Using physical modeling to optimize the aluminium refining process

Abstract

Concern for the environment and rational management of resources requires the development of recoverable methods of obtaining metallic materials. This also applies to the production of aluminium and its alloys. The quality requirements of the market drive aluminium producers to use effective refining methods, and one of the most commonly used is blowing an inert gas into liquid aluminium via a rotating impeller. The efficiency and cost of this treatment depends largely on the application of the correct ratios between the basic parameters of the process, which are the flow rate of the inert gas, the speed of the rotor and the duration of the process. Determining these ratios in production conditions is expensive and difficult. This article presents the results of research aimed at determining the optimal ratio of the inert gas flow rate to the rotary impeller speed, using physical modeling techniques for the rotor as used in industrial conditions. The tests were carried out for rotary impeller speeds from 150 to 550 rpm and gas flow rates of 12, 17 and 22 dm3/min. The research was carried out on a 1:1 scale physical model, and the results, in the form of visualization of the degree of gas-bubble dispersion, were assessed on the basis of the five typical dispersion patterns. The removal of oxygen from water was carried out analogously to the process of removing hydrogen from aluminium. The curves of the rate of oxygen removal from the model liquid were determined, showing the course of oxygen reduction during refining with the same inert gas flows and rotor speeds mentioned above.

Péče o životní prostředí a racionální hospodaření se zdroji vyžaduje vývoj obnovitelných metod získávání kovových materiálů. To platí i pro výrobu hliníku a jeho slitin. Požadavky trhu na kvalitu nutí výrobce hliníku používat účinné metody rafinace a jednou z nejčastěji používaných metod je vhánění inertního plynu do kapalného hliníku prostřednictvím rotujícího oběžného kola. Účinnost a náklady na tuto úpravu do značné míry závisí na použití správných poměrů mezi základními parametry procesu, kterými jsou průtok inertního plynu, rychlost rotoru a doba trvání procesu. Stanovení těchto poměrů ve výrobních podmínkách je nákladné a obtížné. V tomto článku jsou uvedeny výsledky výzkumu zaměřeného na stanovení optimálního poměru průtoku inertního plynu a otáček rotoru s využitím technik fyzikálního modelování rotoru, jak se používá v průmyslových podmínkách. Testy byly provedeny pro otáčky rotoru od 150 do 550 ot/min a průtoky plynu 12, 17 a 22 dm3/min. Výzkum byl proveden na fyzikálním modelu v měřítku 1:1 a výsledky v podobě vizualizace stupně disperze plynných bublin byly vyhodnoceny na základě pěti typických disperzních vzorů. Odstraňování kyslíku z vody probíhalo obdobně jako odstraňování vodíku z hliníku. Byly stanoveny křivky rychlosti odstraňování kyslíku z modelové kapaliny, které ukazují průběh redukce kyslíku během rafinace při stejných průtocích inertního plynu a stejných otáčkách rotoru, které byly uvedeny výše.