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

这个生产更环保的铝和先进铝合金的研发项目是蒙特利尔理工学院、美国铝业公司、Constellium、Ethesis、海德鲁铝业公司和力拓集团之间的合作伙伴关系，并得到了 CRITM 和 NSERC 的资助。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（铁、磷、碳尘）的行为，所有这些都是为了提高电解的能源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，同时提高我们对这些合金的原子水平的基本理解。高素质人才的培养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) 以非试错法绘制新型高性能铝合金的设计，4) 设计 先进铝合金（含锂、铁、钛、锆、铬等）的下一代回收技术。由于加拿大是最大的铝生产国，铝冶炼排放大量二氧化碳，该项目有可能提高这一重要行业的长期生存能力。#(cr)#(lf)Ce 项目研发，用于生产铝以及 vert et des alliages d'Al avancés est unpartenariat entre Polytechnique Montréal、Alcoa、Constellium、Ethesis、Hydro 铝业和力拓拥有 CRITM 和 CRSNG 融资。四个热力学相平衡模型和多级物理化学模型的合作伙伴，涉及物理关系校准方程的校准、初始原理模拟和对经验结果的分析批判 铝和合金生产过程模拟的先进技术。 该项目分为 2 个研究项目：1) 《铝加铝还原铝的过程》，等 2) 《金属合金、液态金属和回收利用》。开发 1er volet visent 干部的模型 1) mieux simuler le coportement des électrodes (carbone ou inertes), 2) mieux simuler le coportement d'impuretés néfastes (Fe, P, charbonnaille) lors de l'électrolyse,全部表演 énergétiques et de réduire les émissions néfastes（二氧化碳、氟）。 2e volet 模型是一种改进的模拟和热转换模型，适用于新开发的新特性，以及多种回收循环的解决方案，旨在改善原子论的基本原理 ces 盟友。高级人员素质的形成是新工程师一代的重要组成部分。 À l'aide de modèles en l'état-de-l'art, ce projet permettra à nospartenaires industriels de 1) améliorer le développement