Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Modelowanie procesów rafinacji stopów metali
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
OKWP-2-112-WP-s
Wydział:
Odlewnictwa
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Wirtualizacja Procesów Odlewniczych
Kierunek:
Komputerowe wspomaganie procesów inżynierskich
Semestr:
1
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
prof. nadzw. dr hab. inż. Kalisz Dorota (dak@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Treść modułu odpowiada zagadnieniom z zakresu modelowania procesów metalurgicznych z udziałem fazy metalicznej, żużlowej, gazowej oraz wtrąceń niemetalicznych i innych zanieczyszczeń.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Prezentuje rozszerzoną wiedzę w zakresie technik teoretycznego modelowania zjawisk zachodzących w układach wielofazowych w procesach rafinacji stopów metali. Zna podstawy teorii reaktorów i potrafi je wykorzystać do opisu procesów metalurgicznych. Ma uporządkowaną wiedzę w zakresie termodynamicznego opisu w układzie ciekły metal- ciekły żużel i wydajności procesów metalurgicznych. Zna funkcje żużla, teorię strukturalną i modele. Potrafi przedstawić metody wyrażania zasadowości żużla, pojemności węglanowej, siarczkowej i azotkowej. Rozumie zjawiska konwekcyjnego i dyfuzyjnego przenoszenia masy. Student zna przykłady procesów z udziałem faz dyspersyjnych (wdmuchiwanie gazu obojętnego, dyspersja metalu w żużlu, wprowadzanie materiałów sproszkowanych). Modele zjawiska dyspersji: model postępującej przemiany, model nie przereagowanego rdzenia. Potrafi określić szybkość reakcji dla cząstek zanikających w wyniku procesu( kontrola chemiczna, kontrola dyfuzyjna. Rozumie zjawiska oddziaływanie cząstek z faza ciągłą: równanie bilansu populacji, aglomeracji cząstek niemetalicznych w ciekłej kąpieli metalowej. KWP2A_W04, KWP2A_W03, KWP2A_W01 Kolokwium
Umiejętności: potrafi
M_U001 Stosuje zdobytą wiedzę do oceny procesu i wspomagania technologii w oparciu o znajomość teoretycznych modeli i równań opisujących zjawiska fizyczne. Dokonuje krytycznej analizy otrzymanych wyników. Rozumie ograniczenia związane z teoretycznym modelowaniem procesów. KWP2A_U08, KWP2A_U01, KWP2A_U05 Kolokwium
M_U002 Potrafi przygotować projekt wykorzystując zdobytą wiedzę w zakresie teoretycznego modelowania do analizy zjawisk w procesach metalurgicznych. Stosuje zdobytą wiedzę do oceny procesów w warunkach rzeczywistych. KWP2A_U04, KWP2A_U05 Projekt
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Prawidłowo interpretuje wyniki modelowania. Potrafi wykorzystać wiedzę stosując nowoczesne techniki wspomagania procesów produkcyjnych. KWP2A_K01, KWP2A_K02, KWP2A_K04 Sprawozdanie
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
25 15 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Prezentuje rozszerzoną wiedzę w zakresie technik teoretycznego modelowania zjawisk zachodzących w układach wielofazowych w procesach rafinacji stopów metali. Zna podstawy teorii reaktorów i potrafi je wykorzystać do opisu procesów metalurgicznych. Ma uporządkowaną wiedzę w zakresie termodynamicznego opisu w układzie ciekły metal- ciekły żużel i wydajności procesów metalurgicznych. Zna funkcje żużla, teorię strukturalną i modele. Potrafi przedstawić metody wyrażania zasadowości żużla, pojemności węglanowej, siarczkowej i azotkowej. Rozumie zjawiska konwekcyjnego i dyfuzyjnego przenoszenia masy. Student zna przykłady procesów z udziałem faz dyspersyjnych (wdmuchiwanie gazu obojętnego, dyspersja metalu w żużlu, wprowadzanie materiałów sproszkowanych). Modele zjawiska dyspersji: model postępującej przemiany, model nie przereagowanego rdzenia. Potrafi określić szybkość reakcji dla cząstek zanikających w wyniku procesu( kontrola chemiczna, kontrola dyfuzyjna. Rozumie zjawiska oddziaływanie cząstek z faza ciągłą: równanie bilansu populacji, aglomeracji cząstek niemetalicznych w ciekłej kąpieli metalowej. + - - - - + - - - - -
Umiejętności
M_U001 Stosuje zdobytą wiedzę do oceny procesu i wspomagania technologii w oparciu o znajomość teoretycznych modeli i równań opisujących zjawiska fizyczne. Dokonuje krytycznej analizy otrzymanych wyników. Rozumie ograniczenia związane z teoretycznym modelowaniem procesów. + - - - - + - - - - -
M_U002 Potrafi przygotować projekt wykorzystując zdobytą wiedzę w zakresie teoretycznego modelowania do analizy zjawisk w procesach metalurgicznych. Stosuje zdobytą wiedzę do oceny procesów w warunkach rzeczywistych. - - - - - + - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Prawidłowo interpretuje wyniki modelowania. Potrafi wykorzystać wiedzę stosując nowoczesne techniki wspomagania procesów produkcyjnych. - - - - - + - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 29 godz
Punkty ECTS za moduł 1 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 25 godz
Przygotowanie do zajęć 1 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 1 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 1 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 1 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (15h):
  1. 1. Wprowadzenie

    Funkcje stanu termodynamicznego układu. Warunki samorzutności procesów. Stała równowagi reakcji. Izoterma van’t Hoffa.

  2. 2. Kinetyka procesów metalurgicznych w układach wielofazowych

    Mikro i makro – kinetyka, kontrola procesów: przez transport, zjawiska powierzchniowe, kontrola mieszana z udziałem reakcji chemicznej. Reakcje proste i złożone: następcze, podwójnej wymiany, proces z rozgałęzieniem. Równania strumienia substancji. Wydajność procesów metalurgicznych.

  3. 4. Układy dyspersyjne w procesach metalurgicznych

    Przykłady procesów z udziałem faz dyspersyjnych (wdmuchiwanie gazu obojętnego, dyspersja metalu w żużlu, wprowadzanie materiałów sproszkowanych. Modele zjawiska dyspersji: model postępującej przemiany, model nie przereagowanego rdzenia. Szybkość reakcji dla cząstek zanikających w wyniku procesu( kontrola chemiczna, kontrola dyfuzyjna. Układy wielocząsteczkowe. Oddziaływanie cząstek z faza ciągłą. Równanie bilansu populacji, aglomeracja cząstek niemetalicznych w ciekłej kąpieli metalowej.

  4. 5. Funkcje żużla w procesach rafinacji

    Własności żużli procesów metalurgicznych. Teorie strukturalne żużli. Model roztworu regularnego, model Flooda, model quasi – chemiczny (dla układu złożonego tlenków). Modele do obliczeń lepkości żużli.

  5. 6. Procesy powierzchniowe

    Napięcie powierzchniowe roztworów, zwilżalność. Model Gibbsa powierzchni granicznej. Wpływ dodatków stopowych na wielkość napięcia powierzchniowego. Pochłanianie gazów, zarodkowanie pęcherzy gazowych w szczelinach materiałów ceramicznych. Zjawiska koagulacji i adhezji.

  6. 3.Elementy teorii reaktorów elementarnych

    Reaktor okresowy (porcjowy), z przepływem ustalonym (przepływowy, przepływem nieustalonym (mieszany). Układy reaktorów: reaktory przepływem tłokowym, reaktory z mieszaniem połączone szeregowo.

Zajęcia seminaryjne (10h):
  1. Wprowadzenie

    Równowaga reakcji w procesach metalurgicznych. Prężność dysocjacji i stabilność związków. Powinowactwo chemiczne metali do węgla (tworzenie węglików), tlenu, siarki. Redukcja tlenków metali. Obliczenia granic obszarów stabilności faz stałych – diagramy stabilności faz Kellog.

  2. 4. Kinetyka procesów metalurgicznych w układach wielofazowych
  3. 1. Tworzenie wydzieleń niemetalicznych w ciekłej stali
  4. 2. Tworzenie wydzieleń niemetalicznych podczas krzepnięcia
  5. 3. Dyfuzja w stanie nieustalonym
Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Zajęcia seminaryjne: Na zajęciach seminaryjnych podstawą jest prezentacja multimedialna oraz ustna prowadzona przez studentów. Kolejnym ważnym elementem kształcenia są odpowiedzi na powstałe pytania, a także dyskusja studentów nad prezentowanymi treściami.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Wykład – obecność,
Seminarium – kolokwium, projekt, zadanie, prezentacja, odpowiedź ustna.
Waga ocen: kolokwium 60%, pozostałe: 40%

Kolokwium zaliczeniowe, jeżeli sumaryczna ilość punktów uzyskanych w kolokwiach jest poniżej 50%.

Ilość terminów poprawkowych dla kolokwium zaliczeniowego: 3.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Zajęcia seminaryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci prezentują na forum grupy temat wskazany przez prowadzącego oraz uczestniczą w dyskusji nad tym tematem. Ocenie podlega zarówno wartość merytoryczna prezentacji, jak i tzw. kompetencje miękkie.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Obecność na wykładach i seminariach.Przygotowanie indywidualnego projektu dotyczącego możliwości zastosowania technik teoretycznego modelowania do analizy zjawisk zachodzących w procesach rafinacji lub rozwiązanie zadania. Wykonanie prezentacji lub odpowiedź ustna, kolokwia z tematów wykładów i seminariów, kolokwium zaliczeniowe.
Sposób obliczania oceny:
60% kolokwium
30% projekt
Kolokwium zaliczeniowe, jeżeli sumaryczna ilość punktów uzyskanych w kolokwiach jest poniżej 50%.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

- dodatkowy termin kolokwium,
- dodatkowy termin oddania projektu,
- indywidualne konsultacje

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Ogólne wiadomości z fizyki, chemii, matematyki, termodynamiki, metalurgii żelaza i metali nieżelaznych.
Znajomość technologii procesów rafinacji stali, metali i stopów metali nieżelaznych.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. D. Kalisz, termodynamiczna charakterystyka powstawania fazy niemetalicznej w ciekłej stali. Wyd. Naukowe Akapit, Kraków 2013.
2. L. Blacha, Metalurgia próżniowa. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2004.
3. D. Kalisz, Modelowanie procesów rafinacji i wprowadzania azotu w stalach elektrotechnicznych. Wyd. Naukowe Akapit, Kraków 2012.
4. T. Lis, Metalurgia stali o wysokiej czystości. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2009.
5. J. Jowsa, Inżynieria procesów kadziowych w metalurgii stali, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2008.
6. J. Wypartowicz, Interpretacja własności termodynamicznych ciekłych roztworów w układzie Cu-Pb-Fe-As. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Gliwice 1995.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Modeling processes rafination and nitrogen injection in electrotechnical steel. D. Kalisz Kraków: Scientific Publishing ,,AKAPIT”, 2012. (Publishing a Series of Faculty of Foundry Engineering, University of Science and Technology).
2. Termodynamiczna charakterystyka powstawania fazy niemetalicznej w ciekłej stali. Monografia 2013 (habilitation thesis).
3. Calculations of oxide inclusions composition in the steel deoxidized with Mn, Si and Ti. D. (Podorska) Kalisz, P. Drożdż, J. Falkus, J. Wypartowicz, Archives of Metallurgy and Materials, 2006 vol. 51 iss. 4, p. 581–586.
4. Optimization of the composition of oxide inclusions in production of microalloyed steel. D. (Podorska) Kalisz, J. Wypartowicz, Acta Metallurgica Slovaca, 2007, 13, spec. iss., 5 p. 203–207.
5. Titanium oxide and nitride formation in microalloyed steel. D. (Podorska) Kalisz, J. Wypartowicz, Acta Metallurgica Slovaca, 2007, 13 spec. iss. 4 p. 137–140.
6. Thermodynamic analysis of elementary processes in molten oxide slag reduction. D. (Podorska) Kalisz, J. Wypartowicz, Archives of Metallurgy and Materials, 2008 vol. 53 iss. 2 p. 595–600.
7. The optimisation of titanium and nitrogen concentration in micro-alloyed steel. D. (Podorska) Kalisz, J. Wypartowicz, Archives of Metallurgy and Materials, Science, 2009 vol. 54, 3 p. 823–828. — Bibliogr. s. 828.
8. Modeling of oxide precipitates chemical composition during steel deoxidization, J. Iwanciw, D. (Podorska) Kalisz, J. Wypartowicz, Archives of Metallurgy and Materials Science, 2011 vol. 56 iss. 4, p. 999–1005.
9. Simulation of oxygen and nitrogen removal from steel by means of titanium and aluminum. J. Iwanciw, D. (Podorska) Kalisz, J. Wypartowicz, Archives of Metallurgy and Materials Science, 2011, vol. 56, iss. 3, p. 635–644.
10. Arrangement of flow modification devices in continuous casting tundish based on multicriterion. P. Macioł, J. Gawąd, D. (Podorska) Kalisz, Archives of Metallurgy and Materials Science, 2007, vol. 52 iss. 1, p. 105–112.
11. Phase transition simulations for solidification of {Fe-C} alloy with cellular automata interfaced with self-adaptive hp finite element method for non-stationary heat and mass transport problems. M. Paszyński, J. Gawąd, P. Matuszyk, Ł. Madej, D. (Podorska) Kalisz, Computer Methods in Materials Science.
10. Viscosity calculations of mold slag in continuous casting. D. Kalisz, Archives of Materials Science and Engineering, vol. 58, no2, 2012.
11. Influence of casting mold slag on the progress of casting process. D. Kalisz, Archives of Metallurgy and Materials Science, no1, 2013.
12. Modeling calculation of physical properties of mold slag. D. Kalisz, Archives of Metallurgy and Materials Science, no 4, 2013.
13. Control of chemical composition of oxide-sulphide inclusions during deoxidation of steel with manganese, silicon and titanium. J. Wypartowicz, D. (Podorska) Kalisz, Hutnik Wiadomości Hutnicze : 2006, 73, no 3, p. 91–96.
14. Thermodynamic analysis of elementary processes in molten oxide slag reduction. D. (Podorska) Kalisz, J. Wypartowicz, Hutnik Wiadomości Hutnicze, 2010, 77 no 4, p. 139–146.
15. Behavior of alloying elements in ladle refining of steel. J. Iwanciw, D. (Podorska) Kalisz, J. Wypartowicz, Hutnik Wiadomości Hutnicze, 2010, 77, no 4, p. 132–139.
16. Thermodynamic analysis of the reduction process of furnace slag using carbon for the recovery of copper. S. Rzadkosz, D. Kalisz, M. Piękoś, W. Cieślak, Przegląd Odlewnictwa, Kraków, 2012, t. 62, no 7–8, p. 304–307.
17. Computer simulation of process in molten oxide slag reduction. D. Kalisz, S. Rzadkosz, M. Piękoś, Archives of Foundry Engineering, Polish Academy of Sciences. Commission of Foundry Engineering, 2012, vol. 12, spec. iss. 1, p. 91–96.
18. Modeling of the formation of AlN precipitates during solidification of steel. D. Kalisz, S. Rzadkosz, Archives of Foundry Engineering, Polish Academy of Sciences. Commission of Foundry Engineering, 2013, vol. 58, p. 35-41.

Informacje dodatkowe:

Brak