extraction yield decreased with increasing ammonium carbonate concentration and iron did not pass into solution under this condition. X-ray and SEM analysis also supported these results. It was determined that the copper extraction results were satisfactory by way of all experiments were performed under atmospheric conditions (i.e. low temperature and atmospheric pressure) and achieved selective copper leaching from chalcopyrite concentrate.

On a étudié la lixiviation au persulfate d’ammonium (APS) du concentré de chalcopyrite en présence de carbonate d’ammonium. On a examiné l’effet de la concentration du carbonate d’ammonium, de la concentration d’APS, de la durée et de la température de lixiviation, du rapport solide-liquide et de la vitesse d’agitation. Les conditions optimales de lixiviation suivent: concentration d’APS?=?200 g L^?1; concentration de carbonate d’ammonium?=?200 g L^?1; durée de lixiviation?=?180 min; température de lixiviation?=?60°C; rapport solide-liquide?=?0·04 g mL^?1; et vitesse d’agitation?=?400 rpm. Avec ces conditions, le rendement d’extraction du cuivre était d’environ 72%. De plus, le rendement d’extraction du fer diminuait avec l’augmentation de la concentration de carbonate d’ammonium, qui empêchait également le fer de passer en solution. L’analyse aux rayons x et au SEM supportait également ces résultats. Grâce à toutes les expériences effectuées en conditions atmosphériques (c’est-à-dire à basse température et à pression atmosphérique), on a déterminé que les résultats d’extraction du cuivre étaient satisfaisants et qu’on obtenait une lixiviation sélective du cuivre à partir du concentré de chalcopyrite.     

Reduction behaviour of rice husk ash for preparation of high purity silicon

Abstract

The reduction of rice husk ash (RHA) silica for the preparation of high purity silicon was studied using magnesium as the reducing agent. Composite magnesium–RHA pellets with magnesium content varying 0–25 wt-% in excess of stoichiometry requirement were made and heated in the temperature range of 600–900°C under flowing argon. It was found through differential thermal analysis and temperature profile recording that the reaction of RHA silica with magnesium was triggered at ～575°C. Quantitative X-ray diffraction analyses of the reduction products showed that both initial magnesium content of the pellets and the reduction dwell temperature had a significant influence on the yield of silicon. In this study, a charge with 5 wt-% magnesium in excess of the stoichiometric amount at a reduction temperature of 900°C gave a maximum silicon yield.

On a étudié la réduction de la silice de cendre de balle de riz (RHA) dans la préparation de silicium à haut degré de pureté en utilisant du magnésium comme agent de réduction. On a fabriqué des boulettes composites de magnésium-RHA avec une teneur en magnésium variant de 0 à 25% en poids en excès des besoins de la stoechiométrie et on les a chauffées dans la gamme de température de 600 à 900°C sous un flux d’argon. On a trouvé, par analyse thermique différentielle (DTA) et par enregistrement du profil de température, que la réaction de la silice de RHA avec le magnésium était déclenchée à environ 575°C. Des analyses quantitatives par XRD des produits de réduction ont montré que tant la teneur initiale en magnésium des boulettes que la température de maintien de la réduction avaient une influence importante sur le rendement en silicium. Dans cette étude, une charge avec 5% en poids d’excès de magnésium sur la quantité stoechiométrique à la température de réduction de 900°C donnait un rendement maximal de silicium.     

Formation mechanism of IDZ during coating of IN738 by single step gas phase aluminising

Abstract

The formation mechanism of interdiffusion zone (IDZ) during gas phase aluminising of nickel based superalloy IN738LC and the effects of temperature and Al activity on the microstructure of IDZ were investigated in this research. For this purpose, a single step gas phase aluminising technique was applied for coating the surfaces of IN738LC specimens at two different processing temperatures (i.e. 850 and 1050°C) and various pack compositions. Then the coating microstructures were evaluated using a scanning electron microscope, an energy dispersive spectrometer and an X‐ray diffractometer. The results showed that at the low temperature, coating was formed by inward diffusion of Al, whereas at the high temperature, both outward diffusion of Ni and inward diffusion of Al occurred, resulting in the formation of a columnar structure or an IDZ. By increasing the Al activity in the powder mixture, it is shown that the amount of Al within the inner layer of the coating increased.

Au cours de cette recherche, on a étudié le mécanisme de formation de la zone d’interdiffusion (IDZ) lors de la calorisation en phase gazeuse du superalliage à base de nickel, IN738LC ainsi que les effets de la température et de l’activité de l’Al sur la microstructure de l’IDZ. Dans ce dessein, on a appliqué une technique de calorisation en phase gazeuse à étape unique pour revêtir les surfaces des échantillons d’IN738LC à deux températures différentes de traitement (i.e. 850 et 1050°C) et avec diverses compositions de poudre. Ensuite, on a évalué les microstructures du revêtement en utilisant les techniques du microscope électronique à balayage, de l’EDS et de l’XRD. Les résultats ont montré qu’à basse température, le revêtement était formé par diffusion de l’Al vers l’intérieur alors qu’à haute température, tant la diffusion du Ni vers l’extérieur que la diffusion de l’Al vers l’intérieur se produisaient, résultant en la formation d’une structure en colonnes ou IDZ. En augmentant l’activité de l’Al dans le mélange en poudre, on montre que la quantité d’Al à l’intérieur de la couche interne du revêtement augmentait.     

HYDROGEN REDUCTION OF INDUSTRIAL NICKEL OXIDES

Abstract

Thermal gravimetric analysis (TGA) was used to investigate the reduction behaviour of three industrial nickel oxides. Both isothermal and non-isothermal reduction experiments were carried out. Due to the low BET surface area and relative dense structure of the Goro NiO, it was reduced at a slower rate than both Tokyo NiO and Sinter 75 which were the two other nickel oxides investigated.

In the temperature range from 400 to 600 °C, the rate of reduction increased with increasing temperature and increasing hydrogen pressure. Microscopic analysis showed that in this temperature range, the reaction followed the topochemical model. When the temperature was increased to 700 and 800 °C, the reduction rate decreased noticeably. Microscopy showed inner bands of metallization inside the outer metallic rim seen at lower temperatures indicating partial blockage of the interface between the reacted and unreacted NiO core.

On a utilisé la gravimétrie thermique (TGA) pour étudier le comportement de réduction de trois oxydes de nickel industriels. On a effectué des expériences de réduction isotherme et non isotherme. À cause de la faible superficie BET et de la structure relativement dense du NiO Goro, celui-ci était réduit à un taux plus faible que le NiO Tokyo ou le Sinter 75, les deux autres oxydes de nickel étudiés.

Dans la gamme de température de 400 à 600 °C, le taux de réduction augmentait avec une augmentation de la température et une augmentation de la pression d’hydrogène. L’analyse de microscopie a montré que dans cette gamme de température, la réaction suivait le modèle topochimique. Lorsqu’on augmentait la température à 700 et à 800 °C, le taux de réduction diminuait significativement. La microscopie a montré des bandes internes de métallisation à l’intérieur de la bordure métallique externe observée aux plus basses températures, indiquant un blocage partiel de l’interface entre la région ayant réagi et le noyau de NiO n’ayant pas réagi.     

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.     

ELECTROLYSIS OF LIQUID FAYALITE SLAGS

Abstract

Electrolysis of liquid fayalite slags was carried out at 1250 °C using a liquid copper cathode and an inert platinum anode. At the cathode, iron precipitated with a current efficiency above 55%. The cathodic current efficiency decreased with increasing slag magnetite content. When Cu₂O was added to the slag, metallic copper was formed at the cathode with current efficiencies as high as 80%. In terms of the recovery of copper from metallurgical slags, electrolysis would be most beneficial for slags with a high dissolved copper content such as slags from direct to copper smelting.

Over time, the cell voltage decreased due to an increase in the effective surface area of the anode and also partly due to an increase in the slag conductivity due to increasing magnetite content. The increasing anode area was caused by a magnetite-rich deposit forming around the platinum wire anode.

On a effectué l’électrolyse de laitiers de fayalite liquides à 1250 °C en utilisant une cathode en cuivre liquide et une anode inerte en platine. Le fer était précipité à la cathode avec un rendement du courant au-dessus de 55%. Le rendement du courant cathodique diminuait avec une augmentation de la teneur en magnétite du laitier. Lorsqu’on ajoutait du Cu₂O au laitier, du cuivre métallique se formait à la cathode avec des rendements de courant aussi élevés que 80%. En ce qui concerne la récupération du cuivre à partir des laitiers métallurgiques, l’électrolyse serait davantage bénéfique pour des laitiers ayant une teneur élevée en cuivre dissous, comme des laitiers du traitement direct de fonte de cuivre.

Avec le temps, le voltage de la cellule diminuait à cause d’une augmentation de la superficie efficace de l’anode et aussi en partie à cause d’une augmentation de la conductivité du laitier résultant d’une augmentation de la teneur en magnétite. L’augmentation de la superficie de l’anode était causée par un dépôt riche en magnétite qui se formait autour du fil en platine de l’anode.     

Extraction and permeation of cadmium ions through supported liquid membrane impregnated with mixtures of D2EHPA and M2EHPA

Abstract

The use of an organic carrier consisting of di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid (D2EHPA) and mono-(2-ethylhexyl) phosphoric acid (M2EHPA), diluted in kerosene, for separation of cadmium through a supported liquid membrane (SLM) was investigated. The extraction percentage of cadmium and permeability coefficients rose by increasing M2EHPA and feed phase concentration. By increasing the volume percentage of M2EHPA, the permeability coefficient of cadmium increased to a maximum value of 8 cm s^?1 at 1·5 vol.-% declining at higher volume percentages. The permeability of cadmium ions through the SLM decreased with time. The permeation coefficient increased as the initial cadmium concentration increased.

On a étudié l’utilisation d’un support organique consistant d’acide phosphorique di-(2-éthylhexyle) (D2EHPA) et mono-(2-éthylhexyle) (M2EHPA), dilué dans du kérosène, pour la séparation du cadmium à travers une membrane liquide supportée (SLM). Le pourcentage d’extraction du cadmium et les coefficients de perméabilité s’élevaient avec l’augmentation du M2EHPA et de la concentration de la phase d’alimentation. En augmentant le % de volume de M2EHPA, le coefficient de perméabilité du cadmium augmentait à une valeur maximale de 8 cm s^?1 à un volume de 1·5% et déclinait à des % plus élevés du volume. La perméabilité des ions de cadmium à travers la SLM diminuait avec le temps. Le coefficient de perméation augmentait avec l’augmentation de la concentration initiale de cadmium.     

Evolution of primary α-Al particles during isothermal transformation of rheocast semi solid metal billets of A356 Al–Si alloy

Semi solid metal (SSM) processing is a relatively new technology for metal forming, different from the conventional metal shaping technologies that use either solid or liquid metals as the starting material. Semi solid metal processing deals with semi solid slurries, in which non-dendritic solid particles are dispersed in a liquid matrix. The solid volume fraction could vary between 0·1–0·5 with apparent viscosity close to that of liquid state. The slurry flows easily under pressure and makes complicated shapes with high degree of die filling and integrity. There are different ways to prepare SSM slurries including the application of direct or indirect mechanical stirring, chemical treatments of the melt, and manipulation of pouring temperature.

One of the important parameters controlling the mechanical and flow characteristics of SSM billets is the morphology of the primary solid phase, e.g. α-Al for Al–Si alloys. The morphological evolution of primary α-Al particles of SSM processed A356 Al–Si billets is studied with variant soaking times, 0–480 s, at 595°C, i.e. 0·33 fraction solid before the applied compression force. The effect of applied compression force of 33 kgf on the evolution of dendritic morphology was also investigated at the same temperature and within the same holding time range. The microstructure was characterised quantitatively and showed that spheroidisation and coarsening are active during the course of treatment with the application of compressive forces bringing about further refinement.

Le traitement de métal à l’état semi-solide (SSM) est une technologie relativement nouvelle de formage des métaux, différente des technologies conventionnelles de façonnage des métaux qui utilisent des métaux soit à l’état solide ou liquide comme matériel de départ. Le traitement SSM traite des coulis à l’état semi-solide, dans lesquels des particules solides non-dendritiques sont dispersées dans une matrice liquide. La fraction volumique du solide peut varier entre 0·1 et 0·5, avec une viscosité apparente proche de celle de l’état liquide. Le coulis s’écoule facilement sous pression en des formes compliquées avec un haut degré de remplissage du moule et d’intégrité. Il existe différentes façons de préparer les coulis de SSM, incluant l’application d’agitation mécanique directe ou indirecte, les traitements chimiques du bain et la manipulation de la température de coulage.

L’un des paramètres importants contrôlant les caractéristiques mécaniques et d’écoulement des billettes de SSM est la morphologie de la phase solide primaire, par exemple Al-α dans les alliages d’Al–Si. On a étudié l’évolution morphologique des particules primaires d’Al-α de billettes traitées en SSM d’Al–Si A356, avec des temps d’incubation variant de 0 à 480 s, à 595°C – c’est-à-dire fraction solide de 0·33 avant la force appliquée en compression. On a également examiné l’effet de la force de compression appliquée de 33 kgf sur l’évolution de la morphologie dendritique, à la même température et dans la même gamme de temps de rétention. On a caractérisé quantitativement la microstructure et l’on montre que la sphéroïdisation et le grossissement sont actifs tout au long du traitement, l’application de forces compressives amenant davantage d’affinement.