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.)
5. Назовите металл крылатых ракет
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 металлургическо¬го производства на организм человека.
6. Отработать умения и навыки работы с картографическим и статматериалом.
7. Cовершенствовать умения через элементы деловой игрызанимать позицию, играть роль, отстаивать свою точку зрения.
8. Показать роль металлургического комплекса в годы Великой Отечественной войны.

Оборудование урока: карты РФ, РК 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), (слайд схема)
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 при¬нимают 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 предо¬ставления 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 со¬держат 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. Магнитогорск в годы Великой Отечественной войны был центром производства чугуна и стали.
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 задаёт вопрос отделу снабжения: Как в годы войны решали проблему снабжения сырьём?
Ученик 1: Первые пол года войны были самые трудные для советской экономики. Промышленное производство сократилось более чем в 2 радза, прокат черного металла в 3 раза, цветного металла в 430 раз.
Осенью 41 года фашистские войска находились на подступах к Москве. В их руках оказались важнейшие экономические районы страны, где до войны производилось 68% чугуна и стали.
Ученик 2: Что же делать?
1. Не имея достаточных запасов сырья заводы черной металлургии перевели доменные печи на тихий ход.
2. В кратчайший срок была проведена эвакуация оборудования, трудовых ресурсов на Восток. Улучшено снабжение горнорудных предприятий
3. Открывались и осваивались новые месторождения железных руд. Оказалось, что железные руды Казахстана имеют высокое качество и содержат до 53% железа
4. Предложена новая технология в военном производстве.
Ученик 3: 1941 год 22 июня. Получен военный заказ – наладить производство броневой стали. «Будем варить броневую сталь в обычных мартеновских печах», - решили магнитогорцы. Такого ещё не знала металлургия. 23 июля сталевар Дмитрий Жуков под руководством мастера Егора Сазонова сварил на мартеновской печи №3 первую плавку броневой стали. 28 июля впервые в истории мировой металлургии на магнитогорском блюминге №3 был прокатан броневой лист…. Фронт получил магнитогорскую броню на полтора месяца раньше срока, установленного правительством. ( Наука и жизнь 1977г № 11 стр.25)
Ученик 2: (продолжает)
5. В декабре 41 года все работники военных предприятий объявлялись мобилизованными и закреплялись для работы на данных предприятиях. Самовольный уход с работы карался сроком заключения от 5 до 8 лет.
6. Решающая роль принадлежала патриотическим починам рабочих, инженеров, техников.
• Квалифицированные рабочие без отрыва от производства обучали новое поколение;
• Выполняли 2-3 и более производственных норм.
Поэтому с февраля 42 года сырьевой кризис черной металлургии стал ослабевать! Фронт получил нужное количество оружия, боеприпасов и военной техники. 9 из 10 пуль выпущенных по врагу сделаны из казахстанского металла.

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 рав¬номерно.
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 %
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 лабора¬тории.
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 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-кишеч¬ного 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 Казахстану
Историк. Черная металлургия в Казахстане появилась лишь в годы Великой Отечественной войны, а в последние годы превратилась в ведущую отрасль промышленности республики. В настоящее время она представлена крупными современными предприятиями по добыче и переработке многих видов минерального сырья: железорудная промышленность Соколовско-Сарбайским и Лисаковским горно-обогатительным комбинатами, металлургическим заводом г. Темиртау. Здесь же находится и завод передельной металлургии. Эти два завода вместе с предприятиями, производящими железную руду в Атасу, кокс, флюсы, огнеупоры и электроэнергию образуют крупнейший Карагандинский металлургический комбинат.
В апреле 1943г Государственный комитет обороны принял решение о сооружении передельного Карагандинского металлургического завода. Был организован трест «Казметаллургстрой». В октябре 1942г ГКО установил срок пуска первой очереди Актюбинского завода ферросплавов. В феврале 43года вступил в строй Актюбинский ферросплавный завод, давший сотни тоннферрохромадля изготовления высококачественных сталей.
По уровню концентрации производства, технической вооруженности, применения прогрессивных технологических процессов предприятия черной металлургии республики являются передовыми в СНГ и соответствуют мировым тенденциям развития отрасли.
За пределы республики вывозится более 35% проката и 50% ферросплавов. Казахстан занимает одно из первых мест в СНГ по запасам черных металлов.
Единственным предприятием с полным циклом производства является сталелитейный комбинат в Темиртау. Он производит весь чугун Казахстана и 80% стали. На этом предприятии начинал свою производственную деятельность президент Республики Казахстан Назарбаев Н.А.
Гл инженер:Подведём итоги.
Итак мы с вами сегодня увидели процесс производства чугуна и стали, определились в том, что представить современную жизнь без использования металлов и их сплавов не возможно. А есть ли перспективы у металлургического комплекса? (вопрос научно-исследовательскому отделу)
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.
Учитель: Сегодня в преддверии праздника Победы хочется вспомнить известное выражение о том, что из одного металла льют медаль за подвиг и медаль за труд. Труд горняков, металлургов и простых рабочих в страшные годы войны позволили выстоять о и одержать великую Победу советского народа над фашистской Германией. Честь и слава героям труда!
Домашнее задание: § 25–26 (география), творческое задание «Кроссворд», контурная карта – отметить металлургические базы РФ, § 49 (химия).
Оценка урока, работ учащихся.