Teorie metalurgických procesů (FSI-HPC)

Akademický rok 2023/2024
Garant: doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚST všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu Teorie metalurgických procesů je seznámit studenty s
termodynamickými základy metalurgických procesů tak, aby je byli schopni
aplikovat při vytváření matematických modelů těchto procesů s cílem
jejich cílevědomého řízení na základě predikce průběhu případně
rovnováhy.
Výstupy studia a kompetence:
Předmět Teorie metalurgických procesů naučí studenty
analyzovat průběh případně rovnováhu konkrétních metalurgických
procesů pomocí matematických modelů. Studenti se naučí využívat
programového prostředí Mathcad k modelování základních
metalurgických pochodů.
Prerekvizity:
Student musí mít znalosti z anorganické chemie (kvalitativní a kvantitativní stránka chemických reakcí a jejich energetika), z termomechaniky (1. zákon termodynamiky - teplo, práce, vnitřní energie, entalpie. 2. zák.termodynamiky- entropie), základů algoritmického myšlení a strukturovaného přístupu k řešení problémů a práce s PC pod operačním systémem Windows.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět seznamuje studenty s fyzikálně chemickými základy metalurgických pochodů v míře umožňující vytváření matematických modelů těchto pochodů a jejich cílevědomé řízení. Odvození základních vztahů pro určování termodynamických aktivit a parciálních molárních volných entalpií složek roztavených slitin. Kriteriální funkce používané při modelování metalurgických pochodů na PC. Tvorba modelů reakcí uvnitř taveniny a na rozhraních tavenina-atmosféra, tavenina-žárovzdornina a tavenina-struska. Modelování vybraných pochodů v programovém prostředí Mathcad.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Zápočet: Podmínky udělení zápočtu: účast ve cvičeních.
Zkouška: Zkouška prověřuje znalost základních vztahů a zejména schopnost jejich aplikace. Zkouška je písemná a ústní
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na přednáškách je doporučená, účast na cvičeních je povinná.
Kontrolovanou výukou je účast na cvičení, presenci vede cvičící. V případě absencí cvičící zadá téma samostatné písemné práce.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1.Rovnováha a termodynamická pravděpodobnost dějů.
2.Ideální roztok, Gibbsova energie složek.
3.Reálné roztoky, chemický potenciál složek.
4.Tlaky par složek reálných roztoků, aktivita složek.
5.Standardní stav čisté látky a 1% roztoku.
6.Van't Hoffova reakční izoterma.
7.Termická disociace sloučenin, disociační napětí.
8.Rozpouštění kyslíku v taveninách, dezoxidace.
9.Rozpouštění dusíku a vodíku v kovech, Sievertsův zákon.
10.Termodynamika a kinetika odplyňování.
11.Reakce mezi taveninou a žáruvzdorninami.
12.Molekulová a iontová teorie strusek.
13.Rozdělení kyslíku, fosforu a síry mezi struskou a taveninou.
    Cvičení s počítačovou podporou 1.Programové prostředí Mathcad, výpočty koncentrací.
2.Model Boudouardovy reakce, Boudouardův diagram.
3.Rozklad vápence, výpočet rozkladné teploty.
4.Analýza průběhu redoxních reakcí.
5.Výpočet tlaku par kovů, závislost na teplotě.
6.Výpočty aktivitních koeficientů ve vícesložkových slitinách.
7.Maximální rozpustnost kyslíku v železe.
8.Výpočet disociačního napětí oxidů.
9.Analýza roztoku kyslíku ve slitině Fe-Al.
10.Analýza rovnováhy uhlík - kyslík v oceli
11.Rozpouštění dusíku v Fe a oceli
12.Reakce mezi taveninou a žáruvzdorninami.
13.Rozdělení kyslíku mezi struskou a železem.
Literatura - základní:
1. Hae-Geon Lee: Chemical Thermodynamics for Metals and Materials,1st ed. London: Imperial College Press. 1999
2. Turkdogan,E.T.: Fundamentals of Steelmaking, 1st ed. London: The Institute of Materials. 1996.
3. Moore,W.J.: Physical Chemistry, 4th ed. New Jersey: Prentice-Hall, Inc. 1972
4. Shamsuddin, M: Physical Chemistry of metallurgical Processes. Hoboken, New Jersey, USA: John Wiley & Sohns, 2016.
5. Seetharaman, S. et al.: Fundamentals of metallurgy,1st ed. Cambridge : Woodhead Publishing Limitid, 2005
Literatura - doporučená:
1. Myslivec,T.: Fyzikálně chemické základy ocelářství. 2.vyd. Praha: SNTL. 1971
2. Komorová,L., Imriš,I.: Termodynamika v hutníctve. 1. vyd. Bratislava: Alfa. 1989
3. Brdička,R., Dvořák,J.: Základy fysikální chemie. 2. vyd. Praha: Academia. 1977
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-SLE-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinný 2 1 Z