Металлургиялық процестердің физикалық-химиялық негіздерінің теориясы

Сипаттама: «Металлургиялық процестердің физика-химиялық негіздерінің теориясы» пәнінде металлургиялық реакциялар мен процестердің теориялық негіздері қарастырылады. Металлургиялық агрегаттардағы газ фазасының термодинамикалық өзара әрекеттесу заңдылықтары, термиялық диссоциация және қосылыстардың түзілу процестері, оксидтер мен металдардың қалпына келтіргіш газ атмосферасымен өзара әрекеттесуі, күрделі гетерогенді жүйелердегі реакциялар қарастырылады. Сонымен қатар, кристалдандыру әдістері арқылы тазарту, металл фазаларының булануы мен конденсациясы және қарапайым әрі кешенді металлургиялық жүйелердегі реакциялар механизмдері баяндалады.

Кредиттер саны: 8

Пререквизиты:

• Химия

Пәннің еңбек сыйымдылығы:

Жұмыс түрлері	сағат
Дәрістер	30
Практикалық жұмыстар
Зертханалық жұмыстар	45
СӨЖО	45
СӨЖ	120
Қорытынды бақылау нысаны	емтихан
Қорытынды бақылауды жүргізу нысаны	жазбаша емтихан

Компонент: ЖОО компоненті

Цикл: Базалық пәндер

Мақсат

• Пәннің мақсаты – студенттерде металлургиялық процестердің термодинамикалық және кинетикалық заңдылықтары туралы білім қалыптастыру, сондай-ақ металлургиядағы жүретін реакциялардың физика-химиялық негіздерін талдау және есептеу дағдыларын дамыту.

Міндет

• Металлургиялық процестердің термодинамикалық негіздерін және химиялық тепе-теңдік заңдарын меңгеру.
• Металлургиядағы реакциялардың жылулық және энергетикалық әсерлерін есептеу әдістерін игеру.
• Отынның жану кинетикасының және металдарды қосылыстарынан қалпына келтіру заңдылықтарын оқып үйрену.
• Күрделі гетерогенді жүйелерді талдау және металлургиялық процестерді модельдеу дағдыларын дамыту.

Оқыту нәтижесі: білу және түсіну

• Студенттер металлургиялық процестердің физика-химиялық негіздерін терең меңгеруі тиіс; металлургиялық жүйелерде жүретін реакциялардың термодинамикалық және кинетикалық заңдылықтарын түсіндіре білуі керек; металлургиядағы газ, сұйық және қатты фазалардың өзара әрекеттесу ерекшеліктерін түсінуі қажет; металлургиялық процестерді талдау мен модельдеудің заманауи тәсілдерін білуі тиіс.

Оқыту нәтижесі: білім мен ұғымды қолдану

• Студенттер алған білімдерін металлургиялық өндірістің типтік және бейстандартты есептерін шешуде қолдана білуі тиіс; технологиялық процестерді талдау мен оңтайландыруда термодинамикалық және кинетикалық модельдерді пайдалана білуі керек; реакциялардың жылулық әсерлерін, жүйелердің тепе-тең құрамын және процестердің параметрлерін есептей алуы қажет; металлургиялық агрегаттардың жұмыс режимдерін физика-химиялық заңдылықтарға сүйене отырып негіздей білуі тиіс.

Оқыту нәтижесі: талқылай білуді қалыптастыру

• Студенттер металлургиялық процестер мен технологияларды қолданудың мақсатқа сәйкестігі туралы қорытынды жасай білуі тиіс; олардың тиімділігі мен экологиялық қауіпсіздігін сыни тұрғыдан бағалай алуы керек; алынған тәжірибелік және есептік деректерді түсіндіре білуі қажет; процестердің оңтайлы өту шарттарын таңдауда негізделген шешімдер қабылдай алуы тиіс.

Оқыту нәтижесі: коммуникативтік қабілеттіліктер

• Студенттер кәсіби ортада тиімді қарым-қатынас жасай білуі, ойларын анық және қисынды жеткізе алуы, металлургиядағы ғылыми терминологияны қолдана білуі тиіс; топпен жұмыс істей алуы, пікірталаста өз көзқарасын қорғай білуі, сондай-ақ өзінің жұмыс нәтижелерін ауызша және жазбаша түрде ұсына алуы қажет.

Оқыту нәтижесі: Оқу дағдылары немесе сабаққа қабілеттілігі

• Студенттер өздігінен білім алуға және өзін-өзі дамытуға қабілетті болуы тиіс; ғылыми-техникалық ақпаратты іздей білуі, талдай алуы және сыни тұрғыдан бағалай білуі қажет; үздіксіз кәсіби білім алу дағдыларын дамытып, металлургиялық өндірістің жаңа жағдайларына және ғылыми жетістіктерге бейімделе алуы тиіс.

Оқыту әдістері

Пәнді оқытуда заманауи білім беру технологиялары қолданылады: проблемалық оқыту, кейс-әдіс, жобалық оқыту элементтері, цифрлық платформалар мен мультимедиялық ресурстар. Аралас оқыту (blended learning), интерактивті жұмыс түрлері (пікірталастар, онлайн-тестілеу, симуляциялар), сондай-ақ студенттердің дербес зерттеу жұмыстарының әдістері пайдаланылады. Негізгі назар сыни ойлау, талдау дағдыларын және теориялық білімді тәжірибеде қолдану қабілеттерін дамытуға аударылады.

Білім алушының білімін бағалау

Оқытушы ағымдағы бақылау жұмыстарының барлық түрлерін жүргізеді және академиялық кезеңде екі рет білім алушылардың ағымдағы үлгеріміне тиісті баға береді. Ағымдағы бақылау нәтижелері бойынша 1 және 2 рейтинг қалыптастырылады. Білім алушының оқу жетістіктері 100 балдық шкала бойынша бағаланады, Р1 және Р2 қорытынды бағасы ағымдағы үлгерім бағасынан орташа арифметикалық ретінде шығарылады. Академиялық кезеңде білім алушының жұмысын бағалауды пән бойынша тапсырмаларды тапсыру кестесіне сәйкес оқытушы жүзеге асырады. Бақылау жүйесі жазбаша және ауызша, топтық және жеке формаларды біріктіре алады.

Кезең	Тапсырма түрі	Өлшем
1  рейтинг	Кіріспе дәріс. Ұйымдастыру мәселелері, мақсаттар қою.	0-100
	Дәріс. СОӨЖ – негізгі термодинамикалық ұғымдар бойынша конспект дайындау.
	Дәріс + зертханалық жұмыс №1. СОӨЖ – есеп беру дайындау.
	Дәріс. Ағымдық сұрау / шағын тест.
	Дәріс + зертханалық жұмыс №2. СОӨЖ – есептік тапсырмаларды орындау.
	Дәріс. СОӨЖ – баяндама / презентация дайындау.
	Дәріс + зертханалық жұмыс №3. Ағымдық бақылау.
	Дәріс. Аралық аттестация (бақылау жұмысы / тест).
2  рейтинг	Дәріс + зертханалық жұмыс №4. СОӨЖ – есеп беру жазу.	0-100
	Дәріс. СОӨЖ – есептік тапсырма дайындау.
	Дәріс + зертханалық жұмыс №5. Ағымдық сұрау.
	Дәріс. СОӨЖ – пікірталасқа / коллоквиумға дайындық.
	Дәріс + зертханалық жұмыс №6. СОӨЖ – есеп беру.
	Дәріс. СОӨЖ – қорытындылау, емтиханға дайындық.
	Қорытынды аттестация (емтихан немесе сынақ).
Қорытынды бақылау	емтихан	0-100

Жұмыс түрлері бойынша оқыту нәтижелерін бағалау саясаты

Тапсырма түрі	90-100	70-89	50-69	0-49
	Өте жақсы	Жақсы	Қанағаттанарлық	Қанағаттанарлықсыз
Тестілеу. Ауызша сауалнама. Жазбаша жұмыстар. Зертханалық жұмыстарды қорғау. Ағымдық, аралық және қорытынды бақылау.	«Өте жақсы» баға мыналарға сәйкес келеді: Сандық баламасы 4,0 және пайызы 95-100% болатын баға. Бұл бағалау егер студент оқу материалын шығармашылықпен түсінсе және өз бетінше іс жүзінде қолдана білсе, құбылыстар мен процестердің мәнін тереңірек түсіну үшін қосымша дереккөздерді пайдаланса, материалдың когнитивтік құрылымын көре алса, жетіспейтін элементтерді анықтаса қойылады. құрылымы және оларды қосу. Тапсырмаларды орындау кезіндегі дербестік пен шығармашылықтың жоғары деңгейі. Проблемалық аймақтар мен қауіпті аймақтарды анықтау. Алған білімдерін проблемалық жағдаяттарды шешуге шығармашылықпен пайдалану. Баға А-, цифрлық баламасы 3,67 және пайыздық көрсеткіші 90-94%. Бұл бағалау студент оқу материалын шығармашылық тұрғыдан түсінуді және өз бетінше практикалық қолдануды, құбылыстар мен процестердің мәнін тереңірек түсіну үшін қосымша дереккөздерді пайдалануды, материалдың когнитивтік құрылымын көруді, жетіспейтін элементтерді анықтауды көрсеткен жағдайда қойылады. құрылымы және оларды толықтыру. Проблемалық аймақтар мен қауіпті аймақтарды анықтау. Алған білімдерін проблемалық жағдаяттарды шешуге шығармашылықпен пайдалану. Іс-әрекетті өзін-өзі бағалау, жұмыстағы қателерді және олардың пайда болу себептерін талдау, оларды өз бетінше түзету және өз дағдыларын жетілдіру бойынша әрекеттерді жоспарлау.	«Жақсы» рейтинг мыналарға сәйкес келеді: A B+ рейтингі, оның сандық баламасы 3,33 және пайызы 85-89%. Бұл бағалау, егер студент оқу материалын меңгергенін және оны практикалық қолдануды көрсеткен жағдайда қойылады. Жаңасын жасау үшін элементтердің тәуелсіз комбинациясы. Әртүрлі жағдайларда күрделілік дәрежесі әртүрлі оқу материалын еркін меңгеру. Тапсырмаларды орындаудағы дербестік пен шығармашылықтың жеткілікті деңгейі. Әрекетте болмашы қателіктерге жол беру және оларды мұғалімнің ұсынысы бойынша түзету мүмкіндігі. В дәрежесі, цифрлық баламасы 3,0 және пайызы 80-84%. Бұл баға студент оқу материалын меңгеруде және оны стандартты және стандартты емес жағдайларда практикалық қолдануда шеберлік пен еркіндік танытқан жағдайда қойылады. Қолданыстағы деректерді одан әрі қолдану мақсатында салыстырады және ажыратады. Тапсырмаларды орындаудағы дербестік пен шығармашылықтың жеткілікті деңгейі. Іс-әрекеттегі болмашы қателерге жол беру және оларды мұғалімнің басшылығымен түзету мүмкіндігі. Сандық баламасы 2,67 және пайызы 75-79% болатын B- бағасы. Бұл бағалау студент бағдарламалық материалды меңгергендігін, оны практикада қолдануын, стандартты және стандартты емес жағдайларда алған дағдыларын көрсеткен жағдайда қойылады. Тапсырмаларды орындау кезінде табиғи мотивацияның болуы. Топтағы тапсырмаларды орындауға белсенді қатысу. Қателер мен қателер жіберу, мұғалімнің ұсынысы бойынша түзету; С+ дәрежесі, сандық баламасы 2,33 және пайызы 70-74%. Бұл бағалау студенттің бағдарламалық материалды меңгергендігін, оны практикада қолдануын және стандартты, кейде стандартты емес жағдайларда алған дағдыларын көрсеткен жағдайда қойылады. Тапсырмаларды орындау кезінде табиғи мотивацияның болуы. Топтағы тапсырмаларды орындауға белсенді қатысу. Қателерді және болмашы қателерді қабылдау, оларды оқытушының бақылауымен түзету.	«Қанағаттанарлық» баға мыналарға сәйкес келеді: Сандық баламасы 2,0 және пайызы 65-69% болатын С бағасы. Бұл бағалау студенттің бағдарламалық материалды меңгергендігін, оны практикада қолдануын және белгіленген үлгілер бойынша тапсырмаларды орындау қабілетін көрсеткен жағдайда қойылады. Тапсырмаларды өз бетінше орындауға, мысалдар келтіруге, жіктеуге, салыстыруға және т.б. Стандартты емес жағдайларда тапсырмаларды орындаудың қиындығы. Мұғалімнің бақылауымен қателер жіберу және оларды түзету. Сандық баламасы 1,67 және пайызы 60-64% болатын C- бағасы. Бұл баға студент оқу материалын түсінгенін және оны типтік жағдайларда механикалық қолдануды көрсеткен жағдайда қойылады. Тапсырмаларды өз бетінше орындау оның әрі қарайғы үдеріс үшін маңызын терең түсінбей, оның салдары іс-әрекеттердің толық еместігі мен сәйкессіздігі болып табылады, қателіктерге әкеледі. Стандартты емес жағдайларда тапсырмаларды орындаудың қиындығы. Мұғалімнің бақылауымен қателер жіберу және оларды түзету. D+ дәрежесі, цифрлық баламасы 1,33 және пайызы 55-59%. Бұл бағалау, егер оқушы репродуктивті деңгейде оқу материалын механикалық меңгерген болса қойылады. Тапсырмаларды оның кейінгі үдеріс үшін маңызын терең түсінбей орындау, оның салдары іс-әрекеттердің толық еместігі мен сәйкес келмеуі, қателіктерге әкеліп соғуы. Мұғалімнің жетекшілігімен іс-әрекетті реттеу. Стандартты емес жағдайларда тапсырмаларды орындаудың қиындығы; D дәрежесі, цифрлық баламасы 1,0 және пайызы 50-54%. Бұл бағалау, егер студент мұғалімнің жетекшілігімен репродуктивті деңгейде оқу материалын механикалық меңгерген болса қойылады. Терминдерді, ұғымдарды және фактілерді жаңғырту. Мұғалімнің көмегімен жұмысты немесе тапсырмаларды орындау алгоритмін қолдану. Стандартты және стандартты емес жағдайларда тапсырмаларды орындау кезінде қиындықтардың туындауы.	«Қанағаттанарлықсыз» баға сандық баламасы 0 және пайызы 0-49% болатын F бағасына сәйкес келеді. Бұл бағалау студент модуль бағдарламасының (пәннің) жартысынан көбін меңгере алмағанын көрсеткен жағдайда қойылады. Мұғалімнің қосымша және нақтылау сұрақтары оқушының жауабын түзетуге әкелмейді. Ағымдағы, аралық және қорытынды бақылау нысандарында қарастырылған жауаптарда іргелі қателер жіберілген.

Бағалау нысаны

Пән бойынша білім алушының білімін қорытынды бағалау 100 баллдық жүйе бойынша жүзеге асырылады және:

• Емтиханда алынған нәтиженің 40%;
• Ағымдағы үлгерімнің 60% - ы.

Қорытынды бағаны есептеу формуласы:

И= 0,6	Р1+Р2	+0,4Э
	2

 

мұндағы, Р1, Р2-тиісінше бірінші, екінші рейтингті бағалаудың сандық эквиваленттері;

Э - емтихандағы бағаның сандық баламасы.

Қортынды әріптік бағасы және оның балдық сандық эквиваленті:

Төрт балдық жүйе бойынша цифрлық баламаға сәйкес келетін білім алушылардың оқу жетістіктерін бағалаудың әріптік жүйесі:

Әріптік жүйе бойынша бағалар	Балдардың сандық эквиваленті	Балдар (%-тік құрамы)	Дәстүрлі жүйе бойынша бағалар
A	4.0	95-100	Өте жақсы
A-	3.67	90-94
B+	3.33	85-89	Жақсы
B	3.0	80-84
B-	2.67	75-79
C+	2.33	70-74
C	2.0	65-69	Қанағаттанарлық
C-	1.67	60-64
D+	1.33	55-59
D	1.0	50-54
FX	0.5	25-49	Қанағаттанарлықсыз
F	0	0-24

Дәріс сабақтарының тақырыптары

• Кіріспе
• Газдардың жану реакциясының термодинамикасы
• Химиялық потенциал, изобарлық потенциал және тепе-теңдік тұрақтысы
• Тепе-теңдіктің ығысуы
• Көміртек тотығы мен сутегінің жануы
• Қатты көміртектің жануы
• Химиялық кинетиканың негіздері
• Тізбекті реакциялар
• Қатты көміртектің жану кинетикасы
• Кинетикалық және диффузиялық режимдер
• Карбонаттардың түзілуі мен диссоциациясының термодинамикасы
• Диссоциация қысымы
• Диссоциация жылдамдығына әсер ететін факторлар
• Қосылыстардың түзілуі мен диссоциациясының термодинамикалық талдауы
• Газтәрізді және конденсаттық диссоциация
• Металдардың тотығуының жалпы заңдылықтары
• Окалина құрылымы және темірдің тотығу механизмі
• Тотығудың ионды-электрондық теориясы
• Қалпына келу процестерінің негіздері
• Қатты көміртекпен қалпына келтіру
• Газдармен және қатты көміртекпен қалпына келтіру кинетикасы
• Темірдің көміртек тотығымен көміртектенуі
• Темірдің метанмен көміртектенуі
• Сұйық металдардың құрылысы мен қасиеттері: тұтқырлық, тығыздық, электрлік кедергі
• Ионды балқымалар (қождар)
• Қождардың физика-химиялық қасиеттері
• Көміртектің тотығуы
• Оттегінің диффузиясы
• Ликвациялық және кристаллизациялық тазарту әдістерінің теориялық негіздері
• Булану, сублимация, конденсация

Негізгі әдебиет

• Металлургиялық процестердің термодинамикасы мен кинетикасы: «металл – қож – газ» жүйесін модельдеу / Г. И. Котельников, А. А. Толстолуцкий, С. В. Подкур, Е. В. Лысенкова. – Оқу құралы. – Мәскеу: МИСиС баспасы, 2023. – ISBN 978-5-907560-82-6.
• Металлургиялық процестер теориясы / Н. В. Белоусова, О. В. Белоусов, А. С. Ясинский. – Оқулық. – Красноярск: Сібір федералдық университеті, 2021. – ISBN 978-5-7638-4406-1.
• Металлургиялық процестердің жылу физикасы / В. Г. Лисиенко, В. И. Лобанов, Б. И. Китаев. – Оқу құралы. – Мәскеу: Юрайт, 2023. – ISBN 978-5-534-13292-2.

Қосымша әдебиеттер

• Ковтун О.Н., Марченко Н.В. Металлургиялық өндірістің негіздері : оқу құралы. — Красноярск : СФУ, 2021. — ISBN 978-5-7638-4374-3.
• Клим О.Н. Металлургиялық өндірістің негіздері (кәсіби орта білімге арналған оқу құралы). — Мәскеу : Юрайт, 2022. — ISBN 978-5-534-13295-3.
• Металлургиялық өндірістің негіздері (оқулық, 5-басылым) — Лань, 2024. — ISBN 978-5-507-47607-7.
• Materials Processing Fundamentals 2023 / S. Wagstaff, A. Anderson, A. S. Sabau и др. (ред.) // Springer, Cham, 2023. ISBN-Hardcover 978-3-031-22656-4; eBook ISBN 978-3-031-22657-1.
• Materials Processing Fundamentals 2024: Iron and Steel Production / S. Wagstaff, A. Anderson, A. S. Sabau, Chukwunwike Iloeje (ред.) // Springer, Cham, 2024. ISBN-Hardcover 978-3-031-50183-8; eBook ISBN 978-3-031-50184-5.
• Rare Metal Technology 2023 / Takanari Ouchi, Kerstin Forsberg, Gisele Azimi и др. (ред.) // Springer, Cham, 2023. ISBN 978-3-031-22760-8; eBook ISBN 978-3-031-22761-5.
• Metallurgical Process Simulation and Optimization // MDPI Books, 2023; ISBN 978-3-0365-6430-2.
• Advancements in Powder Metallurgy: Processing, Applications, and Properties / Shashanka Rajendrachari, Rayappa Shrinivas Mahale // IGI Global, 2024. ISBN-13: 978-1-6684-9385-4.