Published April 24, 2022 | Version v1
Publication Metadata-only

Bubble generation in refractory porous plugs: The role of the ceramic surface composition

Creators

  • 1. Universidade Federal de São Carlos

Description

Abstract Porous ceramic plugs are refractory devices applied in the steel ladle to inject gas bubbles into the liquid metal, aiming at its chemical and thermal homogenization, and the removal of non‐metallic inclusions. Regarding its wear and corrosion resistance, the plug composition typically exhibits a low wettability by liquid steel to limit its infiltration into the porous structure. However, an additional aspect for the performance of plugs is their ability to control the size of the generated bubble, maximizing the likelihood of capturing inclusions. Based on the importance of this process to attain high‐performance materials, this work studied the injection of gas into liquid media through ceramic capillary structures, focusing on the influence of the pore diameter and the contact angle upon the size of the generated bubble. The available models in the literature were analyzed and compared to the experimental results for a water–air system. As an outcome, a shape‐corrected model for bubbling is proposed highlighting the region where the material dominates over the pore diameter to dictate the bubble size. Extending the model to the steel ladle, the results suggest the composition of the ceramic plug's surface as a key aspect to improve the cleanliness of the molten steel.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

السدادات الخزفية المسامية المجردة هي أجهزة مقاومة للحرارة يتم تطبيقها في المغرفة الفولاذية لحقن فقاعات الغاز في المعدن السائل، بهدف تجانسها الكيميائي والحراري، وإزالة الشوائب غيرالمعدنية. فيما يتعلق بمقاومتها للتآكل والتآكل، تُظهر تركيبة السدادة عادةً قابلية ترطيب منخفضة بواسطة الفولاذ السائل للحد من تسللها إلى الهيكل المسامي. ومع ذلك، فإن الجانب الإضافي لأداء السدادات هو قدرتها على التحكم في حجم الفقاعة المتولدة، مما يزيد من احتمال التقاط الشوائب. بناءً على أهمية هذه العملية للحصول على مواد عاليةالأداء، درس هذا العمل حقن الغاز في وسائط سائلة من خلال الهياكل الشعرية الخزفية، مع التركيز على تأثير قطر المسام وزاوية التلامس على حجم الفقاعة المتولدة. تم تحليل النماذج المتاحة في الأدبيات ومقارنتها بالنتائج التجريبية لنظام هواء مائي. ونتيجة لذلك، يُقترح نموذج مصحح الشكل للفقاعات يسلط الضوء على المنطقة التي تهيمن فيها المادة على قطر المسام لتحديد حجم الفقاعة. وبتوسيع النموذج ليشمل المغرفة الفولاذية، تشير النتائج إلى تكوين سطح سدادة السيراميك كجانب رئيسي لتحسين نظافة الفولاذ المنصهر.

Translated Description (French)

Résumé Les bouchons céramiques poreux sont des dispositifs réfractaires appliqués dans la poche d'acier pour injecter des bulles de gaz dans le métal liquide, visant à son homogénéisation chimique et thermique et à l'élimination des inclusions nonmétalliques. En ce qui concerne sa résistance à l'usure et à la corrosion, la composition de bouchon présente généralement une faible mouillabilité par l'acier liquide pour limiter son infiltration dans la structure poreuse. Cependant, un aspect supplémentaire pour la performance des bouchons est leur capacité à contrôler la taille de la bulle générée, maximisant la probabilité de capturer des inclusions. Sur la base de l'importance de ce processus pour atteindre des matériaux à hauteperformance, ce travail a étudié l'injection de gaz dans des milieux liquides à travers des structures capillaires en céramique, en se concentrant sur l'influence du diamètre des pores et de l'angle de contact sur la taille de la bulle générée. Les modèles disponibles dans la littérature ont été analysés et comparés aux résultats expérimentaux pour un système eau-air. En conséquence, un modèle de bulle à forme corrigée est proposé pour mettre en évidence la région où le matériau domine le diamètre des pores afin de dicter la taille de la bulle. En étendant le modèle à la poche en acier, les résultats suggèrent que la composition de la surface du bouchon en céramique est un aspect clé pour améliorer la propreté de l'acier fondu.

Translated Description (Spanish)

Resumen Los tapones cerámicos porosos son dispositivos refractarios aplicados en la cuchara de acero para inyectar burbujas de gas en el metal líquido, con el objetivo de su homogeneización química y térmica, y la eliminación de inclusiones no metálicas. Con respecto a su resistencia al desgaste y a la corrosión, la composición del tapón exhibe típicamente una baja humectabilidad por el acero líquido para limitar su infiltración en la estructura porosa. Sin embargo, un aspecto adicional para el rendimiento de los tapones es su capacidad para controlar el tamaño de la burbuja generada, maximizando la probabilidad de capturar inclusiones. Basado en la importancia de este proceso para lograr materiales de altorendimiento, este trabajo estudió la inyección de gas en medios líquidos a través de estructuras capilares cerámicas, centrándose en la influencia del diámetro de poro y el ángulo de contacto sobre el tamaño de la burbuja generada. Se analizaron los modelos disponibles en la literatura y se compararon con los resultados experimentales para un sistema agua-aire. Como resultado, se propone un modelo de forma corregida para el burbujeo que destaca la región donde el material domina sobre el diámetro de poro para dictar el tamaño de la burbuja. Extendiendo el modelo a la cuchara de acero, los resultados sugieren la composición de la superficie del tapón cerámico como un aspecto clave para mejorar la limpieza del acero fundido.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
توليد الفقاعات في المقابس المسامية المقاومة للحرارة: دور تركيبة سطح السيراميك
Translated title (French)
Génération de bulles dans les bouchons poreux réfractaires : le rôle de la composition de surface céramique
Translated title (Spanish)
Generación de burbujas en tapones porosos refractarios: el papel de la composición de la superficie cerámica

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4224318413
DOI
10.1002/ces2.10132

Is supplement to
https://openalex.org/W3129504589 (Other)
https://openalex.org/W2519679902 (Other)
https://openalex.org/W2390892296 (Other)
https://openalex.org/W2382735401 (Other)
https://openalex.org/W2370783527 (Other)
https://openalex.org/W2358532288 (Other)
https://openalex.org/W2356601018 (Other)
https://openalex.org/W2350769175 (Other)
https://openalex.org/W1985545581 (Other)
https://openalex.org/W1966399294 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1963642610
  • https://openalex.org/W1972211528
  • https://openalex.org/W1982354962
  • https://openalex.org/W1983981819
  • https://openalex.org/W1993016388
  • https://openalex.org/W1999964942
  • https://openalex.org/W2001307354
  • https://openalex.org/W2009377638
  • https://openalex.org/W2019816912
  • https://openalex.org/W2029413641
  • https://openalex.org/W2030243220
  • https://openalex.org/W2034089709
  • https://openalex.org/W2049104704
  • https://openalex.org/W2049555511
  • https://openalex.org/W2050485453
  • https://openalex.org/W2060311520
  • https://openalex.org/W2076390880
  • https://openalex.org/W2086803360
  • https://openalex.org/W2086844347
  • https://openalex.org/W2094524637
  • https://openalex.org/W2132430391
  • https://openalex.org/W2133264344
  • https://openalex.org/W2158891510
  • https://openalex.org/W2163107988
  • https://openalex.org/W2519304471
  • https://openalex.org/W2607107460
  • https://openalex.org/W2743617700
  • https://openalex.org/W2917174357
  • https://openalex.org/W2967064107
  • https://openalex.org/W2983883098
  • https://openalex.org/W2994276047
  • https://openalex.org/W2999114830
  • https://openalex.org/W3010475773
  • https://openalex.org/W3014047870
  • https://openalex.org/W3033941610
  • https://openalex.org/W3128014251
  • https://openalex.org/W3132021909
  • https://openalex.org/W3168427762
  • https://openalex.org/W3196497291