Как делают железные вещи Ученическое исследование

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Лицей № 1

Как делают железные вещи

Ученическое исследование

Выполнил:

Воротников Мирослав,

ученик 1 класса «А

Руководитель:

учитель начальных

г. Комсомольск-на-Амуре

2015

АННОТАЦИЯ

Воротников Мирослав

МБОУ лицей № 1, 1 «А» класс

«Как делают железные вещи»

Руководитель: , учитель начальных классов МБОУ лицей № 1

Ссылка: презентация к защите, продукт - фильм https://yadi. sk/d/2W7_OFaxgHx2z

Цель работы: исследовать этапы и процессы изготовления железных предметов.

Методы проведения исследования: изучение литературы, наблюдение.

Основные результаты исследования (научные, практические): получено верное представление о материалах, из которых изготовлены «железные» вещи; получены базовые знания в области металлургии, литейного производства; получен ценный личный опыт в понимании того, как производят стальные детали, во время непосредственного наблюдения в литейном цехе завода за процессом варки и заливки стали в формы; создан познавательный фильм «Как варят сталь» для учеников начальных классов по материалам, отснятым во время экскурсии на завод.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………...…….……………………4

Железо…………………………………….……………………5 Чугун………………………………………….………………..6 Сталь………………………………………….………………..6 Как получают сталь …………………………………………..7 Сталеплавильные печи ……………………………………….7 Металлургия……………………………….…………………..8 Мой дедушка металлург ……………………………………...8 На заводе в литейном цехе…………………………………...9 Заключение…………………………………………………...10 Список используемой литературы …………………………11 Приложение ………………………………………………….12

Введение

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Множество железных вещей окружает нас: самолеты и корабли, автомобили и велосипеды, железный забор вокруг школы, железные перила у лестницы в подъезде, железные ложки и вилки дома на столе. Железные вещи очень прочные, они необходимы везде и во всем. И мы привычно называем эти предметы железными. Но не все дети, и даже не каждый взрослый точно знает, из чего сделаны эти предметы, и как именно эти предметы были сделаны. В этом заключается проблема работы.

Цель работы: исследовать (изучить и понять) технологию и процесс изготовления железных предметов (из чего, с помощью чего и как именно это происходит).

Гипотеза: в природе существует вещество – железо, из которого люди научились делать прочные железные вещи, переплавляя (делая жидким) железо в печах, разогревая при помощи больших температур.

Задачи исследования: найти в литературе и изучить информацию, подтверждающую или опровергающую выдвинутую гипотезу; познакомиться с разнообразными металлами и сплавами, познакомиться с понятиями «металлургия» и «литейное производство»; понять процесс производства железных предметов на примере производства предметов из какого-то одного сплава (сталь); с целью исследования попасть на экскурсию в литейный цех, увидеть самому, как варят сталь, и сделать познавательный фильм об этом для сверстников.

Методика исследования: анализ литературы, непосредственное наблюдение (во время экскурсии на завод в литейный цех).

Актуальность: данное исследование позволило расширить кругозор, получить новые знания, а также ответить на вопрос из чего и как именно производят те вещи, которые мы называем железными, видя вокруг и используя их каждый день. Результатом данного исследования является также создание познавательного фильма «Как варят сталь», который может быть полезен на уроках или в дополнительном образовании для учеников начальных классов.

Новизна: непосредственное присутствие на заводе при изготовлении стальных деталей и наглядное изучение процесса варки и заливки стали в формы.

Железо

Обратимся к словарю. Что такое «железный» и «железо»?

«Железный:

Содержащий железо, богатый железом. Сделанный из железа.

Железо:

Химический элемент, тяжелый ковкий металл серебристого цвета, образующий в соединении с углеродом сталь и чугун. Обиходное название малоуглеродистых сталей.» [1]

В словаре нам встретилось слово «ковкий».

«Ковкий – поддающийся ковке. Ковать - ударами молота и нажимами пресса обрабатывать раскаленный металл, придавая ему нужную форму.» [2].

Если железо поддается ковке, значит, железо - мягкий материал. Вот что мы можем прочесть про железо: «… чистое железо слишком мягкое. Сделанная из него кочерга согнулась бы при первой же попытке пустить ее в ход. Гвоздь нельзя было бы вбить в стену, а перочинный нож годился бы только для разрезания книг. Чистое железо настолько мягко и так легко растягивается, что из него можно было бы делать "железную бумагу", легче и тоньше папиросной.» [5]

Оказывается, все вещи, которые мы считаем железными - вилки, гвозди, подковы, железнодорожные рельсы - на самом деле сделаны не из железа. Вернее, не из одного железа, а из сплава железа с углем или другими веществами.

То железо, с которым мы имеем дело, всегда содержит примеси. Конечно, не всякая примесь делает железо лучше. Сера, например, портит его, делает хрупким. Самый лучший спутник железа и самый верный друг его - уголь.

Железо – металл. Но существует много других металлов, из которых тоже делают разные предметы. Например, свинец, медь, алюминий, золото, серебро – это тоже металлы. И часто предметы, изготовленные из других металлов, а не из железа, мы тоже называем железными.

Мы рассмотрим процесс изготовления предметов только из одного металла - железа.

Железо добывают из железной руды, которую добывают из земли (см. Приложение 1, рис. 1). Руда - это соединение железа с кислородом. Рудные пласты скрываются глубоко в толще земли, и тогда приходится строить шахты. Но нередко такие пласты лежат всего в нескольких метрах от поверхности. Бывает, что руду приходится добывать и дробить взрывами.

Для изготовления какой-либо детали или предмета железную руду перерабатывают – переплавляют.

2. Чугун

Чтобы выплавить железо из руды, руду накаливают в больших печах (домнах) (см. Приложение 1, рис. 4), вперемешку с углем. Сверху в печь заваливают куски руды и угля, а снизу вдувают воздух сильным воздушным насосом. Уголь накаливается добела и забирает у руды кислород. При этом железо выплавляется из руды и стекает вниз, на дно печи. Расплавленное жидкое железо растворяет уголь, как горячая вода растворяет сахар. Поэтому в печи образуется не чистое железо, а раствор угля в железе - чугун.

Чугун - сплав железа с углеродом. Из чугуна изготавливают вагонные колеса, тяжелые причальные тумбы, к которым канатами привязывают (швартуют) корабли, стенки-короба огромных паровых турбин, автомобильные двигатели, электромоторы. Мы встречаемся с чугуном каждый день, ведь обычные сковородки, чугунки, батареи отопления, решетки — всё это тоже отлито из чугуна.

Пример, как выглядят детали из чугуна см. в Приложении 1 на рис. 2.

Сталь

Но самые прочные вещи сделаны из стали. Мост легко выдерживает груз сотен автомашин, тяжесть целого железнодорожного состава. Этот мост сделан из стали. Самолет, который летит с огромной скоростью, легко преодолевая сильное сопротивление воздуха, тоже стальной. Для исследования морского дна строят стальной шар. Он опускается на глубину в несколько километров. Сверху на него давит огромный пласт воды. Но ученые спокойно трудятся в этом шаре — ведь и он изготовлен из стали.
В порту идет разгрузка большого парохода. Вот подъемный кран перенес на своем стальном крюке автомобиль, трактор или даже паровоз. Матросы, грузчики на пароходе и в порту знают: стальной крюк не подведет — он сделан из прочного металла [6].

Пример, как выглядят стальные детали см. в Приложении 1 на рис. 3.

4. Как получают сталь

Сталь получают из чугуна. Чугун, в отличие от стали, хрупкий металл. Но каким образом такой сверхпрочный металл – сталь – получился из чугуна, который и удара молотка не выдержит?

По своему составу оба металла, оказывается, очень схожи. Основу и чугуна и стали составляет железо. Но в кусочках чугуна и стали обнаружены частицы и некоторых других веществ. Это, прежде всего, углерод. Он попал в чугун во время плавки в доменной печи. Это также сера и фосфор. Они были в железной руде и еще остались в небольшом количестве и в металле. В чугуне различных примесей больше, чем в стали. Этим и объясняется его хрупкость. Сталь чище и, поэтому, прочнее.

Для того чтобы превратить чугун в сталь, надо удалить из него излишек углерода и других примесей. Чугун только тогда станет сталью и получит ее чудесную силу, когда переплавится в новой, уже сталеплавильной печи [6].

Сталеплавильные печи

Древние кузнецы, когда впервые выплавили чугун вместо стали, никак не могли объяснить свою неудачу: ведь в маленькой домне они получали отличную сталь, которой были довольны самые требовательные заказчики.

А произошло все это потому, что угля и железа стало в большой доменной печи больше, чем в маленькой. Плавка стала продолжаться дольше. Уголь начал действовать на металл — щедро насыщать его углеродом. Долгое время кузнецам приходилось выжигать углерод из чугуна в особых горнах и таким сложным и медленным способом получать сталь.

Люди долгие годы бились над тем, чтобы найти новые, более совершенные способы получения стали из чугуна (варка стали). Но для этого надо было построить печь, которая была бы куда жарче домны. Строились самые различные сталеплавильные печи.

Первые мартеновские печи были построены во второй половине XIX века. Они работают на газе или на жидком топливе — мазуте — отходе нефти, который остается после изготовления из нее бензина и керосина.

Со второй половины ХХ века наблюдается заметное развитие электросталеплавильного производств и использование электрических дуговых или индукционных печей, плавление в которых происходит под воздействием мощного электрического тока. Способ варки стали в электрических печах является наиболее совершенным. Электропечи (см. Приложение 1, рис. 5) позволяют получать высококачественные стали различных составов [8].

Металлургия

В процессе выполнения этой исследовательской работы, я узнал так много и понял: для того, чтобы выплавить из железной руды какой-либо предмет, необходимы большие знания. Существует целая наука – металлургия.

«Металлургия — (от др.-греч. мефбллпхсгЭщ — добываю руду, обрабатываю металлы) — область науки и техники, охватывающая процессы получения металлов из руд или других материалов, а также процессы, связанные с изменением химического состава, структуры и свойств металлических сплавов» [8].

Металлургия - лишь одна из наук, связанных с металлами. Помимо этого, металлами занимаются такие науки, как металловедение и физика металлов. А в развитии металлургии, как науки, огромную роль сыграли химия и физика.

7. Мой дедушка - металлург

Мой дедушка, , был заслуженным металлургом (см. Приложение 1, рис. 6). Он проработал на металлургическом заводе «Амурсталь» более 40 лет. Дедушка пришел на завод в 1958 году в возрасте 18-ти лет, работал формовщиком-литейщиком. Одновременно с работой на заводе, он учился на вечернем отделении института, получил высшее образование. С 1967 года стал работать инженером-технологом в литейном цехе завода. Далее он работал в должности старшего инженера-технолога, а с 1985 года начальником технического бюро литейного цеха. Кроме множества грамот, памятных значков, наград за труд и множество рационализаторских предложений, есть и особая награда - медаль «За трудовую доблесть» (см. Приложение 1, рис. 7).

Дедушка очень любил свой завод и дело, которым он занимался, он считал его очень интересным, почетным и важным для страны. Почти 40 лет дедушка проработал в литейном цехе, каждый день наблюдая и непосредственно принимая участие в процессе рождения стали. Мне очень захотелось тоже своими глазами увидеть, как варят сталь, из которой создают самые прочные в мире вещи.

На заводе в литейном цехе

Мне посчастливилось попасть в литейный цех завода во время плавки стали (см. Приложение 1, рис. 8-9), и не только увидеть все самому, но и записать этот процесс на видео и сделать небольшой фильм «Как варят сталь», который может быть очень интересен моим сверстникам.

В литейном цехе сначала я увидел, как подготавливают формы для заливки стали (см. Приложение 1, рис. 10). Несколько форм было уже готово (см. Приложение 1, рис.11).

Далее я увидел печь. В этом литейном цехе для варки стали используют электрическую печь (см. Приложение 1, рис. 12). В нее загружают доменный чугун, а также добавляют другие необходимые компоненты: стальной лом, ферросплавы, флюсы. Процесс варки стали заключается в выжигании из жидкого чугуна углерода и других примесей, в результате чего металл теряет прежнюю хрупкость и приобретает упругость, превращается в сталь. Температура в печи достигает 2000°С.

Печь была уже загружена, в ней горел яркий огонь. Рабочие около печи смотрели на датчики, по которым они определяли, готова ли уже сталь для разлива или еще нет. Эти люди – сталевары. Опытному сталевару бывает достаточно посмотреть на цвет огня в печи, чтобы определить степень готовности стали.

Если все указывает на то, что процесс варки стали подошел к завершению, рабочий зачерпывает немного стали из печи ковшом на длинной ручке для химического анализа. Так берется проба стали. Если химический анализ подтверждает, что сталь в печи уже готова, то начинается процесс литья.

К печи с помощью крана подвели ковш близко к желобу, по которому должна политься сталь (см. Приложение 1, рис. 13). Рабочие очищают отверстие в желобе, и, вот сталь полилась в ковш (см. Приложение 1, рис. 14). Ковш наполнен.

Теперь, с помощью крана, его поднимают и подводят к одной из форм-заготовок, в отверстие которой вставлена специальная воронка для последующей заливки стали. В дне ковша имеется отверстие, через которое раскаленная сталь заливается в формы. Рабочие совмещают отверстие ковша и воронку в форме, открывают заглушку в ковше и сталь заливается в форму (см. Приложение 1, рис. 15). Когда одна из форм наполнена, рабочие дают команду крановщику передвинуть ковш дальше, к следующей форме. И так далее.

Залить форму нужно как можно быстрее, чтобы сталь не остыла. Если этого сделать не получается, сталь из ковша выливают в печь, разогревают и снова заливают в форму. Весь этот процесс требует большого внимания и точности действий. А еще это физически очень тяжелый труд, потому что температура раскаленной стали очень высока, и находиться рядом с ней для человека совсем не просто.

После того, как сталь залита в формы, ей дают остыть. Потом полученные остывшие детали вынимают и отправляют в другие цеха для дальнейшей обработки.

Заключение

В результате проведенного исследования мною получены знания:

о материалах, из которых изготавливаются вещи, которые мы называем железными, это сплавы различных металлов; о процессе выплавки чугуна из железной руды; о процессе выплавки и литья стали из чугуна.

Выдвинутая гипотеза была доказана: железо добывается из железной руды и переплавляется в печах для изготовления деталей и предметов, которые мы называем железными.

Но эта гипотеза оказалась не точна и не полна. В процессе исследования я получил важные уточняющие знания:

не все вещи, которые мы называем железными, сделаны из железа, существует много различных металлов, из которых их производят; для изготовления предметов и деталей используют не чистые металлы, а сплавы металлов с другими элементами; не все предметы, сделанные из железа, получают напрямую из железной руды, сталь, например, переплавляют из чугуна, после того, как получат его, выплавив из железной руды, то есть используется повторная переплавка.

Также в процессе исследования, кроме полученных знаний, мною получено представление:

о процессе добычи железной руды; о металлургии как науке; о литейном производстве как отрасли промышленности.

Результатом исследования также стал познавательный фильм «Как варят сталь».

Список используемой литературы
Словарь русского языка в 4-х т. / АН СССР, Ин-т рус. яз., Под ред. - М.: Русский язык, 1981. – Т. 1. А – Й – 689 с. Словарь русского языка в 4-х т. / АН СССР, Ин-т рус. яз., Под ред. - М.: Русский язык, 1981. – Т. 2. К – О. –736 с. ир металла. Пер. с нем. / Под ред. . – М.: Мир, 1980. – 152 с. , , Общая металлургия / Под ред.. — Учебник для вузов. - 6-изд., перераб. и доп. — М.: Академкнига, 2005. — 768 с. М. Ильин, Рассказы о вещах. М.: Детская литература, 1968. – 192 с. Е. Мар, О простом железе. М.: Детгиз, 1955. – 72 с. Руководство по химии поступающим в вузы / . - М.: Высш. шк., 1987. – 398 с. Большая советская энциклопедия (электронный вариант).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1