Конспект интегрированного урока по теме: "Металлургический комплекс. Черная металлургия. Производство чугуна и стали. Влияние производства на здоровье человека"

Конспект интегрированного урока по теме: "Металлургический комплекс. Черная 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 , географии размещения чёрной металлургии, определить проблемы на современном этапе.
3. Познакомить с химическими основами производства чугуна и стали.
4. Расширить представления обучающихся о профессиональном составе рабочих на предприятиях чёрной металлургии 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 стат материалом.
Оборудование урока: карты РФ, мультимедийный проектор, таблички с названием отделов, образцы изделий из чугуна, коллекция «Чугун и сталь», образцы железной руды, кокса, известняка. Фильмы «Комбинирование», «Устройство доменной печи», выставка художественных изделий из чугуна, литературы.

Ход урока

1)    Орг. Момент

2)    Актуализация знаний

Учитель. Сегодня мы проведём интегрированный урок по географии, химии. 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.)

3.Работа над новым материалом:

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).
Перед  вами МК Волгоградской  области. Кто может ответить, что они производят? ( Слайд 1)

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 в форме производственного совещания. В его работе принимают участие главный инженер, отдел снабжения, технический отдел, экономисты, историк, (учащиеся заранее делятся на группы и готовят полученные задания)
Цели 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. (учитель географии)

Гл. инженер. Хотелось бы начать наше совещание с предоставления слова историку.
Историк. Историческая справка. (Слайд 2)
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
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. (слайд 3) 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.
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, (слайд 4)

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 слайде 5)
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
Предельный 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.
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 экзотермических 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, (слайд 6) 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»
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 макету человеческого тела).
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, (слайд 7)

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.
4.Закрепление полученных знаний.
• Чёрная металлургия – это отрасль, производящая чёрные металлы.
• Каковы формы организации производства?
Концентрация – сосредоточение производства на крупных предприятиях (анализируем таблицу слайд 6).
С высоким уровнем связана и монополизация. Большую часть металла производят предприятия-монополисты. Доля их 11%, а металла производят 2/3, 89% – 1/3.
Задание классу: анализируя карты, выделить центры чёрной металлургии и объяснить факторы размещения комбинатов (атлас – карта; учебник географии, таблица № 2).
МК - главный загрязнитель
Страны-лидеры в мировой выплавке стали: Китай, Япония, США, Россия.
Задание классу: определите понятие «металлургическая база» (атлас).
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?
1) Качество – выплавка качественного металла.
2) оборудование – постоянное обновление.
3) Использование достижений науки – использование современных технологий.
4) Технологии добычи руды
Задание классу: практическая работа «Характеристика металлургических баз» (учебник,  атлас).
5.Домашнее задание: творческое задание «Кроссворд», контурная карта – отметить металлургические базы РФ, § 49 (химия).
6. Рефлексия.