Technique for the Estimation of Thermal Resistance at Solid Metal Interfaces Formed During Solidification and Melting

Abstract

The early stages of melting and/or dissolution of additions to liquid metals or slags involve the formation and melting back of a shell composed of solidified liquid. This constitutes a moving boundary problem which is further complicated by evidence of an interface thermal resistance. It is during this period that a thermal resistance exists at the addition-shell interface. In this paper, a technique is presented for the estimation of this resistance. Data, collected from experiments, were used as input to a model which solves the inverse heat conduction problem in terms of a resistance estimate. Validation procedures were developed which authenticate both the collected data from experiments as well as the model results. Results for a variety of metal combinations have shown a relationship between the estimated thermal resistance and the expansion of the added metal. Specifically, the ratio between the added and solidified liquid metal expansion coefficients indicates the relative magnitude of the thermal resistance.

Résumé

Les premiers stades de fusion et/ou de dissolution d'additifs incorporés à des métaux en fusion ou à des scories, impliquent la formation et la re-fusion d'une croûte formée de liquide solidifié. Ceci constitue un probléme de frontières mobiles, encore plus compliqué par l' évidence d'une résistance thermique d'interface. C'est pendant cette période que la résistance thermique se forme à l'interface additifcroûte. Cet article présente une technique permettant d7apos;estimer cette résistance. Les données obtenues au cours des expériences furent utilisées comme données d'un modéle résolvant le probléme de la conduction inverse de la chaleur, en terme d'une estimation de la résistance. On a développé des procédures de validation qui vérifient les données recueillies, tout comme les résultats du modèle. Les résultats pour différentes variétés de combinaisons de métaux ont montré l'existence d'une relation entre la résistance thermique estimée et l'expansion du métal ajouté. Plus précisément, le rapport entre les coefficients d'expansion des additifs et du métal solidifié indique la valeur relative de la résistance thermique.