Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Process of solid oxide inclusions removal from liquid aluminium. Part 2

Onopiak K., Botor J.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2006

|

R. 51, nr 8

478-483

EN

In the second part of the paper the following equations characterizing solid oxide inclusions removal from molten aluminium were analyzed. Only certain time parameters from the described in this paper have numerical solutions. These are the equations representing times of: bubble with inclusion collision time — tZ amounting to about a few tenths microseconds; film drainage time during collision — tWZ, which reaches a few hundred microsecond values; inclusion sliding over the bubble surface tP time varies approximately from 5 to 25 milliseconds. Total inclusion removal probability can be calculated by taking into account only the collision interception probability — PZS. Inertial collision probability PZB has meaning for large inclusions of above 100 mum in diameter. The adhesion probability PA amount to practically 100 % for all bubble — inclusion encounters. From the analyses of solid inclusions removal mechanism it is seen, that the application of as small as possible bubble diameter favors the higher inclusions removal efficiency. It can be explained via major adhesion of interfacial area in case of a high number of smaller bubbles. The presented analysis of complex inclusion removal mechanism based on equations used in mineral processing, was applied for formulation of solid oxides removal model. A few of the equations selected from the described analysis (part I and II of the paper), were utilized in the model. There, for practical reasons, an experimental equation characterizing inclusions removal efficiency eta, %, from liquid aluminium was adopted [14]:eta = 100(1 – exp(– 0,00096 t)), where: t — liquid aluminium refining time, s.

PL

W II części pracy analizowano kolejne zależności charakteryzujące mechanizm procesu usuwania stałych wtrąceń tlenkowych z ciekłego aluminium. Tylko niektóre z opisanych zależności czasowych posiadają proste rozwiązania. Są to równania opisujące czasy: zderzeń pęcherzyka gazu z wtrąceniem — tZ o wartościach w układzie tlenek glinu—ciekłe aluminium— —argon, około kilkudziesięciu mikrosekund; zaniku warstewki podczas zderzenia wtrącenia i pęcherzyka — tWZ, osiągający wartość kilkuset mikrosekund; poślizgu wtrącenia po powierzchni pęcherzyka — tP wynoszący od 5 do 25 milisekund. Prawdopodobieństwo całkowite usunięcia wtrąceń można wyznaczyć biorąc pod uwagę jedynie prawdopodobieństwo zderzenia się pęcherzyka z wtrąceniem wskutek przechwycenia stałego tlenku w strumieniu ciekłego metalu — PZS. Prawdopodobieństwa zderzenia pod wpływem bezwładności wtrącenia PZB mają znaczenie dla dużych wtrąceń o średnicach wyższych od 100mum. Prawdopodobieństwo adhezji PA wynosi praktycznie 100 % dla każdego przypadku zderzenia wtrącenia z pęcherzykiem gazu. Z dokonanych analiz elementów składowych mechanizmu usuwania stałych wtrąceń wynika, że zastosowanie pęcherzyków gazu o jak najmniejszej średnicy sprzyja wyższemu stopniu usunięcia wtrąceń, co można wyjaśnić bardziej rozwiniętą powierzchnią adhezji wtrąceń w przypadku dużej liczby mniejszych pęcherzyków. Przedstawioną analizę złożonego mechanizmu usuwania wtrąceń, zbudowaną w oparciu o zależności wykorzystywane w procesach wzbogacania i flotacji rud, wykorzystano do opracowania modelu usuwania stałych tlenków z ciekłego aluminium. Znalazły tam zastosowanie równania wyselekcjonowane z charakterystyki procesu przedstawionej w obu częściach niniejszej pracy. Tam też dla celów praktycznych przyjęto równanie doświadczalne charakteryzujące sprawność eta [%] usunięcia wtrąceń z ciekłego aluminium w postaci [14]:eta. = 100(1 – exp(– 0,00096 t)), gdzie: t — czas rafinacji ciekłego aluminium [s].-

2

Process of solid oxide inclusions removal from liquid aluminium. Part 1

Onopiak K., Botor J.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2006

|

R. 51, nr 6

356-362

EN

In paper types of inclusions occurring in liquid aluminium, techniques of their removal by barbotage and molten metal quality assessment methods were characterized. High efficiency refining devices equipped with rotors such as AFD, Alpur, ASV, URO and SNIF allow to claim that barbotage by rotors is one from the most effective methods for solid and gaseous impurities removal. Among techniques of metal analyzing for inclusions presence especially favorable are these which facilitate testing the liquid metal samples in the process of production, i.e.: based on solid inclusion physical properties — e.g. ultrasonic technique and electric-sensing zone technique — LiMCA and filtration techniques - e.g. PREFIL. Mechanisms of liquid aluminium refining from solid inclusions and hydrogen are different but both impurities are removed from aluminium by inert gases (Ar or N2). Active gas admixture is possible, e.g. chlorine for alkalis removal (Li, Na). For oxide inclusion removal flotation is decisive factor. Rate of hydrogen removal from aluminium and its alloys is controlled by mass transport, especially in liquid metallic phase and heterogenic reaction on interfacial surface. From hydrodynamic factors the most important for description of liquid metal refining from solid inclusions are diameters and velocities of refining gas bubbles characterized by Davidson and Amick plus Davies and Taylor equations. Liquid aluminium film thickness hkr between sharp angular alumina and gas bubble surface amounts for hole formation model about 0.5 to 3mum. These values are a few times higher than those acquired for spherical inclusion (e.g. silica inclusion) — gas bubble system. It means that it is easier to get firm union between bubble and angular shape inclusion.

PL

W artykule scharakteryzowano rodzaje występujących w aluminium wtrąceń, sposoby ich usunięcia metodą barbotażu przy zastosowaniu rotorów oraz techniki kontroli jakości analizowanego metalu. Wysoka efektywność rafinatorów wyposażonych w rotory, takich jak AFD, Alpur, ASV, URO oraz SNIF, pozwala stwierdzić, że technika barbotażu przy użyciu wymienionych urządzeń jest jedną z najefektywniejszych w usuwaniu zanieczyszczeń stałych i gazowych. Pomiędzy metodami analizy metalu na obecność wtrąceń szczególnie korzystne są te, umożliwiające badanie na bieżąco próbek ciekłego metalu, tj.: analiza aluminium oparta na własnościach fizycznych stałych wtrąceń (np. LIMCA) oraz metody filtracyjne (np. PREFIL). Mechanizmy rafinacji wodoru i stałych wtrąceń są odmienne, lecz oba rodzaje zanieczyszczeń usuwa się z aluminium przy użyciu gazu obojętnego (Ar lub N2), z ewentualną domieszką gazu aktywnego, np. chloru dla usunięcia pierwiastków alkalicznych (Li, Na). O przebiegu procesu usuwania wtrąceń tlenkowych decyduje przede wszystkim czynnik flotacji stałych tlenków. O stopniu usunięcia wodoru z aluminium i jego stopów decydują zjawiska transportowe, szczególnie w fazie ciekłej oraz reakcja heterogeniczna na powierzchni międzyfazowej. Z czynników hydrodynamicznych najistotniejsze dla opisu przebiegu rafinacji ciekłego metalu od stałych wtrąceń są średnice i prędkości pęcherzyków gazu rafinującego, scharakteryzowane zależnościami Davidsona i Amicka oraz Daviesa i Taylora. Grubość hkr ciekłej warstewki aluminium między ostrokątnym wtrąceniem tlenku glinu, a powierzchnią pęcherzyka gazowego wynosi dla modelu formującego się otworu około 0,5 do 3mum. Są to wartości kilkakrotnie większe od otrzymanych dla modelu oscylacyjnego, charakteryzującego układ wtrącenie sferyczne (np. tlenek krzemu)—pęcherzyk gazu, co oznacza, że łatwiej jest uzyskać trwałe połączenie między pęcherzykiem a wtrąceniem o kształtach nieregularnych.

3

Solid oxide inclusions refining from molten aluminium by barbotage

Onopiak K., Botor J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2006

|

Vol. 51, iss. 3

443-450

EN

Mechanism of removing oxide inclusions using inert gas flotation method based on water mineral processing systems was described. A selection of physicochemical data for calculation has been made. In the mechanism description many factors in the field of solid particle and gas bubble interaction in the molten aluminium phase were discussed, namely: bubble velocities and diameters, hydrodynamic conditions of the flotation process and its time connected parameters, probabilities of inclusion collision and adhesion to the bubble surface. A simple mathematical model describing the process of removing alumina inclusions from molten aluminium by barbotage was developed. The solid oxide particle removal efficiency in time was described based on hydrodynamic conditions. Influence of the refining gas bubble diameter was also discussed. Presented mathematical model of the solid inclusions flotation with experimental results acquired on an industrial plant was verified. The plant consists of: periodically working crucible furnace for aluminium melting, URO-200 rotary impeller, Prefil footprinter melted metal quality analyzer and scanning microscope. Oxygenated with air or oxygen by the use of URO rotary impeller liquid A0 aluminium was refined in specified time limits for flow rate of argon averaging 10, 15 and 20 dm3 min-1. Metal refining was performed for metal weight in the furnace from 180 to 250 kg, in the temperature range of 993–1023 K. Solid oxide removal efficiency was given by equation which is in keeping with adopted model i.e.: η = 100(1-exp(-0:00096t)) where t is refining time.

PL

W pracy scharakteryzowano mechanizm usuwania wtrąceń tlenkowych metodą flotacji w oparciu o zjawiska zachodzące w systemach wzbogacania i flotacji rud. Przeprowadzono selekcję danych fizykochemicznych oraz dobrano niezbędne dane do przeprowadzenia obliczeń. W opisie mechanizmu uwzględniono szereg czynników w zakresie oddziaływania stałego wtrącenia z gazowym pecherzykiem w fazie ciekłej, m.in.: prędkości wznoszenia i średnice pęcherzyków gazu; warunki hydrodynamiczne procesu i jego parametry czasowe oraz prawdopodobienstwa zderzenia i adhezji wtrącenia na powierzchni pecherzyka. Przedstawiono prosty model matematyczny procesu usuwania wtrąceń tlenku glinu z ciekłego aluminium metodą barbotażu. W wyniku przeprowadzonych obliczeń symulacyjnych, w uzależnieniu od warunków hydrodynamicznych, określony został stopień eliminacji stałych wtrąceń tlenkowych w czasie, jak również optymalna średnica pęcherzyków gazu rafinującego. Scharakteryzowany matematyczny model procesu flotacji stałych wtrąceń tlenkowych zweryfikowano z danymi doświadczalnymi uzyskanymi na stanowisku przemysłowym składającym się z: pracującego cyklicznie pieca tyglowego do topienia aluminium, rafinatora barbotażowego typu URO 200, aparatury PREFIL określającej jakość metalu oraz mikroskopu skaningowego. Utlenione powietrzem lub tlenem technicznym za pomocą rotora rafinatora URO ciekłe aluminium w gatunku A0, poddawane było rafinacji w określonych przedziałach czasu, dla natężeń przepływu gazu rafinującego – argonu, wynoszących 10, 15 oraz 20 dm3 min-1. Rafinacje metalu przeprowadzano dla wytopów aluminium o masie 180–250 kg, w zakresie temperatur 993–1023 K. Sprawność usunięcia stałych wtrąceń opisano równaniem w postaci zgodnej z przyjetym modelem η = 100(1 - exp(- 0,00096 t)), gdzie t jest czasem rafinacji.

4

Napięcia powierzchniowe i międzyfazowe w układzie Al(c)-Al2O3(s)-Ar(g)

Onopiak K., Botor J.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2004

|

R. 49, nr 2

53-56

PL

Przedstawiono dotychczasowe wyniki badań napięć powierzchniowych aluminium w atmosferach gazów obojętnych argonu, helu i azotu, w próżni oraz w atmosferze utleniającej. Dokonano krytycznej analizy zamieszczonych danych. Podano wyselekcjonowane równania określające średnie napięcia powierzchniowe aluminium w wymienionych atmosferach. Wyznaczono zależności opisujące napięcia: powierzchniowe tlenku glinu oraz międzyfazowe w układzie tlenek glinu-aluminium.

EN

Results of a study on surface tension of aluminium in the atmosphere of inert gases (argon, helium and nitrogen), in a vacuum and in oxidizing atmosphere, which have been obtained so far, are presented. Critical analysis of the presented data has been made. Selected equations determining average surface tension of aluminium in these atmospheres are given. Dependencies describing surface tension of aluminium oxide and interfacial tension in the aluminium oxide-aluminium system have been determined.