Производство белой жести: оборудование и технологии

Белая жесть

Жесть представляет собой холоднокатаную отожженную листовую сталь толщиной 0,10-1,2 мм с нанесенным защитным покрытием из олова или специальным покрытием, например, лаком, цинком, хромом и другими. Выпускается, как правило, в листах размерами 512-1000 х 712-1200 мм или в рулонах шириной до 1 м, массой до 15 т.

Наибольшее распространение в мире имеет жесть, покрытая слоем олова (белая или луженая, жесть). По способу нанесения защитного слоя она подразделяется на

• горячелуженую жесть (со слоем оловянного покрытия толщиной 1,6-2,5 мкм);
• жесть, луженую методом электролитического осаждения (со слоем олова толщиной 0,34-1,56 мкм).

В зависимости от соотношения толщины покрытия по сторонам, белая жесть производится с одинаковой или дифференцированной (различной) толщиной покрытия.

Жесть без защитного покрытия из олова называется нелуженой или черной.

Белая жесть выпускается в рулонах и листах в соответствии со стандартами: ГОСТ 13345-85 (СССР) (устарел), ГОСТ Р 52204-2004 (Россия), EN 10203:1991, EN 10202:2001 (Европейский Союз), ASTM A 623/98 (США). 

Поскольку белая жесть представляет из себя тонкий холоднокатаный низкоуглеродистый стальной лист или ленту, покрытую с обеих сторон чистым оловом, она объединяет в себе прочность и пластичность стали, коррозионную стойкость, способность к лужению и привлекательный вид олова.

Состав стали, используемой для производства жести, строго контролируется. В зависимости от выбранной марки стали и способа обработки могут быть получены различные типы жести с различной пластичностью. В производстве чаще используется белая жесть с диапазоном толщин от 0,13 мм до 0,5 мм.

Белая жесть может быть покрыта слоем олова различной толщины, и даже каждая сторона жести может быть покрыта различными по толщине слоями олова (дифференциальное покрытие) в зависимости от требований, предъявляемых к внутренней и наружной поверхности основной конечной продукции — жестяной банки. Для различных применений жести производят разнообразную отделку поверхности жести. Так, белая жесть подвергается специальному режиму пассивации для стабилизации поверхности и улучшения ее адгезии к лакам, также она может быть покрыта тонким слоем масла, чтобы улучшить возможности ее обработки.

В зависимости от качественных характеристик, получаемых в ходе производства, белая жесть разделяется на марки:

• ЭЖК — жесть электролитического лужения консервная;
• ЭЖР — жесть электролитического лужения разного назначения;
• ЭЖОН — жесть электролитического лужения общего назначения;
• ГЖК — жесть горячего лужения консервная;
• ГЖР — жесть горячего лужения разного назначения;
• ХЛЖК – хромированная лакированная жесть. Основной объем производства жести составляет жесть консервная (пищевая) — жесть для производства тары под пищевые продукты и укупорочные изделия (крышки для закатывания, легковскрываемые крышки и пр.).

Консервная (пищевая) жесть производится из черной жести путем нанесения двухсторонних покрытий. При нанесении оловянного покрытия получается жесть ЭЖК или ГЖК (электролитическое или горячее лужение соответственно).

При нанесении электролитического покрытия хрома или оксидов хрома получается жесть ECCS (по европейской классификации). Такая жесть требует обязательного высококачественного лакирования. В России хромированная лакированная жесть выпускается под маркой ХЛЖК.

Виды белой жести:

• Жесть однократной прокатки — полоса из нелегированной малоуглеродистой стали, прокатанная способом холодной прокатки до требуемой толщины, отожженная и дрессированная, которая используется как самостоятельный материал или же для последующего нанесения защитного покрытия.
• Жесть двукратной прокатки. В настоящее время во всем мире большое количество консервной жести изготовляется способом двойной прокатки. Чем тоньше и прочней производится белая жесть, тем более эффективно осуществляется использование материала в производстве жестяных банок. После первой холодной прокатки и отжига вместо дрессировки стальной лист подвергается второй холодной прокатке с использованием смазки, при этом его толщина уменьшается на 10-50%. В процессе прокатки проявляется эффект упрочнения стального листа и сохраняется значительная пластичность, достаточная для изготовления концов и корпусов банок. Окончательная минимальная толщина листа составляет 0,12 мм (при обычном диапазоне толщин 0,14-0,24 мм). В стали двойной прокатки отчетливо проявляется анизотропия механических свойств, поэтому при заказе и использовании такой жести всегда следует указывать и принимать в расчет направление прокатки, например, сворачивание бланков при изготовлении сварной банки должно осуществляться вдоль направления прокатки.

Основные сферы применения белой жести:

• консервные банки;
• тара для лакокрасочных материалов;
• тара для нефтехимических продуктов;
• хозяйственные изделия — ведра, банки, крышки, терки и пр.;
• аэрозольные баллоны с различным содержимым;
• художественно оформленная тара из жести, применяемая для хранения пищевых или косметических продуктов;
• информационные указатели (от дверных табличек до дорожных знаков);
• кровельные элементы, системы вентиляций, трубы, козырьки и другие изделия, используемые в строительстве.

Наибольшее потребление белой жести приходится на консервную промышленность: производство жестяной банки и крышек для стеклянных банок. Также из белой жести производят аэрозольные баллоны, тары для лакокрасочных материалов и нефтехимических продуктов. 

Технология производства белой жести

Сырьевые компоненты

Основными сырьевыми компонентами для производства белой жести являются:

• горячекатаный прокат после травления;
• олово;
• вспомогательные материалы.

В качестве сырья для производства используются заготовки, уже прошедшие горячий прокат.  

Параметры закупаемого проката определяются требованиями исходного сырья для производства белой жести, и, как правило, устанавливаются: 

• международные марки стали (низкоуглеродистой): EDDQ, DDQ, DQ, CQ;
• российские марки стали (низкоуглеродистой): 08кп, 08пс,08ю с химическим составом по ГОСТ 1050-88;
• толщина: 0,12 мм – 4,0 мм;
• ширина: 600 – 1 300 мм;

Параметры закупаемого олова определяются требованиями исходного сырья для производства белой жести.  Согласно ГОСТ 860-75 для производства белой жести требуется олово следующей категории качества:

• высшая категория олова: 01пч (с содержанием Sn не менее 99,915%), 01 (с содержанием Sn не менее 99,9%). 

Основные технологические этапы

Укрупнённое схематическое описание основных технологических этапов производства белой жести электролитического лужения представлено на нижеследующем рисунке.

1. Со склада сырья горячекатаный прокат (сталь в рулонах) поступает на реверсивный стан холодной прокатки.

Прокатка горячекатаной стальной полосы до окончательной толщины 0,11 - 0,5 мм происходит на реверсивных станах холодной прокатки при этом её толщина уменьшается до 90%. Каждая клеть состоит из четырех валков расположенных один над другим. Два рабочих валка каждый диаметром около 600 мм находятся в прямом контакте с полосой в процессе прокатки. В то время как опорные валки поддерживают, рабочие валки обеспечивают необходимую жесткость системы.  Во время холодной прокатки полосы толщина ее часто уменьшается более чем на 90%. На этой стадии жесть однократной прокатки в отличие от жести двойной прокатки прокатывается до приблизительно окончательной толщины.

Технологический процесс прокатки, контроль заданных параметров, состояние оборудования осуществляется в автоматическом режиме. Вся информация передаётся на мониторы поста управления. При необходимости есть возможность ручного замещения.

2. Поступление рулонов на линию электролитической очистки.

Цель электролитической очистки – удалить с холоднокатаной полосы все остатки масла и металлическую пыль, перед термообработкой в колпаковых печах. Во время холодной прокатки   на холоднокатаную   полосу попадают смазочные масла и охлаждающая эмульсия. Перед отжигом все следы масла и эмульсии с ленты необходимо убрать, так как их остатки могут помешать качественному покрытию жести оловом.  Очистка осуществляется в процессе электролитического обезжиривания, при котором к полосе во время прохождения ее через щелочную ванну прикладывается электрический ток, затем происходит очистка щетками, промывание в воде и сушка.

3. Термическая обработка (отжиг).

В результате отжига при температуре 600-800°С твердость стали снижается, а пластичность   восстанавливается до нужного уровня.  Для отжига белой жести можно использовать два типа отжига:

• отжиг в колпаковых печах (ВА)
• непрерывный отжиг (СА).

При проведении отжига воздух в печах замещается на бескислородную защитную атмосферу для предотвращения окисления стали. Непрямой нагрев рулонов осуществляется с использованием природного газа. Отжиг происходит при температурах 600-800°С.

Рулоны нагревают до температуры выдержки, которая зависит от марки стали, то же касается и времени выдержки. После отжига убирают крышку печи и позволяют загрузке остывать в контролируемом режиме. Кристаллическая структура, которая становится вытянутой в процессе холодной прокатки, вновь становится крупнозернистой.

4. Обработка в дрессировочном стане.

Чем тоньше и прочней производится белая жесть, тем более эффективно осуществляется использование материала в производстве жестяных банок. Такие свойства белой жести достигаются технологическими операциями дрессировка и двойная прокатка.

Дрессировка, то есть холодная прокатка с малыми обжатиями значительно снижает склонность отожженного металла к неоднородности деформации, что проявляется в виде различного типа дефектов при последующих технологических операциях (штамповке корпусов двухсоставных банок, изготовлении концов жестяных банок).

После первой холодной прокатки и отжига, вместо дрессировки, стальная полоса может подвергаться второй холодной прокатке с использованием смазки, при этом толщина уменьшается на 10-50%.  Таким способом получают жесть толщиной 0,12-0,2 мм.

5. Инспекция и перемотка рулонов.

Линия используется для перемотки, контроля рулонов и удаления дефектов.

6. Электролитическое лужение.

На этом этапе черная жесть превращается в белую.

Для получения электролитического оловянного покрытия черная жесть в рулонах сваривается   между собой и попадает в линии электролитического покрытия в виде непрерывной ленты. После тщательной очистки, включающей электролитическое щелочное травление, промывку в воде, лента попадает в электролит, водный раствор соли олова.

В процессе покрытия оловом лента проходит через электропроводящие валки, которые используются в качестве катода. Оловянные бруски, подвешенные с каждой стороны от ленты, служат анодами. Под воздействием электрического тока олово с анодов переходит в раствор электролита, а оттуда попадает на ленту и осаждается. Применение электрического тока различной силы на каждой стороне ванны позволяет получать покрытия различной толщины на сторонах ленты (дифференцированное покрытие). В составе многих линий имеются правильно-растяжные машины, которые в значительной степени устраняют неплоскостность жести.

Оловянное электролитическое покрытие имеет беловатый оттенок с незначительным металлическим блеском, поэтому в большинстве случаев, для создания яркого зеркального оловянного покрытия, поверхность жести оплавляют индукционным или контактным электронагревом выше температуры плавления олова – 232 ^оС.

Поверхность электролитической белой жести, как правило, подвергается химической или электрохимической пассивации. Основной целью пассивации является стабилизация поверхности, тем самым удается затормозить рост оксида олова на поверхности. Лента подвергается пассивации в линии электролитического лужения, после оплавления поверхности жести и перед ее смазкой. Процесс заключается в пропускании ленты через водный химический раствор, в большинстве случаев с использованием электрического тока (электрохимическая пассивация).

7. Резка и упаковка.