Aluminium International Today Russian June 2018

ПЕРВИЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ

УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ

www.aluminiumtoday.com Июнь 2018 – Вып. № 33 На русском языке

МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЖУРНАЛ ПО ПРОИЗВОДСТВУ И ОБРАБОТКЕ АЛЮМИНИЯ

КОМПЕТЕНЦИЯ FIVES В УПРАВЛЕНИИ ПРОЕКТАМИ В КОМБИНАЦИИ С ПЕРЕДОВЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ ДЛЯ ПРЕВОСХОДНЫХ EPC-РЕШЕНИЙ

ЭКСТРУЗИОННЫЕ ПРЕССЫ ДЛЯ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛОВ

Работа Работассзаготовками заготовками

Пресс Пресс прямого прямого ии обратного обратного прессования прессования труб труб усилием усилием 45 45 МН МН

Алюминиевые Алюминиевые трубы, трубы, изготовленные изготовленные методом методомэкструзии экструзии

НАИВЫСШИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА На современных экструзионных прессах для легких

SMS group предлагает клиентам все работы и услуги из

металлов от SMS group изготавливаются профили

одних рук: от индивидуального проектирования линий

и трубы из алюминия и алюминиевых сплавов для

с высоким коэффициентом готовности и надежностью

многих отраслей промышленности. Их особенностью

оборудования до интеллектуальных систем управления

является усовершенствованная SMS group конструк-

собственной разработки, управления инструментом,

ция фронтальной загрузки. На сегодняшний день это

протоколов заготовок, привязки к главному производ-

самая современная технология прессования, надежно

ственному компьютеру и прикладного технологическо-

зарекомендовавшая себя во всем мире. Ее преиму-

го программного обеспечения. Давайте вместе вносить

щества: высокая производительность и превосходное

свой вклад в производственно-сбытовую цепочку!

качество профиля.

Ведущий партнер в сфере металлов

Представительство СМС груп ГмбХ в Москве 129110 Москва, Россия Олимпийский пр., 18/1 Тел.: +7 495 931-9823

Факс: +7 495 931-9824 office@sms-group.com www.sms-group.com www.sms-group.com

СОДЕРЖАНИЕ 1

www.aluminiumtoday.com

2

КОЛОНКА РЕДАКТОРА АНОДНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

2

Джон Ауэрс, Пол Адкинс

Нефтяной кокс для производства анодов: надвигается шторм Выпуск № 33 на русском языке – июнь 2018 На русском языке журнал издается с 1993 г.

ПЕРВИЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ

ОБЛОЖКА

Редакция Редактор: Nadine Bloxsome Тел.: +44 (0) 1737 855 115 nadinebloxsome@quartzltd.com

ПЕРВИЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ

6

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ

УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ

Новый пилотный завод компании Hydro – технологический прорыв в повышении энергоэффективности электролиза алюминия

Редактор-консультант: Tim Smith, PhD, CEng, MIM Русскоязычный редактор: Александр Гуров

www.aluminiumtoday.com Июнь 2018 – Вып. № 33 На русском языке

Выпускающий редактор: Annie Baker

МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЖУРНАЛ ПО ПРОИЗВОДСТВУ И ОБРАБОТКЕ АЛЮМИНИЯ

8

Джефф Мэтьюз

Сохранение баланса в современных

Отдел рекламы Международный менеджер: Nathan Jupp nathanjupp@quartzltd.com Тел.: +44 (0) 1737 855 027

КОМПЕТЕНЦИЯ FIVES В УПРАВЛЕНИИ ПРОЕКТАМИ В КОМБИНАЦИИ С ПЕРЕДОВЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ ДЛЯ ПРЕВОСХОДНЫХ EPC-РЕШЕНИЙ

энергосетях

УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ

Директор по продажам рекламы: Ken Clark kenclark@quartzltd.com Тел.: +44 (0)1737 855 117

14

Производство рекламы: Martin Lawrence martinlawrence@quartzltd.com

Джессика Сандерсон

Прогресс через партнерство: создание устойчивой ценности в сотрудничестве с

Подписка

клиентами

Elizabeth Barford Тел.: +44 (0) 1737 855 028 Факс: +44 (0) 1737 855 034 E-mail: subscription@quartzltd.com Стоимость годовой подписки на англоязычный журнал с почтовой доставкой в Россию – £251.

Журнал Aluminium International Today издается на английском языке и распространяется по подписке (6 номеров в год), ежегодно издаются два выпуска на русском и китайском языках.

АЛЮМИНИЙ В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ

Фото на обложке Группы Fives, Франция Группа Fives – инновационное технологическое оборудование и линии для анодного, электролизного и литейного производства алюминия www.fivesgroup.com

18 В центре внимания: автомобили с низким уровнем выбросов 20 Электромобили и потенциал применения

www.aluminiumtoday.com

алюминия для их облегчения

Журнал издается при поддержке

НОВОСТИ КОМПАНИИ: Danieli Fröhling

2

23 Автомобилестроение стимулирует внедрение технологии резки полос

ПРЕССОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ 6 ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ Quartz Business Media Ltd, Quartz House, 20 Clarendon Road, Redhill, Surrey, RH1 1QX, UK Tel: +44 (0) 1737 855 000 Fax: +44 (0) 1737 855 034 E-mail: aluminium@quartzltd.com www.aluminiumtoday.com

24 Горячая газовая формовка алюминия: эффективный технологический процесс

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 27

Франк Л. Вейнмейстер, Боря Г. Лопес

Улучшенные технологии инспекции валков

18

полосовых прокатных станов

© Quartz Business Media ltd 2018

АНАЛИЗ И ТЕСТИРОВАНИЕ 30 ISSN 1475–455X

Aluminium International Today на русском языке

@AluminiumToday

Питер Эндрюс

Новый метод анализа алюминиевой поверхности Июнь 2018

2

КОЛОНКА РЕДАКТОРА

АНОДНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

www.aluminiumtoday.com

Nadine Bloxsome, Editor

Уважаемые читатели! Добро пожаловать в мир очередного русскоязычного выпуска журнала Aluminium International Today – ведущего международного информационного ресурса по производству и переработке алюминия. Наш лидирующий англоязычный журнал для мировой алюминиевой промышленности содержит дайджесты глобальных новостей и событий, а также подробные технические статьи, обзоры новых видов продукции, профили компаний, отчеты о международных конференциях и регулярные региональные экономические обзоры. Целевая аудитория – руководители и специалисты алюминиевой промышленности, ученые и работники научно-исследовательских организаций, технические эксперты и бизнесконсультанты. Вы всегда можете посетить наш постоянно обновляемый сайт www.aluminiumtoday.com и ознакомиться с последними новостями алюминиевой отрасли или подписаться на наш бесплатный дайджест новостей, еженедельно рассылаемый по электронной почте. Надеюсь, что Вам понравится этот специальный русскоязычный выпуск, а если Вы захотите представить свою статью для публикации, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться ко мне. С уважением, Надин Блоксом, Редактор журнала Aluminium International Today

Охлаждение предварительно обожженных анодных блоков на алюминиевом заводе Årdal, Норвегия (фото компании Hydro Årdal)

Нефтяной кокс для производства анодов: надвигается шторм Джон Ауэрс, Пол Адкинс* Возможности и проблемы бывают разных размеров. Некоторые из них большие и часто объявляются с большой помпой. Ответы на них можно тщательно подготовить, если есть для этого достаточно времени. Другие возможности не являются очевидными и могут тихо подкрасться к вам. Такие сюрпризы могут стать самыми прибыльными просто потому, что глобальная конкуренция не будет готова на них реагировать. Готовность к следующему деловому циклу часто является решающим фактором в определении того, кто станет управлять новым пакетом возможностей. Одна такая возможность (или вызов в зависимости от вашей перспективы) развивается вокруг продукта глубокой переработки нефтеперерабатывающих заводов, которому уделяется недостаточно внимания: прокаленного нефтяного кокса анодного качества (Anode Grade Petroleum Coke). Этот специальный продукт имеет важное значение – он является основным сырьем для производства анодов алюминиевых электролизеров и критическим элементом в производстве алюминия (для производства 1 т первичного алюминия требуется 0,5 т нефтяного кокса анодного качества). Поскольку для электролитического производства первичного алюминия не существует аль-

тернативного технологического процесса (в отличие от выплавки стали, где используют несколько различных процессов), интуитивно становится очевидно, почему нефтяной кокс анодного качества является таким критическим сырьем. Поскольку мировое производство и потребление алюминия быстро растет, а производство анодного кокса остается относительно стабильным, то нехватка этого жизненно важного для производства алюминия продукта неизбежна. К дальнейшему осложнению ситуации приведет требование Международной морской организации (International Maritime Organisation, IMO) по контролю выбросов и ограничению с января 2020 года допустимого уровня серы в судовом (бункерном) маловязком топливе на основе нефтепродуктов. Это исключит возможность применения обычного мазута в качестве судового топлива.

Производство нефтяного кокса Нефтяной кокс может производиться в нескольких формах в зависимости от качества исходного сырья (тяжелых остатков после перегонки нефти) и рабочих характеристик установок коксования. Нефтяной кокс анодного качества (Green Petroleum Coke, GPC) имеет пори-

nadinebloxsome@quartzltd.com *John Auers – Turner, Mason & Co (США); Paul Adkins – AZ China Ltd (Китай)

Июнь 2018

Aluminium International Today на русском языке

4

АНОДНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

стую (губчатую) структуру с низким содержанием серы и других примесей, он используется в производстве анодной массы и анодов алюминиевых электролизеров. Для получения нефтяного анодного кокса сырой нефтяной кокс GPC подвергают прокаливанию (кальцинации) и в результате получают прокаленный нефтяной кокс (Calcined Petroleum Coke, CPC). Этот процесс проводят в прокалочных печах при температуре свыше 1000 °C при непрерывном отводе из камер коксования летучих продуктов коксования и влаги. В процессе прокаливания происходит изменение кристаллической структуры углерода и сырой нефтяной кокс, являющийся изолятором, после прокаливания становится электропроводным материалом. Затем прокаленный нефтяной кокс смешивают с 10–15 % каменноугольного пека (Coal Tar Pitch, CTP) и формуют в большие прямоугольные блоки весом около тонны и более. Полученные блоки обжигают в течение нескольких часов и получают твердые углеродные блоки с низким содержанием примесей металлов и серы (из исходного сырья).

Поставки и спрос на аноды, требования IMO В США только около 10 % производимого нефтяного кокса имеет анодное качество, в то время как в Китае примерно половина производимого нефтяного кокса идет на изготовление анодной массы и анодов. Низкий уровень производства в США отражает высокую долю переработки очень тяжелых и высокосернистых марок нефти из Венесуэлы, Мексики и Канады. В нашем недавнем исследовании сделан вывод о том, что объем мирового производства нефтяного анодного кокса с 2017 по 2020 годы может вырасти только на 2,0 %, а до 2025 года мировой объем производства увеличится всего на 2,6 %. По прогнозам, спрос на алюминий в период с 2017 по 2020 годы увеличится на 13 %, а к 2025 году

Июнь 2018

спрос повысится на 40 %. Такой дисбаланс принесет значительные возможности и вызовы как для нефтеперерабатывающей, так и для алюминиевой промышленности. Эта картина усложнится из-за надвигающегося перехода с 2020 года к сжиганию в судовых топках только малосернистого топлива. Когда допустимое содержание серы в судовом (бункерном) топливе снизится с нынешних 3,5 % до 0,5 %, то большая часть нового малосернистого топлива будет производиться путем смешивания значительных объемов дизельного топлива с ультранизким содержанием серы и малосернистых газойлей, чтобы повысить скромные объемы малосернистых остатков, которые могут быть разделены. Такое положение приведет к существенному росту цен на бункерное малосернистое топливо (на основе дистиллятного крекинг-остатка и газойлей) и соответствующим резким падением цен на высокосернистые остатки. Эта новая структура ценообразования может также инициировать ряд последствий из-за смены целей рафинирования, которые неблагоприятно повлияют на прогнозируемый баланс нефтяного анодного кокса. Поскольку требования алюминиевых заводов к содержанию серы в нефтяном анодном коксе более жесткие, чем к сернистому коксу топливного качества (из-за ограничений влияния на окружающую среду), то обычно нефтеперерабатывающие заводы производят нефтяной кокс анодного качества из малосернистого нефтяного сырья. Но при этом нефтеперерабатывающие заводы остаются потенциальными кандидатами на производство бункерного малосернистого топлива. Рост цен на малосернистое бункерное топливо может привести к тому, что некоторые прибрежные нефтеперерабатывающие заводы временно (или постоянно) закроют свои установки коксования. Эксплуатация таких установок может стать затруднительной для нефтеперерабатывающих заводов, а поскольку они производят высокоценный сырой бензин и дистилляты, то эти промежуточные продукты должны подвергаться значительной дополнительной обработке на установках реформинга, каталитического крекинга и десульфурации. Нефтяной кокс во всем мире становится все более тщательно изучаемым предметом по целому ряду экологических причин. Возможность исключения таких природоохранных проблем может стать привлекательной альтернативой для многих прибрежных нефтеперерабатывающих заводов. В дополнение к возможной потери существующих мощностей для производства нефтяного анодного кокса требования IMO после 2020 года также повы-

www.aluminiumtoday.com

шают вероятность того, что некоторые существующие нефтеперерабатывающие заводы, выпускающие малосернистый нефтяной кокс анодного качества, могут принять решение продать весь объем или часть своего исходного сырья для коксования на рынке малосернистого бункерного топлива. Они смогут заменить его мазутом с более высоким содержанием серы, который станет доступным и недорогим после введения с 2020 года ограничений IMO на нефтяной низкосортный кокс. Низкие цены на серосодержащие остатки могут легко побудить нефтепереработчиков к приобретению повышенных объемов остатков с высоким содержанием серы, чтобы загрузить неиспользуемые мощности замедленного коксования (с ухудшением качества нефтяного кокса). Падение цен на остатки с высоким содержанием серы также расширит разницу между легкими/тяжелыми марками сырой нефти и может привести к переходу на нефть с более высоким содержанием серы для оптимизации рентабельности нефтепереработки, но с ухудшением качества нефтяного кокса. Несмотря на то, что всегда существует высокая волатильность рынка, прогноз производства нефтяного анодного кокса и спроса на него может измениться незначительно. Базовый прогноз достаточно тревожен, но многие неизвестные (влияние решения IMO и природоохранные ограничения на поставку нефтяного кокса) могут существенно ухудшить эту ситуацию. Если цены на нефтяной анодный кокс станут достаточно высокими, то некоторые нефтеперерабатывающие заводы могут конвертировать состав исходного сырья и/или операции по его переработке для получения нефтяного кокса анодного качества. Эти изменения в работе не будут проходить легко и могут потребовать дополнительных экономических стимулов. Независимо от того, какие действия могут быть предприняты, потребуется время для их внедрения и все должно быть выполнено до возникновения кризиса. Эти проблемы являются ключевым компонентом рассмотрения нового аналитического исследования по поставкам нефтяного анодного кокса «Anode Coke Supply», вышедшего в феврале 2018 года. В дополнение к прогнозам поставок по странам и нефтеперерабатывающим заводам в этом исследовании также дан прогноз мирового потребления и предложены потенциальные пути сокращения надвигающегося дисбаланса. Более подробную информацию об этом исследовании можно получить, посетив веб-сайт компании Turner, Mason & Co или связавшись с авторами. n www.turnermason.com

Aluminium International Today на русском языке

6

ПЕРВИЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ

www.aluminiumtoday.com

Новый пилотный завод компании Hydro – технологический прорыв в повышении энергоэффективности электролиза алюминия Насущная задача норвежской компании Norsk Hydro: построить электролизеры для производства первичного алюминий с самым низким энергопотреблением в мире и самым низким в мире уровнем выбросов CO2, сохраняя при этом отличное качество и высокую производительность, а также низкий уровень капитальных затрат. Короче говоря, это то, к чему стремится технологический пилотный проект компании Hydro на алюминиевом заводе в Karmøy – проверить в условиях реального промышленного производства самую энергоэффективную и климатосберегающую технологию электролиза алюминия в мире.

ПРОШЛО более десятилетия с тех пор, как ученые и инженеры норвежской компании Norsk Hydro приступили к разработке конструкции электролизера следующего поколения. Сегодня 60 новейших энергоэффективных электролизеров, оснащенных собственной технологией Hydro HAL4e, стоят бок о бок в пилотной электролизной линии для промышленного тестирования технологии на заводе в Karmøy, Норвегия. Запуск пилотной электролизной линии позволит протестировать новую технологию в условиях реального производства.

48 электролизеров HAL4e будут производить первичный алюминий с расходом электроэнергии 12,3 кВт·ч/кг алюминия, что значительно ниже, чем среднемировой показатель (14,1 кВт·ч/кг). Концентрация выбросов CO2 будет ниже 1,5 т CO2/т Al. Остальные 12 электролизеров оснащены новой технологией HAL4e Ultra, которая обеспечивает дальнейшее снижение потребления электроэнергии до промышленного уровня в 11,5–11,8 кВт·ч/кг. Соответственно снижаются затраты компании и масштаб воздействия на окружающую среду. Июнь 2018

Конструкция пилотного электролизера включает физические элементы технологического решения и усовершенствованную систему управления технологическими процессами. Многие из этих элементов могут быть адаптированы и успешно использоваться на существующих алюминиевых заводах. В случае успешного тестирования компания Norsk Hydro в течение 5–6 лет полностью переоснастит в ходе проведения плановых ремонтных работ свои заводы электролизерами нового типа, стоимость которых лишь незначительно возрастет по сравнению с ранее установленными.

Укрощение электромагнитного поля Команда Primary Metal Technology компании Hydro часто использует аналогию гоночного автомобиля, чтобы объяснить сложность работы новых современных электролизеров. «Мы разработали гоночный автомобиль Формулы-1, который настолько сложен, что лишь очень немногие справятся с ним, но теперь мы подготовили ряд новинок для надежного управления этим видом автомобилей», – говорит Йоханнес Аалбу (Johannes

Aalbu), руководитель отдела разработки новых технологий Hydro. «Это похоже на разработку новой модели автомобиля, за исключением того, что вы одновременно строите как автомобиль, так и завод», – продолжил он. Ханс Эрик Ватне (Hans Erik Vatne), главный технолог Norsk Hydro, выдвигает на первый план задачу укрощения электромагнитных полей. Он говорит: «Уникальность этого пилотного проекта с новой технологией электролиза заключается в том, что мы будем ежегодно выпускать 75 тыс. т высококачественного первичного алюминия с низким расходом электроэнергии и малыми выбросами на ограниченном свободном пространстве цеха. Благодаря запуску новой линии мощность нашего предприятия достигнет 275 тыс. т алюминия в год». «Тесное размещение компактных электролизных ячеек сопряжено с огромными проблемами. Когда мы направляем через электролизер генерируемый гидроэнергией ток силой 450 тыс. ампер, он создает сильнейшие электромагнитные поля, которые нарушают работу соседних электролизеров. Теперь мы нашли такие решения, которые позволяют нам прируAluminium International Today на русском языке

ПЕРВИЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ 7

ПОЛНОСТЬЮ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ АНОДНЫХ НИППЕЛЕЙ ОТ КОМПАНИИ STAS ASIS3D Автоматизированная система контроля – драматическое улучшение показателей!

чить электромагнитную энергию, создаваемую током такой силы внутри электролизера, для достижения устойчивого интерфейса с металлической ванной. А это, в свою очередь, означает, что мы можем существенно снизить потребление электроэнергии», – говорит Ватне. «Разрабатывая новую платформу управления и внедряя продвинутую систему автоматизации, мы также реализуем высокоточное и эффективное производство первичного алюминия. Мы можем прекрасно управлять тепловым балансом, добавлять точное количество глинозема и ограничивать энергетические и тепловые потери до минимума. Для мониторинга процесса и ограничения выбросов мы даже используем продвинутую лазерную технологию», – завершает Ватне.

Время цикла – 30 сек Без вмешательства в поток анодно-монтажной линии Встроенные 3D-лазерный датчик и метрологическое программное обеспечение Доступность для любых конфигураций анододержателей – с однорядным или двухрядным расположением ниппелей Подходит для существующих анодно-монтажных линий и не требует их специальной остановки

Мы работаем в партнерстве с нашими клиентами из алюминиевой промышленности для достижения их производственных целей.

Поддержка проекта компанией Hydro и внешними партнерами Этот пилотный технологический пакет компания Hydro разрабатывала собственными силами с участием научно-исследовательских центров компании в Германии (Neuss) и в Норвегии (Porsgrunn и А°rdal). Менеджер программы Асгейр Бардал (Asgeir Bardal), работающий над развитием технологии HAL4e, говорит, что этот технологический проект получил значительную поддержку со стороны компании. «Я очень горжусь тем, что являюсь частью команды, которая способствует сокращению выбросов за счет рекордно низкого потребления электроэнергии в производстве первичного алюминия. Мы уже убедились, что наша новая технология успешно зарекомендовала себя на ряде тестовых электролизеров, и теперь мы намерены проверить эту технологию в промышленном масштабе реального производства», – говорит Бардал. Стратегическими партнерами компании Hydro в реализации этого амбициозного проекта также стали Норвежский университет науки и техники (NTNU), независимая исследовательская организация SINTEF, Институт энергетических технологий (IFE), Научно-исследовательский Совет Норвегии, компания Innovation Norway и правительственный фонд ENOVA, занимающийся в Норвегии энергоэффективностью. В общей сложности в этот пилотный проект было инвестировано 4,3 млрд норвежских крон (около US$ 500 млн), в том числе из фонда ENOVA – 1,6 млрд норвежских крон. Инвестиции Hydro в пилотный проект на заводе Karmøy – это крупнейшая по масштабу одновременная инвестиция в норвежскую материковую индустрию вне нефтегазового сектора с тех пор, как компания Hydro существенно расширила свой алюминиевый завод Sunndal в 2002–2004 годах. n Контакты: www.hydro.com

Aluminium International Today на русском языке

Furnaces International: узкоспециализированный журнал на английском языке для широкого спектра специалистов по различным видам промышленных печей во всем мире! Основные освещаемые в журнале тематики: • Термическая обработка • Индукционная технология • Вакуумная печная техника • Тепловые процессы • Управление технологическими процессами • Тестирование и оценка продукции • Технология графитовых печей Журнал издается только в цифровом формате и отправляется по бесплатной подписке в электронном виде прямо на почтовый ящик более 50 тысяч специалистов в мире из разных секторов алюминиевой и стекольной промышленности, черной металлургии. Подпишитесь сегодня на бесплатную рассылку: www.aluminiumtoday.com/furnaces/subscribe

Июнь 2018

8

ПЕРВИЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ

www.aluminiumtoday.com

Сохранение баланса в современных энергосетях Почему электрические сети с источниками возобновляемой электроэнергии нуждаются в модуляции алюминиевых заводов, объясняет Джефф Мэтьюз* С тех пор, как в 1882 году была введена в эксплуатацию первая в мире электростанция, для сохранения баланса в наших энергосетях использовалось простое промышленное механическое устройство – паровой клапан, который позволял сохранять баланс в электрической сети без необходимости сохранения электроэнергии. Правила были просты. По мере расхода электроэнергии в каждую единицу времени в энергосистеме нужно производить точно такое же количество активной мощности, сколько нужно потребителю – система должна быть сбалансированной. Открывая и закрывая паровые клапаны и вращая турбины быстрее или медленнее, тепловые электростанции могут произвести и подать в сеть ровно столько электроэнергии, сколько в любой момент времени нужно потребителями, тем самым обеспечивая разумную стабильность электрических сетей, чтобы развиваться дальше и строить современные мир.

Наш современный мир стоит дорого Не имеет значения, считаете ли вы, что антропогенные изменения климата реально происходят или нет, дело в том, что довольно много людей, которые считают, что уже сегодня необходимо строить наше будущее с низкими выбросами парниковых газов и вводить реальные изменения. Для большинства стран мира сокращение выбросов CO2 зависит от чистой возобновляемой энергии. Все мы слышим крики о том, что возобновляемые источники энергии (ВИЭ) разрушают наши электрические системы, но понимаем ли мы в действительности, что это значит? Что еще более важно, что это значит для нас – как всех людей на земле, так и людей, связанных с производством первичного алюминия?

Баланс электрических мощностей изменился При использовании возобновляемых источников энергии (особенно солнца и ветра) в энергосистеме отсутствует паровой клапан. Электричество, генерируемое из этих возобновляемых источников, поступает непосредственно в электрическую сеть, что при росте их доли затрудняет работу электрогенераторов и компаний, контролирующих рыночные распределительные энергосистемы. Др. Абхисек Укил (Abhisek Ukil), старший преподаватель Университета

Окленда и специалист по анализу нарушений в энергосистемах, кратко суммирует это положение словами: «вы не можете контролировать природу». Действующие ранее правила были нарушены, и в будущем мы будем использовать самих потребителей энергии, установивших свои собственные генерирующие источники, для помощи в решении проблемы и сохранении баланса в энергосистеме. Два года назад я был одним из нескольких респондентов в опросе для мозгового штурма под названием «Энергия для народа» [1]. В резюме этого материала говорится, что «мы должны коренным образом изменить то, как мы потребляем энергию».

Если мы хотим иметь будущее с низким уровнем выбросов, то потребители энергии должны начать внедрять новейшие технологии накопления и хранения энергии в промышленных масштабах, а также менять свое поведение, чтобы стать неотъемлемой частью стабильности всей энергосистемы. Это приводит к действительно интересному вопросу для тех из нас, кто связан с электролизным производством первичного алюминия. Сколько же энергетические компании будут платить нам за выравнивание пульсирующей нагрузки и сохранение баланса электрических сетей? Уже даже есть название для этого – рынок разбалансированной энергии (EIM).

Как выглядят изменения? Нарушения в энергосетях Нарушения в наших энергетических системах, о которых мы часто слышим и читаем, в основном связаны с существующими бизнес-моделями производителей электроэнергии и поставщиков электричества в рыночную систему, а также с тем, что происходит с запасами сохраняемой энергии. Это количество не так велико, или его трудно предсказать, но из-за этого придется дополнительно инвестировать в распределительные энергосистемы и становиться более сфокусированными на потребителя, иначе поставщики рискуют столкнуться с перебоями в сети. Интересный аспект – это то, что обсуждалось в проекте «Энергия для народа».

Возможно в течение следующих 20 лет никто на планете и не пострадает от изменений в наших энергосистемах. От самых отдаленных деревень до самых современных городов со сверкающими стеклянными башнями, когда речь заходит об электроэнергии, все мы будем подчиняться силам трех сходящихся в одной точке экономических и технических парадигм, которые обеспечивают стремление к низкому уровню выбросов в будущем. Этими парадигмами являются: ● Закон Мура, и как он соотносится с производством возобновляемых видов энергии в распределенной энергетике; ● «Утиная кривая» («The Duck Chart») – вид графика суточной потребности в

БУДУЩЕЕ С НИЗКИМИ ВЫБРОСАМИ

ЗАКОН МУРА

«УТИНАЯ КРИВАЯ» Переменная генерация возобновляемой энергии создает график суточной сетевой потребности в электричестве, напоминающий фигуру утки

Движущая сила технологических и социальных изменений

ОТВЕТ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Как сами потребители электроэнергии реагируют на изменения в генерации

СХОДИМОСТЬ/ КОНВЕРГЕНЦИЯ «УТКОНОМИКА»

В настоящее время мы наращиваем собственные генерирующие мощности, чтобы усугубить проблему, решения которой мы еще не имеем

Рис. 1. Принципиально меняя то, как мы потребляем энергию

*Geoff Matthews – PG Dip Mark, FCIM (UK), Вице-президент компании Energia Potior Limited (Великобритания)

Июнь 2018

Aluminium International Today на русском языке

ПЕЧИ ДЛЯ ОБЖИГА АНОДОВ Печи РИДГАММЕР для обжига анодов являются ключевыми компонентами на современных предприятиях по производству анодов. Основные преимущества наших печных установок: 

Утвердившийся современный дизайн



Высокое качество анодов



Увеличенный срок службы



Сниженный расход энергии



Высокая продуктивность







94 ГОДА ИННОВАЦИЙ

Свободный выбор поставки оборудования Высокая степень безопасности Малые затраты на техобслуживание

RIEDHAMMER GmbH Klingenhofstraße 72 90411 Nürnberg Германия Тел.: +49 911 5218 0 Факс: +49 911 5218 231

ТЕХНОЛОГИЯ ОБЖИГА УГЛЕГРАФИТОВЫХ ПРОДУКТОВ ДИЗАЙН

-

МЕНЕДЖМЕНТ

-

ПРОЕКТЫ ПОД КЛЮЧ

carbon@riedhammer.de www.riedhammer.de

10 ПЕРВИЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ электроэнергии, который показывает суточное изменение чистой нагрузки в сети, при отсутствии парового клапана; ● Ответ потребителя, а именно, как сами потребители будут реагировать на изменения в генерации электроэнергии при их интеграции в рыночную систему. Я называю такую конвергенцию «Уткономикой» («Duckonomics»). Глядя на последующие 20 лет, когда дело касается энергетических систем, трудно оценить в какой мере «Уткономика» будет доминировать в наших дискуссиях, политических решениях, инвестициях в энергетические системы и внедрении нами новых технологий. Стоит потратить немного времени, чтобы лучше понять, как эти парадигмы повлияют на нашу жизнь.

Закон Мура Закон Мура – это эмпирическое наблюдение, сделанное в 1965 году Гордоном Муром (Gordon Moore), соучредителем компании Intel, согласно которому количество транзисторов, размещенных на кристалле плотной интегральной схемы, удваивается примерно каждые два года [2]. С тех пор закон Мура стал гораздо больше, чем просто наблюдение за показателями работы микрочипов, теперь он описывается как «движущая сила технологических и социальных изменений, производительности и экономического роста» [3]. Применительно к технологиям возобновляемых источников энергии Закон Мура показывает, что соотношение мощности установленных солнечных фотоэлектрических батарей к их общей стоимости удваивается каждые 22 месяца. При этом ветрогенераторы не слишком отстают или даже, возможно, впереди. Это позволяет предсказать, что в ближайшие 20–30 лет мы сможем обеспечить 100 % потребностей планеты в возобновляемых источниках энергии. Какова бы ни была истинная скорость такого удвоения, она достаточно велика, чтобы уверенно предсказать, что нам уже сегодня нужно серьезно заниматься кривыми чистой нагрузки, создаваемыми в сети солнечными батареями.

«Утиная кривая» Чистая нагрузка – это разница между прогнозируемой потребностью (нагрузкой) и ожидаемым производством электроэнергии из различных генерирующих мощности ресурсов. В определенные периоды года на этих 24-часовых кривых чистой нагрузки в середине дня отмечается спад (рис. 1) в виде «живота» утки с последующим резким подъемом, создающим «арку», похожую на утиную шею – отсюда и промышленное «утиное» прозвище этой кривой [4]. Такая пульсация мощности приводит к головной боли у производителей элекИюнь 2018

www.aluminiumtoday.com

троэнергии, так как короткие крутые спады означают, что производители должны наращивать или отключать ресурсы генерации, чтобы быстро ответить на текущее повышение или снижение спроса на электроэнергию для выравнивания графика нагрузки и поддержания надежности работы всей энергосети.

электроэнергетику. В настоящее время, если посмотреть на это беспристрастно, можно подвести итог: мы строим генерирующие мощности и усугубляем проблему, при этом в современной электроэнергетике пока нет приемлемых решений.

Ответ на спрос

1. Мы технологически уже готовы и имеем проверенную технологию модуляции для процесса электролиза первичного алюминия, которая позволяет алюминиевым заводам изменять скорость электролиза и регулировать уровень потребления электроэнергии (и, следовательно, ее производства) на ± 30 %.

2. Размер имеет значение. Даже линия алюминиевых электролизеров среднего масштаба с возможностью модуляции вверх и вниз на 30 % позволит свободно высвобождать или потреблять до 150 МВт или более (сопоставимо с питанием электричеством небольшого города). Это соответствует большому количеству домашних емкостных батарей или электромобилей. Наличие одного крупного клиента, который может простым поворотом циферблата потребить избыточную генерацию или снизить нагрузку, позволяет производителю электроэнергии поддерживать стабильные тарифы на остальной части рынка, а также обеспечивать безопасность энергосети.

3. Более глубокое проникновение рынка источников возобновляемой энергии будет зависеть от видов отраслей и технологий, которые смогут «конвертировать» (или использовать) переменную мощность, как если бы это была диспетчерская мощности. Технология модуляции позволяет алюминиевому заводу преобразовывать большие переменные мощности в полезную мощность, ведь когда дело доходит до процесса электролиза алюминия, это все производит первичный алюминий.

4. Алюминиевые заводы также являются идеальными партнерами, чтобы помочь сгладить частотные проблемы и обеспечить стабильность и устойчивость энергосети. Некоторые алюминиевые заводы уже стали участниками первичного рынка электроэнергии (частотная модуляция на двоичной основе). Такие изменения мощности не влияют на процесс электролиза или качество конечного продукта, а поскольку эти колебания мощности по природе носят кратковременный характер то, алюминиевым заводам даже не требуется технология модуляции.

Необходимость сглаживания/выравнивания пульсирующей мощности при графике суточного потребления в виде «Утиной кривой» обеспечит развитие таких новейших технологий накопления электроэнергии, как бытовые аккумуляторные батареи и умные дома, множество других технологий и устройств для накопления и хранения электроэнергии. Михаэль Либрейх (Michael Liebreich), основатель Bloomberg New Energy Finance, прогнозирует, что это также приведет к созданию двухуровневой сети промышленного электроснабжения. В такой сети вы сможете дешево покупать различную энергию у одного или нескольких поставщиков электроэнергии, когда она доступна, для последующего накопления и сохранения в своих емкостных батареях, водонагревателях, вашем электромобиле или напольном отоплении и т. д. Когда же вам понадобиться, вы сможете также покупать более дорогую доступную энергия от другого поставщика.

Технологическая недостаточность При рассмотрении проблемы пульсирующей мощности в виде «Утиной кривой», фактом остается то, что независимо от того, как мы смотрим на нее, в настоящее время мы «технологически недоразвиты» по всем направлениям, когда речь идет о технологиях, которые могут помочь в реагировании на спрос. Мощные сетевые емкостные батареи, системы накопления электроэнергии и виртуальные мегасети еще не нашли широкого распространения. Как и домовые аккумуляторные батареи или действительно умные системы для мониторинга и накопления электроэнергии в наших домах. Двухуровневый рынок электроэнергии также кажется далеким. Кроме того, тарифы на передачу энергии в большинстве стран мира меняются через 35 или 135 лет, в зависимости от того, с кем вы договариваетесь. Либрихт также опасается, что генерирующие источники возобновляемой энергии у потребителей (солнечные батареи и ветрогенераторы) быстро насытят рынок переменной мощности (по принципу сбора низко висящих фруктов). При этом более глубокое проникновение в промышленность источников возобновляемой энергии остановится, потому что они не смогут полностью заменить более надежную и гарантированно управляемую

Модуляция энергии на алюминиевых заводах

Производительная батарея сетевого уровня Первая успешная промышленная установка (рис. 2) технологии модулирования с использованием электролизеров – «EnPot Shell Heat Exchanger», была построена и пущена в эксплуатацию в 2014 Aluminium International Today на русском языке

КОМБИНАЦИЯ ШИРОКОГО ДИАПАЗОНА УСЛУГ С СЕТЬЮ МЕСТНЫХ ЭКСПЕРТОВ В АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ЭКСПЕРТЫ FIVES ОБЕСПЕЧИВАЮТ ПОМОЩЬ КЛИЕНТАМ как в повышении показателей производства и готовности оборудования, так и в обеспечении долгосрочной устойчивости их производственных установок. Благодаря высококвалифицированным и активным специалистам наших команд в отделениях Алюминия, базирующихся в Австралии, Бахрейне, Канаде, Европе, Индии, России, Южной Африке и ОАЭ, компания Fives успешно обеспечивает эффективный ответ на все Ваши повседневные потребности. От профилактического обслуживания, модернизации, инспекции, ремонта до проведения аудита и профессионального обучения – компания Fives обладает уникальной технической экспертизой, основанной на богатом собственном опыте как дизайнера и поставщика оборудования, так и глобального интегратора решений. Компания Fives нацелена на повышение производительности на долгосрочной основе, обеспечивая при этом высокую безопасность труда и надежность работы оборудования.

12 ПЕРВИЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ году на алюминиевом заводе компании TRIMET Aluminium в Эссене (Германия). Генеральный директор компании TRIMET, д-р Мартин Ифферт (Dr Martin Iffert), называет систему теплообмена электролизера EnPot Shell «виртуальной батареей» для электрической сети. Это название было поставлено под сомнение некоторыми специалистами на онлайнфорумах, особенно когда в одной статье эту виртуальную батарею описали как хранилище электроэнергии в «озерах расплавленного алюминия». Поэтому я задал этот вопрос Абхисеку Укилю и вот, что он ответил: «Да, алюминиевый завод, оснащенный технологией модуляции, можно рассматривать как батарею сетевого уровня или виртуальную электростанцию (VVP)». Задача любой емкостной батареи на уровне сети – сохранять энергию, чтобы ее можно было возвращать обратно в сеть, когда уровень генерации станет низок или спрос высок. Алюминиевый завод, оснащенный установкой EnPot, по существу выполняет ту же работу, что и аккумуляторная батарея сетевого уровня. Когда генерация электроэнергии низкая и/или высокий спрос, теплообменники изолируют электролизеры и поддерживают в них тепловой баланс, поэтому часть обычно требуемой электрической мощности может быть возвращена в сеть. «По сути, вы просто «храните» энергию в виде тепла, а не в емкостной батарее», – подвел итог Укил.

www.aluminiumtoday.com

НАРУШЕНИЯ В НАШИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ПРИВЕДУТ К ТОМУ, ЧТО КОНЕЧНЫМ ПОТРЕБИТЕЛЯМ ПРИДЕТСЯ ИГРАТЬ БО’ ЛЬШУЮ РОЛЬ В ОБЕСПЕЧЕНИИ БАЛАНСА СЕТИ ПОДАВАЕМАЯ МОЩНОСТЬ (труднее получать) $$$$

ПЕРЕМЕННАЯ МОЩНОСТЬ 40 % 100 % ИСПОЛЬЗУЕМОЙ МОЩНОСТИ $$

ПЕРЕМЕННАЯ МОЩНОСТЬ ИСТОЧНИКОВ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ (низко висящие фрукты)

АЛЮМИНИЕВЫЙ ЗАВОД С ТЕХНОЛОГИЕЙ МОДУЛЯЦИИ ENPOT

Модуляция потребления энергии на ± 30 % означает, что большие объемы более дешевой переменной мощности становятся потребляемой мощностью для алюминиевого завода, модуляция также помогает выравнивать пульсирующие мощности и обеспечивать баланс электрической сети

Рис. 2. В отчете Международного энергетического агентства (IEA) «Перспективы энергетических технологий – 2017» сообщается, что компания TRIMET Aluminium в Эссене (Германия) использует систему виртуальных аккумуляторов в качестве преобразующей технологии для обеспечении гибкости энергосистемы посредством реагирования на изменения в генерации

гию в металл, который мы можем использовать, повторно перерабатывать, а затем повторно использовать снова и снова для будущих поколений, будет отвечать интересам потребителей», – говорит Доррин. И Укил, и Доррин, конечно, согласны с законом Эйнштейна о том, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована из одной формы в другую. Алюминий в его металлическом виде – это не только инертный металл, но и хранитель энергии на будущее.

Алюминий – прекрасный металл

Возвращение алюминиевых заводов на Запад

Д-р Марк Доррин (Dr. Mark Dorreen), директор Научно-исследовательского центра легких металлов и вице-президент компании Energia Potior Ltd, подчеркивает, что, поскольку теплообменники поддерживают тепловой режим в электролизерах, они работают лучше, чем аккумуляторные батареи в сети, поскольку электролизер не требует подзарядки. «Когда полная мощность вновь становится доступной, электролизеры не требуют подвода электроэнергии, чтобы вернуться к нужной температуре. Аккумуляторные батареи также непродуктивны, то есть они не выполняют никакой другой функции, кроме сохранения и последующей разрядки энергии. Как только аккумулятор полностью зарядится, он уже заполнен и больше ничего не делает. С другой стороны, алюминиевый завод продолжает производить первичный алюминий, используя выработанную сегодня электроэнергию и превращая ее в металл, который будет храниться для повторного использования будущими поколениями», – говорит Доррин. «По мере нашего продвижения вперед в течение следующих 2–3 десятилетий призыв и желание использовать современные источники возобновляемой энергии и превращать полученную энер-

За последние 20 лет мы наблюдали отток мощностей по производству первичного алюминия обычно из центров проживания населения к изолированным или дешевым источникам энергии. Однако повышение ответственности самих потребителей электроэнергии в течение последующих 20 лет за стабилизацию энергетических сетей наших наиболее населенных районов может снова привести к расширению электролитического производства алюминия в западных странах. Проф. Базиль Шарп (Basil Sharp), председатель Совета по экономике энергетики Университета Окленда, считает, что предложение алюминиевых заводов по их интеграции с энергетическими сетями «возможно имеет смысл, особенно потому, что сети стремятся повысить долю электроэнергии, генерируемой из возобновляемых источников энергии». «Уткоэкономика» – реальный вызов для компаний-поставщиков и линий электропередачи, которые видят угрозу ценности своих активов. По существу, благодаря расширенному применению технологии модуляции вы сможете превращать переменную мощность в управляемую мощность. Работа с одним крупным партнером, таким как алюминиевый завод, позволяющая поддерживать стабильность та-

Июнь 2018

ПОДАВАЕМАЯ МОЩНОСТЬ 60 %

рифов и надежность сети для отечественной базы потребления электричества, будет также привлекательной и для компаний, занимающихся производством и поставками электроэнергии по линиям электропередач», – считает проф. Шарп. Д-р Доррин также указывает, что экономика электролизного производства алюминия на Западе тоже может измениться. «Учитывая недавнее возрождение неплохой цены на алюминий, понятно, что многие остановленные или законсервированные в западных странах производства алюминия могут получить вторую жизнь. Внедрение модульных технологий для этих электролизных заводов позволит использовать новые виды энергетических контрактов между поставщиками электроэнергии и алюминиевыми заводами, что должно добавить привлекательности бизнес-кейсам, в частности в таких регионах, как материк США», – говорит он.

Изменения приходят с нами Мы должны признать, что мы не можем изменить то, что мы не можем контролировать, но в то же время нам нужно научиться изменять то, чем мы можем управлять. Возможно, мы не способны контролировать природу или силы, требующие будущего с низким уровнем выбросов, но теперь мы можем контролировать процесс потребления электроэнергии нашими алюминиевыми заводами. Может быть, мы сможем научиться использовать «Уткономику» для работы в нашу пользу, а не против нас. Мы живем в интересное время! n Список литературы 1. Dr. Linda Wright. Power to the People.

2. Cramming more components onto integrated circuits.

3. https://en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law.

4. Flexible Resources Help Renewables Fast facts (www.caiso.com).

5. Six Design Principles for the Power Markets of the Future – A Personal View by Michael Liebreich, Chairman of the Advisory Board Bloomberg New Energy Finance.

Aluminium International Today на русском языке

EcoMelter© WSO 80/20, Производительность: 80 т/сутки 3 MВт Регенеративная система горения

14 УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ

www.aluminiumtoday.com

Прогресс через партнерство: создание устойчивой ценности в сотрудничестве Джессика Сандерсон* с клиентами Для обеспечения существенного прогресса требуется сотрудничество. Это особенно актуально в отношении поддержки корпоративной устойчивости. В то время как отдельные компании могут часто оказывать влияние на устойчивость развития собственными силами, такое влияние может быть значительно усилено благодаря тесным партнерским отношениям с клиентами и другими заинтересованными сторонами. Компания Novelis, являясь мировым лидером в области производства прокатанных алюминиевых продуктов и вторичной переработки алюминия, понимает силу сотрудничества из первых рук и добивается значительного прогресса вместе с автомобилестроителями, которые успешно расширяют использование в автомобилях легкого, бесконечно перерабатываемого алюминия.

Развитие устойчивости за счет развития электромобилей и вторичной переработки алюминия Автоиндустрия является ключевой отраслью роста и обладает существенным потенциалом для расширения применения алюминия и развития компании Novelis. Ускоренная урбанизация, происходящая по всему миру, выявляет новые потребности и возможности в области развития инфраструктуры и транспортных средств. По мере того, как энергетический рынок переходит к более устойчивой, чистой и экологически дружественной модели производства, электромобили становятся решением, помогающим автомобильной промышленности соответствовать более жестким правительственным стандартам экономии топлива, обеспечивать дальнейшее сокращение выбросов парниковых газов, сохранять природные ресурсы. Алюминий, обладающий легким весом, является идеальным материалом для многих видов применений в электромобилях, поскольку более легкие модели автомобилей на электрической тяге могут перемещаться на одной зарядке аккумуляторных батарей на большие расстояния. В 2017 году компания Novelis заключила соглашение с автомобилестроительной компанией следующего поколения NIO по предоставлению инновацион-

Компания Ford вторично перерабатывает и повторно использует более 90 % лома, образующегося в процессах листовой штамповки – этого достаточно для производства дополнительно 30 тысяч кузовов грузовых пикапов F-150 ежемесячно.

ных алюминиевых решений для ее парка интеллектуальных электромобилей премиум-класса с высокими техническими показателями. Это партнерство отражает первое крупное обязательство компании Novelis в области производства электромобилей премиум-класса и укрепляет устойчивую ценность алюминия на рынке электромобилей. Но преимущества алюминия не заканчиваются на применении в электромобилях. Устойчивая ценность алюминия охватывает все типы транспортных средств. Благодаря замкнутому циклу рециклинга алюминия, в ходе которого вторично перерабатываются все избытки алюминия и возвращается в производство тот же самый продукт, компания Novelis помогает своим клиентам максимально использовать ресурсы и удовлетворять поставленные природоохранные цели. Замкнутый цикл сохраняет ценность алюминиевого сплава, снижает транспортные расходы, минимизирует воздействие на окружающую среду и формирует безопасную цепочку поставок. В 2017 году компания Novelis при поставке алюминиевых листов в партнерстве с устойчиво управляемым автопроизводителем Jaguar Land Rover утилизировала около 50 тысяч тонн алюминиевого лома. Это эквивалентно производству 200 тысяч корпусов автомобиля Jaguar XE и предотвратило выбросы в атмосферу 500 тыс. тонн CO2. В партнерстве с компанией Ford Motor Company в процессе производства пикапа F-150 также было собрано и вторично переработано около 90 % всего образующегося металлолома.

Устойчивость в новом мире мобильности По мере изменения в обществе тенденций мобильности, когда потребители могут использовать райдшеринг (совместное использование частного автомобиля с помощью онлайн-сервисов поиска попутчиков) для совместных поездок и, в конечном счете, появляющиеся автономные транспортные средства, компания Novelis также сотрудничает с традиционными и начинающими новые «стартапы» автопроизводителями для определения устойчивых решений в новых условиях мобильности. Исторически сложилось так, что большинство легковых автомобилей управляются владельцами только в течении 5 % от полного времени их существования, а остальные 95 % времени частные автомобили простаивают. Однако по мере того, как совместное использование частного автомобиля для поездок продолжает набирать популярность, а автономные транспортные средства становятся новыми мобильными решениями, время использования легкового автомобиля может подскочить до 70 %. Значительное увеличение времени пребывания автомобилей на дорогах окажет существенное влияние на производство и техническое обслуживание транспортных средств, а также их «уход на пенсию». Новая мобильность подчеркнет важность расширенного применения алюминия, поскольку он создает автомобили с более легким весом и может быть бесконечно переработан. Чтобы помочь автопроизводителям принимать более обоснованные решения о влиянии выбора материалов на весь

*Jessica Sanderson – Директор по устойчивому развитию, компания Novelis Inc. (США)

Июнь 2018

Aluminium International Today на русском языке

16 УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ

www.aluminiumtoday.com

Рис. 1. Основные обобщенные показатели отчета по устойчивому развитию компании Novelis за 2017 год

жизненный цикл изделия, компания Novelis тесно сотрудничает с автоиндустрией в области производства высококачественных данных полного жизненного цикла. Эти данные затем используются для проведения Оценки полного жизненного цикла LCA (Lifecycle Assessments), которая позволяет автопроизводителям решать экологические последствия на протяжении всего полного срока жизни продукта – от производства до выхода на пенсию. Например, лидер в этой области – компания Jaguar Land Rover, использовала показатель LCA для подтверждения преимуществ применения алюминия для снижения углеродного следа автомобиля Range Rover выпуска 2013 года. Применение алюминия в этой модели снизило полную массу транспортного средства на 420 кг, что в сочетании с улучшенной аэродинамикой обеспечило повышение топливной эффективности на 20 % и снижение углеродных выбросов CO2 на 320 кг. Поскольку новые условия мобильности подталкивают производителей к принятию более устойчивых методов, положительные результаты такого подхода, скорее всего, скоро последуют. Пост-потребительская переработка использованных автомобилей дает возможность сотрудничать с автопроизводителями и поставщиИюнь 2018

Компания Jaguar Land Rover вторично перерабатывает 50 тысяч тонн алюминиевого лома, что эквивалентно 200 тысячам корпусов автомобиля Jaguar XE, которые в конечном счете обеспечивают сокращение выбросов CO2 в атмосферу на 500 тысяч тонн.

ками, чтобы вернуть больше металлолома в систему и еще больше снизить воздействие на окружающую среду.

Достижение устойчивых объектов Помимо формирования партнерских отношений со своими клиентами, направленных на создание более устойчивых решений, компания Novelis продолжает добиваться значительных успехов и в реализации своих собственных целей, о чем сообщает в отчете по устойчивому развитию компании за 2017 год (рис. 1). Используя техническую экспертизу своих сотрудников на 24 производственных объектах в 10 странах мира, компания Novelis увеличила использование материалов с высоким содержанием вторично переработанного сырья с 53 до 55 % по сравнению с аналогичным периодом прошлого года. Это значительно

снижает воздействие на окружающую среду, поскольку при рециклинге алюминия производится на 95 % меньше выбросов парниковых газов и используется только 5 % энергии, необходимой для производства первичного алюминия. Компания также раскрывает новые варианты применения материалов для автопроизводителей, ориентированных на устойчивое развитие. Укрепляя устойчивость в центре своего бизнеса, используя свои глубокие отраслевые знания и тесно сотрудничая со своими клиентами, компания Novelis не только добивается поставленных амбициозных целей в области устойчивого развития, но и обеспечивает постоянный устойчивый прогресс для своих клиентов и сообществ, в которых она работает. n Контакты: www.novelis.com

Aluminium International Today на русском языке

Компетентность в технологиях обработки полос

С 1955 года. Качество соответствует инновациям. Мы совмещаем богатый инжиниринговый опыт, ноу-хау и инновационные решения для прибыли наших уважаемых клиентов.

Компания BWG – Ваш специалист по индивидуально согласованным решениям, технологическим линиям обработки полос и модернизации С 1955 года имя нашей компании стало синонимом оборудования и технических решений премиум класса, которые устанавливают наивысшие стандарты для металлургической промышленности. Многие годы мы являемся надежным партнером ведущих компаний цветной металлургии и алюминиевой промышленности, производителей углеродистой и нержавеющей стали, обращая особое внимание на:

• Технологические линии обработки полос • Оборудование для специальной обработки • Оборудование для обработки и транспортировки рулонов • Модернизацию существующих производственных установок. Мы имеем превосходный список реализованных новых идей, базирующихся на глубоких исследованиях и разработках, которые обеспечили существенное повышение производительности, качества продукции, энергоэффективности и экологических показателей.

BWG Bergwerk- und Walzwerk-Maschinenbau GmbH Mercatorstr. 74 –78 47051 Duisburg, Germany

Мы надеемся на сотрудничество с Вами по внедрению технологических решений, отвечающих наивысшим стандартам качества и инноваций.

Phone: +49 203 99 29-0 Fax: +49 203 99 29-400 E-Mail: info@bwg-online.de

Technology made in Germany. Since 1955.

www.bwg-online.de

18 АЛЮМИНИЙ В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ

www.aluminiumtoday.com

Фото компании London Electric Vehicle Company

В центре внимания: автомобили с низким уровнем выбросов Компания Hydro (ранее Sapa) недавно вновь открыла свое законсервированное ранее прессовое производство в Бедвасе (Уэльс, Великобритания), чтобы обеспечить растущий спрос автомобилестроения на облегченные компоненты конструкции корпуса автомобиля. Редактор журнала Aluminium International Today Надин Блоксом* посетила церемонию открытия обновленного завода, чтобы встретиться с менеджерами этого модернизированного производства и узнать больше об этом амбициозном проекте.

ПЕРВЫМ клиентом, которому будут поставляться автомобильные алюминиевые компоненты с этого модернизированного завода, станет лондонская компания LEVC (London Electrical Vehicle Company), производящая электромобили и разработавшая совершенно новое стильное черное такси с нулевыми выбросами для Лондона. Компания Hydro инвестирует 9,6 млн. фунтов стерлингов в модернизацию этого завода и установку нового оборудования для производства и поставок прогрессивных алюминиевых компонентов автомобилестроителям. Правительство Уэльса, чтобы поддержать реализацию этого важного для Уэльса проекта, внесло в него 550 тыс. фунтов стерлингов, поскольку компания Hydro изучала возможность налаживания такого производства на другом объекте в Европе, имеющем запасные производственные мощности. В течение следующего пятилетия здесь будет создано более 130 рабочих мест.

Кен Скейтс (слева) гордится тем, что Правительство Уэльса поддержало восстановление производственных мощностей компании Hydro в Бедвасе

*Nadine Bloxsome – Editor, Aluminium International Today; John Thuestad – SVP Extrusion Europe, Hydro; Barnaby Struthers – Business Development Manager, Hydro Automotive (Великобритания)

Июнь 2018

Aluminium International Today на русском языке

АЛЮМИНИЙ В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ 19

www.aluminiumtoday.com

Технологический сборочный конвейер электромобилей на заводе компании Hydro в Бедвасе (Уэльс, Великобритания)

«Самое приятное, что этот первый совместный проект уделяет основное внимание развитию легендарного «Блэк Кэба», лондонского черного такси, ставшего визитной карточкой Лондона», – сказал Джон Туэстад (John Thuestad), возглавляющий бизнес прессования алюминия Extrusion Europe компании Hydro в Европе. «Было совершенно ясно, что обе компании – LEVC и Sapa, обладают значительным опытом работы в области применения алюминия в автомобильной промышленности, поэтому мы знали, что у нас все есть для реализации этого проекта!» – продолжил Туэстад. Церемония открытия новых производственных мощностей состоялась 18 сентября 2017 года. Среди приглашенных, кроме руководства компании Hydro, были представители правительства Уэльса и местных СМИ. «Это прекрасный день для компании Hydro и производства в Уэльсе», – сказал Джон Туэстад на мероприятии. «Компании пришлось закрыть прессовое производство в Бедвасе в 2014 году из-за избыточных мощностей на рынке, но теперь мы рады возвратиться в Уэльс с нашим обновленным производством автомобильных компонентов. Это хороший пример того, как промышленные компании, такие как Hydro, растут на продвинутых рынках, чему способствует рост спроса на облегченные транспортные средства и более устойчивые материалы», – продолжил он.

Джон Туэстад, Кен Скейтс и Кельвин Карпентер разрезают ленточку перед выходом со сборочной линии узла нового лондонского «блэк кэба»

Инвестиции Для того, чтобы успешно развивать прогрессивные решения по прессованным алюминиевым компонентам, компания Hydro уже убрала все старые прессы с территории завода. Ожидается, что около 20 млн фунтов стерлингов будет потрачено на установку новых машин и оборудования. Этот процесс будет проводиться поэтапно по мере роста числа клиентов и развития бизнеса. «Мы видим, в каком направлении развивается наш сегмент рынка и применение прессованных алюминиевых компонентов в структурах кузова, и мы уверены, что в Великобритании для наших производственных мощностей существует свой рынок. Является ли автомобиль электрическим или он работает на топливе, легкий вес транспортного средства – это уже сегодняшний элемент завтрашнего дня», – сказал Барнаби Струтерс (Barnaby Struthers), менеджер по развитию бизнеса Hydro Automotive в Великобритании.

Рост производства облегченных автомобилей Секретарь по экономике и инфраструктуре Уэльса Кен Скейтс (Ken Skates) восхищен тем, что производственные мощности в Бедвасе теперь снова возвращаются в эксплуатацию. Он сказал: «Правительство Уэльса гордится тем, что финансово поддержало такие обширные инвестиции компании Hydro в вос-

становление своего завода в Бедвасе, и я горжусь тем, что Уэльс будет играть ключевую роль в производстве нового поколения экологически чистых «черных кэбов». «Репутация Уэльса, как привлекательного места для поддержки и развития инновационных технологий в производстве алюминиевых компонентов для сектора выпуска автомобилей с низким уровнем выбросов углерода возрастает – это особая область роста для передовых материалов и обрабатывающей промышленности», – считает Скейтс. Кельвин Карпентер (Calvin Carpenter), управляющий директор отделения компонентов компании Hydro в Великобритании, добавил: «Повторное открытие этого завода стало кульминацией почти трех лет плотной работы с производителем лондонского такси на всех этапах разработки нового поколения этой машины, чтобы мы могли поставлять основные алюминиевые компоненты кузова на «новом современном» производстве в Ансти, Ковентри». Производство алюминиевых компонентов для обновленной и стильной «зеленой» версии знаменитого лондонского «блек кэба» в Бедвасе стартовало в конце 2017 года. Первые лондонские гибридные «блек кэбы» уже снуют по улицам Лондона с ноября 2017 года. n Контакты: www.hydro.com

Компания Sapa стала совместной областью бизнеса с компанией Hydro под названием Extruded Solutions с 2 октября 2017 года. В настоящее время она является глобальной, полностью интегрированной алюминиевой компанией. Имея 35 тыс. сотрудников, компания Hydro обладает глобальным охватом, широким местным присутствием и активно работает на всех континентах в 40 странах мира, обслуживая около 30 тыс. своих клиентов по всему миру.

Aluminium International Today на русском языке

Июнь 2018

20 АЛЮМИНИЙ В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ

www.aluminiumtoday.com

Электромобили и потенциал применения алюминия для их облегчения В 2017 году во всем мире наблюдалось ускоренное развитие продаж автотранспорта на электрической тяге, поддерживаемое жесткими требованиями сообщества по сокращению выбросов парниковых газов (около 10 % мирового объема выбросов CO2 приходится на дорожный транспорт) и улучшению качества местного воздуха (в Пекине около 30 % загрязнения воздуха составляют выхлопные газы автомобилей). Электрические автомобили заняли центральное место на Международном автосалоне 2017 года. Мировые продажи новых электромобилей и гибридов достигли наивысшего уровня в 1 миллион машин. Некоторые страны мира начали устанавливать и декларировать свои амбициозные цели по отказу от продаж автомобилей с двигателями внутреннего сгорания: Норвегия – к 2025 году; Индия – к 2030 году; Франция и Великобритания – к 2040 году, Китай недавно заявил о доведении доли выпуска автомобилей на электрической тяге до 10– 12 % уже в 2019–20 годах. В июне 2017 года в рамках кампании EV30@30 была установлена коллективная цель для стран-членов Инициативы по электрическим транспортным средствам (Electric Vehicles Initiative) – Канады, Китая, Франции, Германии, Японии, Нидерландов, Норвегии, Швеции, Великобритании и Соединенных Штатов Америки. Эти страны должны достичь к 2030 году на автомобильном рынке долю продаж автомобилей с электродвигателями в 30 % (для всех легковых электромобилей, легких коммерческих микроавтобусов, городских автобусов и грузовиков). Автопроизводители отвечают на ужесточение нормативного давления и рост

потребительского спроса направлением значительных инвестиций в разработку и дизайн новых моделей электромобилей. В дополнение к амбициозным планам компании Tesla по расширению ассортимента легковых электромобилей премиум-класса (и грузовых автомобилей), компании Jaguar Land Rover и MercedesBenz планируют электрифицировать весь свой диапазон выпускаемых автомобилей к 2020–22 годам. Компания Volvo смотрит еще более оптимистично и планирует уже в 2019 году электрифицировать весь свой существующий ряд автомобилей, а также выпустить на рынок с 2019 по 2021 годы пять новых полностью электрических моделей. Компания надеется продать до 2025 года один миллион новых электромобилей, что эквивалентно общему количеству электромобилей, проданных во всем мире в 2017 году. Компания GM планирует выпустить на рынок до 2023 году 20 новых полностью электрических моделей, компания Ford также расширяет инвестиции и планирует выпуск 40 полностью электрических моделей и гибридов к 2022 году, а компания Volkswagen объявила о планах выпуска 80 моделей электромобилей до 2025 года.

На неделе Лондонской биржи металлов LME в 2017 году наблюдался автоэлектрический бум, связанный с существенным ростом мирового спроса на аккумуляторные батареи и некоторые металлы – никель, литий и кобальт – необходимые для его удовлетворения. Но история электрификации транспорта – это больше, чем просто рост спроса на аккумуляторные батареи. Более легкий автомобиль стал одной из стратегий, принятых автопроизводителями для сокращения выбросов выхлопных газов и снижения расхода топлива двигателями внутреннего сгорания. Такая же стратегия играет ключевую роль и для будущего электромобилей. И легкий алюминий здесь находится на переднем крае этой революции в облегчении транспортных средств. Последнее (2017 года) исследование аналитической компании Ducker Worldwide, проведенное для Алюминиевой Ассоциации, предсказывает снижение общей массы новых легковых автомобилей на североамериканском рынке к 2028 году в среднем на 7 % (под действием недавно внедренного в США стандарта топливной эффективности). При этом, среднее содержание алюминия в пересчете на одно транспортное средство

Менеджер по маркетингу и коммуникациям Алюминиевой федерации (ALFED), Великобритания

Июнь 2018

www.alfed.org.uk

Aluminium International Today на русском языке

АЛЮМИНИЙ В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ 21

www.aluminiumtoday.com

ый

ьн

зел

Ди

Бе

нзи

но

вы

йд

ви

Ки тай Но рв еги я

гат ель дв Эле и г ктр а ом тель оби ль (ЕС ) Ки тай Но рв еги 40я т гр узо ви 12т гр к (ди з узо 18ви ель) к (д тс эле изе ктр ль) оп ри вод ом Ки тай Но рв Гор еги од я ско йа вто Гор б од ско ус (д и йэ лек зель ) тро авт обу с

40 35 30 25 20 15 10 5 0

Рис. 1. Удельное снижение выбросов CO2 (кг CO2/кг) от снижения массы легковых автомобилей (полный пробег 200 тыс. км, смешанное вождение), грузовых автомобилей (пробег 600 тыс. км, высокоскоростные/дизельные/смешанные/электрические) и городских автобусов (пробег 600 тыс. км, в городе). Для легковых автомобилей учтены вторичные эффекты влияния за счет поддержания соотношения мощности привода и массы транспортного средства

увеличится с 180 кг в 2015 году до 256 кг к 2028 году. Это будет означать, что доля алюминия в общей массе автомобиля к 2028 году увеличится в среднем с 10 до 16 %, а алюминий станет самым быстрорастущим материалом, применяемым в автоиндустрии. Недавнее исследование, проведенное по заказу Международного института алюминия Институтом исследований в области энергетики и окружающей среды (The Institute for Energy and Environmental Research – ifeu), описывает потенциал экономии энергии и сокращения выбросов парниковых газов (ПГ), который может обеспечить такое облегчение массы автомобилей (как с двигателями внутреннего сгорания, так и с электроприводом). Результаты этого исследования (рис. 1) подтверждают результаты предыдущего исследования, проведенного ifeu, Национальной лабораторией Oak Ridge Министерства энергетики США и Natural Resources Canada, демонстрирующего, что снижение массы легкового автомобиля или легкого грузовика на 1 кг (за счет применения алюминия или любого другого легкого материала) может снизить на 15–20 кг суммарные выбросы CO2 за время пробега расстояния в 200 тыс. км. Сокращение выбросов парниковых газов зависит от уровня снижения энергопотребления (следовательно, топлива), необходимого для привода (более легкого) транспортного средства. Более легкому транспортному средству для обеспечения аналогичной мощности также требуются более легкие компоненты двигателя. Следовательно, не только основная первичная экономия (более легкий автомобиль потребляет меньше топлива), но и вторичная экономия (легкому автомобилю требуются более легкие компоненты привода для его перемещеAluminium International Today на русском языке

ния) обеспечивает еще большую экономию веса и сокращение расхода топлива. Электромобили с меньшим потенциалом сокращения массы компонентов (кроме снижения числа или размеров аккумуляторных батарей) обладают меньшим потенциалом вторичной экономии за счет снижения массы. Но автомобили с двигателями внутреннего сгорания имеют эквивалентный уровень первичного энергосбережения (поскольку энергия, необходимая для перемещения автомобиля, не зависит от источника его мощности). При этом потенциал сокращения выбросов парниковых газов за счет облегчения электромобилей существенно зависит от углеродной интенсивности электрической сети, которая используется для зарядки батарей таких транспортных

США

Китай

Япония

Германия

Великобритания

средств. Электрические сети с высокой долей ископаемого топлива в генерации электроэнергии будут иметь гораздо выше потенциал удельного влияния на глобальное потепление (на кВт·ч), чем энергосети с источниками возобновляемой энергии. В исследовании ifeu это иллюстрируют примеры снижения выбросов парниковых газов за счет облегчения электромобилей, которые заряжают в гидроэнергетических сетях с низким углеродным содержанием (например, в Норвегии), в угольно-интенсивных сетях с высоким углеродным содержанием (например, в Китае) и в смешанных сетях (например, в ЕС). Как и ожидалось, потенциал снижения выбросов парниковых газов в энергосети Норвегии ограничен, здесь возможная экономия составляет около 0,2 кг CO2 на каждый килограмм облегчения веса автомобиля с учетом его полного жизненного пробега на уровне 200 тыс. км. Европейская сеть оказывается на порядок эффективнее – подобное снижение выбросов составит около 6 кг CO2 на каждый кг снижения веса автомобиля. Действительно интересная ценность наблюдается в сети Китая, где потенциальная экономия может достигать 14 кг CO2 на каждый кг снижения массы автомобиля. Это говорит о том, что потенциал снижения выбросов CO2 для облегченных электромобилей в Китае (и других регионах с интенсивным использованием угля для генерации, таких как Индия и ЮАР) аналогичен порядку потенциала снижения массы обычных транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания. Это особенно важно, поскольку по прогнозу мирового развития продаж автомобильного транспорта Bloomberg New Energy Finance (рис. 2) рост спроса на такие транспортные средства и объемы

Франция

Остальная часть Европы

Остальной мир

25M

20

15

10

5

1 Млн 0 2017

2020

2025

2030

Рис. 2. Годовой объем продаж электромобилей в мире к 2030 году прогнозируется на уровне 24,4 млн. Источник: Bloomberg new energy finance

Июнь 2018

22 АЛЮМИНИЙ В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ продаж в ближайшие годы будет наиболее значительно определять Китай. По этому прогнозу во всем мире в 2030 году будет продано около 25 млн штук электромобилей, из которых на Китай придется около 54 % мировых продаж новых автомобилей и 33 % всего мирового автопарка (в Китае в 2030 году будет продано около 10 млн новых электромобилей). Для снижения массы автомобилей (как с традиционным двигателем, так и с электрическим приводом) автопроизводители ищут комбинированные решения на основе многих материалов, а алюминий является важным элементом этой тенденции. Компания Ducker прогнозирует значительный рост применения алюминия в корпусах и панелях для облегчения автомобилей. Так, за пятилетний период с 2015 по 2020 год в традиционных автомобилях рост применения панелей из алюминия на одно транспортное средство составит по массе 165 %, применение алюминиевых корпусов вырастет за этот период на 83 %, рост объемов применения прессованных узлов и деталей из алюминия вырастет на 35 %. Эта тенденция будет продолжена и в производстве электромобилей, даже если спрос на алюминиевые отливки (преимущественно используемые в блоках двигателей внутреннего сгорания и других областях применения в традиционных транспортных средствах), сохранится на существующем уровне. Действительно, существует значительный потенциал для роста применения алюминия в новых приложениях для электромобилей (таких как, аккумуляторные батареи, электропроводка, системы охлаждения и другие аппаратные средства электротранспорта) и развития инфраструктуры, необходимой для обслуживания электрических транспортных систем (домашние и общественные станции зарядки батарей, провода и кабели, микро-сети и системы сохранения энергии в сети). Но даже когда алюминий (и другие легковесные материалы) обладает потенциалом для снижения энергопотребления и выбросов парниковых газов (как в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания, так и в электромобилях), автопроизводители и покупатели становятся все более требовательными к тому, чтобы в транспортных средствах более широко применяли материалы с более низким углеродным следом в окружающей среде, включая низкое выделение в атмосферу парниковых газов. Вторичное алюминиевое сырье используют в основном для приготовления литейных сплавов, а его доля в деформируемых алюминиевых сплавах невелика. Рост применения в автомобилестроении продуктов, полученных из деформируемых алюминиевых сплавов методами обИюнь 2018

работки давлением (в отличие от отливок из литейных алюминиевых сплавов), ограничен из-за разрыва между доступностью лома и спросом на него. В любом случае, ограниченная доступность (постпотребленного) лома деформируемых алюминиевых сплавов в хорошо отсортированной форме сегодня снижает потенциал реализации низкоуглеродного подхода за счет использования повышенной доли вторичного алюминиевого сырья. Поэтому производители первичного алюминия, имеющие доступ к источникам возобновляемой энергии, все чаще привносят на рынок новые алюминиевые продукты с низким углеродным следом. В 2016 году компания Rio Tinto выпустила алюминий под брендом RenewAlTM, первый в мире сертифицированный алюминий с низким следом выбросов СО2 (4 тонны CO2 на тонну алюминия электролиза). Компания Alcoa ввела литейную линию SUSTANATM для получения алюминиевых отливок: ECOLUMTM из электролизеров, питаемых от гидроэлектростанций и заготовок ECODURATM с минимальным содержанием 50 % вторично переработанного контента. Объединенная компания РУСАЛ в 2017 году запустила новый бренд низкоуглеродного алюминия ALLOWTM с гарантированным низким уровнем «углеродного следа». Выбросы CO2 при производстве первичного металла под брендом ALLOW составляют менее 4 т в эквиваленте CO2 на тонну произведенного алюминия. Предложение компании Hydro имеет еще более низкое удельное значение: максимум 4,0 кг выбросов CO2 на кг алюминия по всему технологическому процессу от добычи бокситов, рафинирования глинозема, транспортировки, электрогенерации, производства анодов и электролиза до процесса литья. Компания Hydro также предлагает алюминиевые продукты с минимальным содержанием не менее 75 % вторично переработанных отходов и бытового лома после потребителей. Все вышеперечисленные производители (наряду с рядом OEM-производителей автомобильного оборудования) также являются членами международной Инициативы ASI (Aluminium Stewardship Initiative) по развитию ответственного планирования и управления ресурсами в алюминиевой промышленности. Эта международная некоммерческая организация в декабре 2017 года начала новую программу разработки стандартов и сертификации, ориентированную на ответственное производство, поиск источников сырья и управление ресурсами алюминия. Уже в начале 2018 года были выданы первые сертификаты. Компания Rio Tinto была у истоков инициативы ASI и стала первой в мире компанией, получившей в апреле 2018 г. сертификацию ASI. Независимый аудит был проведен BNQ

www.aluminiumtoday.com

(Bureau de Normalisation du Québec) – первой аккредитованной аудиторской фирмой ASI. Второй сертификат ASI получил бокситовый рудник компании Rio Tinto в Австралии. Одной из ключевых проблем для рынков (не ограничиваясь автомобильным сегментом), которые все чаще требуют алюминий с низким углеродным следом или вторично переработанный алюминий, является доступность металла с такими качествами. Усовершенствованные технологии сортировки лома и отходов алюминия по сплавам имеют потенциал для повышения выхода качественного лома после окончания жизни продукта, но только максимум на 40 %. Сегодня из общего объема ежегодно образующегося пост-потребительского лома алюминия на уровне 23 млн тонн/год собирают около 17 млн тонн алюминиевого лома. Из них около 5 млн тонн – в виде отливок из алюминиевых литейных сплавов, которые могут использоваться только в литейных цехах (или разбавляться первичным металлом), а еще 5 млн тонн лома и отходов после прессования и обработки давлением деформируемых сплавов алюминия – в виде смешанного лома. Объемы поступления нового алюминиевого лома будут увеличиваться, но при эффективности сбора лома в настоящее время выше 95 % они будут зависеть только от роста общего производства и переработки металла. Первичный алюминий продолжит доминировать в поставках на рынок. Но при текущем уровне развития энергосетей для производства первичного алюминия используют только около 25 % энергии от источников возобновляемой энергии, преимущественно гидроэлектростанций (4–6 т выбросов CO2/т Al в литейном цехе). Около 10 % используемой электроэнергии получают за счет сжигания природного газа (8–14 т CO2/т Al) и более 60 % – на угольных электростанциях (18–25 т CO2/т Al). Поскольку все больше автопроизводителей обращаются к алюминию с целью производства облегченных автомобилей (как с обычным двигателем внутреннего сгорания, так и с электрическим приводом), то без значительных инвестиций в заводы по электролизу алюминия с низким углеродным следом на рынке возникнет дефицит такого востребованного металла. Очевидно, что автопроизводители, не имеющие доступа к надежным и стабильным поставкам низкоуглеродного алюминия, будут вынуждены делать выбор между использованием фазы получения выгоды от материала и воплощением экологического воздействия, которое этот материал привносит в их транспортные средства. n Контакты: www.alfed.org.uk

Aluminium International Today на русском языке

НОВОСТИ КОМПАНИИ: Danieli Fröhling 23

Автомобилестроение стимулирует внедрение технологии резки полос После того, как алюминий стал основным материалом для получения отливок рам шасси или узлов двигателя в автомобилестроении, сегодня мы также наблюдаем изменения в области применения алюминия в конструкции каркаса кузова автомобилей. Аналитики ожидают, что спрос на алюминиевые листы для изготовления элементов кузова и дверей автомобиля удвоится в течение следующих семи лет. Для удовлетворения такого быстрорастущего спроса и повышенных требований к качеству таких элементов автомобилей необходимы дополнительные производственные мощности и адаптированные технологии. Компания Danieli Fröhling (Германия), основываясь на собственной уникальной технологии – высокоскоростной линии обрезки боковых кромок и прецизионного продольного роспуска рулонной полосы и фольги, разработала и успешно поставляет на рынок инновационные решения в области производства алюминиевых полос для автомобильной промышленности. Для конечного потребителя процесс продольной резки рулонной полосы может по-прежнему считаться завершающим этапом процесса холодной полосовой прокатки, но его также можно рассматривать и как первую, после холодной прокатки и правки, стадию производственного процесса, где «девственный» материал должен быть преобразован и точно подготовлен для последующей стадии обработки. Где бы вы ни захотели расположить процесс продольного роспуска, это определенно станет той точкой, в которой будут сконцентрированы все усилия предыдущего производственного процесса, направленные на достижение идеального состояния материала полосы, поэтому оно должно быть успешно завершено, а не ухудшено. Одной из основных категорий технологических требований к линиям продольной резки является состояние материала рулонной полосы, поступающей на процесс роспуска, и главная цель состоит в том, чтобы сохранить эти достигнутые ранее характеристики материала. Для условий применения листового проката в автомобилестроении мы можем выделить два следующих вызова, удовлетворение которых является наиболее важным для последующего стабильного изготовления панелей автомобильного кузова сложной геометрии с наивысшей точностью. Этими требованиями являются: качество поверхности прокатанной полосы (включая идеальную поверхность без царапин и минимально возможные допуски на размеры и геометрию полосы) и высокая способность листа к глубокой вытяжки, предохраняющая от каких-либо изменений требуемую микроструктуру материала, которая была получена в процессах восходящего технологического потока. Все это должно поддерживаться повышением объема производства и энергоэффективности технологической линии, а также сокращением количества обрези и отходов. В последнее время компания Danieli Fröhling поставила несколько новейших линий, специально предназначенных для производства алюминиевых полос для автомобилестроения. Все эти линии характеризуются оптимизированной компоновкой, которая обеспечивает поддержание хорошей формуемости алюминиевой полосы на последующих этапах процесса формовки автокомпонентов. Совершенно ясно, что такие же преимущества обеспечиваются и для связанных отраслей, таких как авиастроение и судостроение. Но в этой новой растущей области не существует единого универсального решения, когда «один размер подходит для всех». Ноу-хау компании Danieli Fröhling и ее способность настраивать концепции и дизайн технологических линий с учетом индивидуальных требований каждого заказчика весьма важны для полного соответствия конкретному сортаменту выпускаемой продукции и требованиям к материальным потокам производителей алюминия, а также для успешной реализации экономически эффективных и устойчивых технологий. n Контакты: www.danieli.com www.danieli-froehling.de Email: contact@danieli-froehling.de

Aluminium International Today на русском языке

ЭТО ГОРАЗДО СЛОЖНЕЕ, ЧЕМ КАЖЕТСЯ НА ПЕРВЫЙ ВЗГЛЯД

Совершенные и инновационные технологические решения для повышения Вашей конкурентоспособности:  Линии продольного роспуска  Линии поперечной резки полос  Линии обрезки боковых кромок  Модернизация  Технологическая поддержка  Запасные части и обслуживание СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ:

+49 (0)2354-7082-222 Июнь 2018

contact@danieli-froehling.de

24 ПРЕССОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ

www.aluminiumtoday.com

Горячая газовая формовка алюминия: эффективный технологический процесс Газовая формовка горячего металла – это процесс горячей обработки металлов давлением (газотермическая формовка), который может помочь автопроизводителям создавать более легкие и безопасные автомобили из прессованного алюминия при расширенной свободе проектирования для инженеров. Свобода дизайна также делает технологию интересной для разработчиков новых продуктов в других сегментах рынка. При этом процесс является довольно трудным для промышленного освоения.

ГАЗОВАЯ формовка горячего металла (Hot metal gas forming, HMGF) имеет сходство с газовой формовкой сверхпластичных материалов (СМ), формовкой выдуванием или гидроформовкой металла. Процесс можно считать эволюцией, улучшением этих технологических процессов, по крайней мере, когда речь заходит об алюминии. Реализация процесса звучит просто: вы нагреваете прессованную алюминиевую трубу в газовой печи или индукцией до желаемой температуры. Затем вы помещаете нагретую трубу в формующий инструмент, который также нагревается до хорошо контролируемой высокой температуры. Затем вы плотно закрываете формующий инструмент и начинаете заполнять полученную форму внутренним газом или воздухом под высоким давлением (безопасные газы не нужны) для реализации процесса формования. Инструменты и деформируемый металл нагреты, но не газ. Газовая горячая формовка металла не является основным производственным процессом в компании Hydro. Это новый технологический процесс. «Эта технология горячего формования является новым способом формовки», – говорит Оле Дааленд (Ole Daaland), который отвечает за инновации и новые технологии в отделе прессования алюминия компании Hydro.

Инновационная технология металлоформовки В 1999 году три инженера – Билл Дыкстра (Bill Dykstra), Джордж Д. Пфаффманн (George D. Pfaffmann) и Синь Ву (Xin Wu), представили на заседании Общества автомобильных инженеров технический доклад о создании процесса газовой формовки горячего металла. Они описали «инновационную технологию металлоформовки, перекликающуюся с традиционными методами формовки металлических компонентов для автомобильной и аэрокосмической промышленности. Процесс HMGF – это результат объединеИюнь 2018

ния методов формовки сверхпластичных материалов и горячего формования, разработанных в аэрокосмической промышленности для формовки алюминиевых и титановых конструкций». Авторы выделили автомобильную и аэрокосмическую промышленность, но добавили, что такая технология формовки может быть успешно использована и в других отраслях. Преимущества свободы дизайна узлов заключается в том, что вы можете использовать процесс HMGF для любого сектора рынка, в котором используют алюминиевые профили. Автопроизводители широко применяют прессованный алюминий, чтобы сделать их автомобили легче и безопаснее. Производители мебели творчески используют прессованные профили для обеспечения прочности и желаемой формы. Проектировщики зданий и конструкций также широко применяют прессованные материалы, поскольку они готовы к установке и практически не требуют обслуживания. Все могут выиграть от свободы проектирования конструкций, которую обеспечивает процесс газовой формовки горячего металла.

Замена нескольких частей одним узлом Существует несколько удачных примеров применения алюминиевых компонентов, изготовленных процессом газовой формовки горячего металла. Известный производитель первоклассных спортивных автомобилей сегодня выпускает модели, в которых широко используются конструкционные детали, изготовленные из прессованного алюминия, прошедшего процесс газового формования горячего металла. Такие компоненты заменяют структуры, которые ранее изготавливали из нескольких частей, и обладают меньшим весом. «Замена собранного из нескольких частей компонента единой деталью обеспечивает существенные преимущества. В большинстве случаев вы получаете более

жесткое и прочное решение узла, чем раньше. Другое дело, что помимо замены нескольких частей вы также можете заменить и технологический процесс», – говорит инженер-исследователь Конни Фальк (Conny Falk). Технология HMGF может удовлетворять более высокие визуальные требования клиентов, а также позволяет поставщикам наилучшим образом формовать компоненты из высокопрочных алюминиевых сплавов. «Ключевым преимуществом процесса газовой формовки горячего металла является то, что он обеспечивает вам свободу в разработке требуемой конструкции компонентов. Как результат мы ожидаем ускоренное внедрение этого процесса горячего формования алюминия в промышленности», – считает Фальк. Конни Фальк работает в отделе инноваций и новых технологий компании Hydro. Он провел большую часть последних 10 лет, сосредоточившись на промышленном развитии процесса HMGF. Вместе с коллегами он занимается более глубоким пониманием, оценкой, исследованием и прототипированием, а самое главное, промышленным тестированием этой технологии. Они убеждаются в работоспособности процесса и следят за его внедрением в серийном производстве. «Газовая формовка горячего металла обеспечивает возможность добавления новых возможностей. Вы можете добавлять различные функции, что делает возможным и доступным получать сложные формы», – говорит он. «Некоторые могут попытаться сравнить этот процесс с процессом гидроформовки, но существует большая разница с гидроформированием. Можно сказать, что гидроформовка – это процесс приложения давления во времени. Процесс HMGF добавляет температуру в это уравнение. А при высоких температурах алюминий превосходит сталь в формуемости. На самом деле, это совершенно поражает, что формуемость алюминия при Aluminium International Today на русском языке

www.aluminiumtoday.com

высоких температурах лучше, чем у стали», – резюмирует он.

Ценность для клиентов Отделение Hydro Extruded Solutions начало свой проект HMGF в 2006 году, когда компания была известна под брендом Sapa. На протяжении всего периода разработки основное внимание уделялось возможности промышленной реализации процесса. Сможет ли компания успешно использовать этот процесс для повторяемого промышленного производства требуемой продукции и с преимуществами, которые повышают их ценность для клиентов? Компетентность компании Hydro в области прессования была построена в основном благодаря ее доступу к производству металлического алюминия. Как компания-производитель прессованных компонентов, которая разрабатывает и производит облегченные решения для всех отраслей на основе алюминия, Hydro может разрабатывать дизайн и выбирать сплавы, а затем тестировать их и решать возникающие проблемы. Наука заключается в разработке формующих инструментов, выборе материалов и моделировании. Первый крупный промышленный серийный проект компании Hydro на базе технологического процесса HMGF иллюстрирует научный прогресс.

Корректировка шагов процесса Целью компании Hydro была разработка и снятие всех трудностей реализации

Aluminium International Today на русском языке

ПРЕССОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ 25 промышленного процесса с выбором материалов и видов обработки поверхности алюминия, чтобы убедиться, что компания может добиться стабильности и повторяемости в производстве компонентов с использованием технологии HMGF. Например, когда компания только приступила к реализации промышленного процесса для выпуска своего первого серийного автомобильного компонента, до 90 % металла уходило в отходы. После улучшения процесса выход годного достиг 50 %. Дальнейшие корректировки процесса формирования микроструктуры готового металла обеспечили еще большее снижение доли отходов металла, теперь она составляет не более 5 %. Сегодня основная часть металлолома является результатом обработки компонентов, а не производственного процесса. Компания успешно производит повторяемые компоненты из алюминия. Теперь можно минимизировать допуски.

Моделирование критического этапа процесса Одним из наиболее важных факторов на пути компании Hydro от появления идеи до промышленного производства является моделирование процесса. Крайне важно иметь возможности моделирования, чтобы оценить возможности промышленного производства. Это требует затрат времени, но это и экономит деньги, потому что инструменты для формовки металлов весьма дороги, как и для процесса HMGF.

Моделирование результатов формования, трения и изменения трения в ходе процесса, разработка программного обеспечения, испытания на горячее растяжение, тестирование инструментов, разработка и верификация математических моделей поведения материалов, ползучесть и упрочнение материалов – вот основные направления проведенных разработок. «Когда мы начинали, нам просто нужно было выяснить, сможем ли мы сформировать основу формуемых компонентов без трещинообразования», – говорит инженер-исследователь Бьорн Олссон (Björn Olsson). «Затем мы начали с реализации простых геометрических компонентов, чтобы увидеть, что мы сможем достичь этой технологией. Мы разработали модели – уникальные имитационные модели. И мы продвинулись с ними вперед. Практически все необходимые испытания процесса прошли в Finspång (Швеция)», – рассказывает Олссон.

Точная настройка процесса и трибология При разработке инновационного промышленного процесса HMGF компания Hydro широко использовала для изготовления формующих инструментов уже известные и опробованные материалы, но по-новому, с использованием смеси керамики. Для изготовления таких инновационных инструментов требуются высококвалифицированные инструментальные мастера.

Июнь 2018

26 ПРЕССОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ Еще одной проблемой с промышленным процессом HMGF стало расширение формующих инструментов до 0,7 % с повышением температуры. А когда готовые детали остывают, их размеры сокращаются до 1,4 % и они должны соответствовать правильным допускам – металлическая часть уравнения. Когда дело доходит до реальных алюминиевых сплавов, компания Hydro говорит, что она пытается использовать как можно больше стандартных материалов, в первую очередь алюминиевые сплавы серии 6xxx. Это связано с тем, что эти сплавы хорошо работают в отношении формуемости, противостоят коррозии и другим потенциальным проблемам. Компания определяла путем моделирования желаемый тип микроструктуры для металлических заготовок, но главным при этом был практический опыт. На микроструктуру влияет химический состав заготовок, процесс литья, термическая обработка, конструкция прессующего инструмента и процесс прессования. Все это требует полного понимания. Фальк также называет трибологию важнейшей частью технологического процесса. Википедия дает такое определение: Триболо ́гия — наука, раздел физики, занимающийся исследованием и описанием контактного взаимодействия твёрдых деформируемых тел при их относительном перемещении. Областями трибологических исследований являются процессы трения, изнашивания и смазки. Трибология весьма важна для процесса формовки горячего металла, потому что производители нуждаются в низком трении и малом износе инструмента при очень высоких температурах.

Экономия времени и улучшенный вид деталей Газовая формовка сверхпластичных материалов СМ из алюминиевых листов – это процесс, который занимает значительное количество времени. Он может занимать от 30 мин до двух часов. Формовка с помощью процесса HMGF происходит за секунды. Общее время фор-

Толщина контура оболочки: min = 0,911745 на элементе №1039258; max = 4,32765 на элементе №1045165

Июнь 2018

www.aluminiumtoday.com

Научные сотрудники компании Hydro Хенрик Селандер (Henrik Selander) и Конни Фальк (Conny Falk)

мовки – от двух сек до минуты. После завершения процесса полученный продукт поступает на закалочный стол, где он охлаждается водой или воздухом в зависимости от сплава. Еще одним преимуществом этого процесса является его эстетика, потому что изделия, изготовленные с использованием процесса HMGF, выглядят лучше, чем те, которые они заменяют. Это имеет практический смысл. Когда вы заменяете компоненты и исключаете соединения между ними, новые продукты обеспечивают бесшовный и плавный вид. В качестве примера можно привести направляющие рейлинги на крыше легкового автомобиля. Сегодня детали таких направляющих на крыше, как правило, изготавливают из различных материалов, например, из пластика и алюминия, которые имеют разные цвета. Эти

Краевые уровни 2.000e+00 1.900e+00 1.800e+00 1.700e+00 1.600e+00 1.500e+00 1.400e+00 1.300e+00 1.200e+00 1.100e+00 1.000e+00

материалы объединяют каким-либо образом. Используя технологию HMGF в качестве производственного процесса, поставщики могут обеспечить дополнительную ценность автопроизводителям, поставляя комплексный цельный компонент из блестящего алюминия. Процесс обеспечивает совершенно другое визуальное восприятие и дает ощущение гладкого металла.

Процесс HMGF не для каждого «Наши цели, как производителя прессованных компонентов, состоят в том, чтобы внедрять новые производственные технологии, позволяющие поставлять новые виды компонентов и решений, которые ценны для наших клиентов. Теперь у нас есть хорошие ноу-хау в области горячей формовки металла, и мы считаем, что это шаг вперед, чтобы стать предпочтительным поставщиком в отрасли», – говорит руководитель отделения стратегии и инноваций Hydro Extruded Solutions Рафаэль Фуертес (Rafael Fuertes). Теперь компания производит серийные автомобильные компоненты с использованием процесса HMGF. «Мы не сможем производить детали, которые мы сейчас производим по технологии HMGF, любым другим способом, кроме этого. Слишком большая деформация для процесса гидроформовки, поэтому деталь бы сломалась. Литье? Нет, это невозможно. Да и сварка не позволит нам получить подходящий узел», – заключает Олссон. n Aluminium International Today на русском языке

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 27

www.aluminiumtoday.com

Улучшенные технологии инспекции валков полосовых прокатных станов Система автоматизированного контроля прокатных валков Rollmate®, запатентованная и разработанная компанией Innerspec Technologies на базе уникальных пьезоэлектрических ультразвуковых преобразователей, обеспечивает эффективный неразрушающий контроль прокатных валков в процессе их обработки на вальцешлифовальных станках. Франк Л. Вейнмейстер, Боря Г. Лопес*

В 2002 году в прокатном производстве впервые был внедрен революционный метод, позволяющий комплексно инспектировать поверхностные и подповерхностные дефекты валков прокатных станов. Этот современный ультразвуковой метод, успешно применяемый в атомной энергетике для контроля трещин сварных швов, был разработан компанией Innerspec Technologies (США). Этот новый метод преодолевает недостатки существующих промышленных методов дефектоскопии прокатных валков при максимальной эффективности инвестиций. За прошедшие годы это первое поколение системы было существенно усовершенствовано в ходе промышленного использования во многих вальцешлифовальных мастерских мира, сегодня эта новейшая гибридная технология дают наиболее полный инструмент для точной дефектоскопии всех типов прокатных валков. В этой статье представлен обзор существующих технологий инспекции валков прокатных станов и их влияния на эффективность и затраты, которое они могут оказывать на работу прокатных станов и вальцетокарных мастерских. Также показано, как новые доступные технологии обеспечивают эффективную альтернативу традиционным техникам инспекции прокатных валков.

фекты, часто невидимые при визуальном контроле, не будут полностью удалены в процессе шлифования перед повторным введением валка в эксплуатацию после ремонта, то существующие концентраторы напряжений и трещины в процессе прокатки могут расти вглубь валка и приводить к появлению сколов или отслоений, внезапным катастрофическим последствиям на прокатном стане. Применяемые при полосовой прокатке алюминия литые валки также предрасположены к растрескиванию, однако здесь механизм трещинообразования больше связан с усталостным растрескиванием в результате термических циклов. В обоих случаях на стане необходимо периодически проводить перевалку прокатных валков и отправлять валки на шлифовальную обработку, при которой механически удаляется внешний слой материала прокатного валка, где образуются и распространяются трещины.

Методы выявления трещин Производительность и рентабельность работы прокатного стана зависит от стойкости рабочего инструмента – валков, работы вальцешлифовальной мастерской, а также метода инспекции для выявления дефектов прокатных валков. При этом развернутая в прокатном цехе система инспекции валков должна быть способной надежно обнаруживать «микротрещины». Микротрещины – это небольшие растрескивания на поверхности прокатного валка, которые действуют как локальные зоны внутреннего напряжения. Если такие изъяны и дефекты не будут полностью удалены в процессе шлифования перед последующей установкой валков обратно в прокатный стан, то в процессе прокатки они могут быстро вырасти до крупного размера и привести к возникновению дефектов поверхности в виде сколов и отслоений. Рабочий валок с такими дефек-

Методы инспекции прокатных валков Инспекция прокатных валков является обязательным условием безопасной и эффективной работы прокатного стана. Цельнокованные рабочие валки, используемые в производстве стального проката, испытывают циклические нагрузки, приводящие к упрочнению и накоплению внутренних остаточных напряжений, которые могут сопровождаться образованием поверхностных и подповерхностных трещин усталости. Если такие де*Frank L. Weinmeister, Borja G. Lopez – компания Innerspec Technologies (США) www.innerspec.com

Aluminium International Today на русском языке

Июнь 2018

28 ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО тами в процессе эксплуатации на прокатном стане может приводить к снижению качества прокатываемого продукта, он также может повредить парный валок и даже привести в остановке прокатной линии на несколько часов, пока прокатываемый материал не будет удален из линии и не будет проведена перевалка новых валков. Точно так же литой прокатный валок с трещинами может стать причиной прокатки готового продукта с небольшими дефектами, которые трудно обнаружить до тех пор, пока не будет получено значительное количество некондиционной или бракованной продукции. Поэтому для прокатного производства весьма важно использовать наиболее эффективную и надежную технологию дефектоскопии и обнаружения трещин на прокатных валках. До начала 2000-х годов для инспекции прокатных валков использовали технологии, которые работали исключительно на основе методов вихревых токов, ультразвукового контроля поверхности (с помощью волн Релея) или проведения капиллярных тестов (когда поверхность прокатного валка вручную покрывали пенетрантом, краситель которого проникал в трещину и затем через 2–3 часа проявлялся при нанесении специальной жидкости-проявителя). У каждой из таких технологий неразрушающего контроля были свои недостатки и ограничения, которые не обязательно были связаны с конкретной моделью промышленной системы, но были характерны для самого метода. Например, вихретоковые методы могут обеспечить относительно хорошую чувствительность к поверхностным трещинам, но они сопровождаются проблемой с ложными показаниями и ошибками из-за чувствительности к локализованной остаточной намагниченности и другим условиям валка. Прокатный валок может намагничиваться при его нагреве во время работы на стане, где распространены малые магнитные поля, создаваемые устройствами с высокой силой тока, такими как, двигатели прокатного стана. Такие локализованные магнитные поля могут успешно маскироваться или создавать условия для появления ложного сигнала, что делает получаемые результаты ненадежными. Другим критическим ограничением таких систем является то, что вихревые токи не могут генерироваться в материалах с низкой проводимостью (таких как прокатные стальные валки с высоким содержанием хрома), поэтому они неэффективны для инспекции литых прокатных валков и некоторых типов рабочих валков. Наконец, вихретоковые методы, ультразвуковой поверхностный контроль и капиллярные тесты ограничены возможностью контроля поверхИюнь 2018

ностных или очень близких к поверхности подповерхностых дефектов. После многочисленных запросов от существующих в промышленности клиентов компания Innerspec Technologies (США) в 2002 году разработала и запатентовала новую технику инспекции прокатных валков – систему Rollmate®, которая была выполнена на базе уникальных пьезоэлектрических ультразвуковых преобразователей, которые генерируют в эхо импульсном режиме высокочастотный звук. Такой многоэлементный датчик чувствителен к поверхностным и подповерхностным дефектам, на его работу не влияют загрязнения поверхности, шлифовальная жидкость, вода и т.п. С тех пор многие системы инспекции прокатных валков теперь применяют эту гибридную технологию – ультразвук в комбинации с вихревыми токами, при этом ультразвуковой контроль позволяет обнаруживать дефекты с помощью уникальных продольных волн, параллельных поверхности валка. Запатентованная конструкция датчика неразрушающего контроля компании Innerspec создает огибающую УЗ волну поверхностного скольжения, которая обычно используется в атомной энергетике для обнаружения трещин в сварных швах труб и других случаях ответственного применения. Конструкция датчика позволяет обнаруживать волосовые микротрещины с размерами меньше, чем это возможно с использованием любого коммерчески доступного инспекционного оборудования на рынке. Все другие методы, включая метод капиллярного тестирования, способны обнаруживать поверхностные трещины длиной 2–3 мм. Новая технология позволяет обнаруживать трещины длиной менее 1 мм. Вероятность дальнейшего развития небольшой микротрещины вглубь валка достаточно велика, что может привести к катастрофическому отказу валка или остановке прокатного стане с вытекающими непроизводственными затратам. Новая технология инспекции валков сводит к нулю вероятность такого негативного сценария. Другим критическим преимуществом новой техники является возможность использования одного многоэлементного датчика для выявления поверхностных и подповерхностных трещин в любом направлении по поверхности прокатного валка. Если огибающая УЗ волна может проникать на глубину до 2 мм поверхности валка, то поперечная УЗ волна проникает на глубину 2-50 мм или более. Датчик позволяет также обнаруживать мягкие пятна с измененной твердостью на поверхности прокатного валка («синяки»), а дополнительная опция позволяет идентифицировать наличие расслоений и концентраторов напряжений.

www.aluminiumtoday.com

Восстановление прокатных валков Расходы на прокатные валки являются прямыми затратами на прокатном стане. Процесс шлифования прокатных валков является дорогостоящей процедурой, учитывая, что каждый проход уменьшает срок службы валка. Стоимость нового или восстановленного прокатного валка может достигать от $100 тыс. до $500 тыс. за валок. Литые валки с глубиной активного закаленного слоя рабочей поверхности, определяющей полезный срок эксплуатации прокатного валка, толщина которого составляет менее чем 4 дюйма, также дороги. Хотя встроенная в процесс шлифования система инспекции прокатного валка и не может уменьшить общее количество шлифовальных проходов в течение всего срока службы валка, она может контролировать величину снимаемого припуска и количество шлифовальных проходов на каждом производственном цикле. Без системы инспекции валка в режиме реального времени оператору приходится проводить процесс шлифования с заранее определенным числом проходов и проводить последующий контроль после шлифования. Эта процедура выполняется снова и снова, пока на валке не останется никаких дефектов. Хотя такой метод шлифования валков и эффективен, он обычно сопровождается гораздо большим количеством шлифовальных проходов, чем фактически необходимо для полной зачистки всех дефектов на конкретном валке. Наиболее эффективным методом является автоматизированный контроль состояния валка в режиме реального времени в процессе шлифования на вальцешлифовальном станке. Такая интегрированная функция обеспечивает оператору станка непрерывную оценку реального состояния прокатного валка, позволяет в ходе его обработки снижать глубину каждого снимаемого слоя и сокращать общее время шлифования, поскольку процесс восстановления валка можно прекратить, как только на валке реально не останется дефектов. Для реализации такого подхода доступны только два метода: токовихревая техника и комплексная ультразвуковая техника, рассмотренные выше. При этом токовихревой контроль довольно трудно применим для контроля валка в режиме реального времени из-за его чувствительности к колебаниям зазора между токовихревым датчиком и проверяемой поверхностью валка. Небольшие отклонения в расположении датчика по отношению к поверхности прокатного валка могут привести к значительному снижению чувствительности датчика. Попадание твердых частиц и шлифовальной суспензии между датчиком и поверхностью прокатного валка может выAluminium International Today на русском языке

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 29

www.aluminiumtoday.com

звать изменение расположения датчика и локальное снижение чувствительности. Напротив, ультразвуковые преобразователи не чувствительны к колебаниям зазора и небольшим изменениям в расположении датчика. Кроме того, специальные защитные устройства, которые нагнетают фильтрованную жидкость между УЗ датчиком и поверхностью прокатного валка, исключают проникновение шлама в щель между преобразователем и поверхностью валка. Работа многоэлементного датчика в режиме реального времени на вальцешлифовальном станке позволяет максимально расширить общий срок эксплуатации прокатного валка за счет минимизации количества необходимых шлифовальных проходов, выполненных для каждого производственного цикла восстановления прокатного валка. Внедрение общей базы данных прокатных валков для конкретного прокатного стана позволяет продлить срок эксплуатации каждого валка, только экономия затрат на материале валков может быть достаточно высокой, чтобы оправдать инвестиции в оборудование встроенной инспекции валков менее чем за год.

Применяемое оборудование Эффективность инспекции валков напрямую связана с использованием вальцешлифовальных станков. Чем эффективнее процесс инспекции, тем меньше требуется вальцешлифовальных станков для обеспечения бесперебойной работы прокатного стана. Самый неэффективный промышленный метод дефектоскопии прокатных валков – капиллярный, встречается в алюминиевой промышленности. Капиллярный метод выявления трещин, основанный на проникновении в них специальной жидкости и последующем протравливании, требует около двух часов на каждый цикл контроля и очень трудоемкий. Многие автоматизированные системы требуют, чтобы сканирование всего прокатного валка было завершено до отображения полных данных оператору. Капиллярный метод также неэффективен, поскольку обнаружение одной крупной трещины в начале процесса сканирования может стать достаточным, чтобы применить проход с большой глубиной снимаемого слоя шлифования. Поэтому, чтобы обеспечить максимальную эффективность сканирования, система контроля валка должна быть способна отображать данные сразу же по мере их получения. Такая функция информирует оператора о наличии трещины сразу при ее обнаружении, что позволяет остановить контроль и сразу начать дальнейшее шлифование. В дополнение к этому, каждый раз, когда на вальцешлифовальный станок поступает валок с конкретным серийным Aluminium International Today на русском языке

номером, оператору должны быть доступны для обзора данные мониторинга всех предыдущих проверок и процессов обработки. Экспертная система мониторинга за валками обеспечивает автоматический анализ и определяет прогнозируемый срок службы прокатного валка на основе данных предыдущих сканирований и наличия внутренних дефектов.

Простота использования Общепринятой характеристикой каждой встроенной системы промышленного автоматического контроля является простота использования при общей сложности конструкции машины. Инспекционная система должна быть спроектирована так, чтобы операторы вальцешлифовальных станков могли выбирать из большинства сценариев восстановления валка самый оптимальный. Чтобы это стало возможным, система должна быть разработана на базе модульной концепции. Если вальцешлифовальные мастерские будут обязаны заключать контракты с поставщиком установленной системы контроля на проведение на месте диагностики и ремонта системы с посещением производства, то это приведет к значительным дополнительным издержкам. Модульная система, содержащая просто подключаемые и взаимозаменяемые компоненты, может быть продиагностирована и отремонтирована дистанционно. Техническое обслуживание должно быть простым и основанным на принципе «подключи и работай», с быстрым подключением оборудования и автоматическим уведомлением о возникшем сбое компонентов. Любая автоматизированная система инспекции прокатных валков требует калибровки для обеспечения достаточной чувствительности при контроле валков и сборе данных. Этот процесс калибровки может стать весьма дорогостоящим, когда речь идет о необходимости периодических посещений производства. Поскольку датчики неразрушающего контроля весьма чувствительны к виду материала валка, износу и расположению датчика по отношению к поверхности валка, то могут понадобиться различные методы калибровки. Процесс калибровки датчика для компенсации изменений в расположении датчика относительно поверхности и износа датчика может включать использование нескольких различных калибровочных блоков, соответствующих возможным металлургическим свойствам различных типов прокатных валков. В контрасте с этим, новейшие УЗ технологии обеспечивают простую автоматическую самокалибровку системы инспекции путем простого позиционирования УЗ преобразователя сверху валка. Процесс самокалибровки протекает бы-

стро (около 1 мин), что оказывает минимальное влияние на производительность. Важнейшим аспектом работы инспекционного оборудования является вид представления полученных данных и простота их интерпретации. Автоматизированные системы инспекции прокатных валков сильно отличаются форматом отображения получаемых данных. Вихретоковые системы обеспечивают различные форматы представления данных. Выходы системы варьируются от записей ленточных диаграмм до карт с цветовыми блоками, где каждый блок представляет собой область контролируемого валка. Новейшие технологии позволяют создать изображения, которые можно быстро интерпретировать (цвет является индикатором наличия трещины), а также четко отображать форму, размер и местоположение каждого дефекта. Для представления более подробно результатов сканирования валка для каждого типа дефекта могут быть доступны отдельные дисплеи. Все данные записываются и архивируются для последующего анализа и легко выводятся на дисплее для управления базой данных прокатных валков.

Выводы Система инспекции прокатных валков является не только необходимым средством безопасности на любом современном прокатном стане, но также может оказывать значительное влияние на экономику всего прокатного производства. Встраиваемая в систему вальцешлифовального станка система неразрушающего контроля прокатных валков Rollmate®, разработанная и поставляемая исключительно компанией Innerspec Technologies, является наиболее эффективным с точки зрения производственных затрат инструментом контроля, обеспечивающим превосходную норму срока окупаемости инвестиций. Система Rollmate® обеспечивает: ● рост рентабельности прокатного производства за счет гарантированной установки на прокатном стане валков без трещин, которые не повредят конечный продукт; ● снижение производственных расходов за счет сокращения времени инспекции и отходов материала прокатных валков при шлифовании; ● оптимизацию использования активов как вальцешлифовальной мастерской, так и прокатного стана. n

Благодарность Авторы хотели бы поблагодарить за помощь в выполнении данного проекта Джо Бачинского (Joe Baczynsky) из компании WHEMCO Steel Castings, Джека Вана (Jack Wan) из компании Canyonspring NDT, Марка Уилкокса (Mark Wilcox) из компании Innerspec Technologies. Июнь 2018

30 АНАЛИЗ И ТЕСТИРОВАНИЕ

www.aluminiumtoday.com

Новый метод анализа алюминиевой поверхности Состояние алюминиевой поверхности очень важно, поскольку то, что на ней происходит, может оказывать влияние на будущие характеристики изделия, такие как долговечность, коррозионная стойкость, адгезия краски/лака, и это только некоторые из показателей. В статье описаны перспективные возможности использования метода ультрамикротомии и просвечивающей (трансмиссионной) электронной микроскопии для действительного понимания состояния поверхности алюминия. Питер Эндрюс* Почему необходимо хорошо понимать состояние алюминиевой поверхности? Если мы хотим, чтобы наш продукт из алюминия работал так, как должен, нам необходимо ответить на множество вопросов, связанных с поверхностью алюминия. Является ли поверхность чистой? Это означает, что на ней нет нарушенных слоев, включающих остаточные оксиды и металл после термомеханической обработки. Выполнена ли предварительная обработка поверхности алюминия с получением заданной толщины слоя и равномерным покрытием? Да и вообще проведена ли предварительная обработка поверхности? В отличие от макроориентированных дефектов, таких как вмятины, царапины и растрескивание поверхности металла, проблемы, которые обозначены выше, встречаются на микро/субмикро уровне. Поэтому в качестве средства для проведения такого анализа мы часто выбираем получение образцов ультратонких срезов

методом ультрамикротомии и просвечивающую (трансмиссионную) электронную микроскопию (ПЭМ).

разцов для последующего анализа на микроскопе может быть довольно сложным. На рис. 1 показан прибор ультрамикротом.

Ультрамикротомия Ультрамикротомия – это способ получения образцов ультратонких срезов с помощью специального прибора под названием ультрамикротом. Этот прибор позволяет проводить срез алмазным ножом с поперечного сечения образца ультратонких слоев (~ 100 нм), так что они становятся электронно-прозрачными при пропускании через них пучка электронов. В результате этого процесса получаемые для анализа пробы должны включать объемный металл, поверхностные оксиды или материалы предварительной обработки поверхности и, возможно, слой лака или краски. Эти пленочные срезы не только очень тонкие, но и имеют небольшие размеры, которые редко превышают 1500х500 мкм. Следовательно, проведение процесса такой тщательной подготовки об-

Рис 1. Ультрамикротом Reichert-Jung (Райхерт-Юнг)

*Peter Andrews – научный сотрудник по анализу поверхности, компания Innoval Technology Ltd (Великобритания)

Июнь 2018

www.innovaltec.com

Aluminium International Today на русском языке

АНАЛИЗ И ТЕСТИРОВАНИЕ 31

www.aluminiumtoday.com

Подготовка образцов На рис. 2 детально показаны все этапы процесса, которые необходимо пройти, чтобы на ультрамикротоме получить из объемного образца металла образцы ультратонких срезов для последующего изучения на просвечивающем электронном микроскопе. Прежде всего обычно с помощью ювелирной пилки мы отделяем небольшой образец (~ 3×9 мм макс.) от поступившего на анализ образца материала. Затем мы напыляем на него тончайший слой золота, который в дальнейшем облегчает определение внешних границ поверхности образца и помогает сфокусироваться на микроскопе. После этого полученный образец заливают в двухкомпонентную эпоксидную смолу. Это обеспечивает жесткость и прочность исследуемого образца и позволяет произвести разделение материала на ультратонкие образцы в виде фольги или пленки. После этого на ультрамикротоме мы получаем такие ультратонкослойные образцы, как показано на рис. 2. Для сбора полученных ультратонких срезов из воды используют специальную медную сеточка диаметром 3 мм. На такой сеточке может разместить до 50 образцов тонких срезов, которые в результате анализа на микроскопе должны идеально раскрыть структуру изучаемой по-

верхности. Затем мы помещаем эту сеточку с пленками-образцами в просвечивающий электронный микроскоп для детального изучения. Ультрамикротомия – это техника получения ультратонких срезов образцов, которую я практикую уже около 30 лет. Когда я только начал заниматься этими исследованиями, мне говорили, что это наука, но вскоре я обнаружил, что это все же немного и «темное искусство». Повторение одного и того же способа подготовки ультратонких срезов не всегда позволяет получить одинаковый результат в виде требуемых ультратонких образцов. В дополнение к скорости среза, в том, насколько хорошо будет проведен ультратонкий срез образца также играют определенную роль уровень мениска воды, толщина среза, температура и влажность окружающего воздуха. В некоторые дни ничего не получается, так что просто приходится вернуться домой и попробовать получить подходящие образцы еще раз на следующий день!

Некоторые примеры того, что мы можем увидеть на ПЭМ Фотоизображения, приведенные ниже, типичны для типов поверхностей алюминия, которые мы исследуем в отрасли. На рис. 3 показана толстая пористая анодная пленка с отложениями никеля в порах (рядом с барьерным слоем). В

этом случае световые отражения вызывает материал покрытия, имеющий серый цвет. Толщина и однородность осажденного никеля имеют решающее значение для получения требуемого цвета покрытия. На рис. 4 показана типичная поверхностная пленка после предварительной обработки поверхности алюминия фосфатом хрома, она имеет непрерывное покрытие с однородной толщиной 30 нм. Если поверхность алюминия не очищена должным образом, на ней могут оставаться нарушенные слои (рис. 5), состоящие из вкатанных оксидов, мелких зерен и смазочных материалов. Такой тип поверхности является довольно реактивным и, следовательно, в этом случае будет трудно правильно провести предварительную обработку или получить требуемое покрытие. Локальная очистка может частично открыть поверхность, что приводит к образованию на ней пустот и трещин. Как показано на рис. 6, пленка предварительной обработки может проникать внутрь поверхности. На рис. 7 показана толстая пленка Si после предварительной обработки плохо очищенной поверхности алюминия. В этом случае могут возникать проблемы с последующим сцеплением поверхности и долговечностью полученного изделия.

Поверхность Залитый в эпоксидную смолу изучаемый образец в форме четырехсторонней пирамиды

Область вблизи поверхности ~ 1 мкм Медная сеточка

Микротомированная грань, от которой отбираются образцы ультратонких срезов

Залитый в смоле Область интереса к эпоксиднообразец металлическому интерфейсу

Срез ультратонкого слоя с помощью неподвижного алмазного ножа

Залитый в смоле образец

Алмазный нож ультрамикротома срезает тонкую пленку плоской поверхности, включающей смолу и залитый образец

Микроструктура материала образца

Залитый в смоле образец

Алмазный нож

Поворотный рычаг для перемещения образца по алмазному ножу для ультратонких срезов с толщиной <100 нм

Водяная ванна

Рис. 2. Техника подготовки образцов ультратонких срезов для анализа на просвечивающем электронном микроскопе

Aluminium International Today на русском языке

Июнь 2018

32 АНАЛИЗ И ТЕСТИРОВАНИЕ

www.aluminiumtoday.com

Лак

Слой предварительной обработки

Когда процессы предварительной обработки поверхности и подготовки ультратонких образцов проведены правильно, можно получить изображение, показанное на рис. 8. На этом фото видна чистая поверхность и хорошая анодная пленка с тончайшим слоем напыленного золота, примыкающего к связующей среде.

Бесценные наблюдения

Рис. 3. Анодная пленка с Ni в порах (никель показан стрелкой)

Рис. 4. Предварительная обработка хромом/фосфатом с толщиной слоя 30 нм

Тончайший слой золота

Нарушенный слой Рис. 5. Плохо очищенная поверхность образца AA5754 с нарушенными слоями

Рис. 6. Плохо очищенная поверхность с обработкой подповерхностного слоя

Рис. 7. Обработка на основе диоксида кремния плохо очищенной поверхности

Рис. 8. Анодированная пленка хорошего качества на образце DC H3PO4

Июнь 2018

За многие годы наших исследований мы обнаружили, что получаемые результаты таких наблюдений бесценны. Помимо того, что мы можем отслеживать состояние самого покрытия алюминия, результаты анализа на микроскопе также дают нам более глубокое понимание поверхности и позволяют понять почему такой слой на изделии может привести к браку. Кроме того, большинство просвечивающих электронных микроскопов сегодня оснащаются возможностями для проведения энергодисперсионного рентгеновского анализа (EDX), который обеспечивает элементную идентификацию. Понимание того, как некоторые элементы попадают на поверхность и вокруг нее, действительно может добавить больше понимания истории обработки. В то время как описываемая здесь техника требует большого терпения и время от времени может быть несостоятельной, часто получаемые результаты становятся чрезвычайно полезны. В компании Innoval Technology работают несколько специалистов, которые теперь хорошо разбираются во всех аспектах этого «темного искусства», если вам будет нужно детально изучить поверхность. На протяжении многих лет мы занимались мониторингом результатов предварительной обработки и качества поверхности алюминия для многих отраслей промышленности. Исследованные нами продукты включают автомобильные компоненты из алюминия, внутренние и внешние архитектурные панели, контейнеры и упаковку для пищевых продуктов и напитков, а также различную анодированную продукцию. Фактически почти все, что связано с поверхностью алюминия! В блоге на нашем сайте Вы можете найти более подробную информацию о том, что мы делаем в компании в области предварительной обработки поверхности алюминия. Состояние алюминиевой поверхности оказывает существенное влияние на важные характеристики многих видов продукции, а ультрамикротомия и анализ ультратонких срезов на просвечивающем электронном микроскопе помогают нам лучше понять состояние поверхности алюминия. n Контакты: www.innovaltec.com

Aluminium International Today на русском языке

Al

ǛǼǺȀDZǽǽǴǺǹǬǷȈǹǺDZ ǷǴǾȈDZ

ǞDZȁǹǺǷǺǯǴǴ ǷǴǾȈȋ ȂǴǷǴǹǰǼǴȃDZǽǶǴȁ Ǵ ǻǷǺǽǶǴȁ ǽǷǴǾǶǺǮ ǎǬǯǽǾǬȀȀ ǺǽǹǺǮǬǹǹȇDZ ǹǬ ǴǹǹǺǮǬȂǴȋȁ Ǵ ǿǽǺǮDZǼȄDZǹǽǾǮǺǮǬǹǹȇDZ ǸǹǺǯǺǷDZǾǹǴǸ ǺǻȇǾǺǸ ȋǮǷȋȊǾǽȋ ǶǷȊȃǺǸ Ƕ ǼDZǹǾǬǭDZǷȈǹǺǽǾǴ ǘǹǺǯǺǷDZǾǹǴǵ ǺǻȇǾ Ǵ ǻǼDZǰǺǽǾǬǮǷȋDZǸȇDZ ǿǽǷǿǯǴ ǶǺǸǻǬǹǴǴ ǎǬǯǽǾǬȀȀ ǺǭDZǽǻDZȃǴǮǬȊǾ ǿǮDZǼDZǹǹǺǽǾȈ Ǯ ǷǴǾDZǵǹǺǸ ǻǼǺǴdzǮǺǰǽǾǮDZ ² ǽǿȅDZǽǾǮDZǹǹǺDZ ǶǬȃDZǽǾǮǺ ǹDZǺǭȁǺǰǴǸǺDZ ǰǷȋ ǭDZdzǺǻǬǽǹǺǯǺ ǷǴǾȈȋ ǬǷȊǸǴǹǴȋ ǸǬǶǽǴǸǬǷȈǹǺǯǺ ǿǮDZǷǴȃDZǹǴȋ ǻǼǴǭȇǷǴ Ǵ ǿǽǻDZȄǹǺǵ ǶǺǹǶǿǼDZǹȂǴǴ ǹǬ ǼȇǹǶDZ

ǗǴǰDZǼ Ǯ ǾDZȁǹǺǷǺǯǴǴ ǻǺǷǿǹDZǻǼDZǼȇǮǹǺǯǺ ǷǴǾȈȋ › ǗǴǾDZǵǹȇDZ ǸǬȄǴǹȇ › ǝǴǽǾDZǸȇ ǷǴǾȈȋ ǻǼǺǶǬǾǹȇȁ ǽǷǴǾǶǺǮ

› ǝǴǽǾDZǸȇ ǷǴǾȈȋ ȂǴǷǴǹǰǼǴȃDZǽǶǴȁ ǽǷǴǾǶǺǮ

› njǮǾǺǸǬǾǴdzǬȂǴȋ › ǟǻǼǬǮǷDZǹǴDZ ǿǼǺǮǹDZǸ ǸDZǾǬǷǷǬ › ǝDZǼǮǴǽ Ǵ ǻǺǰǰDZǼDzǶǬ Ǯ ǼǬdzǹȇȁ ǽǾǼǬǹǬȁ ǸǴǼǬ

ǑǽǷǴ ǎȇ ȁǺǾǴǾDZ ǿǷǿȃȄǴǾȈ ǻǼǺǴdzǮǺǰǽǾǮDZǹǹȇDZ ǻǺǶǬdzǬǾDZǷǴ dzǮǺǹǴǾDZ +1 509 922 1404 | www.wagstaff.com

Эксперт в технологии литейных цехов Используя наши технические знания и опыт, мы разрабатываем, строим и вводим в эксплуатацию комплексные линии непрерывного и полунепрерывного литья алюминия. Двухвалковые машины непрерывного литья листа JUMBO 3CM® Литейные машины плоских и цилиндрических слитков, системы автоматизации AUTOPAK® Установки дегазации в печи IMRA® Установки внепечной непрерывной обработки металла ALPUR®, JETCLEANER®, PDBF®, CFF Полное послепродажное обслуживание

йт:

са вый

о

шн а н е

ит

Посетите наш стенд №206 X Международный Конгресс и Выставка Interna tio na l

т Посе

& ress Exhibit ng ion Co

NON-FERROUS METALS & MINERALS Cu

Nb

Au

Ni

Al

Pb

Цветные металлы и минералы 2018

10-14 сентября 2018 г. РОССИЯ, Красноярск