Е. Буданов

Семь  основных  мифов  и  заблуждений  литейного  производства

 

 

Семь основных мифов и заблуждений литейного производства

(часть 2)

«Больше медлить с этим нельзя. Мы должны

начать модернизацию и технологическое обновление

всей производственной сферы. По моему убеждению,

это вопрос выживания нашей страны в современном мире»,

из Послания Президента РФ Федеральному Собранию 12.11.2009.

Выражаю благодарность за высказанный интерес и много положительных отзывов на последнюю статью, полученных в личных переговорах с ведущими специалистами литейных заводов, а также особую благодарность авторам письма в редакцию (ЛП, №11, стр. 39) за внимательное прочтение шестого раздела статьи и открытую дискуссию. Цель статьи – эффективная модернизация литейного оборудования до высшего мирового уровня на базе освоения современных инновационных технологий изготовления разовых песчаных форм.

Однако модернизировать и обновлять литейное оборудование и технологии, взамен морально устаревших встряхивающих машин 40-50-летней давности, следует безошибочно и строго при разграничении областей оптимального их использования и только после оптимизации выбора технологии, исходя из эффективности применения 4-х различных процессов изготовления разовых песчаных форм (ПГС, Вакуум, ХТС, Cold-box-Амин) для разных по размеру, конфигурации, весу, сплаву, назначению и т.п. отливок. Конечно, этот выбор нужно осуществить на базе опыта ведущих литейных заводов мира, где обновление ЛП было проведено несколько раз за указанный период. Но не стоит полагать, что представленные в статье устойчивые заблуждения могли рассеяться так просто и быстро.

В письме в редакцию приведены комментарии от оппонентов статьи, сотрудников «Уралхимпласт-Кавенаги», г. Нижний Тагил - производителя литейной химии включая фурановые и фенольные компоненты для No-bake-процесса (ХТС). Рост объемов продаж бесспорно экологически вредных химических связующих, пусть и применяемых на заводах по принципу «необходимое зло», кому-то, безусловно, очень даже выгоден. Замечания о заинтересованности принимаются с оговоркой, что под комментариями от оппонентов статьи подписывался тоже не независимый литейщик.

А. Заблуждения по оценке роли и преимуществ инновационного Вакуум-процесса при выборе технологии изготовления разовых песчаных форм

Оппоненты предположили, что опытный специалист вряд ли ошибется в выборе одного из двух направлений при модернизации производства, несмотря на публикации в данном журнале. Вынужден многих разочаровать на примере выбора не 2-х, а даже 3-х абсолютно различных способов изготовления форм всего для 2-х одинаковых отливок на нескольких заводах России. А это огромные инвестиции и ответственность за организацию массового и крупносерийного производства. Отливки «рама боковая» и «балка надрессорная» тележек грузовых вагонов по последним актуальным проектам модернизации решили производить (опока 3000 мм):

· по Вакуум-процессу на Промлит, г.Чебоксары; ВКМ-Сталь, г.Саранск; ТВСЗ – Тихвинский вагоностроительный завод;

· по ПГС-процессу на Алтайвагонзаводе, и Бежицком стальзаводе, г. Брянск;

· по Фуран-процессу (No-bake) на УВЗ (Уралвагонзавод), г. Нижний Тагил.

Вне России АФЛ по Вакуум-процессу были выбраны Сумским Центролитом; Востокмашзавод, Казахстан; Тианруй, Китай и др. В одной форме отливается сразу две отливки суммарным весом около 1 тн. При этом заводы Промлит и Тианруй (АФЛ по 20 форм в час, Вакуум-процесс) уже давно имеют действующие сертификаты американских железных дорог (Ж.Д.) на право изготовления и активно поставляют в США данные отливки, изготовленные по Вакуум-процессу. Вагоностроительные заводы США изначально являются первыми разработчики Ж.Д. вагонов, тележек и отливок для них, а также имеют самую длинную сеть современных железных дорог. В Европе используют в основном сварные детали тележек грузовых Ж.Д. вагонов.

Следует отметить, что за последние 7 лет самым первым проектом модернизации производства Ж.Д. отливок был УВЗ, г. Нижний Тагил на базе итальянского оборудования по технологии изготовления форм - ХТС (Фуран-процесс). Литейные формы весом около 8 тн. каждая при производительности даже 5-10 форм в час требуют соответствующих огромных объемов химического связующего. В том же г. Нижний Тагил предприятием «Уралхимпласт-Кавенаги» при участии итальянской фирмы организовано производство связующих для ХТС-процесса. Со времен СССР, когда на заводах данного города на так называемой «химии» часто работали осужденные за мелкие преступления и отбывающие наказание, возможно, еще осталось лояльное отношение к плохой экологии. Были отличные возможности и предпосылки для дальнейшего тиражирования и распространения оборудования по технологии ХТС-процесс на другие заводы России на базе этого пилотного итальянского проекта модернизации на УВЗ - ведущем вагоностроительном заводе России. Конечно, это могло случиться только при условии дальнейшей бесспорной успешной реализации проекта на УВЗ.

Однако этого не произошло и можно частично согласиться с авторами письма, что многие специалисты заводов в дальнейшем не ошиблись при выборе оптимальной технологии. «Львиная доля» проектов модернизации и создания нового производства крупных Ж.Д. отливок на сегодняшний день базируется на технологии ВПФ (вакуумно-пленочных форм). А это огромные объемы производства особо ответственных стальных Ж.Д. отливок, что лишний раз подтверждает увеличение в несколько раз объемов производства стальных отливок полученных по Вакуум-процессу в России. Можно с пониманием отнестись к огромным потерям по упущенной выгоде от возможных поставок химического связующего по нереализованным проектам ХТС-процесса, т.к. Вакуум-процесс вообще исключает применение каких-либо связующих. Завод ТВСЗ (аналогично как Тианруй, Сумской Центролит, Промлит и др.) планирует запустить в работу АФЛ производительностью около 20 форм в час, поэтому текущие затраты производства должны быть минимальными. Это стало особенно актуально с учетом резкого снижения цен на Ж.Д. отливки в условиях кризиса. Если, например, в середине 2008 года цены из-за ажиотажного спроса взлетели более чем в 10 раз за последние 7-10 лет и доля затрат на связующие постепенно падала, то актуально цены снизились до нормальных приемлемых значений, и затраты на связующие играют огромную роль при выборе варианта технологии изготовления форм (см. табл.1). (Выбраны 2 типа связующих по минимальной цене от 4-х европейских Поставщиков).

Еще в 2004 г. (ЛП, №8, стр.18; №10, стр.15) была опубликована объемная статья с аргументацией и примерами того, что концерн Sinto является одним из немногих, кто специализируется на производстве формовочного литейного оборудования одновременно по всем трем способам изготовления разовых песчаных форм (ХТС, Вакуум- и ПГС- процессы - «из одних рук»), что подтверждает возможность сравнения трех технологий и последующей независимой оценки областей их оптимального использования, особенно для стальных Ж.Д. отливок. Также был дан краткий экономический анализ (не эмоции) сравнения трех способов на примере двух конкретных Ж.Д. отливок «рама боковая» и «балка надрессорная» для тележек грузовых вагонов.

Тенденции роста производства отливок по Вакуум-процессу и его преимущества не вызывают сомнений, поэтому важно в первоочередном порядке рассматривать данный способ при подготовке проектов модернизации любого литейного производства.

В настоящее время в России производство чугунных ванн на 100% переведено на инновационную технологию ВПФ, что является отечественным и пока редким примером в модернизации литейного производства на территории бывшего СССР. Эту программу выполняют всего два высокоэффективных завода России - «Универсал», г. Новокузнецк и «Кировский завод» Калужской обл. (45 форм в час, производство в три смены). Как и в России, во Франции всего два завода Porcher и Delafon более 20 лет обеспечивают весь европейский рынок чугунными ваннами, изготовленными по Вакуум-процессу. Всего во Францию поставлено более 10 АФЛ по Вакуум-процессу. Только один Кировский завод, Калужской области по Вакуум-процессу производит около 20.000 тн. чугунных отливок в год. Соответственно, эти 4 завода имеют сравнимую годовую производительность, а это уже около 80.000 тн. отливок чугунных ванн в год.

Можно привести еще несколько других современных примеров эффективного внедрения технологии изготовления разовых песчаных форм по Вакуум-процессу.

Так завод North Vernon Industry Corp., США в 2005 году всего на одной АФЛ по Вакуум-процессу произвел 82.000 тн. чугунных отливок (ЛР, 2007 г., №1, стр.8). Завод построен и запушен в 1998 году.

Завод Frog Switch, США производит стальные марганцовистые отливок конусов дробилок для горно-перерабатывающей промышленности на трех линиях вакуум-пленочной формовки. Размеры опок АФЛ: 1370x2440x450/450 мм (5 форм в час), 1800x1800x400/800 мм (15 форм в час), 3400x1700x600/800 мм (1 форма в час). Особо крупные отливки на Frog Switch, которые не соответствуют размеру данных опок, конечно, производят по No-bake – процессу (ЛР, 2007 г , №5, стр. 17).

Завод МE Global, США является мировым лидером по поставкам брони для мельниц, шаровых и конусных дробилок. Производительность одной АФЛ по Вакуум-процессу 25.400 тонн стальных марганцовистых отливок в год, вес отливок от 135 до 7250 кг, серии от 1…100 шт. и более. Опока 1370х2440 мм (ЛР, 2007 г , №9, стр.33).

Однако оппоненты утверждают, что в Италии технология ВПФ (вакуумно-пленочных форм) вообще не нашла своего применения, а в других странах Европы ее используют редко. Это, конечно, тоже очередное заблуждение, а также переоценка опыта и возможностей литейного производства стальных отливок в Италии. Это можно аргументировать, например, на базе данных мирового производства стальных отливок - табл. 2:

· Один завод России - Промлит, г. Чебоксары по Вакуум-процессу уже может производить стальных отливок (до 20 тн. в час, 6.250 час/год), существенно больше, чем все заводы Италии вместе взятые суммарно по всем другим известным литейным технологиям.

· Один завод в Швеции - Sandvik (ЛП, 2005, №6, стр. 41-46) производит 12.000 тн. стальных отливок в год по Вакуум-процессу, что составляет более 50% стальных оливок, производимых во всей Швеции. Три линии завода по Вакуум-процессу постепенно пришли на смену производства стальных марганцовистых отливок по ПГС и ХТС процессам.

· В Японии около 100 заводов оснащены оборудованием по Вакуум-процессу. При этом Япония благодаря всестороннему вниманию к вопросам экологии находится на 3-м месте по продолжительности жизни, а Россия пока на 161 месте.

· В Италии тоже известно как минимум два литейных производства, на которые ранее были поставлены формовочные линии по Вакуум-процессу. Это завод Bongioanni S.p.A. (опока 2000x2000x400/550 мм) и Tacchificio Monti S.a.s. (опока 400x320x150/150 мм) для производства деталей тяжелого машиностроения и широкого спектра мелкого литья соответственно.

· Авторы письма абсолютно правильно показали, что ХТС-процесс известен 50-60 лет, а возможно и более. Однако доля применения No-bake в Европе снижается, что лишь подтверждает тенденции постоянного обновления технологий литейного производства. Наконец-то в последние годы в России окончательно прекратились и активные предложения развивать встряхивание как способ уплотнения форм по ПГС-процессу; в Европе это случилось около 30 лет назад.

· Инновационные технологии Вакуум-процесс и Сейатцу-процесс в два раза «моложе» ХТС-процесса. Вакуум-процесс из Японии постепенно распространяется на заводы других стран мира, и уже стал одним из основных способов изготовления разовых песчаных форм наравне с ПГС-процессом.

· Производство отливок по Вакуум-процессу отличается лучшей экологией и гуманностью к рабочим, низкими затратами из-за отсутствия связующих и т.д. Соответственно, если в какой-либо стране мира этот способ пока недостаточно широко распространен, то это, скорее, проблема литейщиков данной страны.

· В оборонной промышленности России, несмотря на финансовые проблемы модернизации конца 80-х годов и ограничения в тиражировании этой уникальной технологии со стороны японских держателей патента, было достаточно много внедрений оборудования по Вакуум-процессу. Яркий тому пример - линия ВПФ на Курганмашзаводе, работающая по настоящее время.

· Академик В.П. Кузнецов еще в 2004 году (ЛП, №8, стр.12-14) дал сравнение трех способов изготовления форм для производства Ж.Д. отливок (ПГС, ХТС, ВПФ) и до настоящего времени нет аргументированных расчетных данных, опровергающих преимущества выбора ВПФ.

· Тяжелые экономические периоды отечественной экономики только после 2000 года позволили активно приступить к проектам модернизации литейного производства и активному внедрению оборудования по технологии Вакуум-процесс. В тоже время в большинстве стран Европы и, например, в Великобритании последние 10-15 лет литейные заводы вообще систематически закрываются – где соответственно и не стоит предполагать прорыв освоения новых литейных технологий. Вместо крупных отливок для тележек грузовых вагонов в Европе используют сварные изделия. Но в РФ, США, Китае чаше используют стальные Ж.Д. отливки.

· У каждой страны есть свои приоритеты в развитии различных отраслей производства. Лидерами высшего качества литейного машиностроения сегодня являются Германия и Япония. Кто-то преуспевает в производстве и поставке электронной продукции или одежды, вин, и туристических услуг. Поэтому не стоит удивляться, что где-то недостаточно развито литейное машиностроение, производство самолетов и мобильных телефонов. Или, например, недостаточно освоено производство отливок по Вакуум-процессу. Всему есть объективные и субъективные причины развития экономики на конкретной территории мира в текущее время.

Таблица 2. Объем производства отливок по странам за 2007 г. (по материалам издательств “Modern Casting” и “Gießerei”, №4, 2009г). По Украине требуется отдельное уточнение, возможно у авторов статьи в “Gießerei” не было точных статистических сведений по объемом их производства.

АФЛ по Вакуум-процессу по сравнению с АФЛ по ПГС-процессу имеют ряд дополнительных потенциальных возможностей, как например больший размер опок (известно использование опок до 8000 мм). Как следствие, потенциальный размер и вес отливок существенно увеличиваются. Оптимальная высота опок по ПГС-процессу, как правило, не превышает 200-500 мм, а их длина, соответственно до 2000 мм. Опока с длиной, например 3000 мм есть редчайшее исключение (скорее не рациональное), тем более для стальных отливок.

Можно привести некоторые размеры крупных опок по последним проектам модернизации литейного производства (на территории стран СНГ) путем обновления литейных технологий и внедрения АФЛ по Вакуум-процессу (рис.1) - Кировский завод, опока: 2000х1250х750/200 мм; Универсал, г. Новокузнецк, опока: 2000х1250х750/200 мм; Благовещенский арматурный завод, опока 1500x1500x900/500 мм; Промлит, г. Чебоксары, опока 3000х1800х500/500 мм; Центролит, г. Сумы, опока №1 - 3500х2500х500/750/1250 мм, опока №2 3000х1800х500/500 мм; Казцинкмаш, Казахстан, опока 2700x2700x1000/400 мм; Востокмашзавод, Казахстан, опока №1 - 3000х1800х500/500 мм, опока №2 - 3000x3000x900/600 мм; ВКМ-Сталь, г. Саранск, опока №1 - 3000x1800x500/500 мм, опока №2 - 3500x2500x500/700/900/1250 мм; Начало, г.Набережные Челны, опока 1500x1500x750/500 мм; ТВСЗ, Тихвинский вагоностроительный завод, опока 3000x1800x500 мм; КЗГО, г. Кривой Рог, опока 2000х1800х600/600 мм.

Преимущества технологии изготовления форм по Вакуум-процессу:

- заполняемость формы металлом при заливке выше на 30% чем при ПГС-процессе;

- форма обеспечивает минимальную температуру заливки металла за счет высокой заполняемости и теплоемкости;

- высокая экологичность форм без использования химических связующих и гуманность к рабочим по сравнению с другими технологиями, где они активно применяются;

- самая низкая себестоимость отливок, на 25…30% дешевле отливок, полученных даже по ПГС-процессу, а тем более в формах по ХТС-процессу;

- нет традиционной системы смесеприготовления, достаточно транспортных операций с сухим песком (иногда только обеспыливание и охлаждение песка);

- нет отходов и системы регенерации смеси, высокая экологичность для окружающей среды;

- превосходное качество поверхности отливок без доводок (шероховатость ≈100 мкм для стали, для других отливок RZ-70 и выше);

- возможность изготовления более тонкостенных отливок;

- возможность обеспечения формовочного уклона до 0 град. или отрицательных уклонов с помощью отъемных частей модели;

- долгий срок службы моделей, низкий износ моделей, изготовленных обычно из пластмассы или дерева; нет контакта модели с песком (только с пленкой, что исключает их износ);

- минимальный расход заливаемых материалов, меньше прибыли и т.д.;

- существенное уменьшение условий для "горячих трещин" по сравнению с ХТС-процессом;

- возможность выбивки отливок при высоких температурах;

- меньше затрат на термообработку отливок;

- нет необходимости в специальном обучении персонала.

В. Заблуждения и путаница в терминологии процессов и связущих

Оппоненты указывают, что все литейные процессы имеют определенную область применения. Но именно этому и были посвящены многие разделы статьи (ЛП, №№8,9, 2009 г) и, более того, неоднократно поставлена задача необходимости границ раздела и эффективности применения тех или иных технологий. Есть отливки, которые идеально подходят для изготовления по одной конкретной технологии и тут сложно ошибиться. Пример №1 - отливки чугунных ванн на базе 20-летнего опыта их изготовления во Франции по Вакуум-процессу, а теперь и в России. Пример №2 - отливки весом более 10-15 тн., после многолетнего опыта их изготовления в Европе по ХТС-процессу. Пример №3 - мировое производство большинства чугунных отливок для легковых автомобилей на АФЛ по ПГС-процессу. Однако по некоторым типам отливок случаются казусы – выбираются принципиально неправильно варианты той или иной технологии изготовления форм, что актуально и является одной из самых сложных задач при модернизации отечественного литейного производства.

В данной статье (ЛП, №№8,9, 2009 г) речь идет только о разграничении областей использования 4-х технологий при изготовлении форм, а не стержней. Удивлен, что авторы письма и оппоненты оценили введение ограничений в применении разных технологий, а также сравнение преимуществ и недостатков различных технологий для различных групп отливок только как критику ХТС-процесса.

Статья не случайно нацелена на заблуждения, и они не рассеялись окончательно. Это подтверждают комментарии глубокоуважаемых авторов письма и оппонентов статьи, поэтому стоит конкретизировать даже используемую терминологию для обсуждаемых 4-х способов изготовления разовых песчаных только форм (но не стержней), получивших в России название:

1. Вакуум-процесс (Вакуум-пленочная формовка - ВПФ, V-процесс)

2. ПГС-процесс (Песчано-глинистая смесь, Сейатцу-процесс как современный лидер и стандарт изготовления форм на АФЛ для отливок, например, автомобильной промышленности)

3. ХТС-процесс (No-bake-процесс, включая две его разновидности: Фуран-процесс и Альфа-сет). Именно так в реальном производстве называют данные процессы. В данной статье ХТС называем химически твердеющие смеси по Фуран и Альфа-сет процессам (No-bake).

4. Cold-box-Амин-процесс. По Сold-box-Амин-процессу все чаще и чаше изготавливают не только стержни, но теперь уже и формы. Данный процесс прочно занял свое место и среди основных способов изготовления разовых песчаных форм («Стержневые формы»).

Например, КамАЗ летом 2009 года освоил новое производство отливок головки блока цилиндров двигателя Cummins литьем, по сути, в «стержневые формы» – все поверхности отливки оформляются стержнями, и АФЛ служит только в качестве транспортного заливочного конвейера. Блоки легковых японских, американских и европейских автомобилей из алюминия изготавливаются в условиях массового крупносерийного производства на многих автозаводах мира литьем в «стержневые формы» по Сold-box-Амин-процессу. Возможно, авторы письма встали на защиту Cold-box-Амин-процесса для изготовления стержней – но это действительно бесспорный лидер с актуально расширяющейся областью применения стержней и новых технологических ниш уже для производства полностью всей литейной формы, что и показано в других разделах статьи. Но актуально Cold-box-Амин-процесс конкурент при сравнении и оценке выбора варианта технологии изготовления форм по No-bake-процессам (Фуран и Альфа-сет)

В мировой практике есть различия по способам уплотнения и отверждения форм по No-bake-процессу и Cold-box-Амин-процессу. Хотя под терминологию химически твердеющие смеси подходят оба процесса. При этом на реальных производствах технологию изготовления форм и стержней No-bake все чаше и чаше называют ХТС-процессом (два варианта: Фуран-процесс и Альфа-сет-процесс).

«Компания Ashland является мировым лидером в производстве (разработке новых) связующих для литейного производства (Coldbox амин, СО₂, SO₂, метилформиат, No-bake (фуран-процесс, альфасет-процесс, пепсет)). Компания Ashland была основана в конце IXX века в США, как нефтеперерабатывающий завод, а в начале XX была диверсифицирована в химическую компанию» - дословно из сайтов фирмы Ashland. Поэтому, если даже на сайтах таких фирм как Ashland указан Фуран-процесс, то нет оснований вступать в дальнейшую дискуссию по данной терминологии о несуществовании Фуран-процесса, что предлагает оппонент. Нет смысла в дальнейшем вносить путаницу, а следует использовать предложенные и широко используемые литейщиками термины. Пример из оформления дорожек в парках и скверах – где их больше всего протоптано, там и прокладывают пешеходную дорожку. Но иногда поступают нелогично и наоборот ежегодно тратят большие средства на вскапывание, посадку новой травы, которую затем все равно быстро вытаптывают.

Компоненты связующего для No-bake-процесса – смола и отвердитель (активатор), который часто разные авторы, оппоненты и поставщики связующих называют катализатором. Но эта формальность никак не влияет на адекватность понимания литейщиками вопроса процесса затвердевания форм по ХТС-процессу. Хотя правильнее под катализатором понимать, например, газ амин при продувке им заполненного стержневого ящика по Сold-box-Амин-процессу. А для второго компонента связующего по No-bake-процессу чаше используют термин отвердитель, и только строго при соответствии функциональному назначению - катализатор.

Ката́лиз (от греч. κατάλυσις, восходит к καταλύειν — разрушение) — явление изменения скорости химической или биохимической реакции в присутствии веществ, количество и состояние которых в ходе реакции не изменяются (катализаторов и ингибиторов). Термин «катализ» был введён в 1835 году шведским учёным Йёнсом Якобом Берцелиусом.

КАТАЛИЗАТОРЫ, согласно химической энциклопедии, это вещества, изменяющие скорость химической реакции или вызывающие ее, но не входящие в состав продуктов. Единой теории подбора катализаторов не существует. Многие катализаторы, широко применяемые в промышленности, подобраны эмпирическим путем. Однако развитие представлений о механизме катализа позволяет сформулировать некоторые принципы подбора катализаторов, пригодных для отдельных типов реакций. Катализатор изменяет механизм реакции на энергетически более выгодный, то есть снижает энергию активации. Катализатор образует с молекулой одного из реагентов промежуточное соединение, в котором ослаблены химические связи. Это облегчает его реакцию со вторым реагентом. Важно отметить, что катализаторы ускоряют обратимые реакции, как в прямом, так и в обратном направлениях.

Катализ может быть положительным (когда скорость реакции увеличивается) и отрицательным (когда скорость реакции уменьшается). Для обозначения отрицательного катализа часто используют термин ингибирование.

Катализ бывает гомогенным и гетерогенным (контактным). В гомогенном катализе катализатор состоит в той же фазе, что и реактивы реакции, в то время как гетерогенные катализаторы отличаются фазой.

Есть разные компоненты у различных типов связующих и у различных поставщиков литейной химии. Так, например, не выдавая технической тайны по составу варианта связующего одного из производителей литейной химии для Фуран-процесса, можно качественно оценить вариант состава химических компонентов, включая фенол, который оппоненты ошибочно исключили из состава всех типов связующих по Фуран-процессу:

• фурфуриловый спирт C₅ H₆ O₂ A%
• фенол B%
• формальдегид CH₂O C%
• полифенольный резол D%
• вода E%

и второй компонент для быстрого процесса отверждения

• ксиленсульфокислота F%
• метанол CH₃OH G%
• серная кислота H₂SO₄ H%
• вода I%

или для медленного процесса отверждения

• паратолуолсульфокислота J%
• серная кислота K%
• вода L%

Однако главное не в формальных названиях, а в том, что область No-bake (ХТС) - это в первую очередь мелкосерийное и единичное производство. Действительно, если правильно подходить к выбору технологии (мы говорим не об эмоциональном, а об экономически обоснованном подходе), и при этом корректно учитывать все сопутствующие затраты, включая затраты на регенерацию, экологическую защиту, вентиляцию, утилизацию отходов, то No-bake окажется самым неэффективным для массового и крупносерийного производства. И, наоборот, часто эффективным для мелкосерийного и единичного производства, особенно крупногабаритных отливок. Очевидный факт, что из всех 4-х технологий формообразования No-bake является самой «грязной» технологией. Надеюсь, что это не вызовет дальнейшей дискуссии (табл. 3.).

Таблица 3 – Таблица технических данных R 304 Союза литейщиков Германии (VDG). По выделениям при использовании смесей на основе химических связующих по Фуран-процессу (No-bake)

 

* В Германии существует ограничения, и в настоящее время идет пересмотр нормативов в соответствии с Европейским законом по химкомпонентам и их выбросам в сторону ужесточения норм. Компоненты свинца указаны жирным шрифтом. В Германии соблюдение нормативов по содержанию свинца в соединениях играет очень важную роль при получении разрешений.

Дополнительно особо стоит отметить, что за выброс тонны отходов литейного производства в Европе придется платить около 200 EUR, а за отходы с отклонением от нормы по содержанию вредных компонентов еще дороже. По данному пути уже идет законодательство Белоруссии, и естественно тренд затрат на отвалы будет всегда растущий. Поэтому как никогда ранее вопросы снижения вредных отходов и повышения % регенерата формовочной смеси играют все большее и большее значение при выборе и использовании той или иной литейной технологии.

С. Заблуждения при сравнении технологий изготовления разовых песчаных форм по ХТС (No-bake) и Cold-box-Амин процессам

Во второй части письма оппоненты коснулись сравнения по живучести, газовыделению и др. вопросов конкретно по технологиям ХТС и Cold-box-Амин-процесс (согласно терминологии статьи). В 7-ом разделе статьи были некоторые формальные ошибки по ссылкам на диаграммы при корректировке текста. Также следует учитывать, что данные от различных поставщиков связующих и условий на реально действующих заводах сильно отличаются. Поэтому лучше говорить по сути вопроса сравнения и анализа выбора технологий, а не вдаваться в подробности и формальности по названиям и конкретным % компонентов состава связующих или времени отверждения одного из множества составов смеси.

Cold-box-Амин-процесс с каждым годом становиться все более успешным конкурентом процессов No-bake (Фуран и Альфа-сет) при сравнении и оценке выбора варианта технологии изготовления форм.

Область применения форм по Coldbox-Амин-процессу, в которой этот процесс бесспорно конкурирует с классическими технологиями No-bake при своей многократно более высокой производительности, это серийное производство мелких и среднегабаритных отливок из любых сплавов в безопочные (стержневые) формы с размерами 500х500... 2000х2000 мм. Высота формы может варьироваться в зависимости от технологии. При методе литья в «стержневые стопочные формы» высота «этажа» стопочной формы по Cold-box-Амин-процессу может быть, например, от 50 до 100 мм, а при методе «литья в стержнях» до 500...800 мм, причем стержневая форма «повторяет» контуры отливки по высоте, что обеспечивает минимальный расход смеси.

Полуформы по Cold-box-Амин-процессу в отличие от форм ХТС (No-bake) имеет гораздо больше возможностей для опустошения по всем 6-ти поверхностям, если даже она имеет форму простого куба или параллелепипеда.

Технологии литья в стержнях и стопочные стержневые формы по Cold-box-Амин-процессу уже нашли свое применение и на территории России (примеры «стержневых форм»):

· На заводах авиационно-ракетного комплекса: «Протон-Пермские моторы», г. Пермь, «Авитек» г. Киров, «УМПО» г. Уфа для получения сверхсложных отливок из алюминиевых и магниевых сплавов;

· На машиностроительных заводах для получения чугунных отливок для погружных насосов (пример «Лемаз», г. Лебедянь).

В экономически развитых странах мира технология «литья в стержневые формы» по Cold-box-Амин-процессу давно и с успехом применяется для получения многих еще более разнообразных типов отливок, например:

· типа зуб ковша экскаватора из марганцовистой стали (примеры - американский концерн ESCO, www.escoсorp.com, французский концерн AFE, www.afegroup.com),

· тормозные диски для Ж.Д. транспорта (пример - французский концерн AFE, www.afegroup.com),

· судовых дизельных двигателей (пример - американский концерн Caterpillar, который уже в конце 80-тых годов производил блоки крупных дизелей в стержневых пакетах или «стержневых формах» с размерами 2500х2500х6000 мм).

Технологические преимущества Cold-box-Амин-процесса, который в международной практике принято называть Эшланд-Колдбокс по наименованию разработчика этой технологии- американской фирмы Ashland, бесспорны и не является предметом обсуждения в настоящей статье.

При множестве классических применений, как, например, отливки для автомобильных блоков и головок из чугуна, все стержни, а при изготовления тех же отливок из алюминия- не только стержни, но и преимущественно все наружные формы, изготавливаются из единой стержневой смеси по Coldbox-Амин-процессу. В мире это практикуется как минимум на автомобильных концернах и у их субпоставщиков, таких как, например, Ford, Mahle Powertrain, Hydro Aluminium, Suzuki, Mazda (рис.2). Исходя из тенденций роста использования «стержневых форм», технологию Cold-box-Амин-процесс на современном этапе модернизации литейного производства следует принципиально учитывать наравне с 3-мя другими (ПГС, Вакуум, ХТС).

Касательно характера отверждения классических химически твердеющих смесей существует достаточно подробный материал, как в российской, так и в зарубежной специализированной литературе. Много монографий по данной теме опубликованы в начале 70-х годов прошлого века, например, «Технологические испытания формовочных материалов», авторы: Я.И. Медведев, И.В. Валисовский, изд. Машиностроение, Москва, 1973 г., а также «Формы и стержни из холоднотвердеющих смесей», авторы С.С.Жуковский, А.М. Лясс, изд. Машиностроение, Москва, 1973 г.

В Германии разработки и публикации по данной теме в специализированной литературе появились в начале 70-х годов в основном под руководством Бёниша. Разработки и анализы Бёниша являются с тех пор основой для работы формовочных лабораторий в Германии, а также базой для оформления диаграмм нарастания прочности ХТС по времени и определения живучести смесей (рис.3). Именно на эту диаграмму все литейщики в основном и делают ссылки по нарастанию прочности, но для исключения дальнейших различных толкований стоит ее отдельно показать и прокомментировать.

Принципиальная диаграмма Бёниша показывает характер нарастания прочности ХТС по времени. Прочность ХТС оценивается различными критериями в зависимости от ожидаемой прочности применяемой системы «связующее»-«отвердитель» (жидкое стекло-эфир, фуран-кислота, фенол-полиэфир и т.д.). Классические ХТС, не имеющие высокой финальной прочности, оцениваются в 90% случаев «прочностью на сжатие», а современные и более быстротвердеющие системы – прочностью на изгиб. Последнее дает возможность напрямую сравнивать прочностные характеристики ХТС-процесса и конкурирующий метод Cold-box-Амин-процесс в случаях изготовления как стержней, так и «стержневых форм».

Методика Бёниша для определения живучести любой смеси подробно описана на стр. 115 публикации «Технологические испытания формовочных материалов», авторы: Я.И. Медведев, И.В. Валисовский, изд. Машиностроение, Москва, 1973 г. В этой публикации цитируется бельгийская фирма «Коккериль-Угре-Провиданс», но на самом деле это не разработчик, а предприятие, использующее технологии Бёниша. Правильно авторы этой публикации формулируют суть понятия «живучесть», а именно «время, в течение которого интересующие нас свойство, в результате процессов, происходящих в самой смеси или в результате воздействия окружающей среды (ее температуры, влажности, газонасыщенности и т.п.) изменится от среднего до нижнего допустимого значения, причем нижний предел применимости смеси устанавливают исходя из реальных условий производства». Не только определением понятия «живучесть», но и практикой доказывается значительное влияние факторов окружающей среды (в основном температура и влажность) на процесс отверждения ХТС.

В зависимости от химических особенностей компонентов живучесть может изменяться в широких рамках – от 5…15 мин (для быстро твердеющих ХТС на основе фурановых смол / КСК (ПТСК)) до 20 …120 мин (для медленно затвердевающих ХТС, например, на базе ЖС с эфирным отвердителем).

Подробная информация касательно прочностных характеристик и живучести современных вариантов ХТС содержится в нижеследующих публикациях ведущих Европейских компаний, специалистов в области литейной химии, как например Borden Chemical, Великобритания; Hüttenes-Albertus, Германия; Ashland Chemical, США; Furtenbach GmbH, Австрия; www.lityo.com.ua (раздел «Формовочные материалы»), www.ruscastings.ru (раздел «Литейные технологии», статьи), презентация фирмы Hüttenes-Albertus на Конгрессе Литейщиков Украины, Краматорск, сентябрь 2009 г., Gießerei, 2009, № 7, стр. 60-65 (современные разработки ХТС на фуране фирмы Furtenbach), Gießerei, 2007, №4, стр. 42-52 (современные ХТС на фуране фирмы Furtenbach c улучшенной экологией).

Основная технологическая особенность всех ХТС – химическая реакция между смолой и отвердителем - начинается практически сразу после контакта между ними. Это происходит в головке «рукавного» смесителя (основа технологии смесеприготовления ХТС). Время контакта между компонентами песок, связующее и отвердитель определяется длиной рукавов шнекового смесителя и, соответственно, объемом головки в случае контакта потоков «песок-отвердитель» и «песок-смола» при рукавных смесителях типа „Fordath“.

Покидая головку смесителя, смесь заполняет формообразующую емкость (например, жакет вокруг модельной плиты). Первичные когезионные связи между песчаными оболочками разрушаются и образуются заново во время принудительной пластичной деформации, с которой обязательно связано заполнение жакета и уплотнения смеси по ХТС-процессу над модельной плитой. На диаграмме Бёниша это явление определяется потерей набираемой в смесителе незначительной прочности в результате первичного контакта смола-отвердитель и при заполнении жакета.

Некоторые факты и аргументы по теме «манипуляционная прочность» форм и стержней ХТС. Оппоненты приводят примеры, при которых для получения «манипуляционной прочности» 0,15...0,20 МПа на разрыв (это соответствует примерно 0,25 ...0,33 МПа на изгиб) необходимы от 10-ти до 20-ти минут. Если это так, то манипулирование безопочными формами ХТС с подобной прочностью при примерных размерах 1200х1200х200 мм и более не будет возможно без деформации и потери размерной точности.

Такие случаи применения, как получение отливок с габаритами станины пресса или металлообрабатывающих станков с длиной 3-12 м, при которых определение «размерная точность» имеет виртуальный характер, остаются бесспорно в сфере применения ХТС. Возможно, что размерная точность для крупногабаритного литья - вопрос второго порядка.

Некоторые факты и аргументы по теме «экологии» форм и стержней ХТС.

Экология применения ХТС напрямую связана с количеством связующих в смеси. Но это не совсем точно. Конечно, чем ниже доля связующего в смеси ХТС, тем ниже газовыделение. Для полноты анализа необходимо учитывать также газотворную способность и кинетику газовыделения в результате заливки и охлаждения отливок.

По данным фирмы Furtenbach (Gießerei, №7, 2009, стр. 60-65), система Альфа-сет считается наименее газовыделяющей из группы ХТС на базе органических связующих (хотя содержание свободного фенола в смоле 1,28%, а формальдегида- 0,08%), но конкретных продуктов газовыделения при пиролизе органических компонентов не указывается.

Более подробная информация на счет интенсивности газовыделения при деструкции на базе российских связующих содержатся в публикации «Процессы газовыделения из стержней горячего и холодного отверждения», изд. «Машиностроение-1», Москва, 2004 г, авторы: Д.А. Соляков и др. К сожалению, и в этой публикации напрямую сравнимые современные данные о газовыделении из форм или стержней ХТС отсутствуют, а некоторые данные с подобным сравнением прилагаются ниже (рис.4).

При этом сравнении надо учитывать факт, что за последние 27 лет с 1983 г. литейная химия сделала большой прорыв в области улучшения экологии как в области ХТС-процесса, так и в области Cold-box-Амин-процесса. Поэтому сравнения в данной диаграмме имеют скорее всего качественный, чем количественный характер.

Рис.4. Интенсивность газовыделения из различных смесей во времени. По данным из издательства Naro & Pelfrey, 1983, книга Castings, автор John Campbell. Фуран-процесс при минимальном % связующего от 100% веса песка - 1 вес-% смолы и 0,4% вес-% отвердителя от 100 вес-% песка; Coldbox-амин-процесс при 0,8 вес-% смолы и 0,8 вес-% полиизоционата от 100 вес-% песка. Сравнение дано при одинаковых условиях (заливка жидким чугуном при 1420°С).

От производителей компонентов литейной химии все литейщики вправе ожидать в первую очередь реальных шагов по разработке и постоянному поиску инновационных и более экологичных технологий. При модернизации литейного производства всегда следует задавать вопросы «для чего?» и «ради чего?» И видимо один из ответов будет - для улучшения условий труда рабочих. А это целый перечень иногда труднорешаемых или нерешаемых задач по созданию гуманных условий для работников цеха, включая обеспечение условий нормальной температуры в цехе, отсутствие повышенного уровня вибраций и шума, исключение попадания вредных примесей в воздух цеха, уменьшение физических нагрузок и т.д.

Более того, вызывает крайнее удивление, что производители литейной химии не публикуют открытых данных о вредных выделениях и условиях газовыделения при изготовлении форм и стержней по технологии ХТС-процесс (Фуран и Альфа-сет процессы), а также при заливке, охлаждении и выбивке отливок - для различных типов сплавов. Трудно поверить, что они не располагают этими данными.

Для оценки эффективности и экологичности той или иной технологии ХТС потребителю на этапе выбора технологии нужно точно сравнить, сколько и каких выделений и на каком отрезке технологии ХТС нужно уловить, удалить и нейтрализовать, например, из 1 тонны смеси, исходя из базовых технологических условий (соотношение металл/форма, тип сплава и т.д.). Не давая даже оценочных данных, производители литейной химии часто ссылаются на то, что такой расчет сугубо индивидуален для каждого литейного цеха (номенклатура, технология, эффективное пространство и т.п.) и должен производиться проектировщиками. Но и проектировщики имеют в своем распоряжении от поставщиков литейных материалов очень приблизительные данные. Поэтому, если у проектировщика нет достоверных практических измерений выделений для аналогичных применений, то и их проекты в части экологических расчетов выполняются весьма приблизительно.

Если бы литейщики располагали на самой начальной стадии выбора технологии общими данными о пределах выделений, то кажущаяся дешевизна No-bake-процесса не вводила бы в искушение на начальном этапе и не приводила бы к разочарованию в дальнейшем, когда замеры СЭС реальных выбросов приводят не только к штрафам (что ошибочно считается «нормальным» явлением), но и к непредусмотренным повторным расходам на вентиляцию и очистку выбросов.

Кроме того, желательно было бы заранее посчитать и дополнительные затраты на подогрев свежего воздуха в зимний период применительно к его объемам циркуляции (технология No-bake «не терпит» температур ниже 15-18^оС).

В любом случае, в настоящее время сложно найти полное сравнение преимуществ и недостатков Фуран-процесса и Альфа-сет-процесса, а главное расчетные формулы или номограммы реальных газовыделений, необходимых при проектировании систем удаления и нейтрализации газов отдельно по участкам заливки, формовки, выбивки и др.

Складывается впечатление, что основные системные научно-исследовательские работы в области экологии ХТС-процесса закончились во времена СССР и далее идут только повторы из публикаций на базе экспериментальных исследований 70-80-х годов прошлого века. Будущим пользователям оборудования по ХТС-процессу от поставщиков связующих важно в начале получить инструкции и номограммы с указанием, например, сколько и каких конкретно газов выделяется при термодеструкции с учетом различных температур заливки, толщин стенки отливки, соотношения металл-форма, данных по глубине прогрева формы и т.д.

При этом возможно, что стоимость затрат на экологию окажется много выше первоначально планируемой, сравнимой или выше стоимости самого оборудования. И особенно если тщательно, а не формально оценивать затраты на полноценную приточно-вытяжную вентиляцию, организацию закрытых рабочих мест с индивидуальным подводом воздуха, полную регенерацию с минимизацией отходов по ХТС-процессу, полную стоимость и тенденции роста оплат за выброс отходов, стоимость компенсации больничных листов рабочих и др.

Следует учитывать, что после механической регенерации остатки смолы оттираются от зерен песка и их значительное количество в виде пыли идет в отходы. При этом пока нет номограмм или расчетных формул для данных по процентному соотношению выгоревшего химического связующего, оставшегося на зернах песка и отправленного в отвалы. Лояльность при проверках экологических служб часто может достигаться коррупционным способом или полным взаимным безразличием сторон, но это не перспективный и далеко не цивилизованный подход.

Ученые из университета Луизианы (США) пришли к выводу, что дышать городским воздухом также вредно, как выкуривать в день 15 пачек сигарет. Оказывается, свободные радикалы, которые входят в состав маленьких частиц загрязнённого воздуха, наносят ущерб лёгким и вызывают онкологические и другие заболевания у самых здоровых людей.

В Постановлении Правительства РФ от 23 июля 2007 года «О государственном контроле за охраной атмосферного воздуха» Ростехнадзору РФ, правоохранительным органам и государственным органам всех уровней предоставлены расширенные полномочия в части выявления нарушителей, оказывающих вредное воздействие на атмосферный воздух. Однако репрессивные меры не столь действенны без личной внутренней ответственности за экологию со стороны руководства и собственников литейных заводов при выборе технологического процесса.

Федеральная власть России принимает меры, чтобы устранить уязвимость населения и наносимый вред воздушной среде промышленностью и транспортом. Самые часто встречаемые виды заболеваний легочные (ок. 30 % от всех заболеваний). Если в ЕС уже установлены нормы Евро-5, то Россия, в целом по стране, не дотягивает даже до Евро-3. Аналогичное и даже гораздо большее экологическое отставание отмечается в литейном производстве.

Литейщики обязаны понимать повышенную ответственность за экологию, так как уже по определению литейное производство относят к «грязным» и важно побороть заблуждения, вызванные желанием использовать ХТС-процесс при изготовлении форм для всех возможных типов отливок, особенно в массовом и крупносерийном производстве.

Если отливки можно изготовить на АФЛ в формах по технологии ПГС или ВПФ, то не стоит использовать ХТС-процесс (Фуран и АльфаСет).

При этом важно ввести по возможности обоснованные границы областей применения всех обсуждаемых 4-х технологий изготовления форм. Для этого есть достаточно информационных данных из опыта передовых литейных заводов мира. Например, отливки легковых автомобилей или массовое и крупносерийное производство мелкого и среднего литья для опок размером до 2000 мм - это бесспорная область применения ПГС-процесса. Особо тщательно нужно анализировать пограничные зоны пересечения областей оптимальной эффективности той или иной технологии, чем часто пренебрегают при оценке вариантов выбора возможных технических решений и технологий изготовления разовых песчаных форм.

Д. Заблуждения по заниженному уровню оценки ПГС-процесса

В статье «Химические связующие системы для стержней и форм» авторы и сотрудники «Уралхимпласт-Кавенаги» (ЛП, №11, 2009, стр. 37-38) крайне неудачно провели сравнение эффективности применения АФЛ по ПГС- и ХТС-процессам:

- Вызывает удивление сам факт, что производитель литейной химии (далее «химики») комментирует ПГС-процесс для изготовления форм с бентонитовым связующим. От имени фирмы «Уралхимпласт-Кавенаги» приводятся общие аспекты сравнения двух видов формовки на основе ПГС и ХТС (No-bake) с однозначностью всех без исключения преимуществ только в пользу ХТС-процесса, что является явным заблуждением. Огромную долю мирового производства отливок потребляет автомобилестроение, а это в основном отливки, изготовленные по ПГС-процессу. Данный опыт и выбор всех заводов мирового автопрома можно принять за бесспорную оценку преимуществ ПГС-процесса при использовании АФЛ высокой и средней производительности в условиях массового производства отливок.

Размер данного заблуждения можно оценить на примерах докризисных объемов производства отливок на АФЛ по ПГС-процессу – завод Fritz Winter (Германия) - 500.000 тн/год; завод Tupy (Бразилия) - 500.000 тн/год (на каждом заводе по 3 АФЛ по Сейатцу-процессу). На фоне указанных объемов производства отливок на одном заводе по ПГС-процессу объемы любого из известных заводов по ХТС-процессу будут выглядеть гораздо скромнее – поэтому при сравнении технологии ПГС и ХТС ставить их на один уровень ошибочно и преждевременно.

- В первую очередь при сравнении различных технологий следует оценивать вопросы производительности и себестоимости отливок, а также экологии литейного производства. По текущим затратам ХТС-процесса уже дан ориентировочный расчет для АФЛ производительностью всего 20 форм в час (дополнительно около 1,5-2,0 млн. Евро в год) – см. табл.1.

Лучшая экологичность ПГС-процесса по сравнению с ХТС-процессом вообще никогда не вызывала сомнений. Данный способ литья часто называют «литьем в землю», что показательно и справедливо, ведь песок, глину или бентонит, уголь мы получаем в виде натуральных компонентов и можем без особого вреда вернуть «обратно земле», в отличие от «грязных добавок» и химических отходов ХТС-процесса.

Можно только еще раз качественно подтвердить, что производство отливок по ХТС-процессу самое дорогое и самое «грязное», а например, по Вакуум-процессу - самое дешевое и самое экологически чистое. ПГС-процесс по этим двум аспектам (себестоимость отливок и экологичность их производства) находится между ХТС- и Вакуум- процессами, но при этом гораздо ближе к Вакуум-процессу, а, соответственно, много «лучше» ХТС-процесса.

- Оппоненты пишут о «существенно меньших начальных инвестициях» и в начале их статьи говорится о высокоавтоматизированных линиях формовки No-bake, что уже несет в себе противоречия. При равной степени автоматизации и равной производительности начальные инвестиции в таком случае могут быть меньше по ПГС-процессу. Так актуально в конце 2009 года запущена АФЛ на ЛЛМЗ в г. Луганск, 240 форм/час на базе всего одного формовочного автомата по Сейатцу-процессу. Сложно представить, сколько потребовалось бы смесителей непрерывного действия, чтобы обеспечить производство 240 форм в час по ХТС-процессу. Естественно, их суммарная стоимость превысит стоимость одного автомата АФЛ по ПГС-процессу. Но при равной степени автоматизации все формы необходимо передвигать по конвейеру и требуются автоматы для сборки и распаровки форм, выбивная решетка, заливочный автомат и др. – как для ХТС-процесса, так и ПГС-процесса. Затраты на выбивку и регенерацию по ХТС-процессу будут явно выше, чем по ПГС-процессу. Транспортные конвейеры по ХТС-процессу существенно длиннее из-за длительности технологических операций подготовки форм до их заливки. Комплектов модельных плит для обеспечения данной производительности по ХТС потребуется во много раз больше, чем по ПГС-процессу, плюс многие другие затраты ХТС-процесса.

Вывод - при равной (средней или высокой) производительности АФЛ и, соответственно, равном уровне автоматизации начальные инвестиции по ХТС-процессу существенно выше, чем при ПГС-процессе.

- Далее оппоненты ошибочно пишут о «сокращении необходимого пространства и построек». По ХТС-процессу, наоборот, требуется значительно больше площадей цеха. При любой равной производительности двух технологий (ХТС и ПГС) по площади выиграет ПГС-процесс. По ПГС-процессу форма через наименьшее время готова к сборке и заливке, тогда как все формы по ХТС-процессу (от заполнения смесью полуформ до их заливки) длительное время занимают значительные площади цеха на позициях участка формовки до съема с модельной плиты, на выдержке перед заливкой и т.д. Отдельно один формовочный автомат для ПГС-процесса или смеситель непрерывного действия для ХТС-процесса занимают сравнимые площади цеха, однако при организации реального производства отливок участки с полным циклом изготовления форм, заливки, выбивки и регенерации смеси выиграет формовочная машина или АФЛ по ПГС-процессу.

- Оппоненты ошибочно пишут про преимущества ХТС - «Возможность не применять опоки». Во первых, это преимущество не однозначно. Да, такая возможность по ХТС-процессу есть, но она существует и по Cold-box-Амин-процессу и по ПГС-процессу для безопочных форм. Однако большинство отливок в мире изготавливают в опочные формы по ПГС-процессу. Для ХТС-процесса опоки тоже часто необходимы по причине важности точности сборки полуформ, крепления опок между собой вместо грузов, удобства транспортировки опок по рольгангам, удобства захвата и кантования опочных полуформ и т.д. При этом затраты на опоки разовые, а огромные текущие затраты на связующее по ХТС-процессу, регенерацию смесей и экологию существенно превышают первичную видимость предполагаемой экономии на опоках.

Литейщикам и поставщикам литейной химии желательно убедиться, сколько % АФЛ у каждого конкретного поставщика оборудования по ХТС-процессу с производительностью 5-10 форм в час и выше 10 форм в час от общего числа проданных смесителей непрерывного действия для No-bake-процесса (ХТС). Допустим их число, будет около 10% от всех АФЛ, что близко к реальному значению в зависимости от конкретного поставщика оборудования по No-bake-процессу. Тогда можно будет экспертно на базе мирового опыта сформировать оптимальную область применения ХТС-процесса с ограничением как по производительности в зависимости от размера форм и объемам пескооборота, так и возможно по номенклатуре отливок. Как правило, в зависимости от производителя, число таких АФЛ окажется незначительным и даже единичным, а число АФЛ с производительность более 20-25 форм час вообще редким исключением.

Исходя из этого, можно уже сделать предположение, что разумная область использования ХТС-процесса максимум до 20 форм в час для малых форм опок до 1000 мм, для средних форм размером около 1500-2500 мм, например до 5-8 форм в час, а для особо крупных форм 3000 мм и более – менее 1-3 форм в час. Конечно, для форм с опокой более 2500-3000 мм заканчивается оптимальная область применения ПГС-процесса и остаются области только Вакуум-процесса и ХТС-процесса. Но для стальных отливок максимальный размер опок ПГС еще меньше. Высокая производительность АФЛ является бесспорной областью применения АФЛ по ПГС-процессу.

В таком случае области применения ПГС и ХТС процессов могут пересекаться только при производительности АФЛ менее 20-30 форм в час, при этом самая эффективная область применения ХТС лежит в области минимальной производительности и, конечно, особо крупных форм. Чем выше производительность, тем больше проблем и затрат по ХТС-процессу в сравнении с ПГС-процессом и Вакуум-процессом. В области малой производительности АФЛ до 30 форм в час варианты применения ХТС-процесса не конкурентоспособны по сравнению с Вакуум-процессом.

Бесспорно, ХТС-процесс имеет преимущества для отливок весом более 10 тн. При этом, есть примеры получения отливок и по Вакуум-процессу весом, например 12 тн. на заводе Sandvik, Швеция (ЛП, 2005, №6, стр.41-46). Видимо где-то тут и расположена граница оптимального использования (по весу отливок) между ХТС или Вакуум-процессом. АФЛ по ПГС-процессу оптимально использовать с весом отливок до 1 тн., а также они бесспорно вне конкуренции при высокой производительности по сравнению с АФЛ по Вакуум-процессу и тем более по ХТС-процессу. Эти логичные границы и должны в первую очередь «очертить» области оптимального использования различных технологий изготовления разовых песчаных форм.

Актуален вопрос – сколько стоит интуитивный подход выбора специалистами заводов (о котором пишут оппоненты) той или иной технологии изготовления разовых песчаных форм или рекомендации сторонних, но часто заинтересованных советников.

Е. Что реально мешает развитию Фуран-процесса и Алфа-сет-процесса

В первую очередь это состав и высокая цена связующих, а также минимизация выбираемого при модернизации комплекта технологического оборудования и его упрощение, особенно в части вентиляции, газоочистки и регенерации, а в частности:

- высокий уровень вредных газовыделений от устаревших модификаций связующих;

- упрошенный ценовой подход при выборе связующих на литейных заводах;

- ущербная минимизация затрат при выборе технологического оборудования;

- отсутствие системного подхода при оценке проектов модернизации.

Так, в большинстве случаев при проектировании литейных формовочных участков не планируется использование самых современных систем регенерации и аспирации. Также при проектировании в комплекс оборудования необходимо обязательно включать системы подогрева песка, регенерата и связующих по ХТС-процессу.

В настоящее время на рынке производителей связующих материалов можно отметить несколько ведущих международных компаний: Ashland, Furtenbach, Hüttenes-Albertus, Foseco. Эти компании стояли у истоков разработки использующихся в современных литейных производствах связующих систем для Cold-Box-Амин-процесса, Фуран-процесса, Альфа-сет-процесса и других технологических процессов. Соответственно, компании имеют широкую исследовательскую и производственные базы, оперирующие во многих странах земного шара для оптимизации производства самых разных типов отливок. Являясь лидерами в производстве связующих, компании постоянно совершенствуют свои технологии, занимаясь решениями в обеспечении литейных производств наиболее эффективной продукцией, удовлетворяющей как технологическим требованиям, так и ужесточающимся требованиям по защите окружающей среды. Можно смело рекомендовать при освоении отечественного производства связующих по ХТС-процессу учиться только у лидеров мировой индустрии производства компонентов литейной химии.

Посещая литейные заводы, встречаясь и беседуя с металлургами, приходится неоднократно слышать отзывы о тех или иных связующих различных Поставщиков. Практически всегда о материалах ведущих производителей звучат лишь хвалебные отзывы. К сожалению, в сложившейся ситуации мирового финансового кризиса, литейные заводы вынуждены сокращать издержки, пытаясь экономить на всем, в том числе и на связующих, что является весьма спорным решением. Тем не менее, в данной ситуации на “выручку” приходят производители, предлагающие материалы существенно дешевле мировых рыночных цен, обещая сохранение экологичности и эффективности производства.

Суммируя, можно сказать, что некоторые “современные” связующие, поставленные на литейные предприятия, часто было невозможно применять по причинам резкого запаха, раздражения глаз и носоглотки, несоответствия заявленным технологическим параметрам. Иногда партии материалов просто отсылались обратно производителю. Возникает вопрос: о каком качестве продукции можно говорить в этом случае? Видимо это проблемы первоначального накопления опыта на пути освоения связующих или желания увеличить объемы продаж пусть и не самого лучшего связующего.

Второе, на что стоит обратить особое внимание, это то, что в мире у ведущих компаний уже существуют пусть и более дорогие новые типы связующих, на базе соответствующих компонентов и добавок по уменьшению резких запахов, снижению их расхода, минимизации вредных компонентов и/или исключению некоторых из них. Также есть опытные и научно-исследовательские работы по созданию более экологически чистых связующих, как органических, так и неорганических. Возможно, это единственно правильный и достойный путь совершенствования и развития ХТС-процесса. При активном освоении и появлении экологически чистых и более дешевых связующих технология No-bake-процесс может получить гораздо большую область распространения.

Однако вот опыт реально действующего нового производства стальных отливок по Альфа-сет-процессу (ХТС) на одном из заводов Украины на сегодня пока следующий:

- 30% добавок свежего песка при цене за захоронение отходов в Украине около 130 гривен/тн (в Европе уже 200-300 EUR, в Белоруссии более 100 EUR). Цена связующего около 17.800 гривен/тн, отвердителя – 38.000 гривен/тн. Тонна свежего сухого упакованного песка в Украине - около 130 гривен/тн. Периодически на заводе проводят полное освежение песка из-за увеличения пригара отливок. Применяют опоки, что оправдано во избежание прорыва металла и др.

- время до съема изготовленных полуформ с модели летом (при +15-20ºС) около 25-30 минут, зимой существенно больше (при размере опок менее 1500 мм).

- минимальное время готовности форм для заливки – через 4 часа.

- прочность первые 24 часа растет и выходит на 6кг/см² (на разрыв), далее начинает падать в течении 3-5 дней до стабилизации на уровень 4кг/см².

- заливку предпочитают делать через смену и даже более чем через сутки. Если форма не выдержана длительное время до заливки, то будет активно появляться поверхностная микропористость отливок. А это недопустимо для заданной номенклатуры отливок.

- заливка происходит на плацу при производительности АФЛ по Альфа-сет-процессу около 3-5 форм в час.

- выбивку осуществляют через сутки, т.к. форма ХТС без влаги и очень низкий отвод тепла при охлаждении отливок в форме. Через сутки отливка остывает до 620-600º С при металлоемкости формы около 600 кг (макс. толщина стенки до 70-80 мм). Более тонкостенные отливки выбивают через 16 часов.

Исходя из суммарного опыта реально действующих литейных заводов и необходимо в дальнейшем актуально анализировать все сопутствующие затраты и нюансы проектов модернизации при выборе ХТС-процесса («с открытыми глазами»). А при оценке вариантов возможных поставщиков оборудования по ХТС-процессу выбирать только лучших поставщиков на базе их опыта длительного производства смесителей непрерывного действия, систем регенерации, пневмотранспорта, выбивки и т.д.

Ж. Заключение и постановка задач модернизации литейного производства

Модернизация литейного производства должна быть разумной на базе многосторонне обоснованного выбора оптимального варианта из 4-х основных технологий изготовления разовых песчаных форм по процессам ПГС, Вакуум, ХТС, Cold-box-Амин для конкретных условий реального цеха. В настоящее время это актуально как никогда ранее и дополнительно требуется информационная поддержка заводов во избежание распространенных заблуждений часто в пользу одного из данных процессов.

Процесс модернизации литейного производства будет развиваться по нарастающему тренду и он уже необратим. А в последнее время, не только вопреки кризису, но даже как главное средство выхода из него во избежание будущих экономических потрясений он получил новый импульс со стороны правительства.

Из доклада на XI съезде «Единой России» председателя Партии, председателя правительства РФ Владимира Путина: «…Кризис жестко поставил вопрос о глубокой модернизации всей нашей промышленности, о перспективах многих компаний, включая и те, которые являются системообразующими для российской экономики.

Хотел бы подчеркнуть: прошлые достижения и заслуги тех или иных предприятий сами по себе не могут служить основанием для получения помощи со стороны государства. Нельзя порождать иждивенчество, консервировать техническую и управленческую отсталость.

Сотни компаний за последний год в то же время показали и доказали, что способны развиваться в самых трудных условиях, преодолевать текущие проблемы, имеют внятные планы модернизации. И вы знаете, я видел много таких компаний в течение этого года. Иногда даже с удивлением – в сложных финансовых условиях люди добиваются замечательных результатов. Именно таким и надо помогать в первую очередь.»

В 2009 кризисном году Кировский завод, Калужской на АФЛ по Вакуум-процессу увеличил производство отливок чугунных ванн на 15% достигнув 20.000 тн/год. Тогда как многие другие заводы на устаревшем еще до «перестройки» литейном оборудовании не смогли противостоять кризисным тенденциям и уменьшили объемы производства иногда на 50-70%. Следует особо отметить, что Кировский завод своевременно, за 2 года до кризиса, освоил современную АФЛ, что позволило сократить литейные площади в 2,2 раза, увеличить производительность производства отливок на одного сотрудника в 3,5 раза, обеспечить ресурсосбережение – снизить вес отливок на 10-12%, уменьшить брак в 2 раза, увеличить качество поверхности и т.д. То есть, модернизация литейного производства позволила Кировскому заводу быть конкурентоспособным и независимым в любых экономических условиях.

Уже активно модернизируются в первую очередь заводы по производству крупных стальных Ж.Д. отливок. Правильно также быстро освоить производство автомобильных литых автокомпонентов на АФЛ по ПГС-процессу в условиях государственной стратегии создания значительного числа сборочных автозаводов, как нового отечественного автопрома.

Освоения производства в России всех 100% чугунных ванн по инновационной технологии Вакуум-процесс – прекрасный пример модернизации литейного производства и ответственности собственников и руководителей отдельных литейных заводов по выполнению мировых законов экономики - обновления, повышения конкурентоспособности и экономической безопасности.

Однозначно всем литейщикам следует проявить личную заинтересованность в модернизации литейного производства на базе самых инновационных технологий с целью повышения эффективности и конкурентоспособности отечественных заводов. Для чего в данном журнале постоянно публикуется информационная поддержка об опыте различных литейных заводов мира. А теперь всесторонняя модернизация экономики получила поддержку и на самом высшем политическом уровне страны.

Поддержка Cold-box-Амин-процесса была дана еще на самых первых этапах перевода производства стержней с «горячих» на «холодные ящики» на заводах России (ЛП, №6, 1996, стр.22-23) на базе анализа парадоксов импорта литейного оборудования и технологий. Уже тогда в 1996 г. была показана мировая тенденция развития способа литья в «стержневые формы». Также были сформулированы основные вопросы модернизации и обновления литейного оборудования и технологий для повышения его конкурентоспособности и эффективности. Однако, например, на флагмане отечественного машиностроения ВАЗ пока нет стержневых машин по «холодным ящикам», там по-прежнему работают по «горячим ящикам». Возникает вопрос, что это – общая тенденция в отношении литейного производства или частный случай? В 2009 году ВАЗ уменьшил производство автомобилей в 2,5 раза – без комментариев.

На всех литейных выставках представлен совместный стенд немецких фирм-поставщиков литейного оборудования по всем четырем указанным технологиям изготовления разовых песчаных форм (ПГС, Вакуум, ХТС, Cold-box-Амин). Это является необходимым и достаточным условием для независимого выбора и оценки одной их 4-х различных технологий изготовления разовых песчаных форм для конкретного типа отливок. Аналогичная выставка ЛИТМАШ-2010 на Красной Пресне 24-27 мая 2010 года позволит сделать очередной шаг в модернизации литейного производства. На одном стенде будут все возможности для личной активной совместной работы по новым проектам внедрения и поставок немецкого литейного оборудования на базе оценки преимуществ всех 4-х типов технологий изготовления разовых песчаных форм.

Литейщикам стоит проявить наибольшую личную заинтересованность, помощь и поддержку в первую очередь реальных проектов модернизации на конкретных литейных заводах, вместо пассивного созерцания в ожидании лучших времен или того, что кто-то другой вместо нас решит неотложные вопросы модернизации. При этом высшее качество немецкого литейного машиностроения не вызывает сомнений у большинства специалистов, и логично для повышения гарантий работоспособности и долговечности АФЛ обоснованно рекомендовать только самое лучшее оборудование и технологии для отечественных литейных заводов, приступивших к подготовке новых проектов модернизации и обновления производства.

Не вызывает сомнений и необходимость в заинтересованности по обновлению явно устаревшего парка АФЛ на базе встряхивающих машин на инновационную технологию Сейатцу-процесс. Вообще, стремление внести определенный вклад в прогресс и модернизацию по обновлению оборудования и технологий - это нормальное стремление всех литейщиков.

Автор - эксперт литейного производства Буданов Евгений Николаевич открыт и доступен для всех дискуссий и консультаций по телефонам +7 (499) 907-5000; 907-5255; 907-5171 или e-mail hws-moscow@nln.ru

Д.т.н., проф. А.В. Афонаскин (Курганский государственный университет), г.Курган

Некоторые комментарии к статье Буданова Е.Н. "Семь основных мифов и заблуждений относительно литейного производства".

Не могу остаться в стороне от затронутых в статье Буданова Е.Н. проблем. Более 56 лет своей трудовой деятельности отдано литейному производству. За эти годы созданы высокоперспективные технологии, которые и сегодня эффективно используются в литейном производстве России, СНГ и за рубежом.

В период мирового экономического кризиса, когда продолжается падение объемов производства литья, поковок, штамповок, останавливаются мелкие и крупные заготовительные цеха – статья Буданова Е.Н., по моему убеждению, весьма актуальна. В управление литейным производством приходят новые молодые кадры, во многих регионах России создаются новые литейные участки (цеха), заводы, и вопрос безошибочного принятия решения реконструкции, создания нового производства является актуальной и ответственной задачей для руководства.

Автор на основе мирового анализа состояния процессов формообразования, опыта успешных литейных производств России и СНГ показал высокую эффективность их внедрения.

Согласен с автором, что создание сегодня самостоятельных и независимых литейных заводов и цехов становится как никогда актуальным. Именно эти цеха и заводы могут стать развитыми, конкурентными, высокоэффективными - и это сегодня подтверждается практикой успешной работы Кировского завода Калужской области и других предприятий России.

Состояние и развитие литейного производства относится к тем сложнейшим экономически проблемам, которые еще не нашли должного решения в рамках государственной системы управления. Существующий технический уровень литейного производства вследствие недостаточных темпов внедрения передовых процессов и оборудования не соответствует современным требованиям: более 70% парка составляет морально устаревшее оборудование, в зачаточном состоянии находится автоматизация литейных процессов на базе использования роботизированных гибких комплексов, ЭВМ. Большой объем ручных и маломеханизированных работ сохраняется на операциях финишной обработки. Не реализуется важный резерв снижения металлоемкости и повышения качества продукции – широкое использование прогрессивных материалов, недостаточны объемы по производству отливок из высокопрочного чугуна.

Крайне низки затраты на техническое перевооружение литейного производства. Большие трудности со снабжением литейного производства качественными формовочными материалами, ферросплавами, лигатурой, крепителями и т.д.

Недостаточное внимание к заготовительной базе породило ряд негативных явлений, таких как: низкий технический уровень большинства литейных производств, слабая специализация, недостаточный уровень использования производственных мощностей, невысокое качество отливок, обострение экологической ситуации в городах, имеющих литейные производства, нерациональные кооперированные связи, неудовлетворительные условия работающих, низкая производительность труда в мелких литейных цехах и, как результат, высокая стоимость отливок и низкая рентабельность производства.

Из всех известных форм специализации в литейном производстве преобладает технологическая. А важнейшим ее преимуществом является то, что она создает предпосылки создания наиболее прогрессивных ресурсосберегающих технологических процессов плавки, формообразования. Кроме того, важнейшим преимуществом технологической специализации является и то, что создаются предпосылки максимального использования оборудования литейного производства. Поэтому не случайно большинство из литейных цехов изготавливают отливки не только предназначенные для обработки деталей, идущих на сборку изделий предприятия и запасные части к ним, но и поставленные другим предприятиям в качестве товарной продукции данного предприятия по договорам. Это обеспечивает большую концентрацию производства и, следовательно, повышение его эффективности.

Убедительно с хорошим экономическим и техническим обоснованием дан анализ эффективности внедрения АФЛ опочной и безопочной формовки, внедрение АФЛ вакуумно-пленочной формовки как альтернативы ХТС-процессу при создании нового и реконструкции существующего отсталого литейного производства.

Что касается вакуум-процесса, могу с глубоким убеждением сказать в его пользу. Более 25 лет на ОАО «Курганмашзавод» успешно работает отечественная линия вакуумно-пленочной формовки. За эти годы освоена сложнейшая номенклатура ответственных деталей типа корпусного литья, отливок трубопроводной арматуры, термических решеток из хромоникелевых сплавов и других. Процесс эффективный, высокоэкологичный, полностью поддерживаю и рекомендую широко использовать его в нашем литейном производстве и при создании новых и реконструкции действующих цехов и заводов.

Что касается его сравнения с ХТС-процессом, это просто некорректно, нет смысла комментировать, так как автор статьи сделал это убедительно.

Для крупного тоннажного штучного литья это целесообразно, а в остальном более эффективен вакуумно-пленочный процесс.