Из нее выплавляют сталь 3 класс окружающий мир
Обновлено: 13.05.2024
Стали – железоуглеродистые сплавы, содержащие практически до 1,5% углерода, при большем его содержании значительно увеличиваются твёрдость и хрупкость сталей и они не находят широкого применения.
Основными исходными материалами для производства стали являются предельный чугун и стальной лом (скрап).
Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне. Поэтому сущность любого металлургического передела чугуна в сталь – снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.
Железо окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильных печах:
Одновременно с железом окисляются кремний, фосфор, марганец и углерод. Образующийся оксид железа при высоких температурах отдаёт свой кислород более активным примесям в чугуне, окисляя их.
Процессы выплавки стали осуществляют в три этапа.
Первый этап – расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла. Наиболее важная задача этапа – удаление фосфора.
Для удаления фосфора необходимы невысокие температура ванны металла и шлака, достаточное содержание в шлаке . Для повышения содержания в шлаке и ускорения окисления примесей в печь добавляют железную руду и окалину, наводя железистый шлак. Второй этап – кипение металлической ванны – начинается по мере прогрева до более высоких температур.
При повышении температуры более интенсивно протекает реакция окисления углерода, происходящая с поглощением теплоты:
Для окисления углерода в металл вводят незначительное количество руды, окалины или вдувают кислород.
Третий этап – раскисление стали заключается в восстановлении оксида железа, растворённого в жидком металле.
Сталь раскисляют двумя способами: осаждающим и диффузионным .
Осаждающее раскисление осуществляется введением в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо.
Легирование стали осуществляется введением ферросплавов или чистых металлов в необходимом количестве в расплав. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду меньше, чем у железа (), при плавке и разливке не окисляются, поэтому их вводят в любое время плавки. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у железа (), вводят в металл после раскисления или одновременно с ним в конце плавки, а иногда в ковш.
2. Производство стали в мартеновских печах
Мартеновский процесс (1864-1865, Франция). В период до семидесятых годов являлся основным способом производства стали. Способ характеризуется сравнительно небольшой производительностью, возможностью использования вторичного металла – стального скрапа. Вместимость печи составляет 200…900 т. Способ позволяет получать качественную сталь.
Мартеновская печь (рис.2.2.) по устройству и принципу работы является пламенной отражательной регенеративной печью. В плавильном пространстве сжигается газообразное топливо или мазут. Высокая температура для получения стали в расплавленном состоянии обеспечивается регенерацией тепла печных газов.
Современная мартеновская печь представляет собой вытянутую в горизонтальном направлении камеру, сложенную из огнеупорного кирпича. Рабочее плавильное пространство ограничено снизу подиной 12, сверху сводом 11, а с боков передней 5 и задней 10 стенками. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стенкам печи. В передней стенке имеются загрузочные окна 4 для подачи шихты и флюса, а в задней – отверстие 9 для выпуска готовой стали.
Рис. Схема мартеновской печи
Характеристикой рабочего пространства является площадь пода печи, которую подсчитывают на уровне порогов загрузочных окон. С обоих торцов плавильного пространства расположены головки печи 2, которые служат для смешивания топлива с воздухом и подачи этой смеси в плавильное пространство. В качестве топлива используют природный газ, мазут.
Для подогрева воздуха и газа при работе на низкокалорийном газе печь имеет два регенератора 1.
Регенератор – камера, в которой размещена насадка – огнеупорный кирпич, выложенный в клетку, предназначен для нагрева воздуха и газов.
Отходящие от печи газы имеют температуру 1500…1600 0 C. Попадая в регенератор, газы нагревают насадку до температуры 1250 0 C. Через один из регенераторов подают воздух, который проходя через насадку нагревается до 1200 0 C и поступает в головку печи, где смешивается с топливом, на выходе из головки образуется факел 7, направленный на шихту 6.
Отходящие газы проходят через противоположную головку (левую), очистные устройства (шлаковики), служащие для отделения от газа частиц шлака и пыли и направляются во второй регенератор.
Охлажденные газы покидают печь через дымовую трубу 8.
После охлаждения насадки правого регенератора переключают клапаны, и поток газов в печи изменяет направление.
Температура факела пламени достигает 1800 0 C. Факел нагревает рабочее пространство печи и шихту. Факел способствует окислению примесей шихты при плавке.
Продолжительность плавки составляет 3…6 часов, для крупных печей – до 12 часов. Готовую плавку выпускают через отверстие, расположенное в задней стенке на нижнем уровне пода. Отверстие плотно забивают малоспекающимися огнеупорными материалами, которые при выпуске плавки выбивают. Печи работают непрерывно, до остановки на капитальный ремонт – 400…600 плавок.
Основными технико-экономическими показателями производства стали в мартеновских печах являются:
· производительность печи – съ¨м стали с 1м 2 площади пода в сутки (т/м 2 в сутки), в среднем составляет 10 т/м 2 ; р
· расход топлива на 1т выплавляемой стали, в среднем составляет 80 кг/т.
С укрупнением печей увеличивается их экономическая эффективность.
3. Производство стали в кислородных конвертерах
Кислородно-конвертерный процесс – выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.
Первые опыты в 1933-1934 – Мозговой.
В промышленных масштабах – в 1952-1953 на заводах в Линце и Донавице (Австрия) – получил название ЛД-процесс. В настоящее время способ является основным в массовом производстве стали.
Кислородный конвертер – сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом.
Вместимость конвертера – 130…350 т жидкого чугуна . В процессе работы конвертер может поворачиваться на 360 0 для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака.
Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются жидкий предельный чугун, стальной лом (не более 30%), известь для наведения шлака, железная руда, а также боксит и плавиковый шпат для разжижения шлака.
Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах представлена на рис. 2.3.
Рис. Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах
После очередной плавки стали выпускное отверстие заделывают огнеупорной массой и осматривают футеровку, ремонтируют.
Перед плавкой конвертер наклоняют, с помощью завалочных машин загружают скрап рис. (2.3.а), заливают чугун при температуре 1250…1400 0 C (рис. 2.3.б).
После этого конвертер поворачивают в рабочее положение (рис. 2.3.в), внутрь вводят охлаждаемую фурму и через не¨ подают кислород под давлением 0,9…1,4 МПа. Одновременно с началом продувки загружают известь, боксит, железную руду. Кислород проникает в металл, вызывает его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. Под фурмой развивается температура 2400 0 C. В зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо. Оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом.
Фосфор удаляется в начале продувки ванны кислородом, когда ее температура невысока (содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,15 %). При повышенном содержании фосфора для его удаления необходимо сливать шлак и наводить новый, что снижает производительность конвертера.
Сера удаляется в течение всей плавки (содержание серы в чугуне должно быть до 0,07 %).
В кислородных конвертерах выплавляют стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные, а также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали.
Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т заканчивается через 25…30 минут .
4. Производство стали в электропечах
Плавильные электропечи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами:
а) легко регулировать тепловой процесс, изменяя параметры тока;
б) можно получать высокую температуру металла,
в) возможность создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и вакуум, что позволяет раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений .
Электропечи используют для выплавки конструкционных, высоколегированных, инструментальных, специальных сплавов и сталей.
Различают дуговые и индукционные электропечи .
5. Дуговая плавильная печь
Схема дуговой печи показана на рис.
Рис. Схема дуговой плавильной печи
Дуговая печь питается трёхфазным переменным током . Имеет три цилиндрических электрода 9 из графитизированной массы, закреплённых в электрододержателях 8, к которым подводится электрический ток по кабелям 7. Между электродом и металлической шихтой 3 возникает электрическая дуга. Корпус печи имеет форму цилиндра. Снаружи он заключён в прочный стальной кожух 4, внутри футерован основным или кислым кирпичом 1. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной 12 и сводом 6. Съёмный свод 6 имеет отверстия для электродов. В стенке корпуса рабочее окно 10 (для слива шлака, загрузки ферросплавов, взятия проб), закрытое при плавке заслонкой. Готовую сталь выпускают через сливное отверстие со сливным желобом 2. Печь опирается на секторы и имеет привод 11 для наклона в сторону рабочего окна или желоба. Печь загружают при снятом своде.
Вместимость печей составляет 0,5…400 тонн. В металлургических цехах используют электропечи с основной футеровкой, а в литейных – с кислой.
6. Индукционные тигельные плавильные печи
Выплавляют наиболее качественные коррозионно-стойкие, жаропрочные и другие стали и сплавы.
Вместимость от десятков килограммов до 30 тонн.
Схема индукционной тигельной печи представлена на рис 3.2.
Рис. Схема индукционной тигельной печи
Печь состоит из водоохлаждаемого индуктора 3, внутри которого находится тигель 4 (основные или кислые огнеупорные материалы) с металлической шихтой, через индуктор от генератора высокой частоты проходит однофазный переменный ток повышенной частоты (500…2000 Гц).
При пропускании тока через индуктор в металле 1, находящемся в тигле, индуцируются мощные вихревые токи, что обеспечивает нагрев и плавление металла. Для уменьшения потерь тепла, печь имеет съемный свод 2.
Тигель изготавливают из кислых (кварцит) или основных (магнезитовый порошок) огнеупоров. Для выпуска плавки печь наклоняют в сторону сливного желоба.
Под действием электромагнитного поля индуктора при плавке происходит интенсивная циркуляция жидкого металла, что способствует ускорению химических реакций, получению однородного по химическому составу металла, быстрому всплыванию неметаллических включений, выравниванию температуры.
В индукционных печах выплавляют сталь и сплавы из легированных отходов методом переплава, или из чистого шихтового железа и скрапа с добавкой ферросплавов методом сплавления.
7. Разливка стали
Из плавильных печей сталь выпускают в ковш, который мостовым краном переносят к месту разливки стали. Из ковша сталь разливают в изложницы или кристаллизаторы машины для непрерывного литья заготовок. В изложницах или кристаллизаторах сталь затвердевает и получают слитки, которые подвергаются прокатке, ковке.
Изложницы – чугунные формы для изготовления слитков.
Изложницы выполняют с квадратным, прямоугольным, круглым и многогранным поперечными сечениями.
Слитки с квадратным сечением переделывают на сортовой прокат: двутавровые балки, швеллеры, уголки. Слитки прямоугольного сечения – на листы. Слитки круглого сечения используются для изготовления труб, колёс. Слитки с многогранным сечением применяют для изготовления поковок.
Спокойные и кипящие углеродистые стали разливают в слитки массой до 25 тонн, легированные и высококачественные стали – в слитки массой 0,5…7 тонн, а некоторые сорта высоколегированных сталей – в слитки до нескольких килограммов.
Сталь разливают в изложницы сверху (рис. 3.3.а), снизу (сифоном) (рис.3.3.б) и на машинах непрерывного литья (рис.3.4).
Рис. Разливка стали в изложницы
а – сверху; б – снизу (сифоном)
В изложницы сверху сталь разливают непосредственно из ковша 1. При этом исключается расход металла на литники, упрощается подготовка оборудования к разливке. К недостаткам следует отнести менее качественную поверхность слитков, из-за наличия пленок оксидов от брызг металла, затвердевающих на стенках изложницы.
Плешаков. 3 класс. РТ №2, с. 28 – 31
Для приготовления еды, передвижения на транспорте, уюта в доме и т. д.
2. Практическая работа "Исследуем полезные ископаемые".
| Название полезного ископаемого | Свойства |
| Каменный уголь | Чёрного цвета с блеском, непрозрачный, плотный. Добывают в шахтах. Из него получают удобрения, пластмассы, синтетические волокна, лаки, краски и т. д. Одно из самых перспективных направлений использования каменного угля — сжижение с получением жидкого топлива. Условное обозначение на карте каменного угля — |
Оценка выполненной работы:
3. Муравей Вопросик хочет знать, как применяются полезные ископаемые. Отметь знаком "+" в соответствующем столбце. Сделай это сначала простым карандашом.
Применение полезных ископаемых
| Название полезного ископаемого | Применяется в строительстве | Служит топливом | Применяется для получения металлов |
| Глина | + | ||
| Известняк | + | ||
| Нефть | + | ||
| Песок | + | ||
| Природный газ | + | ||
| Железная руда | + | ||
| Каменный уголь | + |
4. Учительница попросила Серёжу рассказать о полезных ископаемых. Но он смог о каждом сказать только одно предложение. Догадайся, какие полезные ископаемые он имел в виду. Впиши их названия в клеточки.
1. Из неё делают бензин. Нефть.
2. С его помощью готовят обед. Газ.
3. Из неё делают кирпичи. Глина.
4. Из неё выплавляют сталь. Руда.
5. С ним играют дети. Песок.
6. Из него делают памятники. Мрамор.
7. Его добывают на болотах. Торф.
8. Его добывают в шахтах. Уголь.
9. Её добавляют в суп. Соль.
10. Из неё делают известь. Известняк.
5. Покажи стрелками, на каких фотографиях изображены карьер, шахта, буровая установка.
6. Наш попугай, любитель тайн и загадок, придумал для тебя задание. В старой шахте спрятан клад. Отыщи дорогу к кладу и обозначь её стрелкой. Начни свой путь с лифта.
7. По заданию учебника узнай в краеведческом музее, какие полезные ископаемые добывают в вашей местности. Запиши их названия.
План:
1. Название.
2. Свойства: а) цвет;
б) твёрдое или жидкое;
в) прозрачное или непрозрачное;
г) плотное или рыхлое.
3. Способы добычи.
4. Значение и применение.
5. Условное обозначение на карте.
1. Свойства и применение полезных ископаемых
Полезными ископаемыми называют горные породы и минералы, которые человек применяет в хозяйственной деятельности.
Полезные ископаемые делятся на группы. Каменный уголь, торф, нефть, природный газ называют горючими ископаемыми. К рудным ( металлическим ) относят полезные ископаемые, содержащие металлы, например, медную руду, железную руду. К нерудным относят строительные ископаемые (известняк, глину, песок, гранит), а также калийную соль, каменную соль и другие.
Полезные ископаемые могут находиться в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. Большинство из них твёрдые, нефть — жидкая, а природный газ — газообразный.
Каменный уголь чёрного цвета, твёрдый, непрозрачный, плотный, но хрупкий. Образовался из остатков растений, существовавших миллионы лет назад. Горюч. Применяется как топливо.
Торф — образовался на дне болот из остатков растений. Лёгкий, рыхлый, хорошо пропускает воду. Хорошо горит. Используется как удобрение в сельском хозяйстве и в качестве топлива.
Нефть — жидкая, тёмная, непрозрачная, с резким запахом. Из неё изготавливают топливо для автомобилей, тракторов, самолётов (бензин, керосин и др.). Залегает глубоко в земле. Чтобы её добыть, люди строят буровые установки, бурят глубокие скважины, в которые опускают трубы. Затем по специальным нефтепроводам нефть поступает к местам переработки и потребления.
Природный газ не имеет цвета и запаха. Относится к горючим ископаемым. Используется как топливо для обогрева помещений, для приготовления пищи, а также как сырьё для получения пластмасс, резины и других полезных веществ.
Железная руда — чёрного или бурого цвета, твёрдая, плотная, непрозрачная. Притягивает металлические предметы. Из неё выплавляют железо, которое используется в производстве машин, железнодорожных рельсов, станков, вагонов.
Гранит — горная порода, состоящая из зёрен нескольких минералов. Очень прочный. Хорошо полируется. Применяется в строительстве. Из него изготавливают лестницы, колонны, памятники. Многие станции метро облицованы гранитом.
Известняк — обычно белый, серый или желтоватый камень. Он образовался из остатков морских организмов. Их отпечатки можно хорошо рассмотреть в известняке-ракушечнике. Применяется при строительстве зданий и дорог. Из известняка получают известь для приготовления строительных растворов. Особая разновидность известняка — мел .
Глина бывает белая, красная, коричневая, жёлтая, серая. Она непрозрачная, твёрдая, плотная, негорючая. При намокании глина становится вязкой и пластичной, а при высыхании сохраняет свою форму. Из глины изготавливают кирпичи, черепицу, посуду. Изделия из обожжённой глины называются керамическими .
Песок сыпучий, жёлтого или белого цвета, непрозрачный. Используется в строительстве, при изготовлении стекла.
Урок 24. Экономика. Основы экономики. Полезные ископаемые
Экономика – совокупность производственных отношений, соответствующих определённой ступени развития производительных сил.
Воздух – смесь газов, составляющая атмосферу Земли.
Вода – прозрачная бесцветная жидкость, представляющая собой химическое соединение водорода и кислорода.
Полезные ископаемые – природные минеральные образования земной коры неорганического и органического происхождения, которые добывают, а затем используют в естественном либо переработанном виде в различных производствах или строительстве.
Почва – верхний слой земной коры.
Природные богатства – полезные ископаемые, естественные богатства.
Труд – целесообразная деятельность человека, направленная на создание с помощью орудий производства материальных и духовных ценностей.
Капитал – созданные людьми средства производства.
Ключевые слова
Экономика, воздух, вода, полезные ископаемые, почва, природные богатства, труд, капитал.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
- Плешаков А. А. Окружающий мир. 3 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 38 – 50. Плешаков А. А. Окружающий мир. Рабочая тетрадь. 3 класс. Учебное пособие для общеобразовательных организаций в 2 ч. — М.: Просвещение, 2017. С. 23 – 28
- Атлас-определитель «От земли до неба» С. 6–17
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Экономика – это наука о том, как люди, имея ресурсы, делают выбор с целью удовлетворения потребностей. Экономика бывает мировая, рыночная, производственная, плановая, смешанная. Но какой бы экономика ни была, она учит людей сберегать средства, правильно распределять их для удовлетворения собственных потребностей.
Чтобы человек имел все необходимое, и необходима экономика. При этом она обучает нас бережно относиться к природным ресурсам, с разумом применить их для ублажения собственных дел.
Природные богатства, не обращая внимания на все своё многообразие и значение, не в состоянии обеспечить население Земли необходимыми товарами и услугами.
Для этого необходима некая сила, которая смогла с умом использовать богатую сырьевую базу.
И подобной движущей силой считается человеческий труд.
Без него невозможно:
- добыча природных богатств;
- создание капитала;
- производство любых услуг и товаров.
В экономике нужен труд людей разных профессий, к примеру, труд архитектора, инженера, работника банка, учёного.
Успех труда во многом зависит от качества полученного образования, и здоровья людей. Тот, кто часто болеет, вряд ли сможет трудиться так же хорошо, как тот, кто болеет изредко. Хорошо, если человек с детских лет беспокоится о своём здоровье.
Природные богатства и труд людей – основа экономики. Экономика без природных богатств невозможна.
Товары – это вещи, предметы, с помощью которых люди удовлетворяют свои потребности. К товарам относятся продукты питания, одежда, мебель, посуда, автомобили, дома и многое другое.
Услуги – это работа, которую люди выполняют, чтобы удовлетворить те или иные потребности других людей.
Экономика – это наука о том, как люди, имея ресурсы, делают выбор с целью удовлетворения потребностей.
У любого человека есть потребности в воде и воздухе, в еде, в одежде и обуви, в жилье, в транспорте, в образовании и медицинском обслуживании и др.
Всё то, что нужно для удовлетворения потребностей даёт нам природа. Воздух, чистая вода из родника, тепло и свет солнца, красота цветущего луга и звёздного неба, радость встречи с птицей, зверьком или яркой бабочкой – всё это мы получаем именно от природы.
Достояние природы нужно использовать бережно, чтобы не разрушить наш природный дом.
Богатства природы можно разделить на три части:
- живые природные богатства;
- неживые природные богатства;
- силы природы.
Живые природные богатства – растения, животные.
Неживые природные богатства – воздух, вода, почва, полезные ископаемые
Силы природы – течение рек, ветер, солнечный свет.
Без почвы было бы невозможно сельское хозяйство, а значит, и производство продуктов питания.
Без воздуха не будет гореть топливо в двигателе автомобиля. Если вдруг исчезнет вода – остановятся заводы и фабрики, закроются столовые, прачечные и парикмахерские и весь водный транспорт. Без воды невозможна жизнь, невозможна и экономика.
Полезные ископаемые – это горные породы и минералы, которые человек использует в хозяйстве.
В мире существует много полезных ископаемых, большинство из них твёрдые.
Нефть – жидкое полезное ископаемое
Природный газ – это полезное ископаемое в газообразном состоянии.
Добывая полезные ископаемые, люди преследуют разные цели.
Для изготовления кирпича и бетона людям приходится добывать в природе песок, глину, известняк. Из глины делают кирпичи. Известняк используют при строительстве зданий и дорог. Из него получают известь, которую применяют для приготовления строительных растворов. Особая разновидность известняка – мел. Мелом мы пишем на доске, из него делают побелку, зубной порошок.
Экономика не может обойтись без угля, природного газа, бензина.
Уголь и газ добывают в природе. А бензин получают из нефти, которую нам тоже даёт природа.
Полезные ископаемые (нефть, природный газ, каменный уголь и др.) потому и называются полезными, что используются в хозяйстве.
Вокруг нас много металлических предметов: ножницы, ложки, кастрюли, вёдра. А станки на заводе, самолёты и автомобили, поезда на рельсах, да и сами рельсы. Всё это из металлов! А металлы получены из руд, добытых в природе.
Железная руда представляет собой минеральное образование природного характера, которое имеет в своём составе соединения железа. Из неё выплавляют сталь.
Места, где в глубинах земли или на её поверхности залегают полезные ископаемые, называются месторождениями.
Изучают полезные ископаемые, отыскивают месторождения геологи. Геологи – люди, занимающиеся изучением и поиском полезных ископаемых. У геологов сейчас есть сложная аппаратура, вертолёты и вездеходы, радиосвязь и фотографии Земли, сделанные из космоса.
Полезные ископаемые добывают по-разному: одни – в открытых котлованах – карьерах, другие – в шахтах. К примеру, уголь добывают в шахтах.
Карьер – это открытый котлован с полезными ископаемыми.
Шахты – это глубокие колодцы, в которых добывают полезные ископаемые.
Для того чтобы извлечь из-под земли нефть и природный газ, люди строят буровые установки и бурят скважины. Нефть и газ добывают как на суше, так и в море.
Полезные ископаемые являются бесценным кладом нашей Земли. Очень важно их беречь и охранять. Ведь запасы полезных ископаемых на нашей планете не бесконечны. Нужно правильно и бережно их использовать.
Читайте также: