Korkealämpötilaprosessit

Transkriptio

1 Korkealämpötilaprosessit Johdanto klo 8-10 PR126B Tavoite Tutustua prosessimetallurgian opintoihin - Tavoitteet - Rakenne - Sisältö Tutustua prosessimetallurgian tutkimusyksikön toimintaan - Opetustarjonta - Tutkimusalueet ja -menetelmät Tutustua Korkealämpötilaprosessit-kurssiin - Tavoitteet - Sisältö - Aikataulut - Suoritustapa - Terästen valmistus Suomessa -seminaaripäivä 1

2 Sisältö Prosessimetallurgian opinnot - Prosessimetallurgian opintosuunta - Pyrometallurgian opinnot Prosessimetallurgian tutkimusyksikkö - Opintotarjonta - Tutkimusaiheet ja menetelmät Korkealämpötilaprosessit opintojakso - Tavoitteet - Ydinainesanalyysi - Sisältö - Aikataulu - Suoritustapa - Tiedotus Terästen valmistus Suomessa seminaari Vastuuopettaja kurssilla Eetu-Pekka Heikkinen Huone: TF214 - Prosessin kiltahuoneen portaikosta 2. kerrokseen ja käytävää etelää kohti Puh Tavoitettavissa rajoitetusti (syksyn aikana paljon luentoja) .: eetu.heikkinen@oulu.fi 2

3 Prosessimetallurgian opintosuunta Osaamistavoitteet - Tutkimus- ja kehitystehtävissä tarvittava menetelmällinen osaaminen - Kokeellinen tutkimus ja analysointi - Ilmiö- ja prosessilähtöinen mallinnus - Sovellettuna epäorgaanisten materiaalien valmistukseen ja käsittelyyn sekä niiden oheisprosesseihin liittyen - Erityisesti metallien valmistus (prosessimetallurgia) - Korkealämpötilakäsittelyt - Liuotus- ja saostuskäsittelyt Prosessimetallurgian opintosuunta Kaksi syventymiskohdetta - Pyrometallurgia - Hydrometallurgia DI-vaiheen opintojen rakenne - Opintosuunnan moduuli 60 op - Vaihtoehto A - Pyro- ja hydrometallurgian opintoja yht. 60 op - Vaihtoehto B - Itse valittu kokonaisuus metallurgiaa yht. 30 op - Voi olla pelkkää pyrometallurgiaaa, pelkkää hydrometallurgiaa tai yhdistelmä näistä kahdesta - Opintosuuntaa täydentäviä opintoja yht. 30 op - Prosessi- tai ympäristötekniikan moduulit: Automaatiotekniikka, Biotuotteet ja bioprosessitekniikka, Energia ja ympäristötekniikka, Kemiantekniikka, Vesi- ja yhdyskuntatekniikka - Muiden koulutusohjelmien moduulit, esim.: Materiaalitekniikka, Rikastustekniikka, Tuotantotalous - Valinnaisia opintoja (osa kiinnitetty) 30 op - Vähintään A-tasoisia opintoja - Metallurgia-aiheinen diplomityö 30 op 3

4 Kurssit Pyrometallurgian syventymiskohde: - Thermodynamic and process modelling in metallurgy and mineral processing, 5 op - Korkealämpötilaprosessit, 5 op - Korkealämpötilakemia, 5 op - Korkealämpötilaprosessien kokeellinen tutkimus, 10 op - Metallurgian seminaari, 5 op Hydrometallurgian syventymiskohde: - Vesiliuosten kemia, 5 op - Näytteenotto ja näytteen esikäsittely, 5 op - Koesuunnittelu, 5 op - Pintakemia, 5 op - Kemian teolliset sovellukset, 5 op - Sähkökemia, 5 op - Hydrometallurgisten prosessien kemia, 5 op Lista voi täydentyä lähivuosina - esim. Kinetiikka, 5 op Diplomityö Terästehtaat - Keskeisimpinä SSAB Europe ja Outokumpu - OVAKO - Töistä sovitaan usein kesäharjoittelun yhteydessä Muiden metallien valmistus - mm. Boliden, Luvata Valimot ja konepajat - mm. TEVO-Lokomo (ent. Metso), URV, Componenta Teknologiatoimittajat ja tutkimuslaitokset - mm. Outotec, Mefos Kaivokset - mm. Agnico-Eagle Kittilä, Keliber Yliopisto - Tutkimusprojekteihin liittyen yhteistyössä yritysten kanssa Metalliteollisuutta palvelevien pienyritysten hankkeet esim. mittaukseen liittyen 4

5 Diplomityö Kysele aiheita kesätöiden yhteydessä - Erityisesti isot yritykset (SSAB, Outokumpu) sopivat töistä suoraan tekijöiden kanssa esim. kesäharjoittelun yhteydessä Ota yhteyttä Timo Fabritiukseen - Timo pitää kirjaa mahdollisista diplomityöntekijöistä ja töiden aiheista - sekä teollisuudessa että yliopistoilla tehtävistä - Erityisesti pienemmät yritykset tiedottavat aiheista Timolle Seuraa ilmoituksia esim. kiltojen postituslistoilla - Jotkut yritykset lähettävät ilmoituksia postituslistoille Työtä aloittaessasi sovi ohjaaja(t) myös yliopistolta - Yliopistolla työskentelevän ohjaajan on hyväksyttävä aihe - Voi olla myös muista tutkimusyksiköistä Hydrometallurgian syventymiskohde Opinnot järjestää kestävän kemian tutkimusryhmä - Professori Ulla Lassi Tutkimus keskittyy mm. biomassan katalyyttiseen konvertointiin, vesien puhdistamiseen ja litiumpohjaisten akkukemikaalien valmistukseen ja karakterisointiin - Tiivis yhteistyö mm. Kokkolan alueen teollisuuden kanssa Opetuksessa korostetaan kemian kestävää hyödyntämistä teollisissa sovelluskohteissa 5

6 Pyrometallurgian syventymiskohde Opinnot järjestää prosessimetallurgian tutkimusryhmä - Professori Timo Fabritius, TF222 - Yliopistonlehtori Eetu-Pekka Heikkinen, TF214 - Yliopisto-opettaja Pekka Tanskanen, TF219 - Prosessikillan kiltahuoneen portaikosta 2. kerrokseen ja kohti konetekniikan tiloja Tutkimus painottuu raudan, terästen ja ferroseosten valmistukseen - Tiivis yhteistyö mm. SSAB:n ja Outokummun kanssa Opetuksessa korostetaan metallurgisessa/ korkealämpötilailmiöiden tutkimus- ja kehitystyössä tarvittavaa menetelmällistä osaamista - Kokeet, analyysit, mallinnus - Yhteys korkealämpötilaprosesseihin ja -ilmiöihin Pyrometallurgian opinnot prosessimetallurgian opintosuunnassa Opintojen tavoite - Hallita keskeisimmät prosessimetallurgisessa tutkimus- ja kehitystyössä tarvittavat menetelmät (liittyen mallinnukseen, kokeelliseen toimintaan ja analysointiin) sekä niiden kytkökset tarkastelun kohteina oleviin ilmiöihin (reaktiot, siirtoilmiöt, rakennemuutokset) ja sovelluskohteisiin (metallurgiset prosessit niissä esiintyvine materiaaleineen sekä ympäristövaikutuksineen). Pyrometallurgian opinnot - Thermodynamic and process modelling in metallurgy and mineral processing, 5 op - Korkealämpötilaprosessit, 5 op - Korkealämpötilakemia, 5 op - Korkealämpötilaprosessien kokeellinen tutkimus, 10 op - Metallurgian seminaari, 5 op 6

7 Pyrometallurgian opinnot prosessimetallurgian opintosuunnassa Raaka-aineet, tuotteet, päästöt,... Pyro- ja hydrometallurgia Kierrätys, päästöt,... Termodynamiikka, kinetiikka, mekanismit sis. pinnat, rakennemuutokset,... Diffuusio, virtaukset, lämmönsiirto Thermodynamic and process modelling in metallurgy and mineral processing S Sovellukset Keskeistä Tärkeää Sivuavaa Prosessit Ympäristö Materiaalit Työkalut Kokeellinen toiminta Analyysit Mallinnus Reaktiot Ilmiöt Rakenteet Siirtoilmiöt 7

8 Keskeistä Tärkeää Sivuavaa S Sovellukset Prosessit Ympäristö Materiaalit Työkalut Kokeellinen toiminta Analyysit Mallinnus Reaktiot Ilmiöt Rakenteet Siirtoilmiöt Korkealämpötilaprosessit Korkealämpötilakemia Keskeistä Tärkeää Sivuavaa S Sovellukset Prosessit Ympäristö Materiaalit Työkalut Kokeellinen toiminta Analyysit Mallinnus Reaktiot Ilmiöt Rakenteet Siirtoilmiöt 8

9 Korkealämpötilaprosessien kokeellinen tutkimus S Keskeistä Tärkeää Sivuavaa Sovellukset Prosessit Ympäristö Materiaalit Työkalut Kokeellinen toiminta Analyysit Mallinnus Reaktiot Ilmiöt Rakenteet Siirtoilmiöt Metallurgian seminaari Keskeistä Tärkeää Sivuavaa S Sovellukset Prosessit Ympäristö Materiaalit Työkalut Kokeellinen toiminta Analyysit Mallinnus Reaktiot Ilmiöt Rakenteet Siirtoilmiöt 9

10 Prosessimetallurgian tutkimusyksikön tarjoama opetus Koodi Nimi Laajuus Vsk/ periodi Kenelle? Vastuuopettaja A Kiinteät epäorgaaniset materiaalit 5 1 / 4 Pro, (Ymp) Pekka Tanskanen A Termodynaamiset tasapainot 5 2 / 1 Pro, Ymp Eetu Heikkinen S Korkealämpötilaprosessit 5 4 / 1 Metall. Eetu Heikkinen S Korkealämpötilakemia 5 4 / 2 Metall. Eetu Heikkinen S Korkealämpötilaprosessien kok. tutkimus 10 4 / 3-4 Metall. Pekka Tanskanen S Thermodyn. and process modelling in metallurgy and mineral processing 5 5 / 1-2 Metall. Eetu Heikkinen S Metallurgian seminaari 5 5 / 2 Metall. Eetu Heikkinen Prosessimetallurgian tutkimusyksikön opettava henkilökunta Professori Timo Fabritius - timo.fabritius@oulu.fi, TF222 Yliopistonlehtori, dosentti Eetu-Pekka Heikkinen - eetu.heikkinen@oulu.fi, TF214 Yliopistonopettaja (osa-aikainen) Pekka Tanskanen - pekka.a.tanskanen@oulu.fi, TF219 10

11 Prosessimetallurgian tutkimusyksikkö Vastaa pyrometallurgian opintojaksoista prosessimetallurgian opintosuunnassa - Opetuksen painopiste on korkealämpötilaprosessien tarkasteluun hyödynnettävissä menetelmissä Opetuksen kehittämistyöryhmä - Reklamoi ja anna palautetta tarvittaessa! Tutkimuksellisesti osa Terästutkimus keskusta (CASR) - Tutkimuksen painopiste on erityisesti raudan, teräksen ja ferroseosten valmistuksessa Tutkimuksen painopistealueet viime vuosina - Materiaalien käyttäytyminen masuunissa - Pelletit, briketit, koksi - Primääri- ja sekundääriuunien ilmiölähtöinen mallinnus - Kierrätys ja kestävä kehitys metallien valmistuksessa - Kehittyneet mittausmenetelmät korkealämpötilaprosesseista Prosessimetallurgian tutkimusyksikkö Tutkimusmenetelmät - Termodynaaminen mallinnus - HSC, FactSage - Reaktionopeuksien mallinnus - Virtausmallinnus - Fluent, Open Foam, MatLab - Prosessimallinnus - HSC Sim - Elinkaari- ym. laajemmat mallit - Teollisuusnäytteiden analysointi - XRD, XRF, LOM, (FE)SEM-EDS/WDS,... - Vesimallit - Kokeellinen simulointi - DTA, DSC, TGA, BFS, kammiouunit,... - Kirjallisuusselvitykset 11

12 Kurssin osaamistavoitteet Opintojakson suoritettuaan opiskelija osaa kuvailla ja arvioida metallien tuotantoketjuja sekä niihin kuuluvia yksittäisiä osaprosesseja. - Esikäsittelyprosessit, pelkistysprosessit, sulatusprosessit, raffinointi- ja jalostusprosessit, valuprosessit, lämpökäsittelyt Lisäksi opiskelija tuntee korkealämpötilaprosessien tarkastelussa huomioitavat asiat. - Energia ja pelkistimet, kuonat ja tuhkat, tulenkestävät materiaalit, ympäristövaikutukset, mallinnus, mittaus ja automaatio Ydinainesanalyysi: Keskeinen sisältö Aihe Must know Should know Nice to know Pyrometallurgiset prosessit Muut korkealämpötilaprosessit Pyrometallurgiset yksikköprosessit: pelkistys-, sulatus-, raffinointi-, jalostus- ja valuprosessit. Pyrometallurgisten prosessien esikäsittelyprosessit. Lämpökäsittelyprosessit. Suomessa käytössä olevat metallien valmistusketjut. Polttoprosessit: polttimet, arinat, leijupedit. Metallinjalostusyritykset Suomessa. Korkealämpötilaprosessien tarkastelussa huomioitavia asioita Tulenkestävät materiaalit. Energia. Pelkistimet. Kuonat ja tuhkat. Päästöt ja ympäristövaikutukset. Mallinnus, mittaus ja automaatio. Kannattavuus. 12

13 Kurssin aikataulu Kontaktiopetusta 3 x 2 h / vko - Ma klo 8-10 PR126B (vkot 36-37, 40-43) - Maanantain luentoja ei ole viikoilla 38 ja 39 - Ke klo SÄ110 (vkot 36-37, 39-43) - Keskiviikon luentoja ei ole viikolla 38 - Viikolla 43 luentosali poikkeuksellisesti PR126A - Viikolla 43 keskiviikon luento järjestetään tarvittaessa - To klo 8-10 PR126A (vkot 36-37, 39-43) - Torstain luentoja ei ole viikolla 41 - Viikolla 43 luentosali poikkeuksellisesti PR126B - Viikolla 43 torstain luento järjestetään tarvittaessa Lisäksi Teräksen valmistus seminaari - Pe klo Tellus Stage - Aika voi tarkentua! Tarkemmat tiedot kurssin www-sivuilla Luentojen aiheet, aineistot, tehtävät, deadlinet, perutut luennot, jne. Kurssin suoritustapa Useita mahdollisia osasuorituksia - Vaihtelevat sisällöt ja toteutustavat - Voi tehdä pareittain Kurssin suoritus edellyttää vähintään viiden osasuorituksen tekoa hyväksytysti - Jokainen voi itse valita haluamansa osasuoritukset - Muutamia rajoituksia ks. tarkemmin www-sivut - Jokainen osasuoritus arvioidaan hyl., Kokonaisarvosana on osasuoritusten keskiarvo - Mikäli on tehnyt useampia kuin viisi osasuoritusta, vain viiden parhaiten arvioitua osasuoritusta huomioidaan arvostelussa - Hylätyt palautetaan korjattavaksi/täydennettäväksi Arvosanan korotus/rästisuoritus - Ota yhteyttä kurssin vastuuopettajaan ja sovi korvaavista / täydentävistä tehtävistä - Tehtävistä sopiminen ennen joulua Palautus keväällä 2019 sovittuun päivään mennessä 13

14 Kurssin suoritustapa Osasuoritukset: - Kirjallinen raportti: tietty prosessivaihe, tietty näkökulma - Seminaariesitelmä: tietty prosessivaihe, tietty näkökulma - Oppimispäiväkirja - Tuotantoketjun (metallin valmistus, muu korkealämpötilaprosessi) - Yrityksen kirjallinen esittely - Metallurgisten prosessien tulevaisuus - Referaatti seminaaripäivästä Pisteet nähtävillä kurssin www-sivuilta, kunhan osatehtäviä on ehditty tarkistaa Palauttaessasi työtä sähköisesti - Sähköpostitse kurssin vastuuopettajalle - Määräaikaan mennessä - pdf-muodossa, yksi tehtävä yhdessä tiedostossa - Merkitse selvästi kurssi, oma nimesi, opiskelijanumerosi sekä mistä tehtävästä on kyse Kurssin suoritustapa Kirjallinen raportti Valitse yksi metallurginen prosessivaihe - esim. masuuni, LD-KG-konvertteri, teräksen tyhjökäsittely, liekkisulatus, sinkkirikasteen pasutus, AODkonvertteri, valokaariuuni, uppokaariuuni, jne. - myös muut korkealämpötilaprosessit kelpaavat aiheeksi - esim. polttoprosessit, poltetun kalkin valmistus, jne. Valitse yksi näkökulma - Energia ja pelkistimet, kuonat ja tuhkat, tulenkestävät materiaalit, päästöt ja ympäristövaikutukset, mittaus ja automaatio, mallinnus Laadi kirjallinen raportti valitusta prosessista valitusta näkökulmasta - n sivua - Edellyttää itsenäistä aineiston hakua - Palautus 1. periodin loppuun mennessä Raportteja voi laatia useita, kunhan prosessit ja näkökulmat eivät toistu 14

15 Kurssin suoritustapa Seminaariesitelmä Valitse yksi metallurginen prosessivaihe - esim. masuuni, LD-KG-konvertteri, teräksen tyhjökäsittely, liekkisulatus, sinkkirikasteen pasutus, AODkonvertteri, valokaariuuni, uppokaariuuni, jne. - myös muut korkealämpötilaprosessit kelpaavat aiheeksi - esim. polttoprosessit, poltetun kalkin valmistus, jne. Valitse yksi näkökulma - Energia ja pelkistimet, kuonat ja tuhkat, tulenkestävät materiaalit, päästöt ja ympäristövaikutukset, mittaus ja automaatio, mallinnus Laadi seminaariesitys valitusta prosessista valitusta näkökulmasta - n.15 minuuttia, sis. esitysmateriaalit (esim. PowerPoint) - Edellyttää itsenäistä aineiston hakua - Esitelmät pidetään ke ja to Prosessi ja näkökulma eivät saa olla samoja kuin kirjallisessa raportissa Kurssin suoritustapa Oppimispäiväkirja Osallistu luennoille tai tutustu luentojen aineistoihin omatoimisesti - Kaikki luentoaineistot saatavilla kurssin www-sivuilta Laadi oppimispäiväkirja, jossa pohdit OMIN SANOIN seuraavia asioita: - Tavoitteesi opintojaksolle? - Miten aiot päästä näihin tavoitteisiin? - Millaisia (pyro)metallurgisia prosesseja ja polttoprosesseja on olemassa? - Mitä opit niistä kurssin aikana? - Mistä eri näkökulmista pyrometallurgisia ja muita korkealämpötilaprosesseja voidaan tarkastella? Mitä on huomioitava? - Miten kurssia tulisi mielestäsi kehittää? Ei ohjepituutta asia tärkeämpi kuin pituus - Voi sisältää tekstiä, kuvia, kaavioita, taulukoita, jne. - Ei edellytä itsenäistä aineiston hakua, joka kuitenkin luonnollisesti on sallittua - Palautus 1. periodin loppuun mennessä 15

16 Kurssin suoritustapa Tuotantoketjun kirjallinen esittely Valitse jokin tuotantoketju - Pyrometallurginen metallien valmistus - Muu korkealämpötilaprosesseja sisältävä tuotantoketju Laadi kirjallinen raportti - n sivua - Edellyttää itsenäistä aineiston hakua - Palautus 1. periodin loppuun mennessä Raportin sisältö - Tuotantoketju kokonaisuutena - Keskeisimpien osaprosessien esittely - Raportteja voi laatia useita, kunhan tuotantoketjut poikkeavat riittävästi toisistaan Kurssin suoritustapa Kirjallinen yritysesittely Valitse jokin yritys - Teollista toimintaa harjoittava yritys, jonka toimenkuvaan liittyvissä tuotantoprosesseissa esiintyy pyrometallurgisia tai muita korkealämpötilaprosesseja Laadi kirjallinen raportti - n sivua - Edellyttää itsenäistä aineiston hakua - Palautus 1. periodin loppuun mennessä Raportin sisältö - Yritys kokonaisuutena - Korkealämpötilaprosessit yrityksen toiminnassa - Raportteja voi laatia vain yhden 16

17 Metallurgisten prosessien tulevaisuus My interest is in the future because I am going to spend the rest of my life there. - Charles F Kettering ( ) Kuva: Metals magazine 2/2016. Valitse jokin metallin valmistusprosessi tai tuotantoketju - Sisältää pyrometallurgiaa ja/tai korkealämpötilaprosesseja Laadi kirjallinen raportti: Miten prosessi ja/tai ko. metallin valmistus muuttuvat 20 vuodessa? - n sivua - Edellyttää itsenäistä aineiston hakua - Työn on sisällettävä omaa, perusteltua pohdintaa tulevaisuudesta - Ei yhtä oikeaa vastausta - esim. miten raaka-aineiden ja energian saatavuus/hinta, käytettävissä olevat teknologiat, lainsäädääntö ja sopimukset, metallien tarve ja merkkinat sekä ympäristövaikutusten huomiointi tulevat muuttumaan? - Jos päädyt kertomaan prosessin nykytilasta, kyse on tuotantoketjun esittelystä (ks. edelliset tehtävät) - Palautus 1. periodin loppuun mennessä - Raportteja voi laatia useita, kunhan tuotantoketjut ja tarkasteltavat metallit poikkeavat toisistaan Kurssin suoritustapa Referaatti seminaaripäivästä Osallistu Metallien valmistus Suomessa seminaariin - Pe klo Tellus Stage - Aika voi vielä tarkentua Seuraa verkkosivua! - Korkealämpötilaprosessit kurssille WebOodissa ilmoittautuneet opiskelijat on automaattisesti merkitty ilmoittautuneiksi myös seminaariin Ei tarvita erillistä ilmoittautumista! - Mikäli tiedät, ettet ole osallistumassa seminaariin, niin ilmoita asiasta Timo Fabritiukselle tai Eetu-Pekka Heikkiselle, jotta paikka voidaan vapauttaa muilla osallistujille Laadi kaikista päivän esityksistä referaatit - n. 1-3 sivua / esitys - Ei edellytä itsenäistä aineiston hakua, joka kuitenkin luonnollisesti on sallittua - Palautus kolmen viikon kuluttua seminaarista eli 2.11 mennessä 17

18 Metallien valmistus Suomessa seminaari Perjantai klo Tellus Stage Kurssille ilmoittautuneet on ilmoitettu automaattisesti myös seminaariin - Ei osallistumismaksua Ohjelma ilmoitetaan tarkemmin myöhemmin - Suomalaisten metalliteollisuusyritysten edustajat kertovat tarkemmin tuotantoketjuistaan - Lounas ja kahvit kuuluvat hintaan Aineisto jaetaan jälkikäteen kurssin wwwsivuilla - Paitsi mahdollinen luottamuksellinen aineisto Tiedotus kurssilla ensisijaisesti wwwsivujen kautta Ydinainesanalyysi Aikataulu ja sisältö - Luentojen ajat, paikat ja aiheet - Tehtävien deadlinet Suoritustapa ja arviointi - Ohjeet tehtäviin - Pisteet (kunhan tehtäviä on palautettu/arvosteltu) Aineisto - Kaikki luentomateriaalit - Seminaariaineisto Muutoksista ilmoitetaan myös sähköpostitse 18