Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности



Скачать 443.16 Kb.
страница1/3
Дата31.07.2016
Размер443.16 Kb.
ТипПрограмма-минимум
  1   2   3


Министерство образования и науки Российской Федерации


ПРОГРАММА-МИНИМУМ

кандидатского экзамена по специальности



05.16.02 «Металлургия чёрных, цветных и редких металлов»

по техническим наукам




Программа-минимум


содержит 42 стр.
2007

Введение
Настоящая программа базируется на следующих разделах: основы термодинамики, физико-химические основы металлургических процессов, теория гидрометаллургических процессов, механика жидкостей и газов, тепло- и массобменные процессы, конструкции металлургических печей, технология производства цветных и редких металлов, автоматизированное управление процессами производства, охрана окружающей среды.

Программа разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссии по металлургии и металловедению при участии Московского государственного институтом стали и сплавов (технологического университета).




  1. Теоретические основы металлургии




    1. Физико-химические основы металлургических процессов

Строение вещества. Основы теории твердого тела. Кристаллическая структура простых и сложных окисных фаз. Дефектность структуры кристаллов и ее влияние на физико-химические характеристики веществ. Влияние основных компонентов металлического расплава на свойства стали. Генезис свойств металла.

Термодинамическая система и термодинамические параметры. Функции состояния. Термодинамическое равновесие. Законы термодинамики. Термодинамические потенциалы (внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, изобарно - изотермический и изохорно-изотермический потенциал). Термодинамика сплавов. Идеальные и реальные растворы. Термодинамическая активность (выбор стандартного состояния, методы определения, применение). Расчеты равновесия в растворах. Фазовые переходы. Диаграммы фазового равновесия двухкомпонентных систем. Диаграммы состояний Ме-О, Me-S. Образование новых фаз. Растворы газов в металлах.

Термодинамика поверхностных явлений. Поверхностное натяжение, методы его определения. Связь между поверхностным натяжением и адсорбцией.



Кинетика металлургических реакций. Общая характеристика гетерогенных металлургических реакций. Определение важнейших кинетических характеристик: порядка реакции, энергии активации, предэкспоненциального множителя. Признаки лимитирующих стадий. Понятие катализа. Термодинамика необратимых процессов.


    1. Теория пирометаллургических процессов.

Строение и свойства жидких металлов. Жидкое состояние как промежуточное между твердым и газообразным. Ближний и дальний порядок. Близость свойств жидких металлов при небольших перегревах над линией ликвидус к свойствам металлов в твердом состоянии. Термодинамика процессов плавления и кристаллизации.

Строение жидких шлаков. Теории строения шлаков. Химические и физические свойства шлаков. Основность и способы ее выражения. Понятие емкостей шлаков. Способы расчета активности в шлаковых системах.

Поверхностная энергия простых и сложных оксидных расплавов. Поверхностно-активные компоненты. Структуры кремнекислородных и других сложных анионов в зависимости от основных расплавов.



Твердофазные процессы.

Общее понятие о твердофазных процессах и их роли в металлургических технологиях. Точечные дефекты твердых тел. Механизм и термодинамика образования точечных дефектов. Нестехиометрия кристаллов. Твердые растворы металлов и оксидов, изоморфные примеси.

Диффузия в твердых телах. Температурная зависимость коэффициентов диффузии. Диффузия как одна из стадий твердофазных процессов.

Твердофазные химические реакции, их классификация. Методы расчета конечного состояния. Экспериментальные методы изучения твердофазных процессов.

Кинетика процессов в твердых телах. Образования и рост гомогенных зародышей. Модель Колмогорова – Авраами – Ерофеева. Кинетика гетерогенного зарождения, модель Мак-Кевана. Диффузионно-кинетический режим роста фазы. Уравнение изотермической кинетики, модель Яндера.

Реакции в твердых телах при взаимодействии с внешней средой. Многозвенные процессы. Способы описания. Твердое тело в контакте с жидкостью или газом.

Общая теория окислительно-восстановительных реакций в твердом теле. Модели Вагнера. Ферритообразование в металлургических процессах. Низкотемпературные превращения в системе Fe-O. Образование сложных алюмосиликатов, аморфные твердые тела.

Основы теории спекания. Основные механизмы твердофазного спекания. Особенности спекания эвтектических систем. Особенности жидкофазного спекания. Механизм растворения – осаждения, диффузия в жидкой фазе.



Основы процессов восстановления. Структура и свойства оксидов черных, цветных и редких металлов. Термодинамика восстановления оксидов. Особенности восстановления монооксидом углерода, водородом и твердым углеродом. Реакция газификации углерода и ее влияние на восстановительные процессы. Особенности восстановления элементов из сложных соединений и растворов. Механизм и кинетика процессов восстановления. Лимитирующая стадия процесса. Внешняя диффузия газа. Адсорбция. Диффузия газа в порах куска. Диффузия газа через слой продукта восстановления. Химическое взаимодействие. Зародышеобразование. Режимы процесса восстановления. Критерии режимов. Математические модели процесса восстановления кускового материала газом. Особенности восстановления газом расплава. Кинетика восстановления твердого материала и расплава твердым восстановителем. Металлотермия. Влияние различных факторов на скорость восстановления.

Науглероживание элементов. Диаграммы состояния Ме-С. Активность углерода в науглероженном металле. Стадии науглероживания.

Процессы взаимодействия в системах «металл-шлак». Вязкость жидких металлов и сплавов. Диффузионная подвижность компонентов в жидких металлах и сплавах. Внешний и внутренний массоперенос. Эффективный и пограничный слой. Конвективная диффузия в жидкости. Физические свойства шлаков. Способы оценки окисленности и основности шлаков. Электропроводность жидких металлов и шлаков. Явления смачивания и растекания на межфазных границах. Основы кинетики окислительных процессов. Окисление углерода. Окисление сульфидов и взаимодействие и оксидов. Расслаивание в жидких сульфидно-оксидных системах. Растворимость металлов и сульфидов в шлаках. Кинетика ликвации несмешивающихся фаз.

Основы процессов испарения и конденсации. Очистка металлов ректификацией. Кристаллизационные методы очистки металлов. Строение солей с промежуточным типом связи.

Плавкость солевых систем. Основные типы диаграмм в бинарных сис­темах. Криоскопия расплавленных солей. Простейшие типы диаграмм трой­ных систем. Тройная система с инконгруэнтно плавящимся двойным соеди­нением. Тройные взаимные системы.

Физико-химические свойства расплавленных солей. Объемные свойства, вязкость, поверхностные явления, электропроводность и перенос ионов. Ха­рактеристики этих свойств, методы определения, температурные и концен­трационные зависимости, их трактовка.



Термодинамические свойства расплавленных солей. Парциальные и ин­тегральные термодинамические характеристики, связь между ними, уравне­ние Гиббса-Дюгема. Активность и коэффициент активности, избыточные функции. Статические, динамические и кинетические методы определения давления пара. Определение парциальных термодинамических свойств из измерений электродвижущих сил. Химические цепи, их конструкции. Хими­ческие цепи с катионпроводящими стеклянными мембранами. Концентраци­онные цепи, диффузионные потенциалы в расплавленных солях. Цепи, кон­центрационные по отношению к электродам (цепи «амальгамного типа»). Электроды сравнения для расплавленных солей.

Взаимодействие расплавленных солей с металлами и газами. Раствори­мость металлов в солях, методы изучения, природа растворов. Свойства сис­тем металл-соль. Термодинамика равновесия металл-соль. Влияние разбав­ления металлической или солевой фаз на взаимную растворимость и проте­кание обменных реакций. Растворимость газов в расплавленных солях, при­рода этих растворов.
1.3. Теория гидрометаллургических процессов.

Термодинамика простого растворения ионных кристаллов в воде. Свой­ства воды как растворителя; взаимодействие ионов с молекулами воды. Энергия кристаллической решетки, теплота растворения и теплота гидрата­ции ионов в зависимости от заряда и размера ионов.

Оценка термодинамической вероятности протекания процессов выщела­чивания. Методы расчета изменения свободной энергии Гиббса и константы равновесия для реакций растворения металлов, оксидов, сульфидов, реакций с образованием твердой фазы. Принципы построения диаграмм "потенциал - рН" и их использование для термодинамического анализа равновесий в сис­темах, содержащих твердые фазы и растворы.

Кинетика и механизм процессов выщелачивания. Стадии выщелачива­ния, внешнедиффузионная, внутридиффузионная и кинетическая области протекания процесса. Обобщающее выражение для скорости взаимодействия в системе "твердое - жидкость".

Закономерности протекания процесса во внешнедиффузионной области. Основные положения теории массопередачи. Теория пограничного слоя жидкости, примыкающего к поверхности твердого тела. Молекулярная и конвективная диффузия. При­знаки протекания процесса во внешнедиффузионной области.

Закономерности протекания процесса во внутридиффузионной области.

Зависимость скорости выщелачивания твердого вещества от наличия дефектов в его кристаллической решетке. Интенсификация процессов выще­лачивания путем предварительной активации растворяемого вещества или воздействия на пульпу электромагнитными, ультразвуковыми и акустиче­скими колебаниями.

Особенности механизма и обобщенное уравнение скорости процесса с участием газообразного реагента. Выщелачивание оксидов в. растворах щелочей и кислот. Окислительное выщелачивание сульфидов. Использование бактерий для выщелачивания сульфидов, оксидов и других минералов.

Общая характеристика процессов ионного обмена. Основные характеристики сорбентов. Ионообменное равновесие. Изотермы ионного обмена. Кинетика и механизм ионного обмена. Гелевый и пленочный типы кинетики. Динамика сорбции в колон­ках. Особенности процессов сорбции из пульп и сорбционного выщелачивания. Разделение элементов методом ионообменной хроматографии. Вытеснительная и элюэнтная хроматография. Ионообменные мембраны, их характеристика и электрохимические свойства. Области применения электродиализа с ионитовыми мембранами.

Общая характеристика процессов экстракции, примеры их использова­ния. Основные типы органических экстрагентов и разбавителей. Количественные характери­стики экстракции. Типы экстракционных процессов. Сольватный и гидратно-сольватный механизмы экстракции. Методы определения состава экстрагируемых комплексов.

Кинетика экстракции и реэкстракции.

Классификация методов осаждения. Факторы, влияющие на раствори­мость труднорастворимых соединений.

Зависимость рН гидратообразования от произведения растворимости и активности ионов металла. Закономерности осаждения основных солей.

Зависимость рН выделения сульфида от величины активности иона ме­талла в растворе, от произведения растворимости сульфида и общей концен­трации сульфидной серы в растворе.

Закономерности соосаждения малорастворимых соединений. Изоморф­ное, адсорбционное соосаждение. Влияние условий осаждения па структуру образующихся осадков. Старение осадков.

Области применения кристаллизации в гидрометаллургии.

Системы "вода-соль", "вода-соль(1)-соль(2)м, треугольная и прямо­угольная диаграммы для изображения трехкомпонентных солевых систем. Степени свободы и типы трехкомпонентных систем с общим ионом.

Фазовая диаграмма растворимости, способы создания пересыщенных растворов, факторы и количественные характеристики их устойчивости.

Механизм образования зародышей кристаллизации. Гомогенное и гетерогенное зародышеобразование Механизм роста кри­сталлов. Кинетика, стадии процесса, уравнение скорости массовой кристаллизации. Поведение примесей при осаждении и кристаллизации.

Понятие о выделении металлов цементацией. Термодинамика, кинетика и механизм цементации. Побочные процес­сы при цементации.

Термодинамика процесса осаждения металлов газами-вос­становителями. Особенности термодинамики процесса при выделении метал­ла из аммиачных растворов. Кинетика и механизм восстановления ионов ме­таллов водородом до элементарной формы, до соединений низшей валентно­сти.


1.4.Теория электрометаллургических процессов

Электродвижущие силы и электродные потенциалы. Возникновение скачка потенциалов и двойного электрического слоя на границе «металл-электролит». Теория строения двойного электрического слоя. Электрокапиллярные явления. Гальванические элементы. Термодинамика гальванического элемента. Классификация электродов. Электроды сравнения. Электродные потенциалы, ряд напряжений металлов. Кинетика электродных процессов. Поляризация электродов, основные виды поляризации. Электрохимическая поляризация. Концентрационная поляризация. Фазовая поляризация.

Электролиз. Катодные и анодные процессы; ос­новные законы электролиза. Характеристики электролиза: Совместный разряд ионов (термодинамическая и кинетическая оценка).

Особенности электрохимии расплавленных сред. Растворимость в рас­плавленных солях металлов и газов. Термодинамика гальванических элемен­тов в расплавленных солях. Электроды сравнения, потенциал электрода и ряд напряжений в расплавленных солях. Кинетика электродных процессов в расплавах. Катодный выход по току и потери металла. Механизм потери металла. Выход по току при совместном разряде ионов на катоде. Анодный эффект, сущность и механизм возникновения.

Особенности процессов на электродах в расплавленных солях. Основы высокотемпературной электрометаллургии цветных металлов.


1.5. Основы теории металлургической теплотехники.

1.5.1. Техническая термодинамика.

Первый и второй законы термодинамики. Термодинамика рабочего тела. Термодинамика открытых систем. Термодинамика теплосиловых установок.



1.5.2. Механика жидкостей и газов.

Статика и динамика идеальной жидкости. Динамика реальной жидкости. Режимы движения. Уравнения Навье — Стокса и Бернулли и их использование для расчета напорных трубопроводов и систем эвакуации продуктов сгорания. Элементы теории пограничного слоя. Турбулентность пристеночная и свободная.

Струйное движение газов. Свободные, частично ограниченные и ограниченные струи. Струи изотермические и неизотермические. Элементы теории факела. Поля скоростей, температуры и концентраций в неизотермических струях, сопутствующие процессу выгорания горючих компонентов.

Газодинамика плотного и взвешенного слоев. Особенности движения газов; общая постановка задачи; расчет полей скоростей и давлений в слое.



1.5.3. Основы теории подобия и моделирование металлургических печей

Множители преобразования и связь между ними для потока реальной жидкости. Гидродинамическое и тепловое подобие. Критерии и связь между ними. Основная теорема подобия. Автомодельность. Моделирование движения газов в печах.



1.5.4. Тепло- и массообмен.

Стационарные и нестационарные процессы теплообмена. Основные

дифференциальные уравнения переноса тепла и массы. Молекулярная теплопроводность и диффузия. Тройная аналогия. Краевые условия.

Конвективный тепло- и массообмен. Вынужденная и естественная конвекция. Основные уравнения конвективного тепло- и массопереноса для вынужденного и свободного движения. Использование теории подобия для исследования процессов конвективного тепло- и массопереноса.

Передача тепла теплопроводностью в твердых телах. Дифференциальное уравнение теплопроводности и постановка общей задачи теплопроводности. Теплопроводность при стационарном и нестационарном режиме. Теоретические основы нагрева металла.

Радиационный теплообмен и его значение для работы металлургических печей. Радиационный теплообмен в диатермической и поглощающей (излучающей) среде и его расчет. Учет селективности радиационных свойств тел, участвующих в теплообмене.



1.5.5. Нагрев, плавление и затвердевание металла.

Процессы, протекающие при нагреве металла. Нагрев термически тонких и термически массивных тел. Расчеты нагрева металла.

Физическая картина и особенности теплообмена при протекании процессов плавления и затвердевания металла. Затвердевание расплава на теплоотводящей поверхности. Особенности тепловой работы установок непрерывной разливки стали. Плавление при мгновенном удалении расплава.

Нагрев и плавление тел в расплаве.



1.5.6. Гидродинамика жидкой ванны.

Гидродинамика барботажного слоя. Взаимодействие на поверхности раздела фаз. Движение капель и пузырей в барботажном слое.

Газовая струя в жидкой ванне. Подача газа через фурму, расположенную под уровнем жидкости.

1.5.7 .Горение.

Общая характеристика видов топлива, применяемых в металлургии. Общая характеристика процессов горения.

Смесеобразование. Смешение в турбулентных струях. Факторы, определяющие интенсивность процессов смешения в практических условиях.

Возникновение пламени. Цепное самовоспламенение. Пределы воспламенения. Тепловая теория воспламенения. Концентрационные пределы воспламенения.

Горение газообразного топлива. Горение отдельных составляющих газообразного топлива. Кинетическое горение. Диффузионное горение.

Горение жидкого топлива. Распыливание. Воспламенение. Горение капли.

Горение твердого топлива. Летучие. Горение углерода.

1.5.8. Коксование.

Требования к углям, идущим на коксование. Тепловая работа и конструкция коксовых батарей.



1.5.9. Сушка.

Характеристики сушимого материала и сушильных агентов. Тепло- и массообмен в процессе сушки. Использование h — d диаграмм для расчетов процессов сушки.






Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница