Kurssin tavoitteet, sisältö ja toteutus Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa + Metallurginen termodynamiikka (KO) Syksy 2016 Johdantoluento Johdantoluennon sisältö Prosessimetallurgia Prosessimetallurgian opinnot Ilmiöt prosessimetallurgiassa ja niiden mallinnus Tavoitteet Aikataulu ja sisältö Oppimateriaalit Suoritustapa 1
Prosessimetallurgia ja prosessimetallurgian tutkimusryhmä Opintosuunta prosessi- ja ympäristötekniikan koulutusohjelmissa Opetuksen painopiste korkealämpötilakemiassa ja -rakenteissa Tutkimuksen painopiste raudan, terästen ja ferroseosten prosessimetallurgiassa Tutk.ryhmällä on opetuksen kehittämisryhmä, jonne opiskelijat voivat tuoda palautetta, ja jonka toimintaan he voivat vapaasti osallistua n opettava henkilökunta Lisäksi kursseilla toimivat vierailevina opettajina prosessimetallurgian tutk.ryhmän tutkijat. 2
Opettaja: Eetu-Pekka Heikkinen Email: eetu.heikkinen@oulu.fi Puh.: 0294482559 Huone: TF214 Ei erillistä vastaanottoaikaa Voi tulla koputtamaan oveen milloin vain Kannattaa kuitenkin ilmoittaa asiasta etukäteen mailitse, jotta tiedän olla paikalla Lähtökohtaisesti en lue maileja viikonloppuisin! Prosessimetallurgia Sovellukset Prosessit Ympäristö Materiaalit Työkalut Kokeellinen toiminta Analyysit Mallinnus Ilmiöt Reaktiot Rakenteet Siirtoilmiöt 3
Modelling of the AOD process Application AOD process Validation Tools for process modelling Decarburization Nitrogen content Slag Macroscale CFD Submodelling Tools for modelling the phenomena CTD Surface phenomena Connective micromodelling Microscale CFD Validation Reactions Phenomena Structures Transport phenomena Prosessimetallurgian opinnot Metallurgisen osaamisen perustana ovat ILMIÖT Reaktiot: Termodynamiikka ja kinetiikka Rakenteet (sis. pinnat) ja rakennemuutokset Aineensiirto: virtaukset ja diffuusio Keskeistä on myös näiden SOVELTAMINEN Pyro- ja hydrometallurgiset prosessit Raaka-aineet, tuotteet, rakennemateriaalit Kierrätys ja ympäristö Yhdistävä tekijä ovat TYÖKALUT ja MENETELMÄT 4
Prosessimetallurgian opinnot Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Sovellukset Prosessit Ympäristö Materiaalit Työkalut Kokeellinen toiminta Analyysit Mallinnus Ilmiöt Keskeistä Tärkeää Reaktiot Rakenteet Siirtoilmiöt Sivuavaa 5
Metallurgisen tutkimuksen kokeelliset menetelmät Sovellukset Prosessit Ympäristö Materiaalit Työkalut Kokeellinen toiminta Analyysit Mallinnus Ilmiöt Keskeistä Tärkeää Reaktiot Rakenteet Siirtoilmiöt Sivuavaa Metallurgiset prosessit ja niiden mallinnus Sovellukset Prosessit Ympäristö Materiaalit Työkalut Kokeellinen toiminta Analyysit Mallinnus Ilmiöt Keskeistä Tärkeää Reaktiot Rakenteet Siirtoilmiöt Sivuavaa 6
Ilmiömallinnuksen rooli prosessimetallurgiassa Prosessitekniikassa (ja -metallurgiassa) on keskeistä hallita, optimoida, säätää ja ohjata tuotantoprosesseja Tämän vuoksi on ymmärrettävä prosesseissa esiintyvät ilmiöt ja niiden lainalaisuudet sekä osattava mallintaa niitä Ko. ilmiöitä tutkivat tieteenalat tarjoavat metallurgille työkaluja/menetelmiä Ilmiömallinnuksen rooli prosessimetallurgiassa Esimerkkejä tieteenaloista, jotka tarjoavat metallurgille menetelmiä, ovat sähkökemia, termodynamiikka ja kinetiikka Teoreettisen taustan osaaminen on edellytys työkalun mielekkäälle ja järkevälle käytölle: Insinöörin(kin) on ymmärrettävä käyttämiensä menetelmien luotettavuus, mahdollisuudet, rajoitukset sekä sopivat käyttökohteet 7
Tavoitteet Tutustua metallurgisten prosessien toiminnan kannalta keskeisimpiin ilmiöihin ja niihin vaikuttaviin tekijöihin sekä oppia hyödyntämään ilmiöiden mallinnukseen ja kuvaukseen kehitettyjä malleja ja menetelmiä metallurgisessa tutkimuksessa. Tavoitteet Oppia käyttämään ilmiömallinnukseen liittyviä tutkimusmenetelmiä metallurgisessa tutkimus- ja kehitystyössä Termodyn. tasapainotarkastelut Tasapainopiirrosten tulkinta ja laadinta Reaktiokineettiset tarkastelut Sähkökemiallisten kuvaajien tulkinta ja laadinta Pintailmiöiden huomiointi Sovelluskohteita ovat mm. kuonat sekä poltto ja palaminen 8
Sisältö/Teemat 1. Yhdisteiden stabiilisuuksien tarkastelu 2. Metallurgisten sulien termodyn. mallinnus 3. Tasapainolaskentaohjelmistot 4. Sähkökemiallisten reaktioiden tarkastelu 5. Korroosio 6. Poltto ja palaminen 7. Pinnat 8. Kuonat 9. Reaktiokinetiikka 9
Metallurgisten prosessien esittelyluennot tarvittaessa Suomessa käytössä olevien metallurgisten valmistusprosessien esittely kurssilla 477414S: Metallurgiset prosessit ja niiden mallinnus Ilmiömallinnus-kurssille osallistuville opiskelijoille järjestetään tarvittaessa lyhyet esittelyluennot raudan, teräksen, ruostumattoman teräksen, kuparin, nikkelin ja/tai sinkin valmistuksesta Onko tarvetta? Sopiva ajankohta? Suoritus pareittain osatehtävillä Yksi jokaiseen teemaan liittyen (yht. 9 kpl) Suoritustavat vaihtelevat Teemat 1 ja 2: Kotitehtävät (5 kpl luentojen aikana) Teema 3: Mikroluokkaharjoitus (dl. 21.10) Teema 4: Oppimispäiväkirja (dl. 9.11) Teemat 5 ja 6: Suullinen esitys annetusta aiheesta (esitykset 31.10-2.11 ja 12-14.12) Teema 7: Kirjallinen kooste annetusta aiheesta (dl. 16.12) Teema 8: Kirjallinen välikoe (7.12) Teema 9: Laajempi kotitehtävä (1 kpl, dl. 23.11) Tarkemmat ohjeet kurssin www-sivulla 10
Suorituksen edellytykset Kaikki osatehtävät palautettuna määräaikaan mennessä ja jokaisesta vähintään 5 p. (max 10) Läsnäolo on pakollista seuraavilla luennoilla: Teeman 3 mikroluokkaharjoitukset (väh. 3-4 kertaa) 6.9, 13.9, 20.9, 27.9, 4.10 Teemojen 5 ja 6 tehtävänanto- ja purkutilaisuudet 1.9 sekä 31.10, 1.11, 2.11, 12.12, 13.12, 14.12 1.9 on samalla myös teeman 7 tehtävänanto Teeman 8 välikoe 7.12 Kandidaatintyö oltava tehtynä Arvostelu Jokaisesta osatehtävästä saatava väh. 5 pistettä Muuten palautetaan korjattavaksi Kokonaisarvosana määräytyy oheisen taulukon mukaan Korvaavista ja korottavista suorituksista sovitaan tarvittaessa kurssin lopussa Ota yhteys vastuuopettajaan Pisteet Arvosana 0-45 hyl. 45-55 1 55-65 2 65-71,5 3 71,5-78 4 78-90 5 11
Kurssin www-sivulta löytyvät kurssimateriaalit Kaikki tehtävänannot Tehtävien ratkaisut deadlinen jälkeen Kaikki luentojen ja opetuskertojen PowerPoint-materiaalit Jokaiseen teemaan liittyvä luentoja/tehtäviä tukeva kirjallinen materiaali (mikäli sellainen on ylipäätään olemassa) Itsenäisesti suoritettavat tehtävät (teemat 5, 6 ja 7) edellyttävät lisäksi aineiston hakua http://www.oulu.fi/pyomet/477412s http://www.oulu.fi/pyomet/477421s Kurssin aikataulu Kontaktiopetusta 3 x 2 h viikossa koko syksyn Ma 10-12 SÄ114 (vkot 36-44,48-50) Maanantain luentoja ei ole viikoilla 35, 45, 46 ja 47 Ti 8-10 SÄ114 (vkot 35-40,42-44,48,50) Tiistain luentoja ei ole viikoilla 41, 45, 46, 47 ja 49 Ke 14-16 SÄ114 (vkot 35-42) Ke 14-16 SÄ112 (vkot 44-45,47-50) Keskiviikon luentoja ei ole viikoilla 43 ja 46 Tarkemmat tiedot kurssin www-sivulta Luentojen aiheet, deadlinet, perutut luennot, KO:n kurssiin kuuluvat luennot, etc. 12
Työskentely pareittain Tehtävät, jotka on tehtävä pareittain Esitelmät ja kirjallisuustyöt (teemat 5, 6 ja 7) Tehtävät, jotka on suositeltavaa tehdä pareittain Kotitehtävät (teemat 1 ja 2), mikroluokkaharjoitusten työselostus (teema 3), oppimispäiväkirja (teema 4), laajempi tehtävä (teema 9) Yksin tekemisestä ei rangaista Tehtävät, jotka tehdään itsenäisesti Välikoe (teema 8) Parit =??? Ja vielä lopuksi Kurssin ensisijainen tiedotuskanava on kurssin www-sivu osoitteessa: http://www.oulu.fi/pyomet/477412s http://www.oulu.fi/pyomet/477421s Muutoksista esim. aikatauluissa pyritään tiedottamaan myös sähköpostitse, mutta SEURATKAA SILTI WWW-SIVUA! Esim. Oodissa, Nopassa ym. järjestelmissä olevat tiedot kuvaavat alkuperäistä aikataulusuunnitelmaa, johon voi tulla muutoksia! 13