Алюминий — основной компонент алюминиевых сплавов. Алюминий получают из бокситовых руд электролизом расплава соленых соединений в присутствии криолита, снижающего температуру плавления. Алюминий имеет низкую плотность (2200 кг/м3), он очень пластичный и мягкий. Известно, что на поверхности алюминия образуется тонкая, прочная оксидная пленка, что обеспечивает ему стойкость к атмосферным воздействиям, влиянию органических кислот, щелочей, аммиака и т. д. Стоимость алюминия в 3~4 раза выше жести, однако алюминий легче, так что удельная стоимость единицы массы продукции сопоставима.
Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий подразделяют на деформируемые — Д (получаемые методами пластической деформации, например, банки, тубы, баллоны) и литейные — JI (изготовляемые литьем, например, обручи для фляг).
Деформируемые алюминиевые сплавы классифицируют на упрочняемые и неупрочняемые с помощью термообработки. Упрочняемыми деформируемыми сплавами алюминия являются дуралюмины марок д1 и д2 (цифры показывают номер сплава). Основной легирующий элемент данных сплавов — медь (3,8-4,8%); в сплаве содержатся также магний (0,4-2,3%), марганец (0,4-0,8%). Легирующие элементы придают дуралюминам твердость, прочность и некоторую пластичность. Эти свойства закрепляются при термообработке. Для коррозионной стойкости листы из дуралюмина подвергают плакировке, т. е. покрывают слоем чистого алюминия с последующим нагревом и прокаткой.
К деформируемым алюминиевым сплавам, неупрочняемым термической обработкой, относятся сплавы алюминия с марганцем и магнием марок АМц (марганца до 1,8 %) и AMrl — АМг6 (цифры показывают среднее содержание магния). Эти сплавы отличаются повышенной устойчивостью к механическим нагрузкам, коррозии. Для упрочнения поверхности сплава проводят нагар-товку (отбивку).
Литейные алюминиевые сплавы обладают хорошей жидко-текучестью, малой усадкой, пористостью. Большинство марок этих сплавов расшифровываются так: АЛ (цифра) — алюминий литейный; цифра означает порядковый номер сплава, химический состав которого регламентируется ГОСТом. Наиболее широко используют алюминиевые литейные сплавы I группы с кремнием (силумины). Силумины не подвергают термической обработке, их прочность повышают путем добавления модификаторов. В сплавах для изделий, контактирующих с пищевыми продуктами, содержание свинца не должно превышать 0,15%, цинка — 0,3%, мышьяка — 0,015%, примесь бериллия не допускается.
Алюминий хорошо прокатывается в тонкую фольгу, которая применяется для производства полужесткой металлической упаковки и комбинированных материалов. Толщина алюминиевой фольги составляет от 10 до 200 мкм. При калибровании (прокатке через последнюю пару валов) прокатывают сдвоенные полосы фольги, поэтому внутренняя сторона их слегка матовая, а внешняя — с зеркальным блеском, но их свойства идентичны. Очень тонкая фольга имеет микроразрывы или трещины, эти отверстия делают ее проницаемой для паров воды и кислорода, поэтому требуется специальная обработка лаком. Литейные и деформируемые алюминиевые сплавы используют для производства тары как потребительской, так и транспортной («молочные» фляги).
2 Производство металлической тары
Рассмотрим производство металлической тары. Для того чтобы ее получить, необходимо получить сырье (металл).
Производство белой листовой жести. Технологический процесс включает следующие стадии обработки:
• холодная прокатка углеродистой стали;
• электролитическая очистка поверхности для удаления неровностей, окисленного слоя;
• отжиг;
• обезжиривание и подготовка полосы к основному процессу — лужению;
• электролитическое лужение;
• нарезка на листовые заготовки.
Толщина слоя олова определяет срок годности банки, поскольку при нарушении целостности покрытия в процессе производства или при хранении упакованного продукта, содержащего воду, соли и т. п. В этих местах жесть начинает быстро ржаветь в присутствии влаги из-за возникновения гальванической пары олово-железо (электрохимическая коррозия). Поэтому чем толще слой олова, тем больше продолжительность его защитного действия.
При производстве полуфабриката листового или рулонного материала для производства банок покрытие принято делить по толщине на три класса: I класс — 2,8 г/м2, II класс — 5,6 г/м2, III класс — 11,2 г/м2 с каждой из сторон листа. Толщина покрытия III класса достигает 1,5 мкм. При горячем способе лужения средний расход олова составляет 20 г/м2, а средняя толщина слоя 3 мкм (колебания 1,6-5 мкм). Толщина стального листа составляет около 200-250 мкм (0,20-0,25 мм).
Жесть с покрытием III класса практически не производится из-за большого расхода олова. Наиболее часто используется белая жесть марки ЭЖК II класса. Для увеличения ее коррозионной стойкости применяют дополнительное лакирование поверхности олова, а также другие приемы.
Повышение коррозионной стойкости белой жести заключается в следующих технологических операциях:
• пассивирование, т. е. получение тонкой оксидной пленки толщиной 1-2 мм на поверхности олова. Для этого поверхность жести электролитического лужения обрабатывают окислителями
в специальных ваннах. Пассивирование способствует повышению устойчивости олова к сероводороду, выделяющегося из продукта при стерилизации мяса, рыбы, некоторых овощей;
• нанесение масляной пленки снижает трение и, следовательно, вероятность повреждения олова при обработке металла. Вместо растительного масла сейчас используют органические синтетические эфиры с низким коэффициентом трения;
• лакирование поверхности осуществляют полимерными смолами (эпоксиды, акрилаты). Слой лака защищает олово от повреждения. Наибольшее применение находит эпоксифенольный лак, который разрешен для контакта с пищевыми продуктами. Тонкая пленка высохшего (за счет химической реакции отвердения) лака является инертной и не переходит в раствор. Консервную ленту покрывают также фенольно-масляными лаками, белково-устойчивыми эмалями и др.
Важную роль в повышении стойкости оловянного покрытия играет уменьшение пористости покрытия. Скорость коррозии снизилась, если бы удалось получить плотное, непористое покрытие. Недостатком является то, что покрытие олова на белой жести всегда получается пористым. Чем тоньше слой олова, тем больше вероятность получения системы сообщающихся пор, которые открывают путь для проникновения влаги внутрь покрытия, к поверхности стали. В более толстых слоях (например, 4-5 мкм) олова горячего лужения вероятнее, что поры перекрывают друг друга, и такая жесть лучше защищает слой железа от окисления.
Производство жестяных банок. Различают литографированные и нелитографированные банки, укупоренные двойным закаточным швом. Технологический процесс проходит на двух параллельных линиях — производство корпуса и крышки и (или) донышка. Изготовление донышек и крышек аналогично для всех типов банок Стадии производства корпуса различают в зависимости от типа банки В сборной («трёхчастной») банке формируется продольный шов на корпусе.
Производство банок I типа. Листовая жесть разрезается на заготовки — бланки. Из штабеля банки по одному проходят узел насечки. В узле формообразования заготовка принимает цилиндрическую форму заданного диаметра, а продольный шов отбортовывается.
В зависимости от технологии соединение шва производится способом сварки или пайки.
Специальный калибрующий венец оформляет нахлест краев заготовки, чтобы подготовить ее к сварке. После сварки корпус банки поступает на установку, где на внутреннюю и наружную поверхности сварного шва наносят лак и сушат его. Затем корпус отбортовывают и соединяют в фальц с предварительно подготовленным донышком, затем закатывают двойным швом. После формирования банки ее контролируют на герметичность. Негерметичные банки выбраковывают.
Производство цельных банок II типа проще. Листовой или рулонный материал поступает на пресс, где производится глубокая вытяжка металла, затем механическая вырубка и отбортовка горловины; лакирование внутренней поверхности и отвердение лака.
Производство концов, т. е. донышек и крышек, происходит по-разному, в зависимости от того, имеют они устройство для облегчения вскрывания (легковскрываемые крышки) или нет.
Если донышки и крышки однотипны (для обычных сборных банок), их изготовление одинаково. Лист поступает в зону штампа, и производится штамповка-вырубка одновременно нескольких заготовок. Отштампованные крышки (донышки) передаются по транспортеру для подвивки и гумитирования, т. е. введения в фальц крышки уплотнительной, герметизирующей пасты. Затем пасту подсушивают в туннельной печи. Донышки для сборных банок направляют на соединение с корпусом Крышки переводят в вертикальное положение и направляют на упаковку.
При изготовлении банок для консервов применяют следующие материалы:
• жесть холоднокатаная белая, листовая или рулонная марок ЭЖК, ЭЖК-Д и ГЖК;
• жесть белая холоднокатаная горячего лужения в рулонах;
• жесть белая листовая лакированная (по нормативной документации);
• жесть белая листовая и рулонная (по НД);
• жесть белая листовая литографированная (по НД);
• жесть, хромированная лакированная марки ХЛЖК;
• алюминиевая лакированная лента или листы (по НД);
• припой оловянно-свинцовый с номинальным содержанием олова 40 %;
• уплотнительные пасты (по НД);
• материал лакокрасочный шовный (по НД).
Стальные бочки производят двумя способами: сварным и закатным. Это означает, что соединение доньев с корпусом выполняют либо методом сварки, либо механическим способом — закаткой. Бочки производят двух типов: тип I — с несъемными доньями и тип II — со съемным верхним дном. Бочки должны быть устойчивыми к внутренней среде, поэтому обязательным требованием является непроницаемость швов.
2.1 Производство металлических банок для мясных консервов