Korkealämpötilaprosessit Johdanto 3.9.2018 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
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. 0294482559 - Tavoitettavissa rajoitetusti (syksyn aikana paljon luentoja) Email.: eetu.heikkinen@oulu.fi 2
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
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
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
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
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 477415S Sovellukset Keskeistä Tärkeää Sivuavaa Prosessit Ympäristö Materiaalit Työkalut Kokeellinen toiminta Analyysit Mallinnus Reaktiot Ilmiöt Rakenteet Siirtoilmiöt 7
Keskeistä Tärkeää Sivuavaa 477416S Sovellukset Prosessit Ympäristö Materiaalit Työkalut Kokeellinen toiminta Analyysit Mallinnus Reaktiot Ilmiöt Rakenteet Siirtoilmiöt Korkealämpötilaprosessit Korkealämpötilakemia Keskeistä Tärkeää Sivuavaa 477417S Sovellukset Prosessit Ympäristö Materiaalit Työkalut Kokeellinen toiminta Analyysit Mallinnus Reaktiot Ilmiöt Rakenteet Siirtoilmiöt 8
Korkealämpötilaprosessien kokeellinen tutkimus 477418S Keskeistä Tärkeää Sivuavaa Sovellukset Prosessit Ympäristö Materiaalit Työkalut Kokeellinen toiminta Analyysit Mallinnus Reaktiot Ilmiöt Rakenteet Siirtoilmiöt Metallurgian seminaari Keskeistä Tärkeää Sivuavaa 477418S Sovellukset Prosessit Ympäristö Materiaalit Työkalut Kokeellinen toiminta Analyysit Mallinnus Reaktiot Ilmiöt Rakenteet Siirtoilmiöt 9
Prosessimetallurgian tutkimusyksikön tarjoama opetus Koodi Nimi Laajuus Vsk/ periodi Kenelle? Vastuuopettaja 477402A Kiinteät epäorgaaniset materiaalit 5 1 / 4 Pro, (Ymp) Pekka Tanskanen 477401A Termodynaamiset tasapainot 5 2 / 1 Pro, Ymp Eetu Heikkinen 477416S Korkealämpötilaprosessit 5 4 / 1 Metall. Eetu Heikkinen 477417S Korkealämpötilakemia 5 4 / 2 Metall. Eetu Heikkinen 477418S Korkealämpötilaprosessien kok. tutkimus 10 4 / 3-4 Metall. Pekka Tanskanen 477415S Thermodyn. and process modelling in metallurgy and mineral processing 5 5 / 1-2 Metall. Eetu Heikkinen 477419S 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
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
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
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 12-14 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 12.10 klo 8.00-16.00 Tellus Stage - Aika voi tarkentua! Tarkemmat tiedot kurssin www-sivuilla - http://www.oulu.fi/pyomet/477416s/ - 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., 1-5 - 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 2018 - Palautus keväällä 2019 sovittuun päivään mennessä 13
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. 5-10 sivua - Edellyttää itsenäistä aineiston hakua - Palautus 1. periodin loppuun mennessä Raportteja voi laatia useita, kunhan prosessit ja näkökulmat eivät toistu 14
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 24.10 ja to 25.10 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
Kurssin suoritustapa Tuotantoketjun kirjallinen esittely Valitse jokin tuotantoketju - Pyrometallurginen metallien valmistus - Muu korkealämpötilaprosesseja sisältävä tuotantoketju Laadi kirjallinen raportti - n. 5-10 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. 5-10 sivua - Edellyttää itsenäistä aineiston hakua - Palautus 1. periodin loppuun mennessä Raportin sisältö - Yritys kokonaisuutena - Korkealämpötilaprosessit yrityksen toiminnassa - Raportteja voi laatia vain yhden 16
Metallurgisten prosessien tulevaisuus My interest is in the future because I am going to spend the rest of my life there. - Charles F Kettering (1876-1958) 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. 5-10 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 12.10 klo 08.0 16.00 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
Metallien valmistus Suomessa seminaari 12.10.2017 Perjantai 12.10.2017 klo 8.00 16.00 - 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 http://www.oulu.fi/pyomet/477416s/ 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