Thermodynamic and physical property models for the production of greener aluminum alloys

用于生产绿色铝合金的热力学和物理性能模型

• 批准号: 560998-2020
• 负责人: Chartrand, Patrice
• 金额: $ 14.89万
• 依托单位: École Polytechnique de Montréal
• 依托单位国家: 加拿大
• 项目类别: Alliance Grants
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2021-01-01 至 2022-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=721834
• 关键词: Thermodynamic; physical; property; models; production

This R&D project to produce greener aluminum and advanced aluminum alloys is a partnership between Polytechnique Montréal, Alcoa, Constellium, Elysis, Hydro Aluminium and Rio Tinto with CRITM and NSERC funding. It aims to provide these partners with thermodynamic phase equilibrium models and multi-scale physicochemical models based on the calibration of equations derived from physical relations by first principles simulations and by the critical analysis of experimental results in order to be integrated into advanced simulation tools for the production processes of aluminum and its alloys. The project is divided into 2 research axes: 1) « alumina reduction processes for greener aluminum », and 2) « metallic alloys, liquid metal treatment and recycling ». The models developed within the framework of the 1st axis aim to 1) better simulate the behavior of electrodes (carbon or inert), 2) better simulate the behavior of detrimental impurities (Fe, P, carbon dust) during electrolysis, all in order to improve the energy performance of electrolysis and reduce harmful emissions (CO2 & fluorine). The models of the 2nd axis aim to improve the casting and thermal transformation simulations of aluminum alloys in order to develop new alloys with better properties, more able to support multiple recycling cycles, while improving our fundamental understanding at the atomistic level of these alloys. The training of highly qualified personnel is essential to establish a new generation of engineers and researchers. The anticipated outcomes of the project are that, by using state-of-the-art models that this project will supply, our industrial partners will be able to 1) improve the development and solve key issues pertinent to implement new oxygen evolving aluminum reduction technologies for new smelters, 2) reduce the carbon consumption and CO2 emissions of current smelters, 3) map in a non trial-and-error approach the design of new high performance Al alloys and 4) design a next generation recycling technology for advanced Al alloys (with Li, Fe, Ti, Zr, Cr, etc.). As Canada is a top aluminum producer, and Al smelting emits a lot of CO2, this project can potentially improve the long term viability of this important industry.#(cr)#(lf)Ce projet R&D pour produire de l'aluminium plus vert et des alliages d'Al avancés est un partenariat entre Polytechnique Montréal, Alcoa, Constellium, Elysis, Hydro Aluminium et Rio Tinto avec financement CRITM et CRSNG. Il vise à fournir à ces partenaires des modèles thermodynamiques d'équilibre de phases et des modèles physico-chimiques multi-échelles basés sur la calibration d'équations dérivées de relations physiques par des simulations de premiers principes et par l'analyse critique de résultats d'expériences afin d'être intégrés dans des outils avancés de simulation des procédés de production de l'aluminium et de ses alliages. Le projet est divisé en 2 volets de recherche: 1) « procédés de réduction de l'alumine pour un aluminium plus vert », et 2) « alliages métalliques, traitement du métal liquide et recyclage ». Les modèles développés dans le cadre du 1er volet visent à 1) mieux simuler le comportement des électrodes (carbone ou inertes), 2) mieux simuler le comportement d'impuretés néfastes (Fe, P, charbonnaille) lors de l'électrolyse, le tout afin d'améliorer les performances énergétiques et de réduire les émissions néfastes (CO2, fluor). Les modèles du 2e volet visent à améliorer les simulations de coulée et de transformation thermique des alliages afin de développer de nouveaux alliages aux meilleures propriétés, plus aptes à soutenir de multiples cycles de recyclage, tout en améliorant notre compréhension fondamentale au niveau atomistique de ces alliages. La formation de personnel hautement qualifié est essentielle pour implanter une nouvelle génération d'ingénieurs-chercheurs. À l'aide de modèles en l'état-de-l'art, ce projet permettra à nos partenaires industriels de 1) améliorer le développement

这个生产绿色铝和先进铝合金的研发项目是蒙特利尔理工学院、美国铝业、Constellium、Ethesis、海德鲁铝业和力拓集团之间的合作项目，由 CRITM 和 NSERC 资助，旨在为这些合作伙伴提供热力学相平衡模型和多尺度。物理化学模型基于通过第一原理模拟和对实验结果的批判性分析从物理关系导出的方程的校准，以便集成到铝生产过程的先进模拟工具中该项目分为两个研究轴：1）“绿色铝的氧化铝还原工艺”，2）“金属合金、液态金属处理和回收”在第一个轴的框架内开发的模型旨在1）更好地模拟电极（碳或惰性）的行为，2）更好地模拟电解过程中杂质（Fe、P、碳尘）的行为，所有这些都是为了提高电解的能量性能并减少有害排放（二氧化碳和氟）。第二轴的模型旨在改进铝合金的铸造和热转变模拟，以开发具有更好性能、更能够支持多次回收循环的新合金，同时改善我们的基础。对这些合金的原子水平的理解。对高素质人员的培训对于培养新一代工程师和研究人员至关重要。该项目的预期成果是，通过使用最先进的模型，该项目将实现这一目标。供应，我们的工业合作伙伴将是能够 1) 改进开发并解决与为新冶炼厂实施新的析氧铝还原技术相关的关键问题，2) 减少当前冶炼厂的碳消耗和二氧化碳排放，3) 以非试错法绘制设计新型高性能铝合金，4）设计下一代先进铝合金回收技术（含锂、铁、钛、锆、铬等），因为加拿大是顶级铝生产国，铝冶炼水平较高。排放大量二氧化碳，该项目有可能提高蒙特利尔理工学院、美国铝业、Constellium、Ethesis、Hydro Aluminium 和 Rio Tinto avec Financement CRITM et CRSNG 的长期生存能力。热力学相位平衡模型和多级物理化学模型的四个合作伙伴，包括校准物理关系方程、初始原理模拟和结果分析评论体验 afin d'être铝生产过程模拟和金属合金、金属特性的集成。液体和回收»。 L'électrolyse，le tout afin d'améliorer les Performances énergétiques et de réduire les émissions néfastes (CO2, Fluor)。 Meilleures propriétés，再加上多次回收循环的解决方案，可以改善对原子论的基本理解。 Industriels de l'état-de-l'art，ce projet permettra à nospartenaires industriels de 1)