Étude du comportement inclusionnaire dans les écoulements d'aluminium liquide - Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1994

Inclusionary behavior study in the liquid aluminum flows

Étude du comportement inclusionnaire dans les écoulements d'aluminium liquide

Résumé

This thesis presents a phenomenological, experimental and numerical study of the behavior of solid inclusions in the liquid aluminum flows. Numerical simulation is intended to complement the results from phenomenological analysis and experience. This work focuses on the steps of hold at temperature and pouring of aluminum furnaces. The phenomenological analysis identifies mechanisms which are driving the re-suspension and the sweeping of inclusions. Respecting the similitude laws with a real aluminum furnace, a water 1/10 scale model is built and instrumented. Inclusions are simulated by silicon carbide particles. This facility allows the exploration of the effects of the following parameters (and the interactions between these parameters) on the quantity of entrained particles: the furnace tilting velocity, the initial concentration and state of settled particles, their diameter, density and the wettability of the particles and the roughness of the bottom of the tank. Given the high number of control parameters, an experimental plan is implemented. A second water model, simulating the central portion of the furnace allows to visualize the pouring flow. Comparisons with numerical calculations are possible. 2D numerical simulations are performed for flows subjected to both pouring and thermal convection. A flow calculation test coupling pouring effects and thermal losses is presented. Particle trajectories calculations in a pouring flow are performed. They allow to determine which inclusions can be transported by the flow and thus pollute the cast metal. Constant attention is paid to what happens in the reference metallurgical flow.
Le mémoire présente une étude phénoménologique, expérimentale et numérique du comportement des inclusions solides dans les écoulements d'aluminium liquide. La simulation numérique a pour objectif de compléter les résultats issus d'analyses phénoménologiques et d'expériences. Ce travail est centré sur les étapes de maintien et de verse des fours d'aluminium. L'analyse phénoménologique permet de déterminer les mécanismes de remises en suspension et d'entraînement des inclusions. En respectant les lois de similitude avec un four d'aluminium, une maquette en eau à l'échelle 1/10 a été construite et instrumentée. Les inclusions sont simulées par des particules de carbure de silicium. Cette installation autorise l'exploration des effets des paramètres suivants (et des interactions entre ces paramètres) sur la quantité de particules entraînées : la vitesse de basculement du four, la concentration et l'état initial de décantation des particules, le diamètre, la densité et la mouillabilité des particules et la rugosité du fond du bac. Etant donné le nombre élevé de paramètres de contrôle, un plan d'expériences est mis en œuvre. Une seconde maquette en eau, simulant la tranche centrale du four permet de visualiser l'écoulement de verse. Des comparaisons avec les calculs numériques sont ainsi possibles. On simule numériquement les écoulements 2D de verse et de thermoconvection. Un essai de calcul de l'écoulement couplant les effets de verse et les pertes thermiques est présenté. Des calculs de trajectoires de particules dans un écoulement de verse sont réalisés. Ils permettent de déterminer quelles inclusions peuvent être transportées par l'écoulement et polluent ainsi le métal coulé. Une attention constante est portée à ce qui se passe dans l'écoulement métallurgique de référence.
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Dates et versions

tel-01340706 , version 1 (01-07-2016)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01340706 , version 1

Citer

Emmanuel Pauty. Étude du comportement inclusionnaire dans les écoulements d'aluminium liquide. Electromagnétisme. INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE, 1994. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01340706⟩

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