Published September 28, 2023
| Version v1
Publication
Open
Thermodynamic evaluation of viscosity behavior for CaO–SiO2–Al2O3–MgO slag systems examined at the temperatures range from 1500 to 1700 °C
Creators
- 1. Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Description
This work showed an application of computational tools to understand systematically the behavior of viscosity on CSAM systems relevant to industrial uses. Consequently in this study, the viscosity experimental data obtained from the literature were compared with the thermodynamic calculated results via the software FactSage v.7.3 for melts in CaO-SiO2-Al2O3-MgO slag system with the range of compositions slags cover 0-100 wt% CaO, 0-100 wt% SiO2, 0-100 wt% Al2O3 and 0-15 wt% MgO at temperature ranges of 1500-1700 °C. Using open-source software in Python, the results of viscosity, liquid, and solid fraction of the slag, as a function of composition and temperature, are represented by multiple color maps and by iso-viscosity contours. The results of the viscosity values indicated that the effect of all the oxides in the CSAM slag system follows the well-known behavior trend observed in the literature. Viscosities of the slag were found to increase with increasing SiO2 contents and decrease with increasing basicities (high CaO). The increase in Al2O3 content increases the viscosity values. An increase of 0-15% MgO depolymerized the slag melt and decreases the viscosity. However, above 5% MgO content occur a decrease in the liquid zone (single phase) and a liquid fraction (two-phase region) of the slag. For a constant MgO concentration, the increase in temperature generates an expansion of low-viscosity zones associated with an increase in the liquid phase of the slag. From the comparison between the calculated and experimental viscosities data keeps up within 30% average relative deviation (Δ), the predictions are considered acceptable for viscosity in the CSAM slag system at high temperatures.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
أظهر هذا العمل تطبيقًا للأدوات الحسابية لفهم سلوك اللزوجة بشكل منهجي على أنظمة CSAM ذات الصلة بالاستخدامات الصناعية. وبالتالي في هذه الدراسة، تمت مقارنة البيانات التجريبية للزوجة التي تم الحصول عليها من الأدبيات مع النتائج المحسوبة الديناميكية الحرارية عبر برنامج FactSage v.7.3 للذوبان في نظام خبث CaO - SiO2 - Al2O3 - mgO مع مجموعة من الخبث التركيبات التي تغطي 0-100 ٪ بالوزن من CaO، 0-100 ٪ بالوزن من SiO2، 0-100 ٪ بالوزن من Al2O3 و 0-15 ٪ بالوزن من MgO عند درجات حرارة تتراوح بين 1500-1700 درجة مئوية. باستخدام برنامج مفتوح المصدر في بايثون، يتم تمثيل نتائج اللزوجة والسائل والجزء الصلب من الخبث، كدالة للتكوين ودرجة الحرارة، من خلال خرائط ألوان متعددة وخطوط اللزوجة المتساوية. أشارت نتائج قيم اللزوجة إلى أن تأثير جميع الأكاسيد في نظام خبث CSAM يتبع اتجاه السلوك المعروف الذي لوحظ في الأدبيات. وجد أن لزوجة الخبث تزداد مع زيادة محتويات SiO2 وتنخفض مع زيادة الأساسيات (ارتفاع CaO). تؤدي الزيادة في محتوى Al2O3 إلى زيادة قيم اللزوجة. أدت زيادة 0-15 ٪ من أكسيد المغنيسيوم إلى إزالة البلمرة من الخبث ويقلل من اللزوجة. ومع ذلك، يحدث محتوى فوق 5 ٪ من أكسيد المغنسيوم انخفاضًا في المنطقة السائلة (أحادية الطور) وجزء سائل (منطقة ثنائية الطور) من الخبث. بالنسبة لتركيز MgO الثابت، تولد الزيادة في درجة الحرارة تمددًا في المناطق منخفضة اللزوجة المرتبطة بزيادة في الطور السائل من الخبث. من المقارنة بين بيانات اللزوجة المحسوبة والتجريبية تحافظ على ما يصل إلى 30 ٪ من متوسط الانحراف النسبي (Δ)، تعتبر التنبؤات مقبولة للزوجة في نظام خبث CSAM عند درجات حرارة عالية.Translated Description (French)
Ce travail a montré une application d'outils informatiques pour comprendre systématiquement le comportement de la viscosité sur des systèmes CSAM pertinents pour des utilisations industrielles. Par conséquent, dans cette étude, les données expérimentales de viscosité obtenues à partir de la littérature ont été comparées aux résultats calculés thermodynamiques via le logiciel FactSage v.7.3 pour les masses fondues dans le système de scories CaO-SiO2-Al2O3-MgO, la gamme de compositions des scories couvrant 0-100 % en poids de CaO, 0-100 % en poids de SiO2, 0-100 % en poids de Al2O3 et 0-15 % en poids de MgO à des températures comprises entre 1500 et 1700 °C. En utilisant un logiciel open source en Python, les résultats de la viscosité, de la fraction liquide et solide du laitier, en fonction de la composition et de la température, sont représentés par des cartes de couleurs multiples et par des contours d'iso-viscosité. Les résultats des valeurs de viscosité ont indiqué que l'effet de tous les oxydes dans le système de laitier CSAM suit la tendance de comportement bien connue observée dans la littérature. Les viscosités du laitier augmentent avec l'augmentation des teneurs en SiO2 et diminuent avec l'augmentation des basicités (CaO élevé). L'augmentation de la teneur en Al2O3 augmente les valeurs de viscosité. Une augmentation de 0-15% MgO dépolymérise le laitier en fusion et diminue la viscosité. Cependant, une teneur en MgO supérieure à 5% se produit une diminution de la zone liquide (phase unique) et d'une fraction liquide (région biphasique) du laitier. Pour une concentration en MgO constante, l'augmentation de la température génère une expansion des zones de faible viscosité associée à une augmentation de la phase liquide du laitier. À partir de la comparaison entre les données de viscosités calculées et expérimentales maintenues à moins de 30 % de l'écart relatif moyen (Δ), les prédictions sont considérées comme acceptables pour la viscosité dans le système de laitier CSAM à des températures élevées.Translated Description (Spanish)
Este trabajo mostró una aplicación de herramientas computacionales para comprender sistemáticamente el comportamiento de la viscosidad en sistemas CSAM relevantes para usos industriales. En consecuencia, en este estudio, los datos experimentales de viscosidad obtenidos de la literatura se compararon con los resultados calculados termodinámicos a través del software FactSage v.7.3 para fundiciones en el sistema de escoria CaO-SiO2-Al2O3-MgO con el rango de composiciones de escorias que cubren 0-100% en peso de CaO, 0-100% en peso de SiO2, 0-100% en peso de Al2O3 y 0-15% en peso de MgO en rangos de temperatura de 1500-1700 °C. Utilizando software de código abierto en Python, los resultados de la viscosidad, la fracción líquida y sólida de la escoria, en función de la composición y la temperatura, se representan mediante mapas de múltiples colores y por contornos de iso-viscosidad. Los resultados de los valores de viscosidad indicaron que el efecto de todos los óxidos en el sistema de escoria CSAM sigue la tendencia de comportamiento bien conocida observada en la literatura. Se encontró que las viscosidades de la escoria aumentan con el aumento de los contenidos de SiO2 y disminuyen con el aumento de las basicidades (CaO alto). El aumento en el contenido de Al2O3 aumenta los valores de viscosidad. Un aumento de 0-15% de MgO despolimerizó la masa fundida de escoria y disminuye la viscosidad. Sin embargo, por encima del 5% de contenido de MgO se produce una disminución en la zona líquida (monofásica) y una fracción líquida (región bifásica) de la escoria. Para una concentración constante de MgO, el aumento de temperatura genera una expansión de zonas de baja viscosidad asociada a un aumento de la fase líquida de la escoria. A partir de la comparación entre los datos de viscosidades calculadas y experimentales se mantiene dentro del 30% de desviación relativa media (Δ), las predicciones se consideran aceptables para la viscosidad en el sistema de escoria CSAM a altas temperaturas.Files
s41598-023-41404-x.pdf.pdf
Files
(2.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:a6a65d72fc518e80dd68559513a7e518
|
2.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التقييم الديناميكي الحراري لسلوك اللزوجة لأنظمة خبث CaO - SiO2 - Al2O3 - mgO التي تم فحصها في درجات الحرارة التي تتراوح من 1500 إلى 1700 درجة مئوية
- Translated title (French)
- Évaluation thermodynamique du comportement de viscosité pour les systèmes de scories CaO-SiO2-Al2O3-MgO examinés à des températures comprises entre 1500 et 1700 °C
- Translated title (Spanish)
- Evaluación termodinámica del comportamiento de viscosidad para sistemas de escoria CaO-SiO2-Al2O3-MgO examinados en el rango de temperaturas de 1500 a 1700 °C
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4387139554
- DOI
- 10.1038/s41598-023-41404-x
References
- https://openalex.org/W1970479447
- https://openalex.org/W1971620704
- https://openalex.org/W1976377406
- https://openalex.org/W1977957545
- https://openalex.org/W1987678806
- https://openalex.org/W1989159814
- https://openalex.org/W1990832721
- https://openalex.org/W1991004564
- https://openalex.org/W1991121239
- https://openalex.org/W1992368577
- https://openalex.org/W2006798162
- https://openalex.org/W2010533391
- https://openalex.org/W2016609525
- https://openalex.org/W2025177921
- https://openalex.org/W2030601849
- https://openalex.org/W2030746342
- https://openalex.org/W2030903626
- https://openalex.org/W2043901066
- https://openalex.org/W2046208266
- https://openalex.org/W2047433399
- https://openalex.org/W2054190752
- https://openalex.org/W2059164059
- https://openalex.org/W2059313518
- https://openalex.org/W2068355330
- https://openalex.org/W2088712611
- https://openalex.org/W2090428381
- https://openalex.org/W2096104631
- https://openalex.org/W2126390515
- https://openalex.org/W2326393247
- https://openalex.org/W2399807817
- https://openalex.org/W2410711035
- https://openalex.org/W2462311518
- https://openalex.org/W2510824504
- https://openalex.org/W2523024671
- https://openalex.org/W2589160935
- https://openalex.org/W2730174833
- https://openalex.org/W2750358512
- https://openalex.org/W2754032561
- https://openalex.org/W2787297011
- https://openalex.org/W2791234342
- https://openalex.org/W2797096056
- https://openalex.org/W2890260023
- https://openalex.org/W2907387707
- https://openalex.org/W2910028769
- https://openalex.org/W2916825297
- https://openalex.org/W2959450627
- https://openalex.org/W3004710313
- https://openalex.org/W3047104380
- https://openalex.org/W305108090
- https://openalex.org/W31098178
- https://openalex.org/W3132952200
- https://openalex.org/W3181748109
- https://openalex.org/W320908556
- https://openalex.org/W4226221006
- https://openalex.org/W424538738