Жесть: разновидности, особенности, интересные факты

Белая жесть – уникальный материал, обладает стойкостью к коррозии, достаточной прочностью при уникальной мягкости. Она не вступает в контакт с продуктами питания, поэтому широко применяется в пищевой промышленности как упаковка.

Несмотря на появление новых синтетических материалов, пластика и титана, которые тоже устойчивы к коррозии, производство луженой стали во всем мире не снижается. Об этом металле с исключительными свойствами и пойдёт речь.

Что такое белая жесть?

Белая жесть – листовой металл самых тонких параметров. В зависимости от толщины выделяют три марки: наиболее тонкая (до 0,33 мм.), средней толщины (до 0,36 мм.) и толстая (до 0,48 мм.).

Важная функция белой жести – обслуживание консервного производства. Кроме банок из этого металла изготавливают многие предметы обихода: кувшины, чайники, ковши и пр. Также из луженой стали производят трубы, различные кровельные материалы, хозяйственные товары (ведра, крышки), специализированную тару для лакокрасочной продукции и нефтепродуктов и пр. Основные свойства жести, которые определяют сферу её использования, – неокисляемость, легкость, тягучесть, вязкость. Благодаря этим качествам белая жесть легко штампуется.

Основа для белой жести – низкоуглеродистая сталь, которую получают в кислородном конвекторе. Изготавливают преимущественно ленточным способом. При этом металл прокатывается в виде ленты, причем прокатка на горячих станах происходит не до конечной толщины, а до размера 1,5 мм. Дальнейшая же раскатка проходит на холодных станах.

Заготовкой для жести является сутунка — полосы железа толщиной до 13 мм. при ширине до 300 мм. Для прокатки сутунка должна иметь чистую поверхность, очищенную от окалины. Поэтому при прокатке болванку обдувают струей пара или воды под давлением до 38 ат. Для получения высококачественных листов сутунку перед прокаткой протравливают кислотой. Нарезанные заготовки подаются к печам.

Немного об истории жести

Баварцы научились делать белую жесть еще в XIV веке, но трудоемкость и дороговизна производства прочно удерживали жесть в разряде элитного материала. К началу XVIII столетия англичане существенно модернизировали процесс изготовления луженой жести и увеличили объемы ее выпуска. Но настоящий «жестяной бум» начался только через сто лет, когда в 1810 году манчестерский бизнесмен Питер Дюран запатентовал способ длительного консервирования продуктов в емкостях из жести, а инженеры Джон Холл и Брайан Донкин построили в Лондоне завод, обеспечивший стабильный выпуск «коробок из луженого железа».

Первые жестяные банки делали из свернутых в цилиндр прямоугольных листов. Шов, дно и крышка с отверстием около 2,5 см в контейнерах, предназначенных для жидкостей, сразу закреплялись пайкой, а цельные крышки для твердых продуктов – после заполнения содержимым. За час квалифицированный мастер вручную собирал максимум шесть банок. Чтобы вскрыть консервы, покупателям требовалось зубило.

К XX веку производство жести и тары существенно усовершенствовалось, а экономичная технология электролитического нанесения олова уверенно оттеснила высокозатратное горячее лужение.

Сегодня консервная и упаковочная индустрия потребляют 77 % луженой жести, остальной объем идет на выпуск светотехники, кровельных и строительных материалов, труб, посуды, хозяйственных товаров, придорожных знаков, рекламных щитов и даже игрушек.

Источник

Изготовление

Этапы производства луженой стали:

• резка и травление сутунки;
• прокатка черновой жести (нагрев, раскатка, обрезка сутунки, второй нагрев, раскатка, обрезка полупакетов, нагрев и раскатка пакетов);
• обрезка, разрубка и сортировка карточек;
• первое травление и отжиг;
• сортировка и полировка отожженной жести;
• второй отжиг и травление;
• лужение.

Нужно кратко остановиться на последовательности операций. Заготовки из высококачественной стали сначала обжигаются, а затем происходит травление. И такой порядок оправдан. При травлении с жести удаляются окислы, возникшие при прокатке. Отжиг придает металлу необходимую мягкость. Если первым провести травление, то в печь для отжига листы попадают мокрыми, что увеличивает время отжига, а также вызывает дефекты. Если же провести сначала отжиг, а затем травление, то листы в печь попадут сухими, что улучшит качество жести.

При травлении отожженной жести расход кислоты снижается.

Кроме того, после отжига жесть тщательно сортируют, что предотвращает травление брака.

Отжиг

После проката поддоны с жестью покрываются специальными герметически закрывающимися коробами. Стальные коробки со специальными ребрами, задерживающими обмазку, обрабатывают глиной. Короба размещаются на вагонетках и подаются в печь. Процесс отжига происходит при температурах 900–1000 °С в течение 10-18 часов в зависимости от оборудования.

Для контроля процесса отжига в отверстиях в печи устанавливают пирометры, также берут пробы дымовых газов.

После проведения отжига поддоны с вагонетки снимают и размещают в специальной зоне для охлаждения. Весь процесс занимает до 20 часов, но через 8 часов короб снимают для последующего охлаждения жести в открытом виде.

Спустя 8 часов после охлаждения температура жести составляет около 250 °С, то есть вероятность окисления полностью отсутствует.

После отжига жесть сортируют для следующих операций. Качественный материал идет на лужение, металл с незначительными дефектами доводят до черной полированной жести, а некачественный остаток, который нельзя обработать, поступает на рынок как черная неполированная жесть. В нормальных условиях приемлемым соотношением качественной и дефектных заготовок считают 75 %, 15 % и 10 %.

Сортировку проводят при достаточном дневном освещении. Если условия не позволяют, то при выбраковке используют кварцевые или ртутные лампы, которые позволяют выявить мельчайшие дефекты.

Чтобы листы не загрязнить, операцию проводят в защитных перчатках.

Травление

После охлаждения листы жести устанавливаются вертикально в корзинах для травления. Серная кислота, которая используется в процессе, растворяет окислы, образовавшиеся на листах во время прокатки. Крепость раствора для обработки составляет 15 %. Во время травления одна корзина качается в кислоте в течение 15-20 мин., вторая – в воде для промывания, а третью в это время разгружают и нагружают. После травления листы опять сортируют.

Для полной нейтрализации кислоты после обработки водой применяют промывку в известковом молоке.

При обработке серной кислотой на листах жести появляются дефекты. Это пузыри, которые явно будут видны после проведения лужения. Это выделение водорода, который скапливается в местах, где есть посторонние включения или пустоты. Избежать дефектов можно либо применением высококачественного плотного металла, либо добавлением особых присадок при травлении.

Просушка

До полировки травленные листы тщательно просушивают. Это можно делать в специальных машинах, а можно пропустить жесть через очень горячую воду. Конечно, использование механизмов предпочтительнее: в машинах листы не только просушиваются, но и дополнительно очищаются от грязи.

Полировка

Цель операции – придание глянца листу металла, устранение незначительных дефектов (вмятины, шишки и пр.), придание большей равномерности по толщине. Качество полировки будет определять расходы на последующее лужение. Чем лучше лист отполирован, тем меньше надо олова для его лужения.

Внимание! Качественная полировка может быть произведена только при условии безукоризненной чистоты помещений и применяемых машин. Поэтому помещения для операции необходимо делать закрытыми и хорошо освещенными.

При пропуске листов через валки полировочных машин твердость металла увеличивается, жесть становится хрупкой и упругой. Для придания прежней мягкости жесть подвергают белому отжигу.

Белый отжиг

Этот процесс позволяет уничтожить наклеп, возникший при полировке, а также полностью удалить с листов жировые налеты. Операция идентична первому отжигу, но длительность белого отжига будет меньше (максимум 12 часов), а температура в печи необходима максимум 750 °С. Потребность в обмазывании коробов глиной исчезает.

Белое травление

Чтобы удалить окись железа, покрывшую лист после отжига, перед лужением повторно проводят травление. Слой окалины, возникший после отжига, будет препятствовать лужению, если не снять его кислотой. Процесс второго травления идентичен первому, за исключением концентрации раствора. Так как жесть белая поступает более чистой, то одной части кислоты на десять частей воды достаточно для снятия окалины. Но длительность травления очень важна. Если передержать лист, то кислота разъест полировку. Если недодержать – получится некачественная полуда.

Лужение

После травления листы помещают в воду, а вынимают их непосредственно перед лужением. Операция проходит в лудильных горшках горячим способом, причем обрабатываются обе стороны листа. Существуют способы и электролитического лужения, но качество получаемой жести при этом будет на порядок ниже.

Сам процесс происходит следующим образом. Жестяной лист проходит через слой хлористого цинка (толщина максимум 50 мм.). Это слой убирает излишнюю влагу и оставшиеся окислы. Хлористый цинк – это соляная кислота, в которой выделенный водород заменен цинком.

Затем металл пропускается через слой олова толщиной 300 мм., находящегося в жидком состоянии. Температура расплавленного олова составляет около 300 °С. Эту температуру нужно постоянно поддерживать, так как ее снижение затрудняет лужение, а увеличение приводит к повышенному расходу олова.

Третий слой – жировой, обычно пальмовое масло.

Из масляной ванны жесть поступает в очистку, где листы освобождаются от приставших жиров. Обычно при такой операции лист проталкивается через очищающую смесь (отруби, древесные опилки и алебастр).

Лужение – самый важный процесс, который требует пристального внимания. Залудить листы необходимо таким образом, чтобы не испортить безупречный металл. Кислота протравления не должна попасть в слой олова или хлористого цинка. Такое проникновение чревато черновинами. Перегрев слоя олова дает желтизну на жести, недогрев гарантирует наплывы. Перегрев жирового слоя может дать жировые пятна. Чтобы не допускать подобные дефекты, необходимо устанавливать в лудильных ваннах пирометры.

Проверка качества

Стандартный лист жести должен иметь толщину 0,22-0,4 мм. Первое испытание, которое проходит лист, – изгибание под прямым углом. Качественная белая жесть должна выдержать шестикратный гиб без механических повреждений или отслоения покрытия.

Вторая проверка – на мягкость и вязкость. Металл проверяют путем вдавливания углубления специальным аппаратом. Любой лист под воздействием давления лопнет. Показатель, при котором произошло механическое повреждение, фиксируется. Нормой считается показатель 5,5-6 мм. глубиной.

Сфера назначения

Из жести делают консервные банки и товары хозяйственного назначения. В перечень конечной продукции входят:

• бытовые терки;
• тазы и ведра;
• консервные крышки;
• дорожные объекты (указатели, барьеры, знаки);
• емкости для ГСМ и лакокрасочной продукции;
• строительные элементы (трубы, сливы, козырьки).

Благодаря свойству не вступать в реакцию с пищевыми продуктами из жести делают безопасную тару для пива и безалкогольных напитков, консервированных продуктов питания. Материал служит надежной защитой для пищевой продукции от вредного воздействия внешней среды, и позволяет заметно продлить срок хранения консервов.

Дефекты и методы их устранения

Чем длиннее и сложнее процесс производства, тем больше вероятность сбоев на участках, а доля дефектных изделий выше. Дефекты жести технологи называют пороками.

Пороки металлических листов могут возникать из-за применяемых некачественных заготовок, низкого качества сопутствующих материалов, технического состояния машин, которые участвуют в производстве, и пр.

Только 10 % всех пороков жести вызвано некачественной сутункой, 90 % получаются при производстве.

Дефекты при прокатке

60 % пороков металла возникают при прокатке грубой жести. Основные причины:

1. Неверный температурный режим в печах. Выражается «рябостью» покрова листа. Кислород окисляет поверхность горячего металла, образуя более твердый верхний слой (окалину). Во время прокатки более плотный слой вдавливается в металл, образуя порок.Избежать такого дефекта можно двумя путями: предотвратить окисления металла или устранить уже появившуюся окалину. Чтобы предотвратить появление окиси, необходимо контролировать уровень кислорода в печи. Для удаления уже образовавшегося твердого слоя сутунку необходимо обработать кислотой.
2. Износ прокатных валков. При нарушении закаленного верхнего слоя валка на жестяных листах при прокатке образуются надавы, убрать которые невозможно. Методом борьбы с таким дефектом является периодический контроль качества оборудования.
3. Слипание листов. Такой порок возникает при недостаточном количестве кремния, углерода и фосфора в металле. Для недопущения дефекта необходимо в сутунку вводить кремний (в конечном анализе необходимый уровень кремния должен быть 0,05 %). Эта же проблема может возникать при высокой температуре в печи или на валиках. Но проведенные на заводах опыты показывают, что добавление кремния в указанной ранее пропорции полностью устраняет дефект независимо от причины его появления.
4. Налет на листе в результате попадания песка или глины с печи. После прокатки эти частицы оставляют значительный след, делая жесть непригодной к лужению. Предупредить порок можно только своевременным обслуживанием печей.
5. Неравномерный прокат. Согласно нормативам, применяемым к белой жести, отклонение толщины металла в пределах одного листа не должно превышать 0,03 мм. Равномерность прокатки полностью зависит от используемых машин, но пороки листа могут вызвать неверная настройка валков, неравномерный нагрев сутунки, низкая квалификация вальцовщика и пр.

Дефекты при отжиге и лужении

40 % пороков возникают при отжиге и лужении. Основные причины:

1. Слабый отжиг, который можно обнаружить только при механических испытаниях. Бороться с ним можно, если постоянно контролировать качество жести. Тогда будет ясно, как долго нужно выдерживать сутунку в печи.
2. Появление сухих кромок. Дефект возникает при недостаточно тщательной упаковке сутунки перед отжигом. В результате кромка соприкасается с воздухом и окисляется. Листы с таким пороком непригодны к лужению.
3. Появление травильных пузырей. Для устранения этого дефекта применяют химические присадки.
4. Не доведенный до конца процесс травления. Перед лужением достаточно проводить тщательную сортировку материала, чтобы предупредить порок.
5. Зеленый цвет листов возникает при длительном контакте листов металла с воздухом перед лужением. Исключается порок либо непрерывностью процесса, когда после травления сразу же происходит лужение, либо размещением материала в воде.
6. Появление черных точек на листах белой жести. Это необработанные оловом места. Опасность такого дефекта – быстрое образование ржавчины. Порок образуется при попадании кислоты в олово или хлоридный цинк. Листы можно подвергнуть повторному травлению и лужению.
7. Появление жирных масляных пятен , которые образуются при работе на старом масле или при его сильном нагреве. Устранить порок невозможно, поэтому нужно установить дополнительные меры контроля над температурным режимом ванн.
8. Механические повреждения (ломаные, мятые листы, загнутые уголки) – результат небрежного отношения. Белая жесть – очень деликатный материал.

Производство стальных листов

Сталь, которая используется для изготовления белой жести, имеет низкоуглеродистую форму. Есть много важных шагов, связанных с производством стали, которые могут повлиять на свойства белой жести.

Горячая прокатка: Используются непрерывно литые стальные плиты, поскольку они позволяют произвести более чистую сталь. Эти плиты очищают от поверхностных дефектов, затем нагревают до температуры от 1200 до 13000 ° С и раскатывают для получения тонких листов.

Пропитка: Эти листы охлаждают и очищают от любого оксида, который образуется во время пропитки. Ранее использовались кислоты; однако, инновации позволили сделать этот этап производства бескислотным и безмасляным, а также более экологичным.

Охлаждение: Горячие стальные листы охлаждаются с помощью воды и смазочного масла и подвергаются дальнейшей обработке.

Очистка: Охлаждающие жидкости удаляются с помощью щелочных фосфатов, силикатов и гидроксида натрия и, в конце, горячего воздуха.

Отжиг: На этом этапе сталь становится мягкой и достигает желаемой структуры. Периодический отжиг позволяет произвести вытяжку листов до твердой и жесткой стали, которая может противостоять вакууму и давлению, поэтому лучше всего подходит для изготовления банок и бутылок. Непрерывный отжиг — более короткий процесс, который дает менее зернистую сталь.

Прокатка: Мягкая сталь после отжига слегка прокатывается для получения листов желаемой толщины.

Двойная вытяжка: Иногда вместо непосредственной прокатки используется повторная вытяжка стали. Это дает более тонкие и прочные листы. Производимые листы могут быть толщиной от 0,14 до 0,24 мм, что делает их более привлекательными в качестве упаковочного материала, поскольку позволяет сэкономить транспортные расходы и снижает выбросы углерода.

Изображение предоставлено: Ispat.com