ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Организация серийного производства разрывных контактов для низковольтной аппаратуры из композиционных материалов на основе меди

Рекомендуемая область пременения

Композиционные металлокерамические бессеребряные электроконтактные материалы на основе меди с добавками ультрадисперсных порошков (УДП) разработаны для применения в качестве контактных элементов низковольтной электроаппаратуры (НВА), работающей в диапазоне средних токов от единиц до нескольких тысяч ампер, а именно:
- предприятия-производители электротехнического профиля, выпускающие низковольтные коммутационные электроаппараты постоянного и переменного тока;-
- предприятия-изготовители бытовой электротехники;
- предприятия железнодорожного и городского электрического транспорта (для ремонтных целей);
- крупные заводы, имеющие крановое хозяйство и внутризаводской электротранспорт (для ремонтных целей).

Назначение, цели и задачи проекта

Основная цель проекта - организация серийного производства бессеребряных разрывных электроконтактов (БРЭ) для низковольтной аппаратуры из  композиционных материалов на основе меди  на площадях Красноярского химико–металлургического завода для удовлетворения потребности в дешевых и надежных контактах отечественных заводов, выпускающих и использующих низковольтные электроаппараты постоянного и переменного тока.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Основным процессом потребления и распределения электроэнергии является коммутация электрического тока. Этот процесс осуществляется с помощью коммутирующих аппаратов различного назначения, непременно имеющих в своей конструкции контактные элементы (контакт-детали), которые, собственно, и производят передачу или прерывание тока.

Около 25% мирового производства дефицитного серебра расходуется на изготовление контактов для нужд электротехники. Практически полностью это серебро расходуется безвозвратно из-за распыления и испарения в электрической дуге. Разрывные электрические контакты низковольтной аппаратуры для средних токов 10...1000 А (основной потребитель серебра) изготовляют, как правило, из композиционных материалов с содержанием серебра около 80...90%.

Известно множество функциональных материалов на основе серебра для контакт-деталей коммутационных электроаппаратов. Такие материалы хотя и обеспечивают надежную работу аппаратов в электротехнической отрасли, но приводят к безвозвратному расходу дефицитного и дорогого благородного металла (в эту область идет около 25% общего потребления серебра, что составляет в России порядка 100 т/год).

В условиях дефицитности серебра и резкого повышения мировых цен на него, потребители контактов обращают свое внимание к альтернативным материалам, в частности, на медной основе, способным обеспечить достаточную надежность электроаппаратуры при низких ценах.

С целью экономии серебра во всем мире ведутся работы, направленные как на снижение его содержания в контактном материале, так и на его полную замену неблагородным металлом.Давно ведутся работы по созданию материала на основе меди, который бы отвечал всему комплексу многочисленных требований.

Однако до сих пор значительных успехов в мире в этом направлении не достигнуто. В справочной литературе упоминается лишь несколько стандартизированных материалов (Cu-Cd, Cu-Mo, Cu-W, Cu-C), но широкого практического применения они не имеют. Использование стандартных материалов на основе благородных металлов, полученных испытанными методами, часто не диктуется необходимостью, а является результатом привычки, опасений, желания избежать риска. Эта же причина влечет и отсутствие в последние десятилетия широких исследований альтернативных материалов.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Проект основывается на имеющихся у авторов новых наукоемких разработках по взрывному синтезу порошковых материалов, технологиях плазменного напыления плакированных порошков, составам и технологии изготовления бессеребряной металлокерамической электроконтактной продукции.

Разработана серия металлокерамических электроконтактных бессеребряных материалов на основе меди для разрывных электроконтактов, которые содержат добавки углерода в виде мелкодисперсного алмазного порошка (так называемый, “детонационный” алмаз, получаемый с помощью энергии взрыва), а также другие металлические и неметаллические, гетерогенные компоненты.

Коммерческим продуктом проекта являются контакт - детали для низковольтной электроаппаратуры.

Ассортимент получаемой  продукции: контакты для низковольтных электроаппаратов постоянного и переменного тока (контакторы, магнитные пускатели, автоматические выключатели, реле).

Материалы производятся традиционными методами порошковой металлургии (общая технологическая схема производства: приготовление шихты - прессование заготовок - спекание - допрессовка (уплотнение) - отжиг - зачистка - упаковка), они не содержат драгоценных металлов и дорогостоящих компонентов, технологичны в изготовлении с возможностью автоматического прессования с производительностью до 12 шт./мин.

В зависимости от назначения контакт - деталей, возможна организация трех различных технологических линий, себестоимость производства по которым существенно различна:

1 – традиционная порошковая технология (для механически малонагруженныхконтактов): приготовление шихты (дозировка, смешивание, грануляция, сушка) - прессование заготовок - спекание - допрессовка (уплотнение) - отжиг - зачистка - упаковка;

2 – экструзионная технология(для механически нагруженныхконтактов): приготовление шихты - прессование заготовок - спекание - горячая экструзия - прокатка - вырубка - отжиг - упаковка;

3 – высадочная технология (для контактов заклепочного типа): приготовление шихты - прессование заготовок - спекание - горячая экструзия прутков - вытяжка проволоки - высадка - отжиг - упаковка.

Очевидно, что первые и последние технологические переделы одинаковы для всех трех линий, но основные – качество- и формоопределяющие переделы – требуют различного оборудования.

На момент запуска производства и выхода на проектные  мощности планируется организация производства по традиционной порошковой технологии. Промышленную реализацию двух других технологий можно рассматривать как перспективу развития производства.

Основные технические характеристики

Опытно-промышленные образцы электроконтактов, оптимизированные по составам и технологическим режимам изготовления, по своим параметрам в основном соответствуют требованиям ТУ16-685.020-85 и достигнутым лучшим отечественным и зарубежным аналогам (см. табл. 1).

Основные свойства материала в зависимости от состава изменяются в диапазоне:

– относительная плотность – 0,97...0,99;

– удельное электросопротивление – 2,3...2,8 мкОм_*см;

– твердость НВ = 60...70;

– прочность напайного соединения (сопротивление срезу) – не менее 5 кг/мм²;

– превышение температуры контактных элементов при нагружении номинальным током, как правило, не превышает 60 ^ОС.

Таблица 1

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ   ТЕХНИЧЕСКИЕ   И   ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ   ПОКАЗАТЕЛИ РАЗРАБОТАННЫХ    ЭЛЕКТРОКОНТАКТОВ

Объем производства  планируется на уровне 3-7 т. в год. Данный объем принят исходя из производительности оборудования операций помола и прессования, производительность остального оборудования не критична для рассматриваемого набора оборудования и технологии.

В пиковые периоды возможно увеличение объемов производства на 10-20% за счет более интенсивного использования оборудования. Режим работы двухсменный (смена 8 часов).

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Выпускаемая продукция призвана удовлетворять потребности отечественных заводов, выпускающих низковольтные электроаппараты переменного и постоянного тока (контакторы, магнитные пускатели, автоматические выключатели, реле) в сравнительно дешевых и надежных контактах. Поэтому основной потребитель – электротехническая промышленность.

Уровень свойств электроконтактных изделий аналогичного назначения у ведущих фирм-производителей «P.R.MALLORYCoInc.», «GIBSONElectricInc» (США), «RAUG» (Германия), ОАО “Электроконтакт” (г. Кинешма, Россия) сопоставим (см. табл.1). Однако в результате реализации проекта предполагается выпускать контакты на медной основе, способные заменить серебросодержащие изделия.

Уровень свойств предлагаемых электроконтактных изделий сопоставим или превышает по основным показателям свойства изделий аналогичного назначения на основе серебра у единственного производителя-монополиста в России ОАО “Электроконтакт” (г. Кинешма), в связи с чем, рынок РФ является незаполненным, особенно, в отношении сравнительно небольших партий контактов, которые в массовом производстве невыгодны. Таким образом, имеются серьезные предпосылки для конкурентных продаж и перспективы увеличения производства и объемов реализации.

Предлагаемое производство бессеребряных разрывных электроконтактов в России и конкретно в городе Красноярске целесообразно по следующим причинам:

1. Отсутствие в регионе Сибири и Дальнего Востока предприятий-производителей электроконтактной продукции и в то же время наличие достаточно большого количества предприятий электротехнического комплекса, выпускающих низковольтные электроаппараты на средние токи, а также наличие серьезных потребителей, нуждающихся в этом виде продукции для ремонтных целей: крупные предприятия горнодобывающей и металлургической отраслей (крановое хозяйство, горнодобывающее оборудование, внутризаводской электротранспорт и пр.). Кроме того, значительные потребности испытывает городской электротранспорт и электровагоноремонтные и локомотивовагоноремонтные заводы железнодорожного транспорта.

2. Наличие простаивающих в настоящее время производственных площадей и, в том числе, на конверсионных предприятиях, которые располагают частично необходимым оборудованием, а также квалифицированным персоналом (например, участок порошковой металлургии на Красноярском химико-металлургическом заводе).

3. Технические и экономические преимущества проекта определяются возможностями замены благородного металла (серебра) на медь, существенными технологическими преимуществами, снижающими себестоимость. Себестоимость готовых контактных элементов невысока и при надлежащих организации производства и технологическом оборудовании не превышает 35...45 US$/кг. С учетом возможности оптовой реализации продукции по цене в 2...3 раза ниже цены контактов на серебряной основе (их оптовая цена порядка 300 US$/кг) производство следует признать высокорентабельным.

Одним из важных преимуществ проекта является возможность производства относительно небольших партий электроконтактов без увеличения их себестоимости, что позволяет существенно увеличить номенклатуру изделий, выпускаемых на создаваемом производстве.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Технические и экономические преимущества проекта определяются возможностями замены благородного металла (серебра) на медь, существенными технологическими преимуществами, снижающими себестоимость, большей экологической чистотой, а также возможностью более полного использования научно-технического и производственного потенциала предприятий Красноярского края.

Цены на медно-алмазные электроконтакты необходимо увязывать с ценами изделий на серебряной основе. Цена 1 кг. шихты для изготовления медных контакт-деталей, по нашим ориентировочным расчетам,  не превысит 20 USD/кг. при реальной величине 15 USD - 18 USD за кг. Для определения цены по которой можно продавать медные электроконтакты в качестве сравнения приведем расчетную стоимость наиболее широко известного в настоящее время СОК-15:85 Ag-CdO (в мировых ценах).

Цена на серебро на Лондонской бирже металлов составляет около 6,78 USD за тройскую унцию (около 218 USD/кг., 15 декабря 2004 г.). Цена оксида кадмия сравнима с ценой порошковой меди, т.е. около 4 USD/кг. Цена лигатуры в этом случае составит:

0,85Ч218 + 0,15Ч4 ? 186 USD/кг.

Таким образом, соотношение цены (186:20 ? 9,3) ясно показывает (при прочих равных условиях) экономическую целесообразность производства медных вместо  серебросодержащих контактов.

Себестоимость готовых контактных элементов невысока и при надлежащих организации производства и технологическом оборудовании не превышает 35...40 USD/кг. С учетом возможности оптовой реализации продукции по цене в ~2...3 раза ниже цены контактов на серебряной основе (их оптовая цена порядка 150...200 USD/кг) производство следует признать высокорентабельным.

Новые потребительские свойства продукции

Лабораторные и широкие натурные испытания в промышленных условиях показали высокий уровень служебных характеристик КМК-МДА (высокие электроэрозионная стойкость, стойкость против приваривания, твердость НВ = 50-90, дугогасящая способность, длительная прочность в условиях тяжелых режимов работы, стабильное переходное сопротивление, низкие электросопротивление – 2,3-3,8 мкОм•см и электроперенос при коммутации постоянного тока).
В связи с этим композиционные металлокерамические бессеребряные электроконтактные материалы способны успешно заменять используемые в настоящее время серебросодержащие псевдосплавы в широком ряде применений: контакторы и магнитные пускатели, автоматические выключатели, аппаратура постоянного и переменного тока тепловозов и электровозов, реле среднего и тяжелого режимов.
Разработанные материалы совместимы с существующими материалами контактодержателей, легко и надежно паяются бессеребряными припоями. Их качество полностью отвечает требованиям действующих Российских стандартов, в том числе, соответствующих международному ISO-9000.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

В КГТУ созданы научно-исследовательская лаборатория порошковой металлургии и опытно – промышленный участок. КГТУ и Красноярский химико-металлургический завод (КХМЗ) организовали промышленный участок массового производства изделий порошковой металлургии, на котором было выпущено свыше 10 тыс. контактов для ДЗНВА.
Разработана лабораторная, а затем и промышленная технология изготовления контактных элементов, которая реализована в настоящее время на практике в виде завода производительностью 25...30 т/год (г. Харбин, КНР, совместная, китайско-российская “Торгово-промышленная компания по производству электроконтактов “Гунда””). В 1997 году контакты аттестованы для применения в народном хозяйстве КНР государственной комиссией.
Проведены лабораторные и широкие натурные испытания таких электроконтактов в промышленных условиях, в том числе, в подвижном составе железных дорог в условиях, близких к субтропикам, юга КНР. Испытания показали высокий уровень их служебных характеристик (высокие – твердость НВ = 60...70, эрозионная стойкость, стойкость против приваривания, дугогасящая способность, длительная прочность в условиях тяжелых режимов работы, стабильное переходное сопротивление, низкие – удельное сопротивление – 2,3...2,8 мкОм*см и электроперенос при коммутации постоянного тока). В связи с этим, они способны успешно заменять используемые в настоящее время серебросодержащие электроконтактные псевдосплавы в широком ряде применений: электропусковая аппаратура (контакторы и магнитные пускатели), некоторые виды автоматических выключателей, аппаратура постоянного и переменного тока тепловозов и электровозов, реле среднего и тяжелого режимов. Материалы совместимы с существующими материалами контактодержателей, легко и надежно паяются бессеребряными припоями.
Кроме того, составы, разработанные в КГТУ и изделия из них прошли успешные испытания в ЦЗЛ ДЗНВА и эксплуатационные испытания на предприятиях городского электротранспорта 14 городов Сибири и Дальнего Востока (в течение 2003-2004 г.г.). Испытания свидетельствуют, что эксплуатационная стойкость контактов на медной основе сопоставима со сроком эксплуатации стандартных серебросодержащих изделий.
В России апробированы опытные партии контакт-деталей, использование которых позволяет в настоящее время констатировать их применимость и для ремонтных целей в ряде электроаппаратов: пусковая аппаратура переменного тока кранового хозяйства, внутризаводской электротранспорт, городской электротранспорт, подвижной состав железных дорог – электропоезда и электровозы (электровагоноремонтный завод, г. Красноярск; Саянский алюминиевый завод, г. Саяногорск; завод низковольтной аппаратуры, г. Дивногорск).

Предлагаемые инвестиции

7 млн. руб.
5700 тыс. руб. – 2007 год (60% 1-е полугодие; 40% 2-е полугодие)
1300 тыс. руб. – 1-е полугодие 2008 года

Рынки сбыта

Предприятия Российской Федерации.
Авторами проекта Российский рынок сбыта изучается, начиная с 1993г.
За это время изъявили желание работать по испытанию и внедрению указанных электроконтактов несколько российских предприятий-производителей аппаратуры:
1. Дивногорский завод низковольтной аппаратуры – ДЗНВА (г. Дивногорск, Красноярский край);
2. АО “ЗЭТА” (г. Кемерово);
3. АО “Уралэлектро” (г. Медногорск, Оренбургская обл.)
4. Улан-Удэнский локомотивовагоноремонтный завод (г. Улан-Удэ);
5. Красноярский электровагоноремонтный завод (г. Красноярск);
6. Кашинский завод электроаппаратуры (г. Кашин, Тверская обл);
7. АО “Чебоксарский электроаппаратный завод” (г. Чебоксары);
8. ООО "Промразвитие" (г. Москва);
9. Новосибирский завод «Электросигнал» .
Также заинтересованы в такой работе и согласны участвовать муниципальные предприятия г. Красноярска, г Братска, г. Иркутска.
Общая годовая потребность только этих предприятий в электроконтактах составляет около 20 тонн изделий в год.
Кроме основных потребителей – заводов электротехнического профиля, выпускающих электрическую аппаратуру, значительный рынок сбыта создают предприятия транспорта (железнодорожного и городского электрического), а также предприятия, имеющие большое крановое хозяйство и внутризаводской электротранспорт. Они используют электроконтакты для ремонтных целей. У инициаторов проекта есть опыт работы в этом направлении с алюминиевыми заводами, по заказу которых были изготовлены опытные партии предлагаемых электроконтактов для кранового хозяйства, оснащенного импортным электрооборудованием, электрокаров и электропогрузчиков. По совместным оценкам, например, Красноярскому алюминиевому заводу требуется для этих целей порядка 300 – 350 кг/год готовых контактных элементов различных типоразмеров. Такое же количество необходимо Саянскому алюминиевому заводу.
Совместно с Улан-Удэнским локомотивовагоноремонтным заводом проведены успешные испытания предлагаемых контактов в электроаппаратуре электровоза ВЛ80. Суммарная потребность родственных заводов России оценена около 5 т/год контактов для ремонтных целей.
Таким образом, изучение Российского рынка предлагаемых контактов на медной основе показывает, что на первых порах адаптации продукции к отрасли годовая потребность может быть оценена величиной порядка 15-25 т. изделий (Советский Союз потреблял около 200-220 т/год, в настоящее время в России производится, по нашим сведениям, порядка 120 т/год электроконтактной продукции на основе серебра).
Большое количество заводов производило низковольтную электроаппаратуру. Среди них:
1. Дивногорский завод низковольтной аппаратуры – ДЗНВА (г. Дивногорск, Красноярский край);
2. АО «ЗЭТА» (г. Кемерово);
3. АО «Уралэлектро» (г. Медногорск, Оренбургская обл.);
4. Кашинский завод электроаппаратуры (г. Кашин, Тверская обл);
5. АО «Чебоксарский электроаппаратный завод» (г. Чебоксары);
6. Рассказовский завод низковольтной аппаратуры (Тамбовская обл.);
7. Тольяттинский электротехнический завод;
8. Ульяновский завод низковольтной аппаратуры "Контакт";
9. Черкесский завод низковольтной аппаратуры (Ставропольский край);
10. Грайворонский завод тепловозного электрооборудования (Белгородская обл.);
11. Ашинский светотехнический завод (Челябинская обл.);
12. Завод "Электроаппарат" (Зеленокумск, Ставропольский край);
13. Ангарский электромеханический завод (Иркутская обл.);
14. Гагаринский светотехнический завод (Смоленская обл.);
15. "Завод электропульт" (Санкт-Петербург);
16. Завод транспортного электрооборудования (Набережные Челны);
17. Завод "Кранэлектроаппарат" (Комсомольск, Ивановская обл.);
18. Кореневский завод электроаппаратуры (Курская обл.);
19. Электроаппаратный завод (Курск);
и др.
В связи с постоянным, неуклонным ростом мировой цены на серебро среди потребителей контактов в последние годы формируется устойчивое и все усиливающееся желание отойти от использования серебросодержащих материалов. Даже транспортировка серебряной электроконтактной продукции, производимая обычно потребителем, и доставка ее – хлопотное и дорогостоящее в настоящее время мероприятие. Это – важные психологические факторы, способствующие внедрению предлагаемых контактов в производство, т. к. традиционное отношение специалистов к контактам на медной основе – весьма настороженное.
За последние годы работа над совершенствованием предлагаемого контактного материала продолжалась и на его основе разработаны новые составы и технические решения, патентуемые в настоящее время, которые позволяют улучшить качество контактов, расширить области их применения и номенклатуру изделий. Это дает основание считать, что рынок предлагаемой продукции имеет длительную перспективу и будет со временем расширяться.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемые в проекте композиционные, электроконтактные материалы и технология изготовления контакт-деталей из них не имеют аналогов на мировом рынке аналогичной продукции и услуг.

Возможность выхода на мировой рынок

Возможность экспорта предлагаемой продукции в КНР, рынок разрывных электрических контактов которой составляет, в настоящее время, по оценкам совместной китайско-российской “Торгово-промышленной компании по производству электроконтактов “Гунда”, не менее 600 т/год. Поэтому, несмотря на появление собственного производства в КНР, импортная контактная продукция хорошего качества найдет сбыт в этой стране. Изучение рынка сбыта здесь облегчается тем, что в результате перехода к рыночной экономике в КНР наблюдается производственная специализация отдельных районов с концентрацией в них значительных мощностей. Так, например, в уездном г. Вэньчжоу (провинция Чжэцзян) работает множество мелких и средних частных электротехнических предприятий, потребляющих до 200 т/год контактной продукции.

Срок окупаемости (в месяцах)

34

Дата поступления материала

13.10.2006