Металлургический комплекс. Черная металлургия. Производство чугуна и стали. Влияние производства на здоровье человека 9 класс

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

Муниципальное общеобразовательное учреждение –

средняя общеобразовательная школа № 13 г. Тулы

Интегрированный урок

Металлургический комплекс.
Черная металлургия.
Производство чугуна и стали.
Влияние производства на здоровье
человека

9 класс

Из опыта работы

учителя географии Блинниковой З.В.,

учителя химии Ушаковой Т.Д.,

учителя биологии Григорьевой В.А.

Учитель. Сегодня мы проведём интегрированный урок по географии, химии и биологии. Начнём урок с ответов на вопросы викторины. Подумайте, какое одинаковое имя существительное повторяется в каждом из вопросов.

Викторина «Немного о металлах и металлургии»

1. Что означает выражение «Металл, принесённый в жертву “рыжему дьяволу”»? (Ржавчина.)

2. Какой металл А.Е. Ферсман назвал «металлом консервной банки»? (Олово.).

3. Если верить древнему историку, то во времена похода Александра Македонского в Индию офицеры его армии гораздо реже болели желудочно-кишечными заболеваниями, чем солдаты. Еда и питьё у них были одинаковые, но вот посуда разная. Из какого металла была изготовлена посуда для офицеров? (Серебро.)

4. Назовите имя существительное, объединяющее все предыдущие ответы (Металл.)

Самостоятельная работа (5 минут)

Тест «Межотраслевые комплексы» – материал предыдущих уроков.

Тема урока:

«Металлургический комплекс. Чёрная металлургия. Производство чугуна и стали. Влияние производства на здоровье человека».

Цели урока:

1. Определить роль металлургического комплекса в хозяйстве страны.

2. Выявить особенности отраслевого состава металлургического комплекса чугуна и стали, географии размещения чёрной металлургии, определить проблемы на современном этапе.

3. Познакомить с химическими основами производства чугуна и стали.

4. Расширить представления учащихся о профессиональном составе рабочих чёрной металлургии. Роль человеческого фактора в современном производстве.

5. Раскрыть влияние загрязняющих факторов металлургического производства на организм человека.

6. Отработать умения и навыки работы с картографическим и статматериалом.

Оборудование урока: карты РФ, Тульской области, образцы изделий из чугуна, коллекция «Чугун и сталь», образцы железной руды, кокса, известняка. Стенд «..Я б в рабочие пошёл – пусть меня научат!», видеофильмы «Экологический альманах», «Кислотные дожди», «Комбинирование», «Устройство доменной печи», альбом «Твоих оград узор чугунный...», выставка художественных изделий из чугуна, литературы.

Девиз: «Процесс современного производства обеспечивается чёткой, слаженной работой людей разных специальностей».

Ход урока

Учитель. Металл – это конструкционный материал. В какие группы можно объединить известные вам металлы?

– Чёрные и цветные.

Производят их чёрная металлургия и цветная металлургия. Эти две отрасли объединяются в металлургический комплекс (МК).

Вывод: МК – это совокупность отраслей, производящих разнообразные металлы.

Современное хозяйство не может обходиться без металла. Огромно значение чёрной металлургии в экономике страны, В современной технике наибольшее применение находят сплавы железа: чугун и сталь. В машиностроении на их долю приходится более 90% от общей массы применяемых металлов. Как же производят чёрные металлы?

Учитель. Сегодня мы проведём деловую игру по теме «Доменное производство» в форме производственного совещания. В его работе принимают участие главный инженер, отдел снабжения, технический отдел, экономисты, отдел защиты окружающей среды, отдел сбыта, отдел кадров, научно-исследовательская лаборатория, историк.

Задачи отделов: разработать оптимальные условия получения чугуна, найти источники применения чугуна. Работа каждого отдела оценивается по качеству выступлений, предложений, критических замечаний к другим отделам. Главный инженер ведет производственное заседание.

Гл. инженер. Хотелось бы начать наше совещание с предоставления слова историку.

Историк. Историческая справка.

Железо сыграло большую роль в развитии человеческого общества и не потеряло своего значения в настоящее время: из всех металлов оно наиболее широко используется в современной промышленности.

Первобытный человек стал использовать железные орудия за несколько тысячелетий до н. э. Тогда единственным источником такого металла были упавшие на Землю метеориты, которые содержат довольно чистое железо. Это породило у многих народов легенды, дошедшие до наших дней, о небесном происхождении железа.

В середине II тыс. до н. э. в Египте была освоена металлургия железа – получение его из железных руд. Это положило начало железному веку в истории человечества, который пришёл на смену каменному и бронзовому векам. На территории нашей страны начало железного века относится к рубежу II и I тыс. до н. э.

Железо – один из самых распространённых в природе элементов. В земной коре содержится 4,65% железа – II место после алюминия.

Железо производят в доменных печах. Современная доменная печь ведет свою историю от железоделательного костра, на смену которому пришли шахтные печи, затем домницы и, наконец, современные домны. Способы подведения воздуха к пламени раньше были самыми разнообразными: легкие человека, порывы ветра, деревянные поршневые насосы. Старинные приемы выплавки железа можно встретить у некоторых народов и в настоящее время.

Гл. инженер. Любое производство начинается с сырьевой базы. Этим вопросом занимается отдел снабжения.

Отдел снабжения

Ученик. На одной из площадей г. Магнитогорска сооружена большая чугунная человеческая рука, которая держит глыбу железной руды. Этот монумент стал символом Магнитогорска.

Железная руда – основное сырье в производстве чугуна. Вспомогательные материалы: флюсы (известняк), кокс, природный газ, воздух, обогащенный кислородом. Железная руда, флюсы и кокс составляют шихту.

Учащиеся работают с образцами этих материалов.

Ученик. Основные месторождения железной руды в России: Кашканар, Коршуновское, Костомукша, Горная Шория, КМА, около трехсот месторождений на Урале, в Восточной Сибири, на Алтае. Коксующиеся угли добывают в Кузбассе, Печорском каменноугольном бассейне, а природный газ – в Западной Сибири, на Волго-Уральском, Саратовском, Оренбургском месторождениях.

Используя карту, ученик отмечает месторождения значками.

Гл. инженер задает вопрос отделу снабжения: «Каким образом идет подготовка сырья к загрузке?»

Ученик. Железную руду обогащают, то есть ее разделяют на концентрат – продукт с повышенным содержанием оксидов железа – и хвосты (пустую породу). Для увеличения площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ плавильные материалы (руду, кокс, флюсы) дробят на кусочки небольших размеров. Желательно, чтобы они не очень отличались друг от друга по величине, так как при соблюдении этого условия процесс протекает более равномерно.

Мелкозернистые руды и крошку, которая образуется при измельчении крупных кусков, спекают, для этого руду смешивают с флюсами и углем. Процесс спекания называют агломерацией. В результате агломерации, во-первых, получают окатыши определенного размера, а во-вторых, отфлюсовывают часть пустой породы.

Гл. инженер. Рассмотрим, за счет каких реакций в доменной печи из железной руды получают чугун. В чем суть основного химического процесса?

Технический отдел (все уравнения написаны на плакате)

Ученик. Содержащийся в руде оксид железа (III) восстанавливается оксидом углерода (II). Восстановление идет последовательно по схеме:

Fе₂O₃ → Fе₃O₄ → FеO → Fe:

3Fе₂O₃ + CO = 2 Fе₃O₄+ CO₂ ,

Fе₃O₄ + CO = 3 FеO + CO₂ ,

FeO + CO = Fe + CO₂ .

Наряду с восстановлением железа идут процессы образования карбида железа:

3Fe + 2СО = Fе₃С + СO₂ .

3Fе + С = Fе₃С .

Восстановленное железо частично растворяет в себе карбид железа и углерод. Одновременно идут побочные процессы, коксом и оксидом углерода (П) восстанавливаются оксиды других элементов, содержащиеся в железной руде:

МnO₂ + 2СO = Мn + 2СО₂ .

МnО + С = Мn + СО .

SiО₂ + 2СО = Si+2СО₂ .

Р₂O₅ + 5С = 2Р + 5СO

Образуется сплав, состоящий из Fе, С , Fе₃С, Si , Мn, Р, S, который называется чугуном. Содержание каждого элемента в чугуне показано в таблице «Состав чугуна».

Состав чугуна

Сорт чугуна	Содержание главнейших элементов, в %
Сорт чугуна	С	Si	Mn	S	P
Передельный	3,7-4,2	0,5-1,5	1,0-3,0	Не более 0,07	Не более 0,3
Литейный	3,5-4,0	1,5-4,0	0,5-1,2	Не более 0,05	Не более 0,1-0,3

В железной руде содержатся тугоплавкие оксиды, чтобы их расплавить и удалить, в печь загружают флюсы или плавни. Они образуют с примесями шлаки:

СаСО₃ = СаО +СО₃ .

СаО + SiО₂ = СаSiО₃ .

3СаО +Р₂O₅ = Са₃(РO₄)₂ .

Шлаки легкоплавкие и лёгкие. В домне они собираются на поверхности жидкого чугуна.

Гл. инженер. Вопрос техническому отделу. Каковы особенности технологического процесса?

Демонстрация видеофильма «Устройство доменной печи»

Гл. инженер. После просмотра фрагмента напрашивается вопрос: «Как обеспечивается высокая скорость доменного процесса?» На него нам ответят представители научно-исследовательской лаборатории.

Научно-исследовательская лаборатория

Ученик. Высокая производительность доменной печи достигается применением оптимальных условий для проведения химических реакций.

1. Процесс идет при высокой температуре, для этого в печь подают нагретый воздух, обогащенный кислородом, используют теплоту зкзотермических реакций.

2. Увеличение концентрации реагирующих веществ достигается обогащением руды, использованием дополнительного источника восстановителя – природного газа.

3. Увеличение площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ (дробление, агломерация) также увеличивает производительность домны.

Ученик. Доменное производство эффективно за счет использования научных принципов производства.

1. Непрерывность процесса. Единожды «задутая» домна работает в течение нескольких лет.

2. Противоток реагирующих веществ.

3. Теплообмен. Он используется для нагревания воздуха в регенераторах.

4. Механизация и автоматизация технологических процессов.

5. Комплексное использование сырья и охрана окружающей среды.

Гл. инженер. За счет чего удается снизить себестоимость выпускаемого чугуна? Что скажут экономисты?

Экономисты

Ученик. Особое внимание обращаем на качество руды. Содержание пустой породы в ней должно быть минимальным. Отходы производства – шлаки – нашли применение в строительстве, сельском хозяйстве; раньше они занимали большие площади на территории комбината. В целях комплексного использования сырья и с пользой для человека предлагаем строить шлаколечебницы при металлургических заводах. Повышенная температура шлаковых вод, наличие в них сернистых соединений помогают больным избавиться от кожных заболеваний, хронического ревматизма.

Нашел применение и доменный газ – для синтеза органических веществ и прежде всего как топливо для этого и других производств. В данном производстве доменный газ сжигают для нагревания воздухонагревателей (регенератор, каупер), куда поступает воздух, обогащенный кислородом. С увеличением объема домны производительность ее повышается, а себестоимость чугуна снижается.

При обогащении руды извлекают металлы-спутники. Это приносит дополнительные доходы и уменьшает загрязнение окружающей среды.

Гл. инженер. Известно, что применение кокса в доменном процессе очень дорого. Что могут предложить экономисты? Каким образом снизить его расход?

Ученик. Расход кокса можно снизить, применяя только обогащенную руду, природный газ и кислород. При подаче воздуха с 25%-ным содержанием кислорода и природного газа производительность печи увеличивается примерно на 10%, а расход кокса снижается на 20%.

Гл. инженер. Какова роль комбинирования?

Видеофильм «Комбинирование в чёрной металлургии»

Гл. инженер. Для металлургического производства особенно актуальна проблема охраны окружающей среды. Выплавка металла связана с добычей и переработкой руды, требует больших затрат энергии и воды. На каждой стадии производства возможно загрязнение природы. Слово предоставляется отделу охраны природы.

Отдел охраны природы

Ученик. Чёрная и цветная металлургия и металлообрабатывающая промышленность занимают одно из первых мест по объёму загрязнений, выбрасываемых в окружающую среду. Они загрязняют атмосферу, гидросферу, и, как следствие, биосферу. Металлургическое производство является опасным источником загрязнения атмосферы отходящими газами, пылью, тепловым загрязнением. Подготовка сырья, загрузка руды и кокса и ряд других процессов вызывают образование огромного количества пыли, а отходящие газы очень токсичны и содержат угарный газ, оксиды азота и серы. Связываясь с атмосферной водой, они превращаются в кислоты и изливаются на землю кислотными дождями, губя всё живое.

Видеофильм «Кислотные дожди»

Выбросы предприятий чёрной металлургия имеют высокую температуру – 300-400С (иногда 800С) и могут быть использованы как теплоносители. В Тульской области 40% от общей массы отходов в атмосферу составляют выбросы от предприятий чёрной металлургии. «Тулачермет» выбрасывает ежегодно в атмосферу 70 тыс. т примесей. Косогорский завод – 4,5 тыс. т, Суворовское рудоуправление – 1,5 тыс. т.

В результате деятельности предприятия образуется много сточных вод. Они содержат соли тяжёлых металлов, сероводород, растворы солей, кислот и щелочей; отравляют флору и фауну водоёмов, делают воду непригодной для питья, водопоя, орошения и даже для технического использования.

Металлургическое производство даёт массу разнообразных шлаков. Они представляют из себя силикатные системы с различным содержанием железа, сурьмы, мышьяка. Они отравляют почвы и частично гидросферу, т. к. смываются осадками в воду. У людей, живущих рядом с заводами, распространены следующие болезни: верхних дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, кровообращения (показывает по анатомической таблице).

Перед промышленностью стоит задача утилизации всех отходов и дымовых газов в полном объеме.

Предлагаем создавать территориально-промышленные комплексы с предприятиями, взаимосвязанными безотходными технологиями в масштабах всего экономического района.

Гл. инженер. Чугун чаще всего используют для производства стали. Вопрос отделу сбыта. А сколько чугуна идет в самостоятельную жизнь?

Отдел сбыта

Ученик. Новый состав чугуна позволил приблизить его к стали. Из улучшенного чугуна изготавливают детали машин, а это выгодно, ибо чугун намного дешевле стали. При этом используется ценное свойство чугуна – он лучше отливается в форму, чем сталь.

Учащиеся работают с коллекцией «Чугун и сталь», с образцами изделий из чугуна.

Ученик. Русские умельцы изготавливали замечательные художественные изделия из чугунного литья. Кажется, легкий кружевной занавес спущен по фасаду одного из домов Челябинска. В ажурный орнамент точно вписаны стилизованные изображения птиц, зверей, растений. Это декоративное панно высотой 25 м – работа челябинских мастеров художественного литья.

В ХIХ в. мастера уральского города Касли (ныне Челябинская обл.) положили начало всемирно известному народному промыслу – каслинскому литью. Это художественные изделия (скульптура, решетки, мебель), отлитые из чугуна. Их отличает четкость силуэта и тщательная отделка деталей. Чугунные скульптуры каслинцев на выставках в Москве, Вене, Копенгагене неоднократно удостаивались наград. На всемирной выставке в Париже их работа «Ажурный чугунный павильон» была признана шедевром литейного искусства.

Ученик. Неповторим облик Петербурга, его архитектурные ансамбли, набережные, мосты. Не случайно А. С. Пушкин, воспевая красоту Петербурга, упомянул и «... оград узор чугунный»:

Люблю тебя, Петра творенье,
Люблю твой строгий, стройный вид,
Невы державное теченье,
Береговой ее гранит,

Твоих оград узор чугунный,

Твоих задумчивых ночей

Прозрачный сумрак, блеск безлунный...

Взгляните на решетку Летнего сада. Какая легкость и стройность в ее рисунке! Она восхищала многие поколения людей.

На ограде Михайловского сада даже в сильные морозы как будто распускаются цветы, а на ограде дворца Шереметьевых от порыва ветра звенят колокольчики. В ненастье кажется, что на воротах Русского музея ветер прижимает твердые листья лавра к копьям. Такова музыка застывшего металла (демонстрируются изделия из чугуна, альбомы и книги с чугунным литьём).

Гл. инженер. Вопрос отделу кадров. Каким образом решается кадровая проблема?

Отдел кадров

Ученик. В доменном цехе есть разные специалисты – газовщики, горновые, водопроводчики, машинисты вагон-весов, мастера-технологи. Но ведущий среди них – горновой – человек, который работает у горна, где накапливается стекающий сверху чугун. Чтобы стать горновым, нужно овладеть широким кругом технических знаний, изучить теоретические основы доменного процесса, свойства чугуна, шлака, устройство доменной печи.

Доменную печь обслуживают в смене несколько горновых. Старший горновой перед выпуском плавки специальной буровой машиной просверливает глиняную пробку в чугунной летке. Огненный ручей металла с шумом течет по литейному двору и с гулом падает в ковш. Сразу становится светло: тысячи искр поднимаются кверху, подобно салюту.

Продвигаясь между желобами, горновые «показывают» чугуну дорогу, разгоняют запруды. Когда весь чугун вытечет, электропушка вновь забьет отверстие летки глиняной пробкой. Между выпусками чугуна горновые готовят площадку к приему следующей плавки. Профессию горнового можно получать в профессионально-технических училищах, а также на металлургических заводах.

Гл. инженер. Что может сказать историк по Тульской области?

Историк. В Тульской области работают предприятия по выпуску чёрных металлов. Среди них выделяется старейшее предприятие – Косогорский металлургический завод, которому недавно исполнилось 100 лет. Этот завод специализируется на производстве фитингов и литейного чугуна. Косогорский металлургический завод крупнейший в России по производству ферромарганца.

Также крупнейшее предприятие в Тульской области – «Тулачермет», созданное под наименованием «Новотульский металлургический завод». Он выпустил первый чугун ещё в 1935 г. С 1974 г. на базе завода создаётся научно-исследовательское объединение «Тулачермет», а в 1991 г. образована акционерная компания «Тулачермет». Эта компания – крупнейший поставщик чугуна на экспорт (59%). Впервые начата непрерывная разливка стали, которая работает до сих пор.

Предприятия чёрной металлургии Тульской области относятся к заводам с незаконченным циклом, где производственный процесс, как правило, заканчивается выпуском чугуна.

Учитель. Подведём итоги.

 Чёрная металлургия – это отрасль, производящая чёрные металлы.

 Каковы формы организации производства?

Концентрация – сосредоточение производства на крупных предприятиях (анализируем учебник, стр. 133, табл. № 1 на стр. 370).

С высоким уровнем связана и монополизация. Большую часть металла производят предприятия-монополисты. Доля их 11%, а металла производят 2/3, 89% – 1/3.

Комбинирование – соединение на одном предприятии нескольких взаимосвязанных по технологическому процессу производств, относящихся к различным отраслям промышленности.

Основа комбинирования – последовательная обработка сырья: чугун  сталь  прокат. Предприятие, где осуществляется цепочка: чугун  сталь  прокат  комбинат.

Задание классу: анализируя карты, выделить центры чёрной металлургии и объяснить факторы размещения комбинатов (атлас – карта 12-13; учебник, стр. 137, таблица № 2).

МК - главный загрязнитель

Страны-лидеры в мировой выплавке стали: Китай, Япония, США, Россия.

Задание классу: определите понятие «металлургическая база» (атлас, стр. 12-13).

Металлургические предприятия (комбинаты) распределены на территории страны крупными группами. Группы металлургических предприятий, которые используют общие рудные и топливные ресурсы для производства большого количества металла, называются металлургической базой.

Каковы задачи и в чём проблемы развития чёрной металлургии?

О качестве – выплавка качественного металла.

Об оборудовании – постоянно обновлять.

Использование достижений науки – использование современных технологий.

Научно-исследовательский отдел

Технологии добычи руды

Возможно добывать руду, не разрушая ландшафты. На помощь приходят био- и геотехнологии. В геотехнологиях в одну из пробуренных скважин закачивают растворитель руды. По другой скважине полученный под землёй рудный раствор выкачивают на поверхность. При биотехнологических методах добычи вместо растворителя в скважину закачивается бактериальный раствор. Содержащиеся в нём бактерии способны накапливать в своих телах добываемый металл. Добыча руды с помощью этих методов позволяет снизить стоимость металла в 2 раза, а затраты – в 4 раза, возрастает производительность труда. В некоторых странах эти технологии используют, а в нашей стране, к сожалению, нет, из-за отсутствия современных технологий.

Задание классу: практическая работа «Характеристика металлургических баз» (учебник, стр. 137; атлас, стр. 12-13).

Домашнее задание: § 25–26 (география), творческое задание «Кроссворд», контурная карта – отметить металлургические базы РФ, § 49 (химия).

Оценка урока, работ учащихся.

Blog

Металлургический комплекс. Черная металлургия. Производство чугуна и стали. Влияние производства на здоровье человека 9 класс

Содержание