Реферат: Cырьё, материалы, способы изготовления упаковочных материалов и тары из металла для мясных консервов
Углеродистой сталь названа по основному элементу — углероду, сильно влияющему на структуру и свойства. Его количество в них не более 1,35%. С увеличением его содержания возрастают твердость, прочность, упругость стали и снижаются пластичность, относительное удлинение. В зависимости от степени раскисления сталь подразделяют на кипящую (кп), полуспокойную (пс) и спокойную (сп). Раскисление — это введение в сплав добавок металлов, которые снижают содержание кислорода в сплаве.
Конструкционные углеродистые стали содержат углерод в небольшом количестве (0,06-0,85 %), обладают высокой пластичностью, хорошо обрабатываются давлением.
Жесть тонколистовая углеродистая сталь с покрытием или без него. Исходным материалом для производства жести служит горячекатаный листовой прокат толщиной 2-2,4 мм из низкоуглеродистой стали марок 08 кп и 08 пс, раскисленный алюминием или кремнием. Выпускают белую и черную жесть. Белую жесть чаще используют в производстве тары для пищевых продуктов. Черную жесть лакируют, хромируют, цинкуют, никелируют, покрывают алюминием и используют для производства различных видов тары, но применение ее ограничено по гигиеническим характеристикам.
Белая жесть — тонколистовая углеродистая сталь, покрытая с обеих сторон слоем олова. Олово — серебристо-белый металл, который обладает низкой температурой плавления (232 °С), высокой пластичностью и мягкостью. Олово 99,9% чистоты является безопасным, так как содержание свинца в нем не превышает 0,1%, а реально составляет 0,05%. Олово устойчиво к действию холодной и горячей воды, органических кислот, очень медленно растворяется в разбавленных минеральных кислотах и растворах щелочей и не образует токсичных соединений с пищевыми продуктами. Около 90% всей производимой белой жести идет на изготовление тары для консервов.
Белая жесть имеет ровную, блестящую поверхность и химически устойчива из-за высокой устойчивости олова. Белая жесть имеет название «луженая жесть», поскольку основной технологией ее получения является метод горячего лужения — нанесение олова на лист стали из расплава. В настоящее время применяют в основном метод электролитического лужения. Тонкий слой олова наносят на стальной лист из электролитов в гальванической ванне электрохимическим методом. Электролитическое лужение — наиболее производительный и экономный способ, поскольку при правильном подборе компонентов и параметров ванны (плотность тока, концентрация электролита, время нанесения и пр.) удается получить прочное, равномерное покрытие, но меньшей толщины, чем при горячем лужении. Небольшое количество белой жести горячего лужения производят в основном для производства упаковки продукции длительного хранения.
Хромированную жесть используют для увеличения ассортимента металлической тары, так как олово стало дорогостоящим металлом, и по причине уменьшения запасов в месторождениях стали использовать лакированные хром, алюминий, никель.
Хромированная жесть имеет голубовато-белый цвет металлического хрома. Хром имеет плотность, близкую к плотности железа, устойчив к окислению кислородом воздуха и стоек к действию воды, но растворяется в разбавленных кислотах. Металлический хром малотоксичен и обладает высокой коррозионной стойкостью, поэтому применяется для хромирования металлических поверхностей. Хромовое покрытие более дешевое, чем оловянное, и хром не является дефицитным металлом.
Хромированную жесть выпускают лакированной с обеих сторон. Использование хромированной жести без дополнительного защитного слоя невозможно, так как это покрытие более жесткое по сравнению с оловом и является абразивным, что приводит к более быстрому износу оборудования для производства банок. Защитные свойства хрома по отношению к железу в хромированной жести ниже, чем у олова в луженой жести. Хромированная жесть сравнительно быстро растворяется в кислых средах с выделением водорода. Недостатком хромированной жести является сложность закатывания банок с высокой скоростью.
В связи с этим хромированную жесть используют для производства кронен-пробок, крышек для закатки стеклянных банок, банок под сыпучие пищевые продукты, а также для консервирования, для производства банок под лакокрасочные материалы, сыпучие товары бытовой химии, в производстве комбинированной тары.
Черная жесть применяется для производства кронен-пробок для укупоривания бутылок, однако ее не используют для упаковывания пищевых продуктов, а чаще используют при производстве потребительской тары для непродовольственных товаров. Покрывают лаковыми покрытиями для защиты от коррозии и применяют в ограниченном ассортименте вследствие низких эстетических свойств и более высокой степени подверженности коррозии.
Оцинкованная жесть (оцинкованная сталь) применяется для производства потребительской и транспортной тары для непродовольственных товаров. Цинк — светло-серый легкоплавкий (419 °С) металл, устойчив к атмосферным воздействиям благодаря образованию защитной оксидной пленки. Цинк применяют для получения защитных покрытий на стальных изделиях. Качественное цинковое покрытие имеет характерный морозный узор из кристаллов цинка.
Цинковые покрытия не выдерживают воздействия горячей воды, пищевых, минеральных кислот и щелочей. Соединения цинка токсичны, поэтому на изделия, предназначенные для контакта с пищевыми продуктами, цинковые покрытия не наносят.
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.