Импортозамещение и модернизация национальной экономики стала сегодня национальной идеей. Ведущей отраслью в промышленном развитии является машиностроение, удельный вес которого в структуре производства западных стран достигает 50 %, в России — около 20 %. В свою очередь, конкурентоспособность машиностроения и промышленности в целом напрямую зависит от имеющегося парка технологического оборудования. В 1986 году в период промышленного подъема в СССР было изготовлено металлообрабатывающего (МОО), деревообрабатывающего и кузнечно-прессового оборудования (КПО) более 100 тысяч единиц, а за 10 лет, в период с 2006 по 2016 годы, всего 35 290 единиц. Причем, до 1991 года из СССР экспортировалось 23 % МОО и КПО в целый ряд стран, включая индустриально развитые. В Японии, например, уже 30 лет работает коломенский расточной станок с диаметром планшайбы 22 м (площадью 370 кв. м).
Сейчас ситуация иная. С 2013 по 2016 в Россию поступило 47 455 единиц металлообрабатывающего оборудования из-за рубежа. Эта цифра говорит о серьезной потребности нашего машиностроения в перевооружении производств. Но решение этой задачи исключительно за счет импорта невозможно. Без развития собственного станкостроения мы рискуем экономической и технологической безопасностью, обороноспособностью страны. Конечно, нельзя не учитывать более чем двадцатилетнее падение выпуска и спроса на металлообрабатывающее оборудование. Это привело к технологическому отставанию в отечественном станкостроении и снижению конкурентоспособности выпускаемой продукции. В отрасли была потеряна большая часть профильных заводов, институтов и конструкторских бюро. Однако, несмотря на обвальное снижение инвестиций в науку, разрушение связей науки с производством, в стране до сих пор сохраняется научно-технический и образовательный потенциал, который мог бы получить развитие с помощью финансовой поддержки государства.
Многочисленные мероприятия и стратегии, принятые в станкоинструментальной отрасли в последние годы, без поддержки государства не были реализованы. В соответствии со «Стратегией развития станкоинструментальной промышленности России до 2015 года» выпуск металлообрабатывающего и кузнечно-прессового оборудования к 2012 году должен быть увеличен в четыре раза от достигнутого в 2007 году (25 тыс. единиц МОО и 10 тыс. единиц КПО). По укрупненным расчетам для этого требуется 420–430 тыс. тонн чугунных и 150–160 тыс. тонн стальных отливок. Поставленная задача не решена, и в ближайшие годы решена не будет. В отрасли осталось всего пять заводов, имеющих литейное производство для уникальных станкостроительных отливок. И их суммарный выпуск составляет около 30 тыс. тонн в год. При выборе стратегии развития отрасли напрашивается парадоксальный вывод — начинать надо не с обрабатывающих мощностей, а с обновления литейного производства как базового.
Прежде всего речь должна идти о модернизации заготовительных производств станкостроительных предприятий, имеющих богатый опыт изготовления сложных базовых отливок и поковок для отрасли: «МЕТАЛЛИТМАШ», «СИБЛИТМАШ», «ТЯЖМЕХПРЕСС», «Тяжстанкогидропресс», «ТЯЖПРЕССМАШ» и др. Внедрение инновационных технологий и современного, преимущественно отечественного формообразующего и термического оборудования, «РЭЛТЕК» (рис. 1), «СИБЭЛЕКТОРТЕРМ», «ЛИТАФОРМ», «СИБЛИТМАШ» (рис. 2) «ТАХТЕХ-РУС», «ЭКТА», «АМУРЛИТМАШ» и других, не терпит отлагательств. Даже незначительное затягивание процесса приведет к невыполнению указа правительства по импортозамещению в машиностроении и к невыполнению стратегий развития тяжелого машиностроения и станкостроения на период до 2030 года. Случайные машиностроительные заводы не в состоянии ни сейчас, ни в ближайшие годы обеспечить станкостроение тяжелыми чугунными отливками высокого качества, требуемого для станкостроения.
Рис. 1. Индукционная плавильная печь средней частоты компании «РЭЛТЕК»
Рис. 2. Автоматическая формовочная линия производства «СИБЛИТМАШ»
Назрела промышленная революция, которая предполагает три важных этапа:
1. широкое внедрение инновационных технологий, обеспечивающих качество продукции на уровне мировых стандартов и решающих проблему импортозамещения;
2. ресурсосбережение;
3. решение вопросов экологии.
Отставание России от индустриально развитых стран по производительности труда в 4 раза, по энергоемкости и ресурсоемкости продукции и технологий — более, чем в 3 раза, совершенно неприемлемо.
Информационные технологии. Развитие информационных технологий способно внести существенный вклад в повышение конкурентоспособности продукции. Например, в литейном производстве компьютерное проектирование обеспечивает автоматизацию процесса изготовления сложных модельных комплектов и исключает организационные несостыковки. Автоматизированное моделирование позволяет выявлять различные дефекты и остаточные напряжения, определять деформации отливок и объемную усадку; оптимизировать литейно-питающую систему, размеры и места установки прибылей, а также рассчитывать и минимизировать остаточные напряжения и деформации.
Ресурсосбережение. Эффективное использование и вовлечение недефицитных и экономически более выгодных ресурсов на производствах будет способствовать не только повышению экономического потенциала, но и благосостоянию людей. Достигаемый экономический эффект может быть соизмерим с фондом заработной платы. В литейном и кузнечном производстве основным направлением для сбережения является сокращение затрат на тепловую и электрическую энергию, а также на воду, топливо, материалы. Для изготовления отливки требуется около 100 наименований основных и вспомогательных материалов. А это значит, что в этом процессе задействовано почти такое же количество смежных производств. Оптимизация технологических процессов позволяет сократить потребление энергии и ресурсов, уменьшить расходы на обслуживание, освободить дополнительные площади, повысить надежность и качество работы систем, сократить простои оборудования и его аварийность. Существенным ресурсом для экономии металла (средний коэффициент использования по стране — 0,6) является уменьшение металлоемкости машин и оптимизация их структуры, сокращение отходов и потерь, снижение расхода на ремонт.
Решение экологических проблем. Хотелось бы, чтобы проблемы экологического характера, решались перед первыми двумя этапами. Нельзя внедрять инновационные технологические процессы в производство без анализа причин вредного воздействия продуктов распада. Действующие меры охраны окружающей среды направлены на восстановление экологического равновесия за счет строительства природоохранных объектов и очистительных сооружений, рациональное природопользование, внедрение безотходных и малоотходных технологий [1]. Серьезной задачей при модернизации литейных производств является создание комфортных условий деятельности рабочих.
Повышенное использование сырья, воды, материалов на российских предприятиях по сравнению с предприятиями индустриально развитых стран — одна из причин постоянного ухудшения экологии. Литейно-металлургический комплекс занимает второе место среди отраслей промышленности по загрязнению окружающей среды после топливно-энергетического. Только при производстве одной тонны отливок из чугуна и стали выделяется около 50 кг пыли, 250 кг окиси углерода, 1,5–2 кг окиси серы,1 кг окиси углеводородов и образуется до 5 тонн твердых песчаных отходов. Какие меры могут быть предложены?
Например, замена вагранок индукционными печами на плавильных участках позволяет сократить объем вредных выбросов: пыли и углекислого газа — в 13 раз, двуокиси серы — в 30 раз. Применение для плавки чугуна и стали дуговых печей постоянного тока с одним электродом уменьшает пылевыделение в 2 раза (рис. 3). Применение установок сушки и разогрева футеровок ковшей позволяет сэкономить до 40 % природного газа (рис. 4). Необходимо повышать эффективность работы вентиляционных систем и утилизации твердых отходов на обрубно-очистных участках. Например, внедрение газохода нового типа на электропечи ДСП‑100 производства ОАО «Сибэлектротерм» позволило добиться четырехкратного снижения расхода охлаждающей воды и обеспечить степень улавливания пылевидной составляющей потока отходящих газов в осадительной камере на уровне 90–95 % (рис. 5).
Рис. 3. Дуговая печь постоянного тока ДППТУ‑20, производства ООО «ЭКТА» поставлена на «Тяжпрессмаш»
Рис. 4. Установка сушки и разогрева футеровок ковшей производства ООО «ТАХТЕХ РУС»
Рис. 5. Газоходы нового типа на электропечи ДСП‑100
Особое внимание следует уделить экологической безопасности на формовочных и стержневых участках, где в качестве связующих используются синтетические смолы. Химизация литейного производства, особенно переделов формообразования, ориентирована на закупку западных технологий и оборудования. Приводимые экономические обоснования их внедрения неочевидны. Сам процесс изготовления форм и стержней экономически выгоден по ряду параметров, но требует проведения трудоемкой очистки и нейтрализации пылегазовых выбросов, регенерации и утилизации отработанных смесей. По экспертным данным, сегодня эти технологии при работе литейных цехов дают до 70 % загрязнений. При нагреве форм и стержней в интервале 400–800°С наблюдается интенсивное выделение фенола, бензола, крезола, толуола, формальдегида, аммиака и др. веществ, которые в интервале температур 800–1200°С приводят к образованию углекислого газа, окиси углерода, углеводородов, азота и двуокиси серы. При неполном сгорании топлива образуется канцерогенный бензопирен, который вызывает онкологические заболевания и генные мутации. Для приведения этих технологий и оборудования к экологическим нормативам требуются большие инвестиции.
Будущее процессов формообразования за связующими неорганического происхождения. Преимущества их применения очевидны: наличие сырьевых материалов, минимальное отрицательное воздействие на окружающую среду (за счет исключения отходов при повторном использовании и отсутствия выбросов в атмосферу), разнообразие способов отверждения при изготовлении форм и стержней, высокая термостабильность [2]. Особенного внимания в качестве связующего заслуживает жидкое стекло, которое долгие годы применялось у нас в стране. Использование новых методов отверждения ортосиликатов натрия газом, эфирами или кислотами делает процессы с его применением перспективным для развития. Другим удачным примером разработки смесей этого класса является связующее на основе алюмоборфосфатного концентрата. Разработка «ФОСКОН — процесс» ПТИлитпром (Санкт-Петербург) внедрена для производства отливок из разных сплавов на сорока заводах.
Современным требованиям соответствует также метод вакуумно-пленочной формовки (ВПФ) — рис. 6, ставший одним из основных для отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов в разовые песчаные формы. Его отличают низкий уровень шума и экологичность. Во время заливки и охлаждения формы постоянно находятся под вакуумным отсосом, что позволяет централизованно утилизировать все выделяемые газы. Этот процесс не требует связующих, дорогостоящей регенерации, характеризуется минимальными потерями песка — 1–2 %.
Рис. 6. Заливка формы, полученной методом ВПФ
Уверенно в России развивается и увеличивается производство отливок методом литья по газифицируемым моделям (ЛГМ). Отливки по точности превосходят аналоги, полученные по выплавляемым моделям. Производительность в 3 раза выше. За счет исключения из технологического процесса прокалки форм и ликвидации очень энергоемких прокалочных печей значительно экономится электроэнергия. Также процесс выгодно отличается от ЛВМ (литье по выплавляемым моделям) тем, что металл заливается в вакуумированные формы и отходящие газы полностью улавливаются и нейтрализуются в специальных камерах. Производство ЛГМ как и ВПФ лидеры по экологической ситуации и санитарно-бытовым условиям в цехе. Производитель механизированных линий для ЛГМ российское предприятие — «Завод АКС» из Санкт- Петербурга поставляет оборудование не только для России и стран СНГ (рис. 7), но в 2015 году осуществил поставку линии в Японию.
Рис. 7. Комплекс оборудования для точного литья по ЛГМ производства «Завод АКС»
Важным направлением модернизации на государственном уровне заявлено развитие нанотехнологий. Уже сейчас они позволяют получать материалы с принципиально улучшенными свойствами, повышать эффективность процессов, создавать перспективное с точки зрения минимизации издержек оборудование. Литейщики с 1970‑х годов применяют ультрадисперсные материалы. Уменьшение диаметра составляющих позволяет повышать упрочняющие свойства материалов и соответственно увеличивать их удельную поверхность, реакционную способностью, что в свою очередь дает возможность для повышения качества формовочных смесей, литейных сплавов, огнеупорных покрытий.
Кадры. Решение острой проблемы подготовки кадров непосредственно связано с общим возрождением национальной экономики и реформированием российской системы технического образования на всех уровнях. Так, в вузах необходимо уделить пристальное внимание научно-исследовательской работе, внедрению новейших образовательных технологий, интерактивных форм обучения, оригинальных методов имитации процессов, предполагающих интеграцию образования, науки и бизнеса [3]. На уровне среднего профессионального образования требуется развитие специализированных технических колледжей и училищ, организация курсов и учебных центров на заводах, расширение сети заочного обучения. Учитывая кадровый голод в литейной отрасли, не лишним будет вспомнить о проверенной временем практике, когда выпускники вузов, получившие специальность за счет госбюджета, отрабатывали на производстве по полученной специальности в течение трех-пяти лет, а подготовка рабочих по литейной специальности осуществлялась через сеть двухгодичных образовательных центров или полугодичных подготовительных курсов при предприятиях.
Заключение
Только масштабное технологическое перевооружение народного хозяйства за счет автоматизации и компьютеризации, ресурсосбережения и экологического подхода позволит поднять конкурентоспособность товаров и услуг отечественного производства, решить проблему импортозамещения, безопасности и обороноспособности страны.
С. С. Ткаченко, В. С. Кривицкий
Ассоциация литейщиков Санкт-Петербурга и Ленинградской области (ЛенАЛ)
Литература
1. Ткаченко С. С., Болдин А. Н., Кривицкий В. С. Экологичность — как критерий эффективности литейного производства будущего//Труды XI съезда литейщиков России. — Екатеринбург, 2013.
2. Жуковский С. С. Холоднотвердеющие связующие и смеси для литейных стержней и форм: справочник. М.: Машиностроение, 2010.
3. Кечин В. А. Современные проблемы и пути развития литейного профессионального образования//Литейщик России. — № 4. — 2009.
