Чёрная металлургия

ЕСТЬ НЕСКОЛЬКО ВОПРОСОВ

Осипов Р. А.,

учитель географии

МОУ «СОШ №66

им. Н. И. Вавилова»

Если нефть подешевеет то на чём тогда можно будет зарабатывать в России?

!

!

!

!

!

!

• Нефть.

• Нефть.
• Природный газ.

• Нефть.
• Природный газ.
• Бурый уголь.

• Нефть.
• Природный газ.
• Бурый уголь.
• Каменный уголь.

• Нефть.
• Природный газ.
• Бурый уголь.
• Каменный уголь.
• Лес.

• Нефть.
• Природный газ.
• Бурый уголь.
• Каменный уголь.
• Лес.
• Пластики.

• Нефть.
• Природный газ.
• Бурый уголь.
• Каменный уголь.
• Лес.
• Пластики.
• Текстиль.

• Нефть.
• Природный газ.
• Бурый уголь.
• Каменный уголь.
• Лес.
• Пластики.
• Текстиль.
• Трикотаж.

• Нефть.
• Природный газ.
• Бурый уголь.
• Каменный уголь.
• Лес.
• Пластики.
• Текстиль.
• Трикотаж.
• Глина, песок, камень.

• Нефть.
• Природный газ.
• Бурый уголь.
• Каменный уголь.
• Лес.
• Пластики.
• Текстиль.
• Трикотаж.
• Глина, песок, камень.
• Стекло.

• Нефть.
• Природный газ.
• Бурый уголь.
• Каменный уголь.
• Лес.
• Пластики.
• Текстиль.
• Трикотаж.
• Глина, песок, камень.
• Стекло.
• Металл.

Что вы выберете?

М Е Т А Л Л

ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ

Осипов Р. А.,

учитель географии

МОУ «СОШ №66

им. Н. И. Вавилова»

На металле действительно можно заработать?

• На металл есть спрос?

• На металл есть спрос?
• Он востребован?

• На металл есть спрос?
• Он востребован?
• А почему он так востребован?

• Проводит электричество - высокая электропроводность;

• Проводит электричество - высокая электропроводность;
• Проводит тепло - высокая теплопроводность;

• Проводит электричество - высокая электропроводность;
• Проводит тепло - высокая теплопроводность;
• Способен хорошо отражать электромагнитные волны (блеск и непрозрачность);

• Проводит электричество - высокая электропроводность;
• Проводит тепло - высокая теплопроводность;
• Способность хорошо отражать электромагнитные волны (блеск и непрозрачность);
• Можно подвергать ковке и штамповке - пластичность,

Да, такой материал не может быть не востребован

Из известных 105 химических элементов:

83 – металлы,

и лишь 22 – неметаллы.

Так что же это такое, металл?

Внутри молекулы атомы металлов в твердом состоянии организованы в кристаллическую решетку.

На рисунках шарики – это атомы. Они расположены в молекуле не беспорядочно, а так, что получаются фигуры.

У каждого атома один электрон – изменник.

Он ведёт двойную жизнь.

Он сначала вращается вокруг одного атома, а потом перескакивает к другому и вращается вокруг него.

Посмотрим на всё это со стороны: электроны – множество электронов-изменников перепрыгивают от одного атома к другому и таким образом создают толчею.

Это называется электронным ветром.

А атомы – тогда вовсе не атомы. Какие же они атомы без одного электрона?

Как известно, у атома должно быть одинаковое количество положительно заряженных протонов (в ядре) и отрицательно заряженных электронов (летающих вокруг ядра).

Но один электрон улетел. И одного отрицательного заряда не хватает.

Атом перестаёт быть атомом, а становится положительно заряженным ионом.

Металлы - это химические элементы, молекула которых состоит из положительно заряженных ионов и электронного ветра.

Поместите металл в магнитное поле и свободные электроны-изменники начнут упорядоченно двигаться.

Вы получите электричество.

Как можно стать богатым?

• Произвести всё своими руками.

• Произвести всё своими руками.
• Заставить работать животных.

• Произвести всё своими руками.
• Заставить работать животных.
• Создать водяные колеса. Они будут вращаться и создавать энергию для машин.

• Произвести всё своими руками.
• Заставить работать животных.
• Создать водяные колеса. Они будут вращаться и создавать энергию для машин.
• Создать ветряные колеса. Их будет вращать ветер, а они заставят работать машины.

И Л И

Забыть обо всё этом

Забыть обо всё этом

Взять машину и подключить её к розетке.

Вы представляете, насколько вы могущественный человек, если у вас есть электричество?

А вы представляете насколько вы богатый человек, если производите и продаёте металлы?

Металлы – это то, с помощью чего производят, передают, преобразовывают и хранят электричество.

Так есть на металлы спрос?

Ещё один вопрос из области химии металлов: чем чёрные металлы отличаются от цветных металлов?

Чёрные металлы – это железо и сплавы с ним.

Цветные металлы – это все остальные металлы.

К чёрным металлам относятся:

• Железо.
• Чугун.
• Сталь.

Что такое чугун?

Что такое сталь?

Если производить металл очень выгодно, может вам взять да и построить собственный металлургический завод?

Что вам для этого нужно?

Гематит, или красный железняк.

Fe 2 O 3

Процент содержания железа в гематите очень высокий – до 70%. При этом очень мало примесей, таких как сера и фосфор.

Бурый железняк

Самая распространённая разновидность бурого железняка: лимонит.

Fe 2 O 3 × nH 2 O

n – количество молекул воды может быть разным

Процент содержания железа в буром железняке низкий: от 25 до 50%. Много примесей: фосфор, марганец, влага. От породы нужно отделять глину.

Но бурые железняки легко плавятся и из них можно получать высококачественный чугун.

Магнетит, или магнитный железняк

Fe 3 O 4

Обладает магнитными свойствами, которые утрачиваются при нагревании.

В природе встречается реже, чем другие породы, богатые железом.

Может содержать до 70% железа.

Глинистый железняк, или шпатовый железняк, или сидерит

FeСO 3

карбонат железа

В природе встречается реже, чем другие породы, богатые железом.

Содержит немного железа и много пустой породы.

Итак, как же называется то, что нам нужно для создания собственного завода чёрной металлургии, одним словом?

Красный железняк (гематит), бурый железняк (лимонит), магнитный железняк (магнетит), глинистый (шпатовый) железняк (сидерит) – это…

Железная руда

Вам понадобится железная руда.

Как из железной руды извлечь железо?

Железную руду нужно расплавить.

Что нужно для того, чтобы плавить?

Топливо

Выберете:

• Нефть.

• Нефть.
• Природный газ.

• Нефть.
• Природный газ.

• Древесный уголь.

• Нефть.
• Природный газ.

• Древесный уголь.
• Бурый уголь.

• Нефть.
• Природный газ.

• Древесный уголь.
• Бурый уголь.
• Каменный уголь.

• Нефть.
• Природный газ.

• Древесный уголь.
• Бурый уголь.
• Каменный уголь.

• Другое.

Традиционно на протяжении столетий основным топливом для плавки железной руды был древесный уголь.

Сырьём для производства древесного угля является дерево.

Дерево (топливо) + тепло + кислород (окислитель) = огонь.

Дерево (топливо) + тепло + кислород (окислитель) = огонь.

Горение

Дерево (топливо) + тепло = древесынй уголь.

Дерево (топливо) + тепло = древесынй уголь.

Сухая перегонка

Не будем вас обманывать, и признаемся. При сухой перегонке тоже нужен кислород, только его нужно очень мало.

Сырость и загрязнения улетучиваются из дерева, дерево при этом не горит и оставляет после себя очищенные куски древесного угля.

Мы распространялись по планете, превращая разные виды растений в уголь, неустанно сжигая всё, что только может гореть.

Винфрид Зебальд

немецкий поэт

К началу XVI века на уголь для металлоплавильных печей пережгли многие леса Европы.

Что будет с вашей страной, с её лесами, если вы будете в больших количествах производить и использовать древесный уголь?

Что делать?

Чем можно заменить древесный уголь?

В 1619 году для плавки чугуна впервые применили

каменный уголь.

Но качество железа упало.

Это происходило из-за того, что в железо попадала сера, которая содержится в каменном угле в качестве примеси.

Что делать?

В 1715 году уголь пережгли с негашёной известью и получили уголь без серы, или кокс.

Итак, что же нужно, чтобы создать собственное производство чугуна?

Нужны

железная руда и кокс.

Мы же не будем жечь кокс на улице?!

Нам нужна печь

В печь мы загрузим кокс, железную руду и подожжём их.

Для того, чтобы руда плавилась, нам нужно разогреть печь до температуры +2000 0 С

Как это сделать?

Дерево (топливо) + тепло + кислород (окислитель) = огонь.

Горение

Кокс (топливо) + тепло + кислород (окислитель) = огонь.

Горение

Нужно много топлива и много кислорода.

Нам нужно накачивать в печь кислород.

Нам нужно, чтобы кислород втягивался в печь.

Нам нужна тяга.

Где хорошая тяга? В высокой трубе

В высокой трубе

Нам нужна высокая труба?

Нет, нам нужна печь большой высоты.

Штукофен – высокие (до 3,5 м) конусообразные печи из огнеупорного кирпича с открытым верхом для загрузки руды и угля с отверстием для поддува и извлечения железа.

Получается, что если мы построим такую печь, то металлургический завод у нас есть.

Штукофины появились ещё в XIII веке в Штирии (Австрия) и Чехии.

Штирия – одна из земель Австрии.

Грац – столица Штирии

Чехия

Прага – столица Чехии

В штукофинах получали сразу три вида чёрных металлов: чугун, крица (кричное, сварное железо) и сталь, которая тонким слоем покрывала крицу.

Чугун очень твёрдый материал. Его не возможно ковать. При этом он хрупкий. При падении разбивается.

Где может пригодиться такой материал?

Нигде. Его просто сливали как отход.

Это не дело. Столько усилий и половина всего сырья уходит на отходы – на чугун.

Нужно что-то делать?

Что делать?

А почему чугун такой негодный?

Да, вообще, что такое чугун?

Чугун – это железо…

Fe

и

и, конечно же, углерод

С

Углерод попадает в чугун из кокса, который делают из каменного угля

В чугуне углерода содержится больше 1,7%

Из-за углерода чугун становится очень хрупким и не пригодным к ковке.

А такой металл никому не нужен.

Что делать?

Да ещё раз переплавить.

Но только закачать в печь побольше кислорода.

Углерод уже есть в чугуне,

к нему добавиться углерод из кокса

Но мы будем закачивать в печь много кислорода.

С + О 2 →СО 2

Углерод будет соединяться с кислородом и превращаться в углекислый газ, который будет вылетать из печи в трубу и в атмосферу

А в печи останется чугун без углерода. А это уже не чугун, а кричное железо.

Кричное железо очень хорошо куётся и очень прочное.

Крица, полученная из чугуна лучше крицы, которая получается в штукофенах.

Вот только как её получить? Что нам для этого нужно?

Нам нужна печь, в которую бы затягивало много воздуха с кислородом.

То есть: очень высокая печь. Высотой до 6 м

Нам нужен блауофен

Получается, что если:

1 мы построим штукофен;

2 мы построим бауофен;

то мы построим металлургический завод.

Правильно?

Правильно, но есть одно «но»

После того, как плавка в бауофене заканчивалась:

1 из печи извелкали крицу, остатки недорасплавившегося чугуна и шлак;

2 печь остывала;

3 печь готовили к новой плавке.

И всё это занимало 10 часов

Если завод стоит 10 часов и ничего не производит, сколько он «съест» денег?

А не «съест» ли он весь доход от продажи железа?

Это не дело!

Что же делать?

Нужно сделать что-то такое, чтобы печь не останавливалась.

Вот вам идея:

Если железо можно делать из чугуна. Можно построить печь, которая работала бы безостановочно и выплавляла только чугун.

Сверху будем всё время засыпать кокс и железную руду, то есть шихту.

В печи кокс горит, шихта плавится

Снизу печи время от времени пробиваем отверстие, из него выливается расплавленный металл.

В металле много железа из железной руды. И много углерода из кокса.

Как он называется?

Ч У Г У Н

Отверстие для чугуна – нижняя лётка в самом низу печи. Чугун тяжёлый и скапливается в самом низу

А выше и с другой стороны сделаем отверстие для более лёгкого шлака – верхнюю лётку.

Если мы не придумаем, куда его применить и просто выкинем, он станет загрязнителем окружающей среды.

Нам нужно в нашей печи тепло до 2000 0 С.

Вспоминаем, как это сделать

Кокс (топливо) + тепло + кислород (окислитель) = огонь.

Горение

Идея:

• Воздух (в котором есть кислород) будем подавать подогретым.
• Чтобы была сильная тяга печь сделаем очень высокой – 35 м.

Так, что же это за печь?

Доменная печь

Чугун после домны можно уже использовать. Он не такой хрупкий, как после штукофена.

Но…

Но для многих деталей и механизмов нужен более прочный металл.

Как повысить прочность?

Слишком много углерода.

Слишком много углерода. Его нужно сжечь.

Слишком много углерода. Его нужно сжечь.

Нужна новая плавка.

В обычной стародавней сыродутной (имеется в виду, что подаваемый воздух не нагретый, типа сырой) печи допотопной печи за 1-2 часа можно выжечь весь углерод.

Правда, в средние века такие печи стали называть кричными горнами, но по сути это были всё те же древние сыродутные печи.

А чего-нибудь поэффективнее, чем печи придуманные до нашей эры, нельзя предложить?

Чтобы поменьше тратить чугуна и кокса.

Побольше получать железа.

Генри Бессемер, английский изобретатель

В 1856 году предложил использовать для переплавки чугуна придуманный им аппарат - конвертер

Через конвертер продувается сжатый воздух.

Кислород из воздуха соединяется с углеродом из чугуна, образуется углекислый газ, который выбрасывается в атмосферу.

И в металле углерода становится меньше.

В конвектор не надо засыпать кокс. А в кричный горн надо.

Представляете, сколько можно сэкономить на коксе?

Карл Сименс немецкий инженер и предприниматель

В 1856 году предложил идею регенеративной печи.

• Из печей выходят газы, например углекислый газ.

• Из печей выходят газы, например углекислый газ.
• Они горячие.

• Из печей выходят газы, например углекислый газ.
• Они горячие.
• От них можно нагреть воздух, который закачивается в печь.

• Из печей выходят газы, например углекислый газ.
• Они горячие.
• От них можно нагреть воздух, который закачивается в печь.

И сэкономить кучу тепла, ну и, соответственно, денег.

Пьер Мартен, французский металлург

В 1864 году сконструировал печь, работающую на основе принципа регенерации

Мартеновская печь – это печь с низким потолком, раскаляемая смесью горючего газа и воздуха.

Причём газы, которые выходят из печи после горения нагревают газ и воздух, которые закачиваются в печь.

Кокс, опять же таки, не нужен.

И всё это изобретения

XIX века.

А есть что-нибудь поновее?

Василий Владимирович Петров,

русский электротехник, академик Петербургской академии наук.

В 1802 году описал явление электрической дуги

Электрическая дуга (вольтова дуга, дуговой разряд) – один из видов электрического разряда в газе

1. Два электрода (сделанных, кстати, из металла) помещаются в газ, например в воздух.

1. Два электрода (сделанных, кстати, из металла) помещаются в газ, например в воздух.

2. На электроды подается ток.

1. Два электрода (сделанных, кстати, из металла) помещаются в газ, например в воздух.

2. На электроды подается ток.

3. Ток – это движение электронов.

1. Два электрода (сделанных, кстати, из металла) помещаются в газ, например в воздух.

2. На электроды подается ток.

3. Ток – это движение электронов.

4. При определённой силе тока начинают двигаться не только электроны электродов, но и электроны в воздухе между электродами.

5. Возникает искра.

5. Возникает искра.

6. Возникает какая-то непонятная разновидность состояния вещества - не твёрдое, не жидкость, не газ, а плазма. То есть газ между электродами превращается в плазму.

5. Возникает искра.

6. Возникает какая-то непонятная разновидность состояния вещества - не твёрдое, не жидкость, не газ, а плазма. То есть газ между электродами превращается в плазму.

7. Плазма замыкает электроды в электрическую цепь. И по электрической цепи течёт ток.

5. Возникает искра.

6. Возникает какая-то непонятная разновидность состояния вещества - не твёрдое, не жидкость, не газ, а плазма. То есть газ между электродами превращается в плазму.

7. Плазма замыкает электроды в электрическую цепь. И по электрической цепи течёт ток.

8. При этом выделяется тепло.

Поль-Луи-Туссен Эру,

французский инженер-химик.

Разработал проект дуговой электроплавильной печи, которая была построена в 1899 году.

Дуговые электроплавильные печи работали на ряде металлургических заводов ещё во время Второй мировой войны. Но широкое распространение эти печи получили уже после войны.

1. К заводу подходит высоковольтная линия электропередач (ЛЭП).

1. К заводу подходит высоковольтная линия электропередач (ЛЭП).

2. ЛЭП подаёт ток на трансформаторную подстанцию.

1. К заводу подходит высоковольтная линия электропередач (ЛЭП).

2. ЛЭП подаёт ток на трансформаторную подстанцию.

3. С подстанции ток подаётся на электроды.

1. К заводу подходит высоковольтная линия электропередач (ЛЭП).

2. ЛЭП подаёт ток на трансформаторную подстанцию.

3. С подстанции ток подаётся на электроды.

4. Электроды опущены в печь. Между ними возникает дуга. От неё исходит тепло, из-за которого плавится чугун.

Особенно электродуговые печи славятся в деле выплавки сложных сплавов, нужных, например, для создания военной техники.

Электродуговым печам совсем не нужен кокс, но представляете сколько им нужно электричества?

Если мы строим свой металлургический завод…

Что выбрать:

Что выбрать:

• Конвертерная печь

Что выбрать:

• Конвертерная печь
• Мартеновская печь

Что выбрать:

• Конвертерная печь
• Мартеновская печь
• Электродуговая печь

На протяжении 100 лет с момента создания самым популярным, самым распространенным способом плавки чугуна был мартеновский процесс.

Но…

Сегодня в США, Германии, Китае, Японии

нет металлургических заводов с мартеновскими печами.

Сегодня в мире

Сегодня в мире

2,2% - мартеновский процесс;

Сегодня в мире

2,2% - мартеновский процесс;

30% - электроплавильный процесс;

Сегодня в мире

2,2% - мартеновский процесс;

30% - электроплавильный процесс;

63% - конвертерный процесс.

В 2018 году последняя крупная мартеновская печь была закрыта в России.

Самый большой удельный вес мартеновского способа производства на Украине.

Всё, вроде бы, понятно

Мы загружаем чугун в

• Конвертерную печь
• Мартеновскую печь
• Электродуговую печь

Постойте, а что же мы получаем после плавки?

По-видимому, металл с низким содержанием углерода.

Этот металл обладает очень высокой прочностью.

Его используют при строительстве небоскрёбов.

Так что же это такое?!

С Т А Л Ь

Именно слово «сталь» легло в основу псевдонима одного из самых противоречивых и сложных политических лидеров России.

Итак, что же вам будет нужно, если вы, всё-таки, решите построить металлургический завод?

Сырьё, ресурсы (железная руда, кокс или природный газ или электричество (много электричества): ресурсный (сырьевой) фактор.

Что ещё вам понадобиться, чтобы построить металлургический завод?

Ёмкий рынок сбыта. Потребители – потребительский фактор

А кому нужны чугун и сталь? Что из них делают?

Машины

Строительные конструкции.

Само собой разумеется, вам нужен хорошо развитый транспорт. Чтобы:

• Привезти каменный уголь.

Само собой разумеется, вам нужен хорошо развитый транспорт. Чтобы:

• Привезти каменный уголь.
• Привезти железную руду.

Само собой разумеется, вам нужен хорошо развитый транспорт. Чтобы:

• Привезти каменный уголь.
• Привезти железную руду.
• Отвезти чугун.

Само собой разумеется, вам нужен хорошо развитый транспорт. Чтобы:

• Привезти каменный уголь.
• Привезти железную руду.
• Отвезти чугун.
• Отвезти сталь.

Инфраструктурный (транспортный) фактор.

Что вам нужно ещё, если вы решили построить собственный металлургический завод?

Очень хорошо подготовленные кадры: кадровый фактор.

Что вам нужно ещё, если вы решили построить собственный металлургический завод?

Доменная печь, мартеновская печь, конверторная печь, печь электродуговой плавки.

Кто нам всё это построит?

Металлургические печи – это оборудование, машины. Их производит машиностроение.

Возводят печи на месте строители. Это строительный комплекс.

Станки, машины, оборудование, здания, сооружение – это основной капитал: фактор основного капитала.

Не забываем про отходы: шлак, углекислый газ и другое – экологический фактор.

З А Д А Н И Е №1

З А Д А Н И Е №1

Теперь мы знаем, что нам нужно. Давайте попробуем определить приоритеты и определим из того, что нам нужно что очень важно, а что важно, но не очень.

З А Д А Н И Е №1

Теперь мы знаем, что нам нужно. Давайте попробуем определить приоритеты и определим из того, что нам нужно что очень важно, а что важно, но не очень.

Пожалуйста, составьте рейтинг факторов развития и размещения металлургического завода (расставьте факторы по порядку по мере их важности)

З А Д А Н И Е №1

1.

2.

3.

4.

5.

6.

З А Д А Н И Е №1

Пожалуйста, добавьте к рейтингу краткое описание того, какой фактор вы поставили на первое место и почему.

З А Д А Н И Е №2

З А Д А Н И Е №2

Если уж мы решили построить свой собственный металлургический завод и даже уже знаем, что для этого нужно, давайте выберем место, где мы его будем строить.

З А Д А Н И Е №2

А где вообще размещали металлургические заводы в России?

На этот вопрос нам поможет ответить карта «Чёрная и цветная металлургия» в школьном географическом атласе за 9 класс (с. 13).

З А Д А Н И Е №2

З А Д А Н И Е №2

Укажите на контурной карте города, в которых есть металлургические заводы и комбинаты.

З А Д А Н И Е №2

Укажите на контурной карте города, в которых есть металлургические заводы и комбинаты.

Добавьте краткое описание к карте, о том какой город, на ваш взгляд, наиболее выгоден для того, чтобы там построить металлургический завод. Где наш металлургический завод даст наибольший доход и почему?

З А Д А Н И Е №3

Ответьте на вопросы проверочной работы на сайте Решу.ОГЭ.

Вопросы составлены на основе содержания этой презентации.

Э Т О Б Ы Л М Е Т А Л Л