Document 730577

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. К.И. САТПАЕВА
Горно-металлургический институт им. О.А.Байконурова
Кафедра металлургии цветных металлов
УТВЕРЖДАЮ
Директор ГМИ
______________К.Б.Рысбеков
«10» 06.2014 г.
ПРОГРАММА КУРСА (SYLLABUS)
по дисциплине «Теория металлургических процессов»
для специальности 050709- «Металлургия»
Всего:
Курс:
Семестр:
Лекций:
Лабораторных занятий
Рубежный контроль (количество):
СРС:
СРСП
Всего аудиторных часов:
Всего внеаудиторных часов:
Трудоемкость:
Экзамен
3 кредита
первый
первый
30 часов
15 часов
2
15 часов
15 часов
45 часов
30 часов
75 часов
Алматы, 2014
2
Программа составлена на основе рабочего учебного плана, составители программы по
дисциплине «Теория металлургических процессов» для студентов специальности 050709
«Металлургия» - Баимбетов Б.С., доцент, кандидат технических наук
Рассмотрена на заседании кафедры металлургия цветных металлов
«03» июня 2014 г. Протокол № 9
Зав.кафедрой ДаулетбаковТ.С. доктор техн.наук, профессор
Одобрена методическим Советом института
«10» июня 2014г.
Протокол № 6
Председатель_______________________К.Б.Рысбеков
Сведения о преподавателях:
Баимбетов Б.С., доцент, кандидат технических наук, выпускник металл. ф-та КазПТИ 1973 г.
Ведет курсы: металлургия цветных металлов, моделирование металлургических процессов.
Автор 62 научных трудов (включая изобретения и патенты) 2 учебных пособий и 14 УМК.
Общий стаж работы – 45 лет, стаж педагогической работы в КазНТУ – 35 лет.
Офис: Кафедра металлургии цветных металлов
Адрес: 480013, Алматы, ул.Сатпаева 22, ГМК, каб.123
Тел. 8-777-559-72-92
Факс
e-mail: bcb-0150@mail.ru
3
1 . Цели и задачи дисциплины
1.1 Цель преподавания дисциплины.
Целью дисциплины является изучение теоретических основ металлургических процессов в производстве цветных и черных металлов.
1.2 Задачи изучения дисциплины
Основные задачи изучения дисциплины: ознакомление с термодинамическим обоснованием и кинетическими параметрами процессов переработки сырья содержащего цветные и
черные металлы; анализ физико-химических принципов и закономерностей основных процессов разделения фаз в металлургии, приобретение знаний и умений по расчетам термодинамических характеристик и построения диаграмм термодинамического анализа в технологии производства металлов.
Студенты, изучившие дисциплину, должны знать теоретические основы процессов:
принципы расчета изменения энергии Гиббса, электрохимического потенциала, констант
равновесия реакций, построения диаграмм парциальных давлений и диаграмм Пурбэ, диаграмм состав - свойства: кинетику гомогенных и гетерогенных процессов; теорию процессов
разделения фаз, а также окислительных и восстановительных процессов.
Студенты должны уметь использовать знания курса для решения современных вопросов металлургии и получить навыки теоретического анализа технологических процессов.
1.3 Пререквизиты
Перечень дисциплин, предшествующих изучению курса «Теория металлургических
процессов»: математика, физика, химия, физическая химия.
1.4 Постреквизиты
Знания дисциплины «Теория металлургических процессов» используются при изучении дисциплин: технология металлургических процессов, металлургия цветных металлов,
металлургия черных металлов, металлургия ферросплавов, дипломная работа (проект).
2. Система оценки знаний
Таблица 1- Распределение рейтинговых баллов по видам контроля
№ вар-та Вид итогового контроля
Виды
контроля
1
Экзамен
Итоговый
контроль
00
Рубежный
контроль
00
Текущий контроль
00
%
1
1
1
Таблица 2 - Календарный график сдачи всех видов контроля по дисциплине
«Теория металлургических процессов»
Недели
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
12
13
14
15
Нед.кол-во
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
контр.
Виды
кон- Л1 Л2 Л3 Л4 Л5 Л6 Л7 РК1 Л8 Л9 Л10 Л11 Л12 Л13 РК2
троля
Виды контроля: Л- лекция; РК– рубежный контроль.
Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале (табл. 3).
Таблица 3 -Оценка знаний студентов
Оценка
Буквенный
лент
эквива- В
(%)
4
процентах В баллах
Отлично
А
АХорошо
В+
В
ВУдовлетворительно
С+
С
СD+
D
Неудовлетворительно F
95-100
90-94
85-89
80-84
75-79
70-74
65-69
60-64
55-59
50-54
0-49
4
3,67
3,33
3,0
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
0
3. Содержание дисциплины
Таблица 4- Распределение часов по видам занятий
Наименование темы
Лекция Лаб.
зан-я
СРСП СРС
Модуль 1. ТЕРМОДИНАМИКА
Лекция № 1. Термодинамика в металлургии.
2
1
1
Лекция № 2. Закон действующих масс.
2
2
1
1
Лекция № 3. Константа равновесия реакции, принцип Ле- 2
1
1
Шателье.
Лекция № 4. Термодинамика неидеальных систем.
2
2
1
1
Лекция № 5. Правило фаз. Диаграммы состояния.
2
1
1
Лекция № 6 Тепловые эффекты реакций. Закон Гесса. Урав- 2
1
1
нение Кирхгофа.
Модуль 2. ГЕТЕРОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ, РАЗДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ И ФАЗ
Лекция № 7. Ликвационное разделение компонентов и фаз в 2
2
1
1
металлургии.
Лекция № 8. Процессы кристаллизации.
2
1
1
Лекция № 9. Твердые растворы. Трехкомпонентные системы. 2
2
1
1
Лекция № 10 Экстракция и сорбция в металлургии
2
2
1
1
Лекция № 11. Процессы испарения и конденсации.
2
1
1
Модуль 3. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В МЕТАЛЛУРГИИ
Лекция № 12. Диссоциация оксидов, процессы окисления 2
2
1
1
металлов.
Лекция № 13. Процессы восстановления оксидов металлов.
2
1
1
Лекция № 14. Термодинамика и кинетика сульфидных си2
2
1
1
стем.
Лекция № 15. Расплавы в металлургии.
2
1
1
1
Итого
30
15
15
15
Таблица 5- Краткое содержание дисциплины «Теория металлургических процессов»
№
Наименование темы
Краткое содержание
Объем,
п/п
час
Лекции по дисциплине
1
Термодинамика в метал- Закономерности химической термодинамики.
2
лургии.
Характеристические функции: Функция F - свободная энергия Гельмгольца; Функция G - свободная энергия Гиббса.
Направление протекания химической реакции.
Химическое сродство, применение закономер5
2.
Закон действующих масс.
3.
Константа равновесия реакции,
принцип
ЛеШателье.
4.
Термодинамика
альных систем.
5.
Правило фаз. Диаграммы
состояния.
6.
Тепловые эффекты реакций. Закон Гесса. Уравнение Кирхгофа.
7.
Ликвационное разделение
компонентов и фаз в металлургии.
8.
Процессы
ции.
9
Твердые растворы. Трехкомпонентные системы.
10
Экстракция и сорбция в
металлургии
Процессы испарения и
конденсации.
11
неиде-
кристаллиза-
ностей термодинамики для оценки возможности
осуществления процесса.
Выражения закона действующих масс через
константы равновесия Кc, Кр и Кх. Связь констант между собой. Методы расчета констант
равновесия, современное программное обеспечение
Зависимость константы равновесия от температуры. Уравнение изобары реакции для идеального газа.
Смещение равновесия системы - принцип ЛеШателье. Влияние факторов на смещение равновесия, условия для течения реакции в сторону
наибольшего выхода нужных веществ.
Термодинамика неидеальных систем. Фугитивность, активность. Выражение основных закономерностей термодинамики через парциальные давления и активности для реальных систем. Закон Рауля и закон Генри.
Правило фаз. Диаграмма состояния однокомпонентной системы.
Диаграмма состояния двухкомпонентной системы.
Тепловые эффекты химических реакций. Связь
тепловых эффектов при постоянном объеме и
давлении.
Закон Гесса, следствия из закона Гесса. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры (уравнение Кирхгофа).
Тепловой баланс металлургического процесса
Общие принципы разделения фаз ликвацией.
Диаграммы состояния. Ликвационное рафинирование. Ликвационное рафинирование металлов. Ликвационные явления в расплавах каменного литья.
Кристаллизация твердых растворов, коэффициент распределения Нернста, диаграммы состояния. Двухкомпонентные системы с простой
эвтектикой.
Твердые растворы с неограниченной и ограниченной взаимной растворимостью компонентов. Диаграммы состояния трехкомпонентных систем
Методы экстракции в металлургии. Адсорбция,
Абсорбция.
Давление паров, температура кипения, насыщенные пары, точка росы, перегонка, ректификация. Термодинамика испарения в однокомпонентной системе. Испарение в двухкомпонентных системах. Равновесие между конденсатом и
паром. Законы Рауля и Генри. Теория процессов
перегонки. Теория процессов конденсации. Роль
6
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
12
13
14
15
давления в процессах испарения и конденсации
Диссоциация
оксидов, Уравнения реакций диссоциации оксидов мепроцессы окисления ме- таллов, константы равновесия процессов окисталлов.
ления металлов. Упругость диссоциации чистого оксида. Диссоциация оксидов в системах с
растворами. Диссоциация оксидов в химических
соединениях. Теория окислительного рафинирования металлов.
Процессы восстановления Теория раскисления металлов.Восстановление
оксидов металлов.
металлов из оксидов. Реакции восстановления
оксидов углеродом, алюминием, магнием, водородом. Процессы в металлургии.
Термодинамика и кинети- Общие сведения о сульфидных системах. Терка сульфидных систем.
модинамическая оценка реакций окисления
сульфидов. Теории окислительного обжига
сульфидных материалов. Испарение и диссоциация сульфидов. Кинетика окислительного обжига сульфидов. Взаимодействие между сульфидом и оксидом металла. Совместное окисление сульфидов металлов. Кинетика и механизм
окисления сульфидов в расплавах. Прямое восстановление сульфидов металлов.
Расплавы в металлургии.
Расплавы металлургии, температура плавления,
плотность, вязкость, теории строения расплавов. Металлургические шлаки. Строение расплавленных шлаков. Потери металлов в шлаке.
Расплавы штейнов в металлургии цветных металлов.
2
2
2
2
4. Планы самостоятельной работы студентов под руководством преподавателя (СРСП)
№
Методические рекомендации
1
Изучение основных законов химической термодинамики и кинетики и их применение
в металлургии
2
Составление констант равновесия реакций с участием конденсированных фаз, газов и
растворов.
3
Ознакомление с методами расчетов констант равновесия реакций и программами.
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Термохимическое описание металлургических реакций
Технологии рафинирования методами ликвации и ректификации
Виды диаграмм состояния, методы их построения, применение в металлургии.
Изучение свойств оксидов металлов и их применения.
Способы восстановления окисленного сырья и промпродуктов в металлургии.
Ознакомление с кристаллофизическими методами очистки: зонная плавка, вытягивание монокристаллов.
Процессы экстракции, сорбции и их применение в металлургии.
Процессы металлургии на основе испарения и конденсации.
Изучение разновидностей процессов диссоциации в металлургии
Восстановительные процессы на современных заводах по производству металлов в
Казахстане и за рубежом.
Сульфиды металлов, свойства, применение в промышленности.
7
15
Ознакомление с методами расчета тепловых эффектов реакций в металлургии.
5. Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов (СРС)
Нед. Методические рекомендации
1
Составить электронную форму таблицы основных свойств 3-4 металлов
2
Составить реферат об уровне производства и потребления одного из металлов.
3
На примере процесса описать химизм, термодинамику и кинетику.
4
На примере процесса описать тепловые эффекты протекающих реакций
5
Дать описание процесса ликвации или ректификации.
6
Составить электронную версию одной из диаграмм состояния.
7
На примере одного из оксидов цветных металлов описать технологию получения.
8
Дать описание процесса восстановления окисленных материалов в металлургии
9
Составить таблицу свойств и применения одного из сульфидов.
10
Дать краткую характеристику одного из процессов восстановления оксидов.
11
Составить краткое описание процесса обжига сульфидного сырья.
12
Составить краткое описание процесса плавки с режимными параметрами.
13
Составить реферат по теме экстракции или сорбции
14
Привести примеры процессов металлургии с участием сульфидов металлов
15
Составить методику расчета тепловых эффектов химических реакций.
6. График проведения занятий
№ Дата Время
1
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9
10.
11.
12.
13.
14.
15.
1
2
3
4
5
6
7
Наименование темы
Лекции
Термодинамика в металлургии.
Закон действующих масс.
Константа равновесия реакции, принцип Ле-Шателье.
Термодинамика неидеальных систем.
Правило фаз. Диаграммы состояния.
Тепловые эффекты реакций. Закон Гесса. Уравнение Кирхгофа.
Ликвационное разделение компонентов и фаз в металлургии.
Процессы кристаллизации.
Твердые растворы. Трехкомпонентные системы.
Экстракция и сорбция в металлургии
Процессы испарения и конденсации.
Диссоциация оксидов, процессы окисления металлов.
Процессы восстановления оксидов металлов.
Термодинамика и кинетика сульфидных систем.
Расплавы в металлургии.
Лабораторные занятия
Равновесие металлургических реакций.
Построение диаграмм состояния в металлургии
Восстановление шихты содержащей оксиды металлов.
Окисление сульфидных материалов
Материальные баланс в металлургии
Тепловой баланс в металлургии
Вязкость расплава
7. Список литературы
Основная литература:
8
1. Ванюков А.В., Зайцев В.Я. Теория пирометаллургических процессов. М.:Металлургия, 1993, с 384.
2. Вольдман Г.М., Зеликман А.Н. Теория гидрометаллургических процессов.М:Интермет Инжинирингб 2003, с.459
3. Баимбетов Б.С. Технология металлургических процессов.- Алматы: КазНТУ, 2013 г.,
850 с. Электронный ресурс, 250 Мб.
Дополнительная литература:
1. Термодинамические свойства индивидуальных веществ, справочное издание
ИВТАН, ГИПХ, т.1-4 (книга 1,2) -М.: Наука, 1978-1982 г
2. http/www.chem.msu.su/rus/tsiv/. ТСИВ, электронное издание ИВТАН, Химфак МГУ,
т.5,6: 2005 г.,
3. Владимиров Л.П. Термодинамические расчеты равновесия металлургических реакций. – М.:Металлургия, 1970, с 528.
4. Самсонов Г.В., Дроздова С.В. Сульфиды. -М. :Металлургия, 1972. 304 с.
5. Пашинкин А.С., Спивак М.М., Малкова А.С. Применение диаграмм парциальных
давлений в металлургии. - М. :Металлургия, 1984. 159 с.
6.И.А.Онаев, В.С.Спитченко. Восстановление сульфидов.- Алматы: Изд-во «Наука»,
АН КазССР, 1988 г.. 144 с.
СОДЕРЖАНИЕ
1 . ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ ...................................................................................................................... 4
1.1 ЦЕЛЬ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ. ........................................................................................................................ 4
1.2 ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ .............................................................................................................................. 4
1.3 ПРЕРЕКВИЗИТЫ .......................................................................................................................................................... 4
1.4 ПОСТРЕКВИЗИТЫ ....................................................................................................................................................... 4
2. СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ ............................................................................................................................ 4
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ........................................................................................................................... 5
4. ПЛАНЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ПОД РУКОВОДСТВОМ
ПРЕПОДАВАТЕЛЯ (СРСП) ......................................................................................................................................... 7
5. ПЛАНЫ ЗАНЯТИЙ В РАМКАХ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ (СРС) ....................... 8
6. ГРАФИК ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЙ ..................................................................................................................... 8
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................................................................................... 8
9