Теория физико-химических основ металлургических процессов
内容描述: В курсе «Теория физико-химических основ металлургических процессов» изучаются теоретические основы металлургических реакций и процессов. Рассматриваются закономерности термодинамического взаимодействия газовой фазы в металлургических агрегатах, процессы термической диссоциации и образования соединений, взаимодействие оксидов и металлов с восстановительной газовой атмосферой, а также протекание реакций в сложных гетерогенных системах. Освещаются вопросы кристаллизационных методов очистки, испарения и конденсации металлических фаз, а также механизмы реакций в простых и комплексных металлургических системах.
贷款数: 8
Пререквизиты:
- Химия
*СomplexityDiscipline(zh-CN)*:
| *TypesOfClasses(zh-CN)* | *hours(zh-CN)* |
|---|---|
| *Lectures(zh-CN)* | 30 |
| *PracticalWork(zh-CN)* | |
| *LaboratoryWork(zh-CN)* | 45 |
| *srop(zh-CN)* | 45 |
| *sro(zh-CN)* | 120 |
| *FormOfFinalControl(zh-CN)* | экзамен |
| *FinalAssessment(zh-CN)* | письменный экзамен |
零件: Вузовский компонент
循环次数: Базовые дисциплины
Цель
- Целью дисциплины является формирование у студентов знаний о термодинамических и кинетических закономерностях металлургических процессов, а также развитие навыков анализа и расчёта физико-химических основ протекающих реакций в металлургии.
Задача
- Изучить термодинамические основы металлургических процессов и законы химического равновесия.
- Освоить методы расчёта тепловых и энергетических эффектов реакций в металлургии.
- Изучить кинетические закономерности горения топлива и восстановления металлов из их соединений.
- Развить навыки анализа сложных гетерогенных систем и моделирования металлургических процессов.
Результат обучения: знание и понимание
- Студенты должны продемонстрировать знание и понимание фундаментальных физико-химических основ металлургических процессов; уметь объяснять термодинамические и кинетические закономерности реакций, протекающих в металлургических системах; понимать особенности взаимодействия газовой, жидкой и твердой фаз в металлургическом производстве; знать современные подходы к анализу и моделированию металлургических процессов.
Результат обучения: применение знаний и пониманий
- Студенты должны уметь применять полученные знания для решения типовых и нестандартных задач металлургического производства; использовать термодинамические и кинетические модели при анализе и оптимизации технологических процессов; рассчитывать тепловые эффекты реакций, равновесные составы систем и параметры процессов; обосновывать выбор рациональных режимов работы металлургических агрегатов с учётом физико-химических закономерностей.
Результат обучения: формирование суждений
- Студенты должны уметь самостоятельно формулировать выводы о целесообразности применения тех или иных металлургических процессов и технологий; критически оценивать их эффективность и экологическую безопасность; интерпретировать полученные экспериментальные и расчетные данные; принимать обоснованные решения при выборе оптимальных условий протекания процессов.
Результат обучения: коммуникативные способности
- Студенты должны обладать способностью эффективно общаться в профессиональной среде, ясно и логично формулировать мысли, использовать научную терминологию металлургии; уметь работать в команде, отстаивать собственную точку зрения в дискуссиях, а также представлять результаты своей деятельности в устной и письменной формах.
Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе
- Студенты должны обладать способностью к самостоятельному обучению и саморазвитию; уметь искать, анализировать и критически оценивать научно-техническую информацию; развивать навыки непрерывного профессионального образования и адаптироваться к новым условиям металлургического производства и научным достижениям.
*TeachingMethods(zh-CN)*
В преподавании дисциплины используются современные образовательные технологии: проблемно-ориентированное обучение, кейс-метод, элементы проектного обучения, цифровые платформы и мультимедийные ресурсы. Применяются технологии смешанного обучения (blended learning), интерактивные формы работы (дискуссии, онлайн-тестирование, симуляции), а также методы самостоятельной исследовательской работы студентов. Особое внимание уделяется развитию критического мышления, навыков анализа и практического применения теоретических знаний.
*AssessmentKnowledge(zh-CN)*
Преподаватель проводит все виды работ текущего контроля и выводит соответствующую оценку текущей успеваемости обучающихся два раза в академический период. По результатам текущего контроля формируется рейтинг 1 и 2. Учебные достижения обучающегося оцениваются по 100-балльной шкале, итоговая оценка Р1 и Р2 выводится как средняя арифметическая из оценок текущей успеваемости. Оценка работы обучающегося в академическом периоде осуществляется преподавателем в соответствии с графиком сдачи заданий по дисциплине. Система контроля может сочетать письменные и устные, групповые и индивидуальные формы.
| *Period2(zh-CN)* | *TypeOfTask(zh-CN)* | *Total(zh-CN)* |
|---|---|---|
| 1 *Rating(zh-CN)* | Введение в курс. Лекция, организационные вопросы, постановка задач. | 0-100 |
| Лекция. СРС – подготовка конспекта по базовым термодинамическим понятиям. | ||
| Лекция + лабораторная работа №1. СРС – подготовка отчета. | ||
| Лекция. Текущий опрос / мини-тест. | ||
| Лекция + лабораторная работа №2. СРС – решение расчетных задач. | ||
| Лекция. СРС – подготовка сообщения / презентации. | ||
| Лекция + лабораторная работа №3. Текущий контроль. | ||
| Лекция. Промежуточная аттестация (контрольная работа / тест). | ||
| 2 *Rating(zh-CN)* | Лекция + лабораторная работа №4. СРС – оформление отчета. | 0-100 |
| Лекция. СРС – подготовка расчетного задания. | ||
| Лекция + лабораторная работа №5. Текущий опрос. | ||
| Лекция. СРС – подготовка к дискуссии / коллоквиуму. | ||
| Лекция + лабораторная работа №6. СРС – отчет. | ||
| Лекция. СРС – итоговое обобщение, подготовка к экзамену. | ||
| Итоговая аттестация (экзамен). | ||
| *TotalControl(zh-CN)* | экзамен | 0-100 |
*PolicyAssignmentTask(zh-CN)*
| *TypeOfTask(zh-CN)* | 90-100 | 70-89 | 50-69 | 0-49 |
|---|---|---|---|---|
| Excellent | *Grade4(zh-CN)* | *Grade3(zh-CN)* | *Grade2(zh-CN)* | |
| Тестирование. Устный опрос. Письменные работы. Защита лабораторных работ. Текущий, промежуточный и итоговый контроль. | Оценке «отлично» соответствуют: Оценка A, имеющая цифровой эквивалент 4,0 и процентное содержание 95-100%. Данная оценка ставится в том случае, если обучающийся показал творческое осмысление и самостоятельное практическое применение учебного материала, использование дополнительных источников для более глубокого осмысления сущности явлений и процессов, видение когнитивной структуры материала, выявление недостающих элементов структуры, дополнение ими. Высокий уровень самостоятельности и творческого подхода при выполнении задания. Выявление проблемных зон и зон риска. Креативное использование полученных знаний для решения проблемных ситуаций. Оценка A-, имеющая цифровой эквивалент 3,67 и процентное содержание 90-94%. Данная оценка ставится в том случае, если обучающийся показал творческое осмысление и самостоятельное практическое применение учебного материала, использование дополнительных источников для более глубокого осмысления сущности явлений и процессов, видение когнитивной структуры материала, выявление недостающих элементов структуры, их дополнение. Выявление проблемныхзон и зон риска. Креативное использование полученных знаний для решения проблемных ситуаций. Самооценка деятельности, анализ погрешностей в работе и причин их возникновения, самостоятельное исправление их и планирование действий по совершенствованию собственных навыков. | Оценке «хорошо» соответствуют: Оценка B+, имеющая цифровой эквивалент 3,33 и процентное содержание 85-89%. Данная оценка ставится в том случае, если обучающийся показал овладение учебным материалом и практическое его применение. Самостоятельное объединение элементов с целью создания нового. Свободное оперирование учебным материалом различной степени сложности в различных ситуациях. Достаточный уровень самостоятельности и творческого подхода при выполнении задания. Допущение незначительных погрешностей в действиях и умение их исправить по рекомендации преподавателя. Оценка B, имеющая цифровой эквивалент 3,0 и процентное содержание 80-84%. Данная оценка ставится в том случае, если обучающийся показал овладение и свободное оперирование учебным материалом и практическое его применение в стандартных и нестандартных ситуациях. Сопоставляет и дифференцирует имеющиеся данные, с целью дальнейшего их применения. Достаточный уровень самостоятельности и творческого подхода при выполнении задания. Допущение незначительных погрешностей в действиях и умение их исправить под руководством преподавателя. Оценка B-, имеющая цифровой эквивалент 2,67 и процентное содержание 75-79%. Данная оценка ставится в том случае, если обучающийся показал овладение программным материалом, его практическое применение, демонстрация приобретенных навыков в стандартных и нестандартных ситуациях. Наличие естественной мотивации при выполнении заданий. Активное участие в выполнении задания в группе. Допущение погрешностей и ошибок, их исправление по рекомендации преподавателя; Оценка С+, имеющая цифровой эквивалент имеющая цифровой эквивалент 2,33 и процентное содержание 70-74%. Данная оценка ставится в том случае, если обучающийся показал овладение программным материалом, его практическое применение, демонстрация приобретенных навыков в стандартных, а иногда в нестандартных ситуациях. Наличие естественной мотивации при выполнении заданий. Активное участие в выполнении задания в группе. Допущение погрешностей и незначительных ошибок, их исправление под контролем преподавателя. | Оценке «удовлетворительно» соответствуют: Оценка C, имеющая цифровой эквивалент 2,0 и процентное содержание 65-69%. Данная оценка ставится в том случае, если обучающийся показал овладение программным материалом, его практическое применение, наличие навыков выполнения задания по установленным образцам. Стремление самостоятельно выполнять задания, приведение примеров, классифицирование, сравнение и т.д. Затруднение выполнения задания в нестандартных ситуациях. Допущение ошибок, их исправление под контролем преподавателя. Оценка C-, имеющая цифровой эквивалент 1,67 и процентное содержание 60-64%. Данная оценка ставится в том случае, если обучающийся показал понимание учебного материала, механическое его применение в типичных ситуациях. Самостоятельное выполнение заданий без глубокого осмысления его значимости для дальнейшего процесса, следствием которого является неполнота и непоследовательность действий, приводящая к ошибкам. Затруднение выполнения задания в нестандартных ситуациях. Допущение ошибок, их исправление под контролем преподавателя. Оценка D+, имеющая цифровой эквивалент 1,33 и процентное содержание 55-59%. Данная оценка ставится в том случае, если обучающийся показал механическое освоение учебного материала на репродуктивном уровне. Выполнение заданий без глубокого осмысления его значимости для дальнейшего процесса, следствием которого является неполнота и непоследовательность действий, приводящая к ошибкам. Корректировка деятельности под руководством преподавателя. Затруднение в выполнении задания в нестандартных ситуациях; Оценка D, имеющая цифровой эквивалент 1,0 и процентное содержание 50-54%. Данная оценка ставится в том случае, если обучающийся показал механическое освоение учебного материала на репродуктивном уровне под руководством преподавателя. Воспроизведение терминов, понятий и фактов. Использование алгоритма выполнения работ или задания с помощью преподавателя. Возникновение затруднений при выполнении заданий в стандартных и нестандартных ситуациях. | Оценке «неудовлетворительно» соответствует оценка F, имеющая цифровой эквивалент 0 и процентное содержание 0-49%. Данная оценка ставится в том случае, если обучающийся показал не освоение более половины программы модуля (дисциплины). Дополнительные и уточняющие вопросы преподавателя не приводят к коррекции ответа обучающегося. Наличие пробелов в знании основного материала, предусмотренного программой, в ответах допущены принципиальные ошибки, не выполнены отдельные задания, предусмотренные формами текущего, промежуточного и итогового контроля. |
*EvaluationForm(zh-CN)*
Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе и включает:
- 40% результата, полученного на экзамене;
- 60% результатов текущей успеваемости.
Формула подсчета итоговой оценки:
| И= 0,6 | Р1+Р2 | +0,4Э |
| 2 |
где, Р1, Р2 – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.
Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:
Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся, соответствующая цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе:
| Оценка по буквенной системе | Цифровой эквивалент | Баллы (%-ное содержание) | Оценка по традиционной системе |
|---|---|---|---|
| A | 4.0 | 95-100 | Отлично |
| A- | 3.67 | 90-94 | |
| B+ | 3.33 | 85-89 | Хорошо |
| B | 3.0 | 80-84 | |
| B- | 2.67 | 75-79 | |
| C+ | 2.33 | 70-74 | |
| C | 2.0 | 65-69 | Удовлетворительно |
| C- | 1.67 | 60-64 | |
| D+ | 1.33 | 55-59 | |
| D | 1.0 | 50-54 | |
| FX | 0.5 | 25-49 | Неудовлетворительно |
| F | 0 | 0-24 |
Темы лекционных занятий
- Введение в курс. Роль термодинамики и кинетики в металлургии.
- Термодинамика реакции горения газов. Тепловые эффекты.
- Химический потенциал, изобарный потенциал и константа равновесия.
- Смещение равновесия. Правило фаз
- Горение окиси углерода и водорода
- Горение твёрдого углерода. Полное и неполное горение
- Основы химической кинетики. Теории воспламенения
- Цепные реакции. Механизм горения водорода и угарного газа
- Кинетика горения твёрдого углерода. Гетерогенные процессы
- Кинетические и диффузные режимы. Воспламенение и тушение угля
- Термодинамика образования и диссоциации карбонатов
- Давление (упругость) диссоциации. Кинетика и механизм процессов
- Факторы, влияющие на скорость диссоциации. Разложение CaCO₃
- Термодинамический анализ образования и диссоциации соединений
- Газообразная и конденсатная диссоциация
- Общие закономерности окисления металлов. Формально-кинетический подход
- Структура окалины и механизм окисления железа
- Ионно-электронная теория окисления. Диссоциация оксидов
- Основы процессов восстановления. Восстановление газообразными восстановителями
- Восстановление твёрдым углеродом. Металлотермическое восстановление
- Кинетика восстановления газами и твёрдым углеродом
- Науглероживание железа оксидом углерода
- Науглероживание железа метаном
- Строение и свойства жидких металлов: вязкость, плотность, электрическое сопротивление
- Ионные расплавы (шлаки). Химический состав и диаграммы состояния
- Физико-химические свойства шлаков
- Окисление углерода. Переход кислорода из газа и шлака в металл
- Диффузия кислорода. Образование и всплывание пузырьков CO
- Теоретические основы ликвационных и кристаллизационных методов очистки
- Испарение, возгонка, конденсация. Взаимодействие сульфидов с газами, металлами и оксидами
Основная литература
- Термодинамика и кинетика металлургических процессов: моделирование системы «металл – шлак – газ» / Г. И. Котельников, А. А. Толстолуцкий, С. В. Подкур, Е. В. Лысенкова // Учебное пособие / Издательский дом МИСиС, 2023. ISBN 978-5-907560-82-6
- Теория металлургических процессов / Н. В. Белоусова, О. В. Белоусов, А. С. Ясинский // Учебник / Сибирский федеральный университет, 2021. ISBN 978-5-7638-4406-1
- Теплофизика металлургических процессов / В. Г. Лисиенко, В. И. Лобанов, Б. И. Китаев // Учебное пособие / Москва : Учебное пособие Юрайт, 2023. ISBN 978-5-534-13292-2
Дополнительная литература
- Ковтун О.Н., Марченко Н.В. Основы металлургического производства : учебное пособие. — Красноярск : Сибирский федеральный университет, 2021. — 180 с. — ISBN 978-5-7638-4374-3.
- Клим О.Н. Основы металлургического производства : учебное пособие (для СПО). — Москва : Юрайт, 2022. — 168 с. — ISBN 978-5-534-13295-3.
- «Основы металлургического производства» / под ред. (учебник для вузов), изд. Лань — 5-е изд., перераб. и доп. — Москва : Лань, 2024. — 616 с. — 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.
