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

该研发项目旨在生产更环保的铝和先进的铝合金，是蒙特利尔理工学院、美国铝业、Constellium、Elysis、Hydro Aluminium和力拓之间的合作伙伴关系，由CRITM和NSERC资助。它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，这些模型基于通过第一原理模拟和实验结果的关键分析从物理关系导出的方程的校准，以便集成到铝及其合金生产过程的先进模拟工具中。该项目分为两个研究方向：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”。在第一轴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有害杂质（Fe，P，碳粉）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（CO2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的新合金，更能够支持多个回收循环，同时提高我们对这些合金原子水平的基本理解。培养高素质人才是培养新一代工程师和研究人员的关键。 该项目的预期成果是，通过使用该项目将提供的最先进的模型，我们的工业合作伙伴将能够1）改进开发并解决与新冶炼厂实施新的析氧铝还原技术有关的关键问题，2）减少现有冶炼厂的碳消耗和CO2排放，3）以非试错法设计新型高性能铝合金; 4）为先进铝合金（含Li、Fe、Ti、Zr、Cr等）设计下一代回收技术。由于加拿大是最大的铝生产国，铝冶炼排放大量二氧化碳，该项目可能会提高这一重要行业的长期生存能力。(cr)#（lf）Ce projet R&D pour produire de l'aluminium plus vert et des alliages d'Al avancés est un partenchants entre Polytechnique Montréal，Alcoa，Constellium，Elysis，Hydro Aluminium et Rio Tinto avec finNavisphere CRITM et CRSNG.通过对铝合金生产过程及合金的模拟研究，分析了铝合金生产过程模拟中的经验结果，并通过对主要物理化学模型的模拟，对物理化学模型进行了修正。 该项目分为两部分研究：1）《铝加铅的还原工艺》，以及2）《金属合金、液态金属处理和回收利用》。在第1部分中，观察到的模型包括：1）模拟电极（碳或惰性电极）的作用，2）模拟电解质杂质（Fe、P、碳）的作用，以及改善能源性能和减少杂质（CO2、氟）的作用。第二阶段的模型有助于模拟燃料电池和燃料电池转换过程，以提高燃料电池的性能，并有助于进一步进行多个循环再利用，从而改善燃料电池的基本性能，使之更接近于Au原子Au。高素质人员的培养对于培养新一代工程师至关重要。为我们的工业伙伴提供技术援助，