Refining Process of Aluminium Conducted in Continuous Reactor - Physical Model

• Autorzy: Saternus M. , Botor J.

Warianty tytułu

PL

Rafinacja aluminium w reaktorze ciągłym - model fizyczny

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Primary and secondary aluminium after receiving process contains many impurities. The most effective way to remove them, especially hydrogen, is the barbotage process. It can be carried out in the bath and continuous reactors. Such reactors become more and more popular. Phenomenon taking place during the barbotage process are very complex, however they should be familiar if the best results of refining process are to be obtained. Physical modelling is an appropriate method to learn something about barbotage process. If the kinetic, dynamic, heat and geometrical similarities of the model and real object are kept, physical modelling gives opportunity to observe what happens during the process. For the purpose of the research the test stand for physical modelling of aluminium refining process in URC-7000 continuous reactor was built. The examination of oxygen removal from modelling agent was carried out as an analogy of hydrogen desorption from liquid aluminium. Water was used as a modelling agent. The flow rate of water was steady whereas the flow rate of refining gas was changing from 2 to 30 dm3/min. The obtained results (pictures taken by the digital camera) were juxtaposed in the tables. Four different patterns of gas dispersion in the liquid aluimnium (minimum, intimate, uniform and overdispersion) are known. The obtained results were divided into the adequate dispersion type according to their characteristics and as a consequence, the range of the flow rate of refining gas was selected to this dispersion type. Carried out research allowed to choose the optimal parameters of the aluminium refining process by means of URC-7000 reactor. This choice let to control this process in the most effective way

PL

Zarówno aluminium pierwotne, jak i wtórne zawierą po procesie otrzymywania wiele zanieczyszczeń takich jak wodór, tlenki, węgliki, sód, wapń itd. Proces barbotażu jest w chwili obecnej jedną z najlepszych metod usuwania tych zanieczyszczeń, zwłaszcza wodoru. Proces ten można prowadzić w reaktorach cyklicznych, badz ciagłych, przy czym te ostatnie stają się coraz bardziej popularne. W trakcie procesu barbotażu zachodzi szereg skomplikowanych zjawisk. Wiedza o tych zjawiskach pozwala osiagać dobre wyniki odgazowania ciekłego aluminium i jego stopów. Jedna z powszechnie stosowanych metod do poznania zjawisk zachodzących w ciekłym metalu w trakcie przedmuchiwania pęcherzykami gazowymi jest metoda modelowania fizycznego. Aby rezultaty uzyskiwane z tego typu badań były reprezentatywne i mogły zostać przeniesione na warunki rzeczywiste, modele fizyczne budowane są według ściśle określonych zasad wynikających z teorii podobieństwa (zachowanie kryteriów podobieństwa zarówno geometrycznego, jak i dynamicznego dla czynnika modelującego). Badania modelowe zostały przeprowadzone w laboratorium Katedry Metalurgii Politechniki Śląskiej. Zbudowane urządzenie do badań modelowych pozwala na symulowanie warunków panujących w ciekłym metalu podczas rafinacji metodą barbotażu w reaktorze URC-7000. Jako czynnik modelujący stosowano wodę. W urządzeniu usuwano tlen rozpuszczony w wodzie jako analogie procesu desorpcji wodoru z aluminium. Badania modelowe wykonano zmieniając natężenie przepływu gazu rafinujacego w zakresie od 2 dm3/min do 30 dm3/min. Prędkość przepływu wody w reaktorze była ustalona i wynosiła 11 dm3/min. Wyniki prób (rejestrowane fotograficznym aparatem cyfrowym) zestawiono w odpowiednich tabelach. Znane są cztery schematy przepływu gazu w ciekłym metalu i ich stopien dyspersji w przypadku reaktorów, w których gaz jest wprowadzany do metalu poprzez kształtkę gazoprzepuszczalną (dyspersja minimalna, dokładna, równomierna i nadmierna). Otrzymane wyniki przypisano do odpowiedniego rodzaju dyspersji i dobrano zakres natężenia przepływu gazu rafinujacego. Przeprowadzone badania pozwoliły na dobór optymalnych parametrów procesu rafinacji aluminium i jego stopów przy pomocy reaktora URC-7000, umożliwiając w ten sposób sterowanie tym procesem.

Słowa kluczowe

EN

aluminium; refining process; continuous reactor; physical model

PL

aluminium; rafinacja; reaktor ciągły; model fizyczny

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 55, iss. 2
• Strony: 463--475
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Saternus M.

autor

Botor J.

• SILESIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, 40-019 KATOWICE, 8 KRASINSKIEGO STR., POLAND

Bibliografia

• [1] C. J. Simensen, G. Berg, A survey of inclusions in aluminium, Aluminium 5(56), 335-340 (1980).
• [2] T. Stuczyński, A. Wojciechowska, Jakość ciekłego metalu a ochrona środowiska - dylemat zakładów przetwórstwa aluminium, Konferencja Aluminium, Mogilany, (1991).
• [3] X.-G. Chen, F.-J. Klinkenberg, S. Engler, Optimization of the impeller degassing process through continuous hydrogen measurement, Light Metals, TMS, 1215- 222 (1995).
• [4] M. B. Taylor, Molten metal fluxing/treatment: how best to achieve the desired quality requirements, Aluminium, 1/2 (79), 44-50 (2003).
• [5] M. Saternus, J. Botor, Rafinacja aluminium gazami obojętnymi, Rudy Metale, 4(48), 154-160 (2003).
• [6] M. Saternus, M. Obcarski, J. Botor, Physical Model of the Barbotage Process of Aluminium, Archives of Metallurgy and Materials, 2(51), 289-297 (2006).
• [7] J. Botor, M. Saternus, K. Onopiak, The dispersed phases in extractive metallurgy, Research in Polish Metallurgy at the beginning of XXI Century, Committee of Metallurgy of The Polish Academy of Sciences, Publishing House “AKAPIT”, Kraków, 3-32 (2006).
• [8] J. A. Clulumpner, R. E. Hershey, W. L. Hoffman, MINTr - An in-line Melt Purification System: Predicting Commercial Performance with Aluminium Alloys, Light Metals, TMS, 815-819 (1986).
• [9] J. A. Clumpner, J. E. Dore, W. L. Hoffman, MINTTM - A New Aluminium Melt in-line Treatment System, Light Metals, TMS, 751-757 (1981).
• [10] J. T. Bopp, D. V. Neff, E. P. Stankiewicz, Degassing MulticastTM Filtration System (DMC) - New Technology for Producing High Quality Molten Metal, Light Metals, TMS, 729-736 (1987).
• [11] R. Dumont, M. Litalien, P. Waite, The Alcan Filte Degasser: A New in-line Metal Treatment Technology, Light Metals, TMS, 1077-1084 (1992).
• [12] J. G. Stevens, Yu Ho A Computer Model Investigation of the Effects of Operation Parameters on the Hydrogen Removal Rate in the Alcoa 622 Process, Light Metals, TMS, 1023-1029 (1992).
• [13] J.-D. Bornard, K. Bauxmann, DUFI: A Concept of Metal Filtration, Light Metals, TMS, 1249-1260 (1985).
• [14] Urządzenie do rafinacji ciagłej URC -7000 - dokumentacja techniczno - ruchowa, IMN - OML Skawina, (2003).
• [15] http://www.imn.skawina.pl/polska/index.php?pid=1025, 1.06.2009.
• [16] O. J. Ilegbusi ,M. Iguchi, W. Wahnsiedler, Mathematical and Physical Modeling of Materials Processing Operations, Chapman & Hall. CRC, Boca Raton, (1999).
• [17] M. Iguchi, T. Nakatani, H. Tokunaga, The Shape of Bubbles Rising near the Nozzle Exit in Molten Metal Baths, Metall. Trans. 28B, 417-423 (1997).
• [18] A. Alexiadis, P. Gardin, J. F. Domgin, Spot Turbulence, Breakup, and Coalescence of Bubbles Released from a Porous Plug Injector into a Gas-Stirred Ladle, Metall. Trans. 35B, 949-956 (2004).
• [19] H. Bai, B. G. Thomas, Bubble Formation during Horizontal Gas Injection into Downward-Flowing Liquid, Metall. Trans. B, 32 B, 1143-284 (2001).
• [20] J. Falkus, Fizyczne i matematyczne modelowanie procesów mieszania kąpieli metalowej w reaktorach metalurgicznych, Rozprawy i Monografie nr 71, Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne, Kraków, (1998).
• [21] L. Muller, Zastosowanie analizy wymiarowej w badaniach modeli, PWN, Warszawa, (1983).
• [22] J. Pieprzyca, Z. Kudlinski, Modelowanie fizyczne wybranych zjawisk w procesie COS, Matematyczne i fizyczne modelowanie zjawisk w procesach technologicznych, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii Politechniki Śląskiej, Katowice, (2006).
• [23] K. Michalek, Vyuziti fyzikalniho a numerickeho modelovani pro optimalizaci metalurgickych procesu, Vysoka skola banska - Technika Univerzita Ostrava, Ostrawa, (2001).
• [24] Sprawozdanie IMN Nr 6314/06, Budowa modelu fizycznego (wodnego) przepływu gazu rafinujacego w procesie rafinacji i wykonanie prób przemysłowych w urządzeniu URC- 7000, (2006).
• [25] M. Saternus, J. Botor, The Physical and Mathematical Model of Aluminium Refining Process in reactor URO-200, Advanced Processing of Metals and Materials - Thermo and Physicochemical Principles, TMS, 697-710 (2006).
• [26] M. Saternus, J. Botor, W. Wezyk, Modelling of Aluminium Refining Process in the Continuous Reactor, LMPC, 313-317 (2007).
• [27] Z. Orzechowski, Przepływy dwufazowe, PWN, Warszawa, (1990).
• [28] J. Y. Oldshu, J. J. J. Chen, J. C. Zhao, Bubble distribution in a melt treatment water model, Light Metals, TMS, 1227-1231 (1995).