Méthodologie d'étude
Compte-tenu de la température de travail élevée, les études expérimentales relatives à la précipitation et à la flottation des particules sont rares. Trois approches sont ainsi privilégiées : expérimentations sur des systèmes comprenant un métal liquide, expérimentations sur des maquettes froides, modélisation et simulation numériques. Nous allons les examiner rapidement :
Les métaux (ou alliages) sélectionnés ont des points de fusion inférieurs à celui de l'acier : \(\ce{Al}\), \(\ce{Sn}\), \(\ce{Sn-Bi}\), \(\ce{Bi-Pb-Sn-Cd}\), \ce{Ga}. Les études publiées ne respectent pas toujours le critère évoqué ci-dessus pour les particules. Par exemple, le groupe de S. Taniguchi[1] a étudié l'agrégation de carbure de silicium dans l'aluminium liquide dans un réacteur agité. Des prélèvements sont effectués, des coupes sont observées au microscope électronique et les images analysées. Les agrégats formés contiennent peu de particules primaires et sont très ramifiés. La cinétique de formation des amas semble suivre les modèles classiques et quantitatifs d'agrégation.
Les maquettes froides (l'eau remplaçant le métal liquide) peuvent reproduire les phénomènes se produisant dans les réacteurs métallurgiques, tout en respectant des critères de similitude. Elles sont particulièrement utilisées pour étudier la structure de l'écoulement dans ceux-ci, les hétérogénéités spatiales de concentration en particules, la flottation et la captation des particules par une substance simulant le laitier (souvent une huile). On peut aussi étudier l'agrégation en remplaçant le système réel par une suspension de particules hydrophobes dans l'eau.
Les simulations numériques sont des outils de choix pour étudier de tels systèmes. Ils reposent sur le couplage entre la mécanique des fluides (CFD) donnant les champs de vitesse, pression et grandeurs turbulentes et les bilans de population[2] (BPE) prenant en compte aussi la dimension spatiale. Cependant, l'étude peut s'avérer plus complexe et originale quand il s'agit d'examiner la formation du train de bulles et l'interaction entre celui-ci et la suspension.