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.     

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.     

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.     

RESIDENCE TIME OF METAL DROPLETS IN SLAG-METAL-GAS EMULSIONS THROUGH TOP GAS BLOWING

Abstract

A mathematical model for evaluating the residence time of metal droplets in slag-metal-gas emulsions through top gas blowing is proposed. The model is based on the equation of accelerated moving bodies in a moving fluid. The parameters used in the model are based on the available data from both room and high temperature experiments. Using the proposed model provides a formal way to extend the experimental results of the residence time of the droplets for an evaluation of the conditions in an industrial furnace. This connects theoretical understanding, experimental results and plant data in to a coherent and quantitative model of the process.

On propose un modèle mathématique pour évaluer le temps de séjour de gouttelettes de métal dans des émulsions de scorie–métal–gaz par soufflage de gaz vers le haut. Le modèle est basé sur l’équation des corps accélérés en mouvement dans un fluide en mouvement. Les paramètres utilisés dans le modèle sont basés sur les données disponibles provenant tant d’expériences à la température de la pièce qu’à hautes températures. Utilisant le modèle proposé fournit une manière formelle d’étendre les résultats expérimentaux du temps de séjour des gouttelettes à une évaluation des conditions dans un four industriel. Ceci rattache la compréhension théorique, les résultats expérimentaux et les données de l’usine en un modèle cohérent et quantitatif du procédé.     

Influence of process parameters on reduction contours during production of ferrochromium in submerged arc furnace

Abstract

Contours of iso‐reduction lines in the submerged arc furnace producing ferrochromium were constructed using a mathematical model based on the temperature profile inside the furnace and the kinetics of reduction of chromite ores. The location and the contours of the iso‐reduction lines are significantly influenced by the temperature profile in the furnace. From the model, it is found that ～27% of the furnace volume is used for the reduction of the ore. The contours are significantly influenced by the degree of pre‐reduction of the ore charged into the furnace. The iso‐reduction lines can be used for enhancing the efficiency of the process and for better control of the operation exploiting options such as intelligent distribution of charge materials over the charge bed.

On a construit des lignes de contour d’iso‐réduction dans le four à arc submergé produisant du ferrochrome en utilisant un modèle mathématique basé sur le profil de température à l’intérieur du four et sur la cinétique de réduction des minerais de chromite. La localisation et les contours des lignes d’iso‐réduction sont influencés significativement par le profil de température dans le four. À partir du modèle, on a trouvé qu’environ 27% du volume du four était utilisé pour la réduction du minerai. Les contours sont influencés significativement par le degré de pré‐réduction du minerai chargé dans le four. On peut utiliser les lignes d’iso‐réduction pour augmenter le rendement du traitement et pour mieux contrôler les options d’exploitation de l’opération comme la distribution intelligente des matériaux de la charge sur le lit de chargement.     

A FIRST PRINCIPLE SIMULATOR OF AN IRON OXIDE PELLET INDURATION FURNACE – AN APPLICATION TO OPTIMAL TUNING

Abstract

First principle models are useful tools to increase the comprehension of complex processes such as the hematite pellet induration furnace that is simulated in this study. The first principle model of the furnace integrates heat transfer phenomena between the solids and the gas, mass transfer phenomena due to the pellet drying, coke combustion, carbonate decomposition, magnetite oxidation, gas flow phenomena in the pellet bed and piping system as well as pellet sintering mechanisms. A steady state simulator was constructed that generates gas and pellet temperatures in the pellet bed and gas flow rates and pressures in the different zones of the furnace. The simulator also calculates the statistical distribution of the sintered pellet mechanical properties. The simulator capabilities are illustrated by several optimization tests using different performance criteria and constraints. These simulation tests help to generate furnace operating guidelines to select air flow and fuel distributions inside the furnace as well as the grate speed and the bed height.

Les modèles phénoménologiques sont des outils puissants pour la compréhension des procédés à comportements complexes comme le four de frittage de boulettes d’hématite qui fait l’objet de cette étude de simulation. Le modèle décrit les phénomènes de transfert de chaleur entre le gaz et les solides, les phénomènes de transfert de masse se produisant dans les réactions chimiques comme le séchage, la combustion du coke, la calcination des fondants, l’oxydation de la magnétite, les phénomènes d’écoulement des gaz dans les tuyauteries et à travers le lit de boulettes, et enfin les phénomènes de frittage. Un simulateur est construit permettant de simuler les régimes stationnaires de fonctionnement du four et donc de générer les températures et pression du gaz ainsi que les températures des boulettes en tout point du lit de boulettes. Le simulateur génère aussi la distribution de la résistance en compression des boulettes frittées. L’utilisation du simulateur est illustrée succinctement pour aider à la conduite de l’opération, déterminer les goulots d’étranglement limitant son fonctionnement et rechercher un réglage optimal du four pour différents critères de performance contraints.     

PERFORMANCE OF HIGH REFLECTANCE MULTIPLE LAYERED THERMAL BARRIER COATING SYSTEMS

Abstract

Afurther increase in gas turbine engine temperature necessitates a continuous development and advancement of thermal barrier coatings. While tremendous effort has been devoted to developing new thermal barrier coating materials and processing methods in order to decrease the thermal conductivity, limited attention has been paid to radiative thermal transport through coatings. It is the purpose of this study to develop a new multiple layered coating structure that can be used to effectively reduce both the radiative thermal transport as well as thermal conductivity and to demonstrate the mechanism and performance of the proposed multiple layered coating structure. Mathematical modelling based on multiple beam interference and simulation results are presented.

Une augmentation supplémentaire de la température de la turbine à gaz nécessite le développement et l’avancement continu des revêtements pour barrière thermique. Alors qu’on a dévolu un effort remarquable au développement de nouveaux matériaux de revêtement pour barrière thermique et aux méthodes de traitements afin de diminuer la conductivité thermique, on a peu porté attention à la transmission thermique radiative à travers les revêtements. C’est le but de cette étude de développer une nouvelle structure de revêtement multicouche, que l’on peut utiliser pour réduire efficacement tant la transmission thermique radiative que la conductivité thermique, et de démontrer le mécanisme et le rendement de la structure proposée de revêtement multicouche. On présente un modèle mathématique basé sur l’interférence à faisceaux multiples ainsi que les résultats de la simulation.     

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.     

Fuzzy logic model of lime enhanced hydrogen reduction of cuprous sulphide

Traditional methods for metal extraction from sulphide minerals cause environmental pollutions. In recent decades, direct hydrogen reduction in the presence of lime has attracted an increasing attention among metal-sulphide separation methods. This study aimed to represent an alternative technique for the modelling lime enhanced direct hydrogen reduction process with a fuzzy logic model. The focus of this paper is to find a well defined relationship among the vital variables including bulk temperature, ratio of molar quantities of the solid reactants, pellet diameter, porosity, sulphide particle size, weight loss of the pellet, sulphur fixation in the pellet, and reaction completion time using a fuzzy logic model scheme. Finally, the results predicted by the fuzzy logic model were evaluated and validated against a mathematical model and experimental data.

Les méthodes traditionnelles d’extraction du métal à partir de minéraux sulfureux engendrent une pollution environnementale. Dans les dernières décennies, on a porté une plus grande attention à la réduction directe de l’hydrogène en présence de chaux, parmi les méthodes de séparation du métal-sulfure. Cette étude avait pour but de représenter une technique de rechange pour la modélisation du procédé de réduction directe de l’hydrogène, augmentée par la chaux, au moyen d’un modèle de logique floue. Le point central de cet article est de trouver une relation bien définie parmi les variables vitales, incluant la température globale, le rapport des quantités molaires des réactants solides, le diamètre des boulettes, la porosité, la taille de particule du sulfure, la perte de poids de la boulette, la fixation du soufre dans la boulette et le temps d’exécution de la réaction en utilisant un schéma de modèle de logique floue. Finalement, on a évalué et validé les résultats prédits par le modèle de logique floue contre un modèle mathématique et des données expérimentales.     

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.     

Physical chemistry of copper smelting slags and copper losses at the Paipote smelterPart 1 – Thermodynamic modelling

Abstract

Thermodynamic modelling was used in conjunction with the results of a sampling campaign to investigate the liquidus temperature and the copper losses in slag from the Teniente converter (TC) and from the slag cleaning electrical furnace (EF) at the Paipote smelter in Chile. The present paper (Part 1) describes the smelter flow sheet and discusses the results of thermodynamic calculations. The impact of process parameters such as the Fe/SiO₂ ratio, the minor oxide levels in slag (CaO, Al₂O₃, MgO and ZnO), the sulphur dioxide partial pressure p(SO₂), temperature and matte composition were examined with respect to the slag liquidus and copper level in the slags. The operating window of the Paipote TC to produce good slag quality correspond to a vessel temperature between 1200 and 1250°C, and an Fe/SiO₂ ratio in slag between 1·5 and 1·8 when the iron content of the matte is in the range of 3–6 wt-%Fe (or 76·5–73·2 wt-%Cu). Under these conditions, the TC slag (average total copper in slag ～6 wt-%Cu) contains less than 1 wt-%Cu as soluble copper with approximately 90% of total copper in the slag is entrained matte; it is noted that 0–10 wt-% solid magnetite is in suspension in the slag. As regards the EF, over the nominal temperature range from 1200 and 1270°C, the EF slag is fully molten over a wide range of Fe/SiO₂ ratios for slag containing the present level of minor oxides. An operating temperature of about 1225°C and a Fe/SiO₂ ratio in the range 1·4–1·8 are considered good conditions for optimum EF performance. The EF slag typically averages 0·82 wt-%Cu and it was estimated that under present conditions, about 50% of this copper was as soluble copper with the balance as entrained matte.

La modélisation thermodynamique a été utilisée en conjonction avec les résultats d’une campagne d’échantillonnage pour examiner la température de liquidus et les pertes en cuivre dans le laitier du convertisseur de Teniente (TC) et du four électrique (EF) de nettoyage du laitier de la fonderie de Paipote au Chili. Le présent article (1^iere Partie) décrit le schéma du procédé de la fonderie et discute les résultats des calculs thermodynamiques. On a examiné l’impact des paramètres du procédé, comme le rapport Fe/SiO2 dans le laitier, le niveau de CaO, Al2O3, MgO et ZnO dans le laitier, la pression partielle du dioxyde de soufre p(SO2), la température et la composition de la matte, sur le líquidus du laitier et sur le niveau de cuivre soluble dans le laitier. La fenêtre d’opération du TC de Paipote permettant de produire une bonne qualité de laitier correspond à une température entre 1200 et 1250C et à un rapport Fe/SiO2 dans le laitier entre 1·5–1·8 lorsque la teneur en fer de la matte est dans la gamme de 3 à 6% en poids (ou 76·5 à 73·2%Cu). Sous ces conditions, le laitier du TC contenant un cuivre moyen total d’environ 6% contient moins que 1% en poids de Cu sous forme de cuivre soluble. Ce rapport permet de déduire qu’approximativement 90% du cuivre total dans le laitier est sous forme de matte entraînée. On note également qu’entre 0 et 10% en poids de magnétite solide est en suspension dans le laitier, dans les conditions normales d’opération. En ce qui concerne le EF, le laitier est complètement fondu sur une large gamme de rapports de Fe/SiO2 pour une température comprise entre 1200 à 1270°C en considérant les niveaux actuels en CaO, Al2O3, MgO et ZnO dans le laitier. Une température de fonctionnement d’environ 1225C et un rapport Fe/SiO2 dans une gamme de 1·4 à 1·8 sont considérés comme des bonnes conditions pour le rendement optimal du EF. Le laitier du EF contient typiquement une moyenne de 0·82% Cu et l’on a estimé que sous les conditions présentes, environ 50% de ce cuivre se trouvait sous la forme de cuivre soluble, le reste étant sous la forme de matte entraînée.     

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.     

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.     

Mechanism of explaining liquid friction and flux consumption during non‐sinusoidal oscillation in slab continuous casting mould

Abstract

The mechanism of explaining liquid friction and flux consumption in a non‐sinusoidal oscillation mould is expounded by proposing a series of indices for estimating interface phenomena between mould and metal in meniscus and calculating the effect of non‐sinusoidal oscillation parameters on these indices. The results show that the liquid flux is periodically infiltrated into the gap between oscillating mould and withdrawing slab by the negative pressure caused by widening flux channel from the last stage of positive strip time to the last stage of negative strip time. The surface cracks on the slab, even breakout, are formed during the positive strip time and existing surface cracks can be healed within the cumulative negative strip time. The casting performances were improved by decreasing oscillation frequency and increasing amplitude and non‐sinusoidal oscillation factor.

On explique la friction liquide et la consommation de flux dans une coquille à oscillation non‐sinusoïdale en proposant une série d’indices pour estimer les phénomènes d’interface entre la coquille et le métal dans le ménisque et pour calculer l’effet des paramètres d’oscillation non‐sinusoïdale sur ces indices. Les résultats montrent que le flux liquide s’infiltre périodiquement dans l’espace entre la coquille oscillante et la brame en retrait par la pression négative causée par l’élargissement du canal de flux à partir de la dernière étape de temps positif de démoulage jusqu’à la dernière étape de temps négatif de démoulage. Les fissures de surface de la brame, et même la percée, sont formées lors du temps positif de démoulage et les fissures de surface existantes peuvent être réparées lors du temps négatif cumulatif de démoulage. Le rendement du moulage s’améliorait en diminuant la fréquence d’oscillation et en augmentant l’amplitude et le facteur d’oscillation non‐sinusoïdale.     

THE CaSO4-CaO-Ca3(AsO4)2 PHASE DIAGRAM

Abstract

The phase diagram of the CaSO₄-Ca₃(AsO₄)2-CaO system was measured by differential thermal analysis and by an equilibration and quenching technique. A thermodynamic model was developed giving the Gibbs energy of every phase as a function of temperature and composition. A new ternary compound was observed with a composition near Ca5As2SO13. The Modified Quasichemical Model was used for the liquid solution. Optimized model parameters were obtained by assessing of all available thermodynamic and phase equilibrium data. The model reproduces all the data within experimental error limits. The model was used to calculate the liquidus surface over the temperature range of industrial interest.

Le diagramme de phases CaSO₄-Ca₃(AsO₄)2-CaO a été mesuré par analyse thermique différentielle et par une technique d’équilibration et de trempe. Un modèle thermodynamique a été développé donnant l’énergie de Gibbs pour toutes les phases dans ce système en fonction de la température et de la composition. Une nouvelle phase solide a été observée ayant une composition proche du Ca5As2SO13. La dernière version du modèle quasichimique a été utilisée pour la phase liquide. Les paramètres du modèle ont été obtenus par optimisation en tenant compte de toutes les données thermodynamiques et d’équilibres de phases disponibles pour ce système. Le modèle reproduit toutes les données à l’intérieure des erreurs expérimentales. Le modèle a été utilisé pour calculer la projection du liquidus du système CaSO₄-Ca₃(AsO₄)2-CaO à des températures pouvant être utilisées dans l’industrie.     

Optimisation of metallurgical performance of industrial flotation column using neural network and gravitational search algorithm

Abstract

Extensive advances in computational techniques allowed researchers to develop new search strategies to be used in function optimisation problems. In the present study, an optimisation algorithm, which is called gravitational search algorithm (GSA), and neural networks are integrated to optimise the metallurgical performance of an industrial flotation column at a copper concentrator. In this optimisation algorithm, a collection of masses interact with each other based on the Newtonian gravity and the laws of motion. Accordingly, an industrial flotation column is operated at different operating conditions (i.e. gas velocity, slurry solids %, frother dosage and froth depth) and its metallurgical efficiency is modelled using neural networks. The developed neural network models are used as objective functions for optimisation by GSA. The obtained results indicate that industrial operations can be successfully modelled and optimiszed by applying intelligent techniques.

L’avancement extensif des techniques informatiques a permis aux chercheurs de développer de nouvelles stratégies de recherche à utiliser dans les problèmes d’optimisation de fonction. Dans cette étude, on intègre un algorithme d’optimisation, qui s’appelle Algorithme de Recherche Gravitationnelle (GSA), et des réseaux neuronaux pour l’optimisation du rendement métallurgique d’une colonne industrielle de flottation, à un concentrateur de cuivre. Dans cet algorithme d’optimisation, une collection de masses interagissent, en se basant sur la gravité newtonienne et sur les lois du mouvement. Ainsi, on opère une colonne industrielle de flottation avec différentes conditions de fonctionnement (c’est-à-dire vitesse du gaz, % en solides de la suspension, dose de l’agent moussant et profondeur de l’écume) et l’on modélise son efficacité métallurgique en utilisant les réseaux neuronaux. On utilise les modèles développés du réseau neuronal comme fonctions objectives pour l’optimisation par le GSA. Les résultats obtenus indiquent que l’on peut modéliser avec succès et optimiser les opérations industrielles en appliquant des techniques intelligentes.     

Role of ferric ions in bioleaching of uranium from low tenor Indian ore

Abstract

The role of biogenic ferric ions in leaching of uranium by Acidithiobacillus ferrooxidans from a low grade ore of Turamdih mines, India, has been investigated. Using the enriched culture of bacterial isolate containing mainly A. ferrooxidans from the source mine water, biorecovery of 98% uranium at 20% (w/v) pulp density, pH 1·7 and 35°C temperature using <76 μm particles in 40 days was obtained. The effect of temperature on bioleaching of uranium showed higher recovery at 35°C. The uranium dissolution was facilitated by iron(III) available in the leach liquor because of bacterial oxidation of pyrite and chemical dissolution of magnetite present in the ore under acidic conditions. The biogenically generated Fe(III) ions enhanced uranium dissolution from the uraninite ore. The bioleaching of uranium appeared to follow a chemical control kinetic model with the reaction of lixiviant, Fe(III) and acid on the surface of the solid in the temperature range 25–35°C. Phase identification by XRD and the study of surface morphology of the ore and the residue by SEM study corroborated the above mechanism of uranium leaching.

On a étudié le rôle des ions ferriques biogènes dans la lixiviation de l’uranium par A. ferrooxidans d’un minerai pauvre des mines de Turamdih, en Inde. En utilisant la culture enrichie d’isolat bactérien contenant principalement Acidithiobacillus ferrooxidans de l’eau de source de la mine, on a obtenu une biorécupération de 98% d’uranium à 20% de densité de la pulpe (poids/vol), avec un pH de 1·7 et une température de 35°C, en utilisant des particules de <76 μm, en 40 jours. L’effet de la température sur la biolixiviation de l’uranium montrait une récupération plus élevée à 35°C. La dissolution de l’uranium était facilitée par le fer(III), disponible dans la liqueur de lixiviat grâce à l’oxydation bactérienne de la pyrite et à la dissolution chimique de la magnétite présentes dans le minerai en conditions acides. Les ions Fe(III) engendrés biogéniquement augmentaient la dissolution de l’uranium du minerai d’uraninite. La biolixiviation de l’uranium semblait suivre un modèle cinétique à contrôle chimique avec la réaction du lixiviant – Fe(III) et de l’acide à la surface du solide dans la gamme de température de 25 à 35°C. L’identification de phase par XRD et l’étude de la morphologie de la surface du minerai et du résidu par étude au SEM corroboraient le mécanisme ci-dessus de lixiviation de l’uranium.     

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.     

Leaching chalcopyrite with sodium chlorate in hydrochloric acid solution

Abstract

Sodium chlorate was used as an oxidant for the chalcopyrite leaching in a hydrochloric acid solution. The hydrochloric acid concentration has an important effect on the dissolution of chalcopyrite. The results indicate that stirring speed has a negligible effect on copper dissolution, suggesting that the reaction is not controlled by liquid phase diffusion. Chalcopyrite leaching is also affected by temperature. X-ray diffraction studies show that sulphide is oxidised to sulphate at temperatures less than or equal to 65°C, and at 85°C, it is oxidised to elemental sulphur during the leaching process. Studies of the effect of temperature on dissolution indicate that the leaching process is highly dependent on temperature for the range of 25–65°C. This result is consistent with the values for the activation energy at 25–45°C (60·0 kJ mol^?1) and 45–65°C (57·7 kJ mol^?1). Within these temperature ranges, the leaching process is controlled by a chemical reaction. However, at temperatures of 65–85°C, the activation energy in (0–180 min) is 28·17 kJ mol^?1, which suggests that the reaction is diffusion and chemically controlled during this stage. During the last stage (180–300 min) of the process at 65–85°C, the activation energy is only 0·55 kJ mol^?1. At this point, it appears that diffusion predominates. Scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy results are consistent with the abovementioned kinetic data.

On a utilisé du chlorate de sodium comme oxydant pour le lessivage de la chalcopyrite dans une solution d’acide chlorhydrique. La concentration de l’acide chlorhydrique a un effet important sur la dissolution de la chalcopyrite. Les résultats indiquent que la vitesse d’agitation a un effet négligeable sur la dissolution du cuivre, suggérant que la réaction ne serait pas contrôlée par la diffusion en phase liquide. Le lessivage de la chalcopyrite est également affecté par la température. Des études de diffraction des rayons X ont montré que le sulfure était oxydé en sulfate à des températures égales à ou à moins de 65°C, et à 85°C, il était oxydé en soufre élémentaire lors du procédé de lessivage. Les études de l’effet de la température sur la dissolution indiquent que le procédé de lessivage est hautement dépendant de la température dans la gamme de 25 à 65°C. Ce résultat est compatible avec les valeurs de l’énergie d’activation à 25–45°C (60·0 kJ mol^?1) et à 45–65°C (57·7 kJ mol^?1). Dans ces gammes de température, le procédé de lessivage est contrôlé par une réaction chimique. Cependant, à des températures de 65 à 85°C l’énergie d’activation au début (0–180 min) est de 28·17 kJ mol^?1, ce qui suggère que la réaction est contrôlée par diffusion et chimiquement lors de cette étape. Lors de la dernière étape (180–300 min) du procédé à 65–85°C, l’énergie d’activation est seulement de 0·55 kJ mol^?1. À ce point, il semble que la diffusion domine. Les résultats de microscopie électronique à balayage et de spectroscopie à dispersion d’énergie sont compatibles avec les données cinétiques mentionnées ci-haut.     

A chemical equilibrium model of the imperial smelting blast furnace

Abstract

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

Zn(g) +CO₂ = ZnO +CO (1)

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

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

Résumé

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

Zn(g) +CO₂ = ZnO +CO (1)

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

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