Розробка стем уроку "Металургія:інновації та престиж"

Тема уроку. Металургійний комплекс – престиж та інновації.

 Проблема безвідходних виробництв у металургії та охорона довкілля. Дослідження перспектив інноваційного розвитку металургійної галузі України

( географія – хімія – історія – екологія  – економіка )

Мета: дати поняття про металургійний комплекс, його склад; виявити хіміко-технологічні особливості металургійного виробництва; вивчити виробництво чавуна та сталі в Україні; формувати вміння складати рівняння хімічних реакцій, що лежать в основі виробництва і чавуну та сталі; ілюструвати прикладами з металургії розв'язання проблеми безвідходних виробництв; ознайомити з проблемами охорони довкілля на прикладі доменного виробництва; формувати -географічне та хімічне мислення; розвивати в учнів  самостійність у навчанні, здібності до активного застосування хімічних і географічних знань; виховувати загальну культуру, широту поглядів, інтерес до професії металургу.

Тип уроку: проблемний стем урок

Хід уроку:

 І. Організаційний етап.

Інтегрований урок. Що таке інтеграція?

Інтегрáція: поєднання, взаємопроникнення. Це процес об'єднання будь-яких елементів (частин) одне ціле. Процес взаємозближення й утворення взаємозв'язків; згуртування, об'єднання в

Не намагайтесь бути багатими, а будьте розумними. Багатства можна позбутися, а розум завжди з вами.

Вправа «Ми сьогодні …» ( уважно слухаємо, відповідаємо …. )

ІІ. Мотивація навчальної діяльності на уроці.

Труби, автомобіль, сокира, рейки, батареї,

Що об’єднує ці слова?

1. Метали – це світлі тіла, які на вогні плавити й кувати можна.

2. Метали самотужки до двору не прийдуть: вимагають ока й рук людини для свого приходу.

                                                                                              М.В.Ломоносов

IІІ. Оголошення теми, мети й завдань уроку

Струмок сталевий з печі жевріє, Із шахт-кар'єрів - руда іде. Хліб промисловий - металургія,- Світ галузевий - не підведе.

Запис теми в зошити.

ІV. Планування діяльності

План вивчення ( внести корективи):

Екологічні проблеми                                                                                                                      Значення галузі                                                                                                                        Процес виплавки металів                                                                                                  Райони та центри розвитку                                                                                             Сировинна база

V. Актуалізація опорних знань і вмінь учнів.

Бесіда.

1.         До якої сфери господарства належить металургія?

2.         Які форми організації виробництва ви знаєте?

3.         Що таке концентрація виробництва?

4.         Що таке комбінування?

5.         В якому вигляді зустрічаються метали в природі?

VІ. Сприйняття та усвідомлення нового матеріалу.

1. Вступне слово вчителя

ГЕОГРАФІЯ

  Металургійний комплекс – це сукупність галузей, що виробляють різні метали. Понад 90% металів, які застосовують у сучасному виробництві, - це чорні метали (залізо та його сплави). Залізо відоме людям протягом майже 5 тис.років. Спочатку його цінили дорожче за золото, тому що використовували тільки метеоритне залізо, якого було дуже мало.

Сьогодні сплави заліза – найважливіший конструкційний матеріал. Основний їх споживач – машинобудування.

Галузева структура металургійного комплексу (МК)

- чорна металургія

- кольорова металургія

ІСТОРІЯ ( відео посилання )

      Вік заліза прийшов на зміну бронзовому тільки у І тисячолітті н.е. первісні люди переробляли легкоплавні бурі залізняки в маленьких печах на деревному вугіллі. Пізніше в домницях, а згодом у домнах плавили і інші руди, виплавляючи „чавун". Перші відливки з чавуну вироблялися в Китаї за 300-600р. до н.е.  Слово „чавун”, „чугун” - рос. китайського походження „чугун" - „литво", „лиття".

   Людина навчилася володіти залізом в III-IV тис. років до н.е. Залізні метеорити вона перетворювала в прикраси, знаряддя праці і полювання. їх знаходять у індійців Північної Америки, жителі Близького сходу. Залізні кольці цінувалися в давнину дорожче від золотих чи срібних. Залізну вісь для колісниці мали єгипетські фараони. Найдавніша прикраса із заліза - буси з метеоритного заліза, які знайшли в Єгипті. їм 6 тис. років. Тоді залізо було коштовним матеріалом.

   Залізо почали видобувати скіфи у ІІ тис. до н.е., масове виготовлення зброї почалося у І тис. до н.е. Один із центрів з виробництва заліза існував з кінця І тис. до н.е. у Закарпатті.

   Заводське виробництво чорних металів в Україні набуло розвитку наприкінці ХІХ ст. одночасно з промисловою розробкою покладів кам’яного вугілля в Донбасі й залізних руд – у Криворізькому та Керченському басейнах. Перша доменна піч, що працювала на кам’яному вугіллі, була споруджена на початку ХІХ ст. в Луганську. З 80-х рр. ХІХ ст. великі металургійні заводи, що використовували кокс, будувалися в Україні на Придніпров’ї. Перший такий завод став до ладу у 1872р. в Юзівці (нині Донецьк)

• Словникова робота:

-        Кокс – С (вуглець), його використовують як паливо, джерело теплоти, як відновник.

-        Руда – природні матеріали, з яких одержують метали.

-        Шихта – суміш руди, коксу,  флюсів.

-        Шлак – це легкоплавкі сполуки, на які перетворюються тугоплавкі домішки.

-        Флюс – речовина, що допомагає перевести тугоплавкі домішки в легкоплавкі сполуки наприклад, вапняк  (CaCO₃)

- Феросплави – ( підручник с. 127)

• СИРОВИННА БАЗА

Робота з картами атласу «Мінерально-сировинні ресурси України»

Чому говоримо про ці позначення корисних копалин? Знайдіть родовища на карті.
            - залізна руда
            - кам'яне вугілля
            - марганцева руда
         .  - вапняк флюсовий                                                                                                                              

          - вогнетривка глина

•  ПРОЦЕС ВИПЛАВКИ МЕТАЛІВ (презентація)

Які 3 складових можна виділили в чорній металургії?

Основа ЧМ – металургійна переробка ( чавун – сталь – прокат)

Що таке прокат ?

Концентрація та комбінування ?

Складання схеми  

                                                Комбінати

Повного циклу         Неповного циклу       Переробна метал.    Мала метал.

 

Перегляд відеофрагменту  про МК

Яка ручна операція залишилась в металургії?

Що таке шихта? 

ХІМІЯ

 Що є сировиною у виробництві чавуну та сталі?

Сировиною у виробництві чавуну є залізна руда, що містить також порожню породу, до складу якої входять сполуки Силіцію (SiО₂), Мангану (МnО₂), Алюмінію (А1₂О₃), Фосфору (Са₃(РО₄)₃), Сульфуру (FeS₂, СаSО₄) та ін. Перед плавкою руду збагачують — виділяють з неї певну частину порожньої породи, великі шматки руди подрібнюють, а пилоподібну руду спікають із вугіллям — піддають агломерації.

І. Залізна руда. Аглофабрика

Сировиною у виробництві сталі є чавун переробний, кисень, флюси, руда (частково), металобрухт (частково).

Яка різниця між чавуном і сталлю? Чавун і сталь — сплави на основі заліза. Основна різниця між ними — вміст вуглецю. Якщо вміст вуглецю перевищує 4%, то сплав називають чавуном. Якщо ж уміст вуглецю пе-ребуває в межах 0,5—2 %, то сплав називають сталлю. Чавун є твердим і крихким, сталь — більш м'який і і пластичний сплав. Додавання до сталі мангану підвищує стійкість до опрацювання, що дозволяє, використовувати її для виготовлення залізничних рейок. Додавання хрому збільшує стійкість до корозії, таку сталь називають неіржавіючою і(13%Сr).

ІІ. Коксівне вугілля, коксовий завод

Для одержання заліза потрібен відновник. Які речовини можуть відновлювати залізо з його оксидів? (Водень, алюміній, чадний газ, вуглець)

Більш доцільним є використання |вуглецю. Таким чином, для виплавки чавуну потрібно кам'яне вугілля. Отже, воно містить лише 66 % вуглецю, тому використовують відновний кокс — твердий залишок, що одержують під час коксування, тобто нагрівання вугілля до температури 1 000 °С без доступу повітря протягом 14 годин. Кокс містить 90-98 % Карбону.

ІІІ. Доменний цех

Процес відновлення заліза відбувається у доменній печі, де протікає велика кількість реакцій, які можна поділити на групи.

1. Горіння коксу й утворення відновника — карбон(ІІ) оксиду з коксу та вуглекислого газу.

С + О₂=СО₂+Q; СО₂+С = 2СО

2. Відновлення ферум(Ш) оксиду карбон(ІІ) оксидом. Процес протікає упродовж трьох послідовних стадій за схемою:

Fе₂О₃ ---> Fе₃О₄ ---> FеО ---> F;w(Fе)70% 72% 76%

3. Відновлення домішок. Завдяки цим реакціям багато елементів порожньої породи переходять у чавун.

4. Утворення чавуну.

Залізо утворюється у твердому стані. Губчасті грудочки його легко вбирають Карбон та інші елементи й перетворюються на чавун.

ЗFе + С = Fе₃С;ЗFе + 2СО = Fе₃С + СО₂

5. Утворення шлаку.

У доменну піч разом з рудою потрапляє також порожня порола, що містить SіО₂ та інші речовини, що є дуже тугоплавкими й можуть закупорити піч. їх переводять у легкоплавкі сполуки і шлак за допомогою флюсів.

СаСО₃=СаO+СO₂

СаО + SіО₂=СаSіО₃

  ІУ.Цех сталеваріння

Більшість реакцій, як і доменному процесі, є окисно-відновними.

1-а група реакцій – окиснення заліза.

2Fe+O₂=2FeO+Q

Окисник – повітря, водяна пара.

Із залізної руди, металобрухту утворюються:

Fе + Fе₃О₄--->4FеО

2-а група реакцій — окиснення домішок (Sі, Мn, Р) ферум(ІІ) оксидом протікає за типом заміщення.

3-я група реакцій — усунення сполук Сульфуру та Фосфору негашеним і вапном СаО (утворення шлаків):

ЗСаО + Р₂О₅=Са₃(РО₄)₂

СаО + SіО₂--->СаSiO₃

Шлак спливає на поверхню, а ферум(ІІ) оксид залишається в розплаві сталі.

Усунення оксиду FеО називають розкисненням сталі. (Відновник — А1, Мn.)

Позадоменне виробництво сталі:

• киснево-конвертерний спосіб;

• електрометалургійний спосіб;

• порошкова металургія.

Киснево-конвертерний спосіб виплавки сталі використовується з 1956 року. Він значно економніший, дозволяє переплавляти металобрухт, дає можливість контролювати кількість та якість сталі. Не потребує додаткового палива у вигляді природного газу. Процес виплавки триває до 50 хвилин (мартенівська плавка триває 6—12 годин)

Електрометалургія виробляє найякіснішу сталь за умов низького забруднення навколишнього середовища. За технологією виплавки в дугових та індуктивних печах, крім рудного агломерату, використовують металобрухт.

Завдяки запровадженню електричних та конвертерних печей виникла порошкова металургія, яка дозволяє використовувати порошки металів, виробляти сплави з різними властивостями, що за звичайних умов виробити неможливо.

 Залізо та його сплави є основними технічними матеріалами. Без них не обходиться жодна галузь. З них виготовляють верстати й автомобілі, кораблі й мости, арматуру-для залізобетонних конструкцій і жерсть для консервних банок, дахове залізо і сільськогосподарські машини, труби та інструменти, побутові вироби тощо.

У. Прокатний цех

•                 РАЙОНИ ТА ЦЕНТРИ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ

Рекорди світу (слайд 6 презентації)

Вправа «ТАК чи НІ»

Україна має сприятливі умови для розвитку чорної металургії

Чому?

Які питання ви б поставили для аналізу карти ?Складання схем районів ЧМ

ЕКОЛОГІЯ

• ЕКОЛОГІЧНІ ПРОБЛЕМИ

Проблемна бесіда

Які екологічні проблеми має чорна металургія?

1. Підчас:

а)шахтного способу видобування руд просідає земля, залишаються терикони;

б)кар'єрного способу видобування знижується рівень ґрунтових вод, зникає вода з криниць.

Із сільськогосподарського обігу вилучається багато родючих земель.

2. Металургійні заводи забруднюють довкілля чадним і вуглскислим газом. Коксовий газ містить пил, пару, сірководень, чадний і сірчистий гази. Але коксовий газ використовують для одержання наприклад добрив.

3. У процесі одержання сталі у сталеплавильних печах, особливо конвертерах, виділяється багато і димових газів, що також містять отруйний чадний газ.

Постановка проблеми.

ЕКОНОМІКА

В Україні проголошена інноваційна модель розвитку. Українська металургійна галузь зможе посісти належне конкурентне місце
у світі і Європі за умови інноваційного шляху розвитку. Лише таким чином
можна змінити сировинний вектор збуту на зовнішніх ринках на високотехнологічний і убезпечити внутрішній ринок від зростання імпорту. Але зараз виробничі процеси здійснюються на технологічній базі, сформованій головним чином багато років тому.
На відміну від розвинених країн, де 85–90% приросту ВВП припадає на
виробництво наукоємної продукції, наша економіка розвивається без істотного використання результатів наукових досліджень .
Той факт, що за роки економічного зростання, за даними статистики,
кількість підприємств, які здійснюють інновації, не лише не зросла, а навпаки, зменшилась, підтверджує цей висновок.

Невирішені проблеми. Недостатньо проаналізовано процеси формування
та вдосконалення інноваційної стратегії, не враховано такі маркетингові аспекти, як потенціал збуту, товарна спеціалізація оновлених у майбутньому виробництв, імідж і конкурентоспроможність галузі на світових ринках, експортні можливості. Залишається неповним теоретичне обґрунтування напрямів інноваційної стратегії розвитку металургійних підприємств, відповідність
їх діяльності інтересам кола «держава – суспільство – власники підприємств».
Мета дослідження. Проаналізувати стан та основні перспективи розвитку
інновацій і модернізації виробничих потужностей металургійного комплексу
України з урахуванням основних маркетингових аспектів

Маркетинговий аспект проблеми полягає у тому, що в умовах стагнації
світових металургійних ринків, падіння попиту на металопрокат поступового
зниження світових цін на залізорудну сировину і металобрухт, перевиробництва у багатьох металургійних регіонах світу основою маркетингової стратегії металургійної галузі України повинна стати стратегія інноваційного розвитку. За прогнозами експертів, попит на ринках металопродукції і залізорудної сировини має поступово знижуватись протягом десятиріччя. В основних збутових регіонах (Близький Схід, Північна Африка, ПівденноСхідна Азія) ринки стають все менш доступними для України, проблематичним також є освоєння нових ринків. Основною причиною цього є розвиток власних виробництв у цих регіонах за більш високотехнологічним принципом, ніж в Україні.

Наведемо лише деякі положення, найбільш принципові при розгляді даної тематики:
1. На рівні держави необхідно застосувати такі засоби прямого стимулювання розвитку інновацій:
- введення у дію нових держстандартів на металургійну продукцію та інфраструктурні процеси, що відповідають європейським і світовим;
- спрощення процедури стандартизації на державному рівні з метою перешкоджання гальмуванню процесу створення та втілення інновацій. Більш
досконалий механізм державної стандартизації сприятиме підвищенню конкурентоспроможності новітньої продукції, технологій і процесів не тільки на
внутрішньому, а й на світових ринках;
- введення обов'язкових відрахувань металургійних підприємств на проведення глибокої модернізації й екологізації виробництв, втілення (використання) інновацій. Тобто підприємства повинні звітувати про використання
певної суми коштів на оновлення та інновації, а розмір цієї суми для кожного
підприємства встановлюватиме держава, спираючись на певну систему розрахунку відрахувань.
Засоби непрямого стимулювання розвитку інновацій:
- пріоритетне повернення ПДВ, створення зручного податкового клімату
і сприяння виведенню коштів з офшорних зон для підприємств, що вкладають
кошти в інноваційний розвиток і модернізацію;
- державні субсидії на втілення інноваційних проектів у ГМК (держінвестиції, пільгове кредитування, у т.ч. за рахунок повернення України на ринок
торгівлі парниковими газами в рамках Кіотського протоколу);
- сприяння міжнародному трансферу новітніх технологій в ГМК (у тому
числі за рахунок зниження ставок імпортного мита на комплектуючі й обладнання у сфері новітніх технологій у металургії);
- політика державної підтримки розвитку національних науково-дослідних інститутів, конструкторських бюро, науково-виробничих об'єднань, машинобудівних компаній, що створюють інноваційну продукцію, нанотехнології, новітнє обладнання і технології управління у сфері ГМК;
- стратегія всебічного розвитку інфраструктури створення і втілення інновацій: патентні служби, інноваційні центри, інкубатори, технопарки, консалтингові і наукові фірми, організації з конструкторсько-технологічної підтримки інноваційних підприємств тощо.
2. На рівні науки та освіти:
- у рамках програми підготовки кадрів для інноваційної перебудови впровадження нових програм освіти студентів технічних ВНЗ з урахуванням новітніх тенденцій металургійного виробництва;
- за сприяння держави обов'язкове укладання договорів між підприємствами галузі і профільними ВНЗ про проведення наукових дослідів, проходження виробничої практики студентами та молодими вченими.
3. На рівні підприємств:
- достатній об'єм капіталовкладень в інновації та оновлення виробництв;
- створення венчурних дивізіонів найбільших металургійних компаній;
- участь у державних та міжнародних інноваційних проектах, обмін технологіями із залученням іноземних інвестицій, експорт технологій у рамках корпорацій.
Основні перешкоди розвитку інновацій у металургійній галузі України:
- світова фінансова криза;
- міжнародний політичний аспект: в основних сегментах світового ринку
утворились цілі галузі, що працюють на українській сировині;
- обмеженість джерел фінансування (підприємствам не вистачає власних
оборотних коштів, іноземні інвестиції в інновації у цій галузі майже відсутні);
- конфлікт інтересів власників металургійних компаній та стратегії розвитку держави;
- недорегулювання прав інтелектуальної власності, законодавства у галузі
інновацій;
- соціальний аспект: необхідність перенавчання, перекваліфікації, ризик
втрати соціальних гарантій і стабільності.

ЗАВДАННЯ:

Учні класу розділені на дві команди, кожна з яких створює плакат-презентацію, щодо вирішення поставленої проблеми

Проаналізувати стан та основні перспективи розвитку
інновацій і модернізації виробничих потужностей металургійного комплексу України з урахуванням основних маркетингових аспектів.

Зобразити на макеті - основні перспективи розвитку металургійної галузі в Україні

+ додаток :карта України з зображеним центром, де б ви розмістили виробництво, враховуючи історичні особливості формування металургійних центрів, зв’язок з іншими країнами(чи вигідно економічно+розрахунки), враховуючи вплив на екологію з точки зору забруднення середовища через викид несприятливих хімічних речовин(яких саме і як цього уникнути)

Виступ команд

Висновок. Отже, основні напрями інноваційної політики в металургійній
галузі такі:
- концентрація бюджетного фінансування найважливіших інноваційних
проектів державного значення з метою підвищення конкурентоспроможності
української металургії;
- створення центру науки і високих технологій галузі металургії на базі
провідних державних наукових центрів у галузі металургії із залученням освітніх інститутів, на які будуть покладені функції державного аудиту і сертифікації існуючих гірських і металургійних техніки і технологій;
- стимулювання впровадження ресурсозберігаючих і природоохоронних
технологій;
- реалізація заходів зі стимулювання скорочення неефективних виробничих потужностей з виробництва мартенівської сталі, у тому числі шляхом надання податкових та інших пільг;
- удосконалення технічної регуляції в металургії шляхом розробки галузевих технічних регламентів, які враховують особливості виробництва конкретних видів металопродукції і максимально гармонізованих з міжнародними
стандартами і вимогами;
- стимулювання розвитку і впровадження нанотехнологій у металургії.

VII. Підсумок уроку. Оцінювання