УДК 621.762
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ИННОВАЦИОННОГО НАПРАВЛЕНИЯ ПОКРЫТИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Научный руководитель – профессор
Сибирский федеральный университет
В настоящее время на рынке защитных покрытий для металлоконструкций можно наблюдать наличие неудовлетворенного спроса на осуществление услуг по нанесению защитного покрытия на стальные конструкции, в особенности крупногабаритные. Также проблемой современного рынка данных услуг является локализация производства в центральной части России, в то время как спрос постепенно сдвигается за Урал (более 50% российских заводов металлоконструкций и 90 % цехов горячей металлизации сосредоточены в европейской части России).
В Красноярском крае выявлена положительная динамика текущего спроса на услуги по нанесению антикоррозионного покрытия. Кроме того, согласно результатам, полученным в ходе прогнозирования, спрос в ближайшие пять лет будет в среднем увеличиваться на 10 %. Способствовать постоянному росту данного показателя в будущем будут потенциальные потребители, функционирование которых обеспечит реализация программы развития Красноярского края до 2020 года.
Существуют следующие виды защитных покрытий:
Гальванические защитные покрытия – тонкие прочно сцепленные с основным материалом металлические покрытия, получаемые электролитическим осаждением металлов на защищаемой поверхности. Защитное действие гальванических покрытий при их плотной мелкокристаллической структуре определяется их толщиной: микродуговое оксидирование, анодирование и др.
Защитные покрытия получаемые горячим способом: цинкование, лужение, покрытие свинцом, алитирование.
Защитные покрытия, получаемые диффузионным способом: азотирование, цинкование , хромирование, никелирование.
Таблица 1 – Сравнительная характеристика способов защиты конструкций от коррозии
Способ покрытия | Механическая стойкость (уровень) | Химическая стойкость (уровень) | Срок службы товара, лет |
Газопламенное напыление | Высокая | Высокая | 10 – 15 |
Термодиффузионное покрытие | Выше среднего | Выше среднего | 10 – 15 |
Гальваническое покрытие | Средняя | Средняя | 5 – 10 |
Покраска | Низкая | Низкая | > 5 |
Окунание в расплав (Zn или Al) | Высокая | Высокая | < 25 |
Анализ качественных показателей разных способов защиты подтверждает, что именно горячее цинкование обладает высокой коррозионной стойкостью, которая в несколько раз превышает стойкость электролитически оцинкованного изделия. Горячее цинкование заключается в нанесении слоя цинка (или сплава) на поверхность металлического изделия. В результате антикоррозийной защиты срок службы изделия значительно продляется (до 50 лет). Сам метод применяется для увеличения срока службы деталей машин и приборов, крепежных элементов, трубопроводов, опор ЛЭП, каркасов зданий и прочего.
Покрытие обычно состоит из слоев железо-цинковых сплавов с понижающимся по мере приближения к поверхности содержанием железа. Наружным слоем является слой практически чистого цинка с содержанием железа 0,007%.
Основным ограничением для подлежащих цинкованию конструкций данным способом являются параметры ванн. Их размеры позволяют оцинковывать конструкции до 30 м, используя технологию двойного окунания в ванну с максимальной длиной 13 м, что значительно усложняет сам процесс. В то же время в результате анализа рынка выявлен спрос на крупногабаритные конструкции размерами от 5 м. В последнее время именно крупногабаритные металлоконструкции находят все большее применение в таких отраслях как связь, энергетика, городская инфраструктура
Для решения проблем, связанных с ограничениями традиционной технологии, был проведен поиск альтернативных способов защиты конструкций, осуществлен поиск инновационных решений в рассматриваемой сфере, которые способны решить как технические ограничения традиционных технологий, так и будут экономически эффективны.
По данным работы наиболее оптимальным вариантом по нашему мнению является новая технология покрытия, основным отличием которой является не погружение конструкции в ванну, а ее прохождение сквозь толщу металла. Рассмотренный способ антикоррозионного покрытия решает проблему защиты крупногабаритных конструкций, а также предоставляет возможность не только осуществления оцинкования, но и алитирования.
Алюминиевое покрытие обладает рядом принципиальных преимуществ, которые решают существующие недостатки и проблемы традционных способов покрытия. Во-первых, из-за небольшой удельной массы алюминия расходы на основной материал в два с половиной раза меньше, чем при цинковании. Во-вторых, алюминиевое покрытие в несколько раз более стойкое, чем цинковое, и защищает металл практически во всех условиях эксплуатации, даже в кислых средах. Еще одним из достоинств алюминирования является возможность при сварке алитированных конструкций создавать оксидную пленку, не поддающуюся коррозии (цинкованные конструкции не позволяют этого делать). Так что алюминированная сталь будет незаменима там, где стальные конструкции работают в агрессивных средах: добыча нефти и газа, химические производства, пищевая промышленность, строительство.
Стоит отметить, что алюминиевая поверхность может быть окрашена в разные цвета, и в отличие от нанесенной на оцинкованную поверхность, эта окраска обладает исключительной стойкостью в любых условиях. Подобное преимущество открывает перед алюминированными конструкциями рынки, где высокая коррозионная стойкость должна сочетаться с выносливостью к механическим нагрузкам и привлекательным внешним видом.
В таблице 2 приведена сравнительная оценка стоимости традиционной технологии горячего оцинкования и предлагаемой инновационной технологии нанесения защитных покрытий, при использовании которой себестоимость покрытия значительно ниже, чем при традиционной технологии.
Таким образом, рассматривая объем Красноярского рынка, следует рассматривать объем передачи неудовлетворенной части спроса сторонним предприятиям центральной части России, так как в Сибири и на Дальнем Востоке, в частности в Красноярском крае, заводов по оказанию услуги горячего цинкования нет.
Таблица 2- Сравнение традиционной технологии и инновационного решения
Параметр | Традиционная технология | Инновационная технология | |
Zn | Al | ||
Стоимость покрытия, руб./м2 | 51,9 | 24,3 | 18,9 |
Количество расплава в ванне, т. | 349 | 17,9 | 6 |
Стоимость расплава в ванне, млн. руб. | 25,1 | 1,5 | 0,5 |
Постоянные издержки на линию, млн. руб./год | 413,5 | 39,4 | 15,8 |
Анализ объемов производства показал, что в среднем наиболее крупные заводы по производству металлоконструкций имеют необходимость транспортировки 33,3 тыс. т металлоконструкций на заводы Европейской части страны. Отметим, что такая схема удовлетворения спроса на оцинкованные металлоконструкции способствует удорожанию услуги цинкования, которое связано с возникновением дополнительных затрат.
Это можно будет избежать благодаря созданию завода по нанесению защитных покрытий непосредственно за Уралом, в Красноярском крае, так как это перспективный развивающийся регион с крупным промышленным комплексом.
Стоит отметить, что большие размеры современных металлоконструкций, в том числе мачты радио и сотовой связи, вышки, а также опоры линий электропередач в энергетике являются одним из определяющих параметров при выборе технологии нанесения покрытия.
Возможным вариантом решения изложенных противоречий является рассмотрение строительства завода по нанесению защитных покрытий непосредственно в Красноярском крае, на котором будет применена новая технология, предполагающая не окунание в расплав конструкции, а ее горизонтальный проход сквозь толщу металла.
В настоящее время красноярские потребители пользуются услугами новосибирского завода по оцинкованию металлоконструкций, поэтому ввод в действие завода с использованием новой технологии непосредственно в Красноярском крае будет иметь огромное значение как для развития региона - его экономического и технического потенциала, так и для развития в целом российской металлургии.
