Глава 2. Новая технология и новые материалы

Одним из важнейших направлений технического прогресса, приводящим к снижению потребности в сырье, является снижение массы машин, оборудования, сооружений. Первые паровые машины при своей малой мощности были чрезвычайно тяжелы. Не говоря уже о паровых машинах Ньюкомена, Севери, Ползунова, первые машины Уатта весили 300 кг на индикаторную лошадиную силу, т.е. более 400 кг на 1 кВт, а к началу ХХ в. - 135-140 кг. Затем появились паровые турбины, мощность которых все более увеличивалась при более медленном росте массы. Максимальная мощность современных турбин составляет 1200-1300 Мвт, а их масса и линейные размеры не намного отличаются от массы и линейных размеров турбин мощностью 800 и даже 500 МВт. На тепловых станциях страны в настоящее время совершается переход от блоков в 500 и 800 МВт. На Костромской ГРЭС был установлен первый в России блок мощностью 1200 МВт. На базе действующих создается серия мощных блоков, которые будут применены на создаваемых крупнейших ТЭЦ КАТЭКа. Экономичность более мощных блоков характеризуется следующими данными. Если принять за 100 массу металла турбин мощностью 300 МВт, то на турбинах 500 МВт она снижается (на единицу мощности) до 77, а на турбинах 800 МВт - до 75. Удельная кубатура главного корпуса электростанций, принятая за 100 при турбинах 300 МВт, при более мощных турбинах - 500 и 800 МВт составляет соответственно 75 и 57, штатных коэффициент - 70 и 55. Следовательно, в течение ряда десятилетий происходит переход к двигателям, все более мощным и имеющим меньшую массу на единицу мощности, что в конечном счете означает относительную экономию металла. Эта тенденция, очевидно, сохранится и в дальнейшем наряду с ускорением научно-технического прогресса. В развитии двигателей внутреннего сгорания наблюдается та же тенденция повышения мощности и снижения их массы. Само по себе появление двигателей ознаменовало мощный скачок в техническом прогрессе - развитие автотранспорта и авиации. Только тогда, когда были созданы достаточно мощные на единицу массу (или легкие на единицу мощности), двигатели, смогли подняться в небо летательные аппараты тяжелее воздуха. Дальнейшее совершенствование двигателей - появление газовых турбин - позволило многократно увеличить грузоподъемность и скорость самолетов, а создание еще более мощных ракетных двигателей и эффективных видов топлива открыло возможность освоения космического пространства. Все это свидетельствует об экономии массы, а значит, и об экономии металла. Не трудно заметить и непосредственное влияние снижения массы машин на относительное сокращение потребности в добыче железорудного сырья. Один из характерных результатов научно-технического прогресса в области электроники и техники полупроводников - микроминиатюризация. Сложнейшие сочетания, равноценные блоку из 50-100 и более элементов, умещаются на кремниевых или германиевых микроплатах площадью 1 кв.мм или его доле. Благодаря микроминиатюризации резко снижаются габариты электронных приборов. Современная электронно-вычислительная машина пятого поколения во много раз меньше по габаритам электронно-вычислительных машин первого поколения. Микроминиатюризация позволяет многократно сократить размеры многих других устройств и вместе с тем и удельную потребность в материалах для них, а стало быть, и объем добычи ресурсов. Новая технология производства черных металлов - одно из новейших направлений прогресса техники. Выше уже отмечалось большое значение развития электрометаллургии, в частности создания первого крупного электрометаллургического бездоменного комбината в Старом Осколе. Новая бездоменная и бескоксовая металлургия позволит снизить нагрузку на окружающую чреду. Удельные выбросы вредных газов при бездоменном процессе в 3 раза ниже, чем при традиционном способе производства стали. Подобное же значение будет иметь и другое новое направление в технике производства металлов - порошковая металлургия, формирование металлических изделий из железных порошков в смеси с порошками из других металлов. Этот способ дает возможность резко сократить трудоемкость изделий, снизить их себестоимость до 30% себестоимости изделий, получаемых обычным путем, а также обеспечить необходимую структуру металла, его пористость. По данным А.И.Манохина, в среднем на 1000 т изделий из металлических порошков сберегается до 2500 т металла, высвобождается 190 рабочих. Большое значение имеет использование металлических порошков для нанесения распылением и наплавкой покрытий на трущиеся детали машин, что продлевает срок их службы, защищает от коррозии различные виды оборудования, сооружения, строительные конструкции. Срок службы изделий можно увеличить в 2-3 раза и существенно сократить потери от коррозии, которые оценивают применительно к современному общему металлофонду страны в 11-13 млн.т/год. Развитие порошковой металлургии создает основу развития производства композиционных материалов с металлической основой. Многие из материалов - сплавы железа и меди, вольфрама и меди, порошков быстрорежущей стали дают экономию материалов, сберегают вольфрам, молибден, ванадий, кобальт. Изготовление высококачественного железного порошка в большой мере зависит от исходного материала - железных руд. Использование различных руд и отходов определяет наиболее целесообразное размещение предприятий порошковой металлургии, а также применение обоих методов получения порошков - восстановлением и распылением. Преимущества порошковой металлургии не только в экономии материала (черных металлов) при изготовлении изделий, но ив снижении загрязнения атмосферы и воды, связанного с работой обычных металлургических заводов. С каждым годом во всем мире все большее развитие получает производство композиционных материалов. Оно также может быть отнесено к числу новых отраслей, характеризующих современный технический прогресс. Композиционные материалы отличаются большой твердостью, прочностью, стойкостью против коррозии, сохранением своих свойств при высоких температурах. Основной группой материалов являются мультиполимерные системы, полимерные сети, пластины, ленты. К их числу относятся сверхтвердые синтетические материалы. Созданы биоматериалы, служащие, например, для изготовление искусственных клапанов сердца, сосудов, костей. Все большее распространение получают такие композиционные материалы, как стекловолокно, графитволокно, алюминийволокно, карбидволокно. Исключительной прочностью и стойкостью против коррозии обладают стеклометаллические полотна и ленты, имеющие способность намагничивания. Разработаны новые методы производства силиконовых слоев и техника нанесения их на кристаллы полупроводников при сверхвысоком вакууме. Изготовляются различные фотоэлектрические материалы для непосредственного превращения солнечной энергии в электрическую. Созданы керамика для использования при высокотемпературных процессах, материалы для авиационных газовых турбин и автомобильных двигателей. Появились новые высокопрочные низколегированные стали, новые магнитные сплавы, сверхпроводники и т.д. Применение таких материалов сулит большую экономию расходуемого сырья. В народном хозяйстве развертывается работа по более полному использованию тех возможностей, которые дает современная техника. Перед конструкторами стоит задача снижения излишних запасов прочности, а отсюда и большой массы машин и оборудования. Избыточной массой нередко отличаются станины. Надо увеличить использование легких материалов в машиностроении - применение пластмасс вместо стали и алюминия. Многое зависит от более широкого внедрения точного литья. Можно сократить непомерно большую долю отходов металла в стружку. С этой целью увеличивается выпуск прогрессивного кузнечно-прессового и литейного оборудования, а также листового проката, необходимого для производства изделий под давлением. Точное литье в кокили под давлением позволяет экономить до 30% металла. Снижению массы и продлению срока службы конструкций, а тем самым и сокращению потребности в металле способствует широкое применение качественных сталей вместо обычной углеродистой стали. Это требует большего развития передовых способов производства металла, многие из которых были разработаны у нас, но внедрены лишь частично, например непрерывная разливка стали, частично кислородно-конверторный способ и производство электросталь. В настоящее время разрабатываются мероприятия по сокращению потребности в сырье и более эффективному его использованию. Нефть и газ, как уже отмечалось, целесообразнее использовать не в качестве топлива, а в качестве сырья для производства продуктов синтетической химии. В соответствии с этим будут происходить и изменения в топливно-энергетическом балансе, снижение доли углеводородов в качестве топлива. Большое значение для сохранения ресурсов леса имеет более широкое использование отходов древесины для производства древесной массы и выпуска древесноволокнистых, древесностружечных плит, картона и других видов продукции. Отходы древесины при заготовке, транспортировании и переработке составляют десятки миллионов кубометров (потери составляют около 50%). Отходы надо собирать и перерабатывать, что требует осуществления ряда организационных мероприятий и капитальных вложений. Но они себя окупят, так как позволят лучше использовать ресурсы леса, предохранить наши лесные богатства от чрезмерной вырубки, форсировать непрерывное воспроизводство в лесном хозяйстве. Подобные же задачи сохранения природных богатств стоят и в сельском хозяйстве - обеспечить процесс непрерывного воспроизводства и восстановления производящей способности почвы, предохранения ее от истощения на основе рационального ведения сельского хозяйства и повышения качества сельскохозяйственного производства.