Выпуск отливок предприятиями Украины и ее ближайших стран-соседей на фоне тенденций развития мирового литейного производства.

Украина испокон веков славилась литейным производством (ЛП) и в 80-90-х годах прошлого века занимала первое место в мире по литью металла на душу населения. ЛП относят к одному из старейших и основных способов изготовления металлических изделий и заготовок для различных отраслей промышленности. Литые детали применяют как в машиностроении, приборостроении, металлургии, так и в жилом или дорожном строительстве, они нередко являются предметами культуры и быта. Способом литья получают заготовки и детали из различных сплавов любой конфигурации, необходимой структуры, макро- и микрогеометрией поверхности, массой от нескольких граммов до сотен тонн, с заданными эксплуатационными свойствами и с успехом заменяют изделия, ранее получаемые по технологиям ковки, сварки, механической обработки и тому подобное.

Сегодня для литья деталей используют несколько десятков технологических процессов и их разновидностей с достаточно широкой универсальностью, или пригодных для изготовления узкой номенклатуры определенных отливок. Исторически сложилось разделение этих способов на обычные, как литье в песчано-глинистые формы (ПГФ), и специальные - другие виды литья [1]. В сравнении с другими способами получения заготовок для деталей машин (прокатка, ковка, сварка) ЛВ имеет значительные преимущества. Литьем в ПГФ получают до 40-45% общего количества отливок, как основным способом их изготовления.

Также широкое применение получили специальные виды литья: кокильное, под давлением, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, центробежное и другие, позволяющие получать отливки повышенной точности, с высокой чистотой поверхности, минимальными припусками на механическую обработку и нередко с ее исключением. Дальнейшее совершенствование технологии, механизации и автоматизации получения отливок, повышения их качества осуществляется на основе научных исследований и производственного опыта предприятий. Современная наука позволяет в корне изменить технологию, значительно увеличить производительность труда, создавать новое высокопроизводительное литейное оборудование. Литейно-металлургические производства в той или иной степени присутствуют практически на всех крупных машиностроительных предприятиях [1].

Рассмотрим производство отливок в мире, Украине и ближайших ее странах-соседях. Мировой рынок отливок из сплавов черных и цветных металлов в XXI веке, несмотря на финансовый кризис 2008-2009 гг., уверенно растет. Статистические данные за 2017 г. позволяют констатировать, что по сравнению с 2000 г. суммарное производство металлических отливок в мире увеличилось с 64,8 до 109,9 млн. т, или в 1,7 раза (рис. 1). Если сравнивать показатели 2017 и 2016 гг., то рост составил 5,3 %. Эти почти 110 млн. т металлических отливок полученные при росте за год на 5,5 млн. т. Такой темп роста наступил после двух лет роста менее чем на полпроцента.

                   Рис. 1. Динамика производства отливок в мире, по материалам Modern Casting (для нижней кривой вертикальная ось показана справа, данные по 2018 г. - оценочно, на 2019, 2020 - прогноз) [2].

По оценкам в 2018 г. рост производства отливок в мире несколько затормозится и составит 110-111 млн. т, а в 2019 - 111-113 млн. т (рис. 1). Во многом это коррелирует с замедлением роста глобальной экономики. Так, если по данным Всемирного банка (World Bank) в 2017 г. реальный ВВП в мире увеличился на 3,1 %, то в 2018 г. он ожидается на уровне 3,0 %. В 2019 году г. по прогнозу роста мирового ВВП ожидают на 2,9 %, а в 2020 г. - на 2,8 %.

Из 33 стран, по данным за последние два года, 25 сообщили о расширении годовых объемов литья (рис. 2). Среди 10 ведущих стран по общему объему производства в России был самый высокий рост в 2017 г. С увеличением производства на 8,3%. Китай увеличил общий объем производства на 2 млн. т до 49,4 млн. т, США увеличили тоннаж на 4 %, а Индия - на 6,2 %.

Для сравнения показана диаграмма производства стали металлургическими заводами стран мира (рис. 3), мировая выплавка стали в 2018 г. увеличилась по сравнению с 2017 г. на 4,6 %, до 1808,6 млн. т. Страны с мощной металлургией одновременно являются лидерами литейного производства. 

Рис. 2. Объем литья по доле стран-производителей [2].

Рис. 3. Выплавка стали металлургией стран мира в 2017 и 2018 гг [3].

Еще больше выпуск отливок отвечает объему продукции машиностроения, являясь основой заготовительного производства этой отрасли (рис. 4).

                  Рис. 4.  Объем стоимости продукции машиностроения [4].

В глобальном ЛП Китай наращивает свою долю в объеме литья, в частности чугуна (рис. 5 а), стали и цветных сплавов, в том числе алюминиевых (рис. 5 б).

                  а                                                                      б

Рис. 5. Доля Китая в литье чугуна (а) и алюминиевых сплавов (б) в мире в 2017 г. [4].

Также рассмотрим диаграммы изменения мирового производства суммарно отливок из серого чугуна (СЧ) и высокопрочного чугуна (ВЧ) (рис. 6, 7) [4].

 Рис. 6. Объем литья чугуна по регионам мира [4].

Рис. 7. Объем литья чугуна по регионам Европы [4].

Рассмотрим структуру глобального литья по сплавам. В мировой экономике растет спрос на энергосберегающие программы, увеличиваются темпы производства отливок из цветных металлов и замедляется производство отливок из черных металлов в 2013-2017 гг. (рис. 1, 8).

          Рис. 8. Металлоструктура производства литья в мире в 2013 и 2017 гг. (%).

Наблюдается рост производства отливок в мире из сплавов цветных металлов на 20,7 %, а отливок из черных металлов - на 3,0 %. Предполагаем, что в 2019 и 2020 гг. мировое производство отливок из цветных металлов будет увеличиваться примерно на 1 млн. т в год. Характерно, что за период с 2013 по 2017 гг. произошли определенные изменения и в структуре сплавов для изготовления отливок в мировом литейном производстве. Если доля алюминиевых сплавов увеличилась с 14,9 до 17,4 %, то доля серого чугуна упала с 46,3 до 44,7 %, а стали с 10,8 до 10,3 %. Таким образом, имеет место процесс расширения сферы использования продукции из алюминиевых сплавов в потребляющих отраслях мировой экономики [по материалам Modern Casting] (рис. 8, 9).

Тенденции к выпуску электромобилей и производству облегченной продукции стимулирует рост алюминиевого литейного производства, в дополнение к увеличению объемов такого производства в Западной Европе некоторые ведущие литейные группы также инвестируют в такие цехи и в Восточной Европе. Намечается восстановление в России и Украине такого производства и процесс наверстывания его в Турции. В то же время большая часть роста алюминиевого литья в Северной Америке будет вызвана инвестициями иностранных производителей оборудования и глобальных литейных групп, а Корея и Япония потеряют часть рынка в Китае. Для Восточной Европы прогнозтруется устойчивое восстановление производства алюминиевых отливок в течение следующих лет (например, в России и Украине). В среднесрочной перспективе расширение алюминиевого литейного производства предполагается в Турции, а также увеличение мощностей для литья в Словакии, Чехии и других европейских странах. После значительного роста в последние годы ожидается, что с 2018 года алюминиевые литейные заводы Германии произведут 1,2 млн. т [4].

Рис. 9. Объем литья из алюминиевых сплавов в мире [4].

Мировое производство литья медных сплавов выросло на 11,7 % в 2010-2017 гг. К 2025 г. ожидается, что это производство вырастет примерно до 1,95 млн. т в год. В то время, как в Западной Европе и Северной Америке производство медного литья будет восстановлено, более половины мирового производства медного литья будет производиться в Азии [4].

Рассмотрим производство отливок в ближайших соседних странах Украины – Беларуси и России, как наиболее вероятных ее конкурентов.

В частности, в Беларуси литейных производств насчитывается более 60. Их суммарные мощности составляют 557,5 тыс. т литья в год с общей загрузкой - 44,3% и с общим выпуском - 247,2 тыс. т литья в 2016 г. [1]; в том числе (тыс. т): стали - 35,9; СЧ - 162,6; ВЧ - 26,2; алюминия -14,5; бронзы - 1,0; латуни - 6,8; цинка - 0,15. Технологические процессы в ЛП Беларуси указаны в табл. 1.

Табл. 1. Технологические процессы в производстве литейной продукции Беларуси

В структуре производства литейной продукции серый чугун представлен наиболее широко - свыше 64 %. Цветное литье совокупно не превышает уровень 10 %. Основные направления реализации и использования литейной продукции из черных металлов распределены в равных долях (30-35%): на предприятия республики (кооперация), использование для собственных нужд и поставок на экспорт.

Основные же средства большинства литейных цехов Беларуси морально и физически изношены, чаще всего используются ручной или маломеханизований способ формовки, а также низкоэффективные способы плавки. Основное технологическое оборудование имеет в среднем более чем 25-летний срок эксплуатации. Основную массу отливок производят в сырых ПГФ, как наиболее распространенным и общедоступным методом за счет дешевизны материалов, но этот метод является достаточно энергозатратным.

В смесеприготовлении преимущественно применяют технологии и оборудования, не соответствующие современным требованиям получения формовочных и стержневых смесей. В настоящее время эксплуатируется всего около десяти смесителей вихревого типа (ОАО «Минский автомобильный завод» - управляющая компания холдинга «БелавтоМАЗ», ОАО «Гомельский литейный завод», Центролит и т.д.). Они дают снижение расхода электроэнергии в 1,5 раза на 1 т смеси и расходов связующих компонентов на 15-20 %. Недостаточная эффективность существующей структуры ЛП, базирующейся на крупных производственных цехах с оборудованием большой мощности и с высокой степенью износа (до 70 %), лишена необходимой производственной и сбытовой гибкости. А избыточная мощность в этом случае экономически не оправдана.

Потенциал ЛП Беларуси должен опираться не только на географическое положение и сравнительно небольшие затраты на транспортировку литья, но и на базу высококвалифицированных инженерных кадров и возможность изготовления отливок, отвечающих требованиям международных стандартов [1]. Уникальная возможность сосредоточения на литейных производствах значительной части зарубежных заказов подтверждается наличием в Беларуси резервных мощностей литейных цехов, которые составляют около 200-300 тыс. т отливок в год на сумму около 250-350 млн. евро.

Литейные производства, близкие по уровню технологического оснащения к условиям производства конкурентоспособного литья, по приказу Минпромышленности Беларуси (9.12.2016) «Об оптимизации литейных производств» относится к базовым литейных производств. Их развитие должно обеспечить эффективную деятельность литейной отрасли республики, выполнение международных заказов, получение валютной выручки и формирование устойчивого имиджа производителей продукции стабильного качества и приемлемой цены, способствовать развитию дальнейшего углубления кооперационных связей [1].

С целью повышения качества и конкурентоспособности чугунного, стального и цветного литья, создание новых материалов и технологий НАН Беларуси считает целесообразным:

• создание на базе ОАО «БЕЛНИИЛИТ» отраслевой лаборатории по разработке литейного оборудования, в том числе оборудования для изготовления форм и стержней и придание ОАО «БЕЛНИИЛИТ» статуса отраслевого научно-технологического центра по ЛП, который осуществляет координацию разработок в области литья черных и цветных металлов;
• создание на базе ОАО «Минский механический завод им. С. И. Вавилова - управляющая компания холдинга «БелОМО» отраслевой лаборатории по алюминиевому литью;
• создание на базе Института технологии металлов НАН Беларуси отраслевой лаборатории по чугунному и стальному литью.

Со своей стороны специалисты НАН Беларуси будут содействовать в решении проблем повышения качества и конкурентоспособности продукции, в проведении централизованных специальных исследований аккредитованными лабораториями институтов [1].

Рассматривая литейное производство России, впечатляет то, что она ставит амбициозную задачу достижения годового производства в 2030 г. в объеме 8 млн. т отливок. Объем производства отливок в России в 2017 г. – 4,25 млн. т [5] (рис. 10, 11).

  Рис. 10. Литейное производство РФ в 2017 г. и прогноз на 2020/2030 гг.[5].

Рис. 11. Структура импорта отливок РФ.

Обращаясь к ЛП Украины, к сожалению, вынуждены констатировать, что объем производства литья в Украине снизился до критического состояния и достигает в 2016-2018 гг. 500 - 550 тыс. т/год (рис. 12, 13), стоимостью около 30 млрд. грн. Согласно данным Госстата в Украине на 2018 г. зарегистрировано 133 предприятия, занимающихся литейным производством, с 6,2 тыс. работников; стальное литье производят на 30 фирмах, чугунное - на 60, легкие цветные металлы - на 27 и другие цветные металлы - на 16. Некоторая неточность объема литья возможна погрешностями учета производства отливок.

Рис. 12. Объем производства и структура литья в Украине 2016-2017 гг.

(500 - 550 тыс. т / год, стоимостью ~ 30 млрд. грн., ~ 0,5 % мирового производства).

Рис. 13. Структура литья в Украине по сплавам металлов.

Снижение производства отливок в Украине вызвано тем, что технический уровень основных фондов ЛП Украины (сооружения, цеха, участка, плавильные агрегаты, формовочное, смесеприготовительное, выбивное, станочное оборудование и т. д.) во многих случаях не отвечает современным требованиям. Значительное количество литейных цехов строилось более чем 40 лет назад, и более 75 % оборудования имеет срок эксплуатации свыше 25 лет, тогда как в промышленно развитых странах замена литейного оборудования происходит каждые 5-7 лет. Негативное влияние оказало падение выпуска продукции отечественного машиностроения. Экономическая ситуация, сложившаяся в Украине, характеризуется сравнительно низкой инвестиционной активностью. В результате развития рыночных отношений перед предприятиями ЛП возникла проблема выживания в конкурентной борьбе.

Для расширения реализации литья, в том числе на экспорт, литейная продукция должна объединять в себе высококачественные характеристики и конкурентоспособную цену. При этом системная интеграция отечественной экономики в мировое экономическое пространство стимулирует развитие конкурентоспособных технологий в нашей стране, в частности в машиностроении - снижение металлоемкости и себестоимости продукции за счет производства высокоточных отливок. Без решения задач, связанных с техническим переоснащением литейных мощностей Украины, невозможно реализовать стратегию по созданию высококачественной конкурентоспособной продукции на внутреннем и мировом рынках.

Позитивные начала возрождения ЛП Украины стали проявляться в том, что  на отдельных отечественных предприятиях в модернизацию и обновление производственных фондов ЛП в последние годы вложено до 100 млн. евро собственных и государственных средств, главным образом для внедрения смесей ХТС вместо формовки сырыми и жидкостекольными песчаными смесями. Снижение себестоимости литья достигается внедрением в производство новейших ресурсоэффективных технологий, специальных способов литья, использование нового современного плавильного, формовочного, другого литейного оборудования, оснастки и использования высококачественных материалов. Новые технологические процессы позволят повысить размерную точность деталей, улучшить товарный вид литья, механизировать и автоматизировать технологические операции, уменьшить трудоемкость изготовления отливок, а также уменьшить их вес за счет уменьшения припусков на механическую обработку, а в некоторых случаях вообще ее исключить. Среди важных задач развития ЛП - уменьшение расходов шихтовых, формовочных, стержневых материалов и топливно-энергетических ресурсов.

В частности, смеси ХТС характеризуются простотой применения. Для сложно-профильных отливок уместно применение ЛГМ-процесса, который снимает проблемы изготовления стержней, масштабных выбросов отработанных смесей. Песчано-глинистые смеси традиционно рационально применять на автоматических линиях для массового и крупносерийного производства, но из-за отсутствия выпуска такой продукции машиностроения потребность в них незначительна. Применение ВПФ ограничивает энергоемкость этого процесса при необходимости изготовления металлической вентилируемой модельной и опочной оснастки. Для плавки стали прогрессивными считаются дуговые печи постоянного тока, позволяющие произвести очистку металла благодаря его перемешиванию, дают меньший шум и меньше газовых и пыле-загрязнений. Новое термическое оборудование сейчас оснащают рекуперативными горелками, обеспечивающими равномерное распределение энергии и поддержание точности температуры нагрева деталей, подвергаемых термообработке. Теплоизоляцию, которая сохраняет тепло и до 50 % экономит расходы газового топлива, обеспечивают современные виды термоволокна для футеровки печей. И использованием пенокерамических фильтров повышают чистоту и свойства литого металла, а с помощью экзотермических и изоляционных вставок улучшают питание отливки прибылями, экономя металл.

В заключение обзора, отметим, что аналитики-литейщики рассматривают не только материальное процессы ЛП, но и сравнение заработной платы рабочих Европы (рис. 14), наряду со стоимостью смесей, лома, электричества, утилизации отходов смесей [6] и т.п.

Рис. 14. Сравнение заработной платы рабочих Европы в материалах конференции (2018) Всемирной организации литья (WFO) [6].

Краткий анализ тенденций прогресса в ЛП показал рост применения легких металлов, повышения прочности применяемых литейных сплавов и точных способов литья. Несмотря на снижение объемов производства отливок, в ЛП Украины в значительной степени сохранен производственный, инженерный и научно-технический потенциал. Это и прогнозируемые тренды восстановления отечественного ЛП позволят обеспечить выпуск литья в объеме до 2,8 млн. т в год, выходя на такие показатели к 2025 г. Причем, для собственных нужд будет достаточно 2,0-2, 3 млн. т / год и на экспорт - 0,5-0,8 млн. т / год.

Литература.

1. Витязь П. А., Толстой А. В., Садоха М. А. Анализ состояния литейных производств Республики Беларусь. Литье и металлургия. 2019. № 3. С. 35-40.
2. Global Casting Production Expands. Global Casting Magazine. 2019. V. 9, № 1. Р. 28-30.
3. Global crude steel output increases by 4.6% in 2018. 25.01.2019. URL: https://www.worldsteel.org/media-centre/press-releases/2019/Global-crude-steel-output-increases-by-4.6--in-2018.html
4. Heinz-Jürgen Büchner. Forecast 2025 for the global Foundry Industry. Düsseldorf, June 2019. 29 р. URL: http://foundrygate.com/upload/artigos/nDHg4d6Tr3BONowFhqE9oBazwAJ6.pdf
5. Dibrov I. Tendencies of development in the Russian foundry industry. 30.05.2019. URL: https://www.foundry-planet.com/news/corporate-news/detail-view/tendencies-of-development-in-the-russian-foundry-industry-2019/.

6. Mark Fenyes. The Global Castings Industry. AFI Queensland Conference 2018. URL: https://www.expertevents.com.au/wp-content/uploads/Mark-Fenyes_The-global-castings-industry.pdf

Авторы: Дорошенко В. С., Гнатуш В. А., Клименко С.И. ФТИМС НАНУ