На фоне возрастающей конкуренции на рынке упаковки для напитков важными целями для многих производителей банок являются уменьшение толщины листового материала, сокращение толщины стенок, облегчение массы каждой банки, повышение утилизации сырья, снижение производственных затрат, а также обеспечение удобной утилизации и эксплуатации продукции.
Одним из главных способов сокращения затрат при производстве алюминиевых банок является утонение материала, то есть использование более тонкой алюминиевой ленты для изготовления банок. Толщина материала корпуса банок снизилась с 0,42 мм в 1970-х годах до современного показателя 0,254 мм (большинство изделий все еще имеет толщину около 0,28 мм), что за три десятилетия составляет снижение толщины на 39,5%. Каждое сокращение толщины материала корпуса на 0,01 мм позволяет экономить 0,22 доллара на сырье на тысячу банок.
На протяжении десятилетий технология производства алюминиевых банок постоянно совершенствуется, и масса готовой продукции значительно снизилась. В начале 1960-х годов масса тысячи алюминиевых банок (с корпусом и крышкой) составляла 55 фунтов (около 25 кг). К середине 1970-х она снизилась до 44,8 фунтов, к концу 1990-х — до 33 фунтов. В настоящее время данный показатель опустился ниже 30 фунтов, что почти вдвое меньше значения сорокалетней давности. С 1980-х годов американские производители банок достигли прорывов в развитии закаточного оборудования и смежных технологий, поэтому толщина алюминиевого сырья для американских банок заметно уменьшилась — с 0,343 мм до примерно 0,259 мм.
Инновационные технологии производства алюминиевых банок утонение, облегчение, легирование и экологическая защита
Значительный прогресс достигнут и в облегчении конструкции крышек банок. Толщина алюминиевого материала для крышек снизилась с 0,39 мм до 0,24 мм. Также уменьшен диаметр крышек, и их масса постоянно сокращается. Одновременно значительно возросла скорость производства. В 1970-х годах за минуту изготавливалось всего от 650 до 1000 банок, а современный показатель превышает 2000 банок в минуту.
Ведущая американская компания алюминиевой промышленности, производящая алюминиевую ленту для изготовления банок, ставит перед собой цель довести толщину стенок до порядка 0,18 мм. Данная тенденция развития важна и для отечественных предприятий по производству алюминиевой ленты для банок: им необходимо усилить научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, скорректировать направления технологических исследований, чтобы соответствовать общемировому развитию отрасли и постоянно повышать свою конкурентоспособность.
(2) Ведутся разработки единого сплава, способного заменить применяемые ранее при производстве алюминиевых банок сплавы 3104, 5182, 5052 и другие для упрощения управления сырьем, производственного процесса и утилизации продукции. Использование трех различных сплавов для корпуса банки (3004), крышки (5182) и язычка открытия (5042) затрудняет утилизацию и переплавку сырья, поэтому создание унифицированного алюминиевого сплава, подходящего для изготовления корпусов, крышек и язычков банок, стало новым вектором развития материалов для алюминиевых банок. К известным унифицированным сплавам для банок относятся сплавы 5017 и 5349 американской компании Golden Aluminum, а также унифицированный алюминиевый сплав по японскому патенту № 61-9180, включающий 0,5–2,0 % марганца, 0,4–2,0 % магния, 0,5 % кремния, 1,0 % железа, 0,5 % меди, 0,5 % цинка, 0,2 % хрома, 0,01 % бериллия, 0,2 % титана, остальную часть составляет алюминий.
(3) В США ведутся разработки материала для банок толщиной 0,3 мм и замены круглых заготовок на многоугольные. По предварительным данным, это позволит значительно снизить коэффициент отходов и сэкономить больше сырья, чем простое утонение металла. Данное новое изобретение заслуживает пристального внимания.
(4) Поскольку крышка открытой алюминиевой банки не подлежит повторной герметизации, такая продукция постепенно теряет популярность. По этой причине несколько японских компаний начали оснащать алюминиевые банки крышками с резьбой. Новые алюминиевые банки обладают улучшенными герметизирующими свойствами, эффективно защищают напитки от воздействия солнечного света и кислорода, имеют меньшую массу и удобнее поддаются утилизации. В настоящее время по мере массового распространения таких банок в Японии потребители все больше предпочитают продукцию с резьбовыми крышками. Японские производители банок надеются с помощью данной продукции вернуть утраченную долю рынка, которую заняли пластиковые бутылки.
(5) Помимо разработки новых сплавов и марок материалов, технологии обработки сырья для банок (горячая прокатка, холодная прокатка, термическая обработка) развиваются в сторону изготовления более широких и тонких лент. Одно из обязательных свойств алюминиевой ленты для крышек банок — низкая анизотропия. Для минимизации колебаний механических свойств и формуемости ленты помимо контроля химического состава сплава требуется строгий контроль режимов горячей и холодной прокатки, а также отклонений толщины листа.
(6) По сообщениям, развитые страны начали использовать технологию непрерывного литья и прокатки для производства алюминиевых сплавов для банок, что позволяет дополнительно сократить производственные затраты. Данный факт требует дальнейшего подтверждения.
(7) Тонкие алюминиевые листы, производимые компанией «Юго-Западный алюминий (группа)» — единственным отечественным предприятием по выпуску материалов для банок, освоены в массовом производстве. Благодаря этому завершилась эпоха монополии иностранных производителей на сырье для банок на территории Китая. С 1986 года предприятие объединило группу экспертов и инженерно-технических специалистов для совместных с научно-исследовательскими институтами разработок технологий производства алюминиевых материалов для банок. За десять лет над созданием данной продукции работали два поколения специалистов. При активной поддержке и курировании в рамках государственной научно-технической программы «Девятая пятилетка», проекта «863» и финансирования от корпорации China Aluminum предприятие выделило крупные инвестиции в специализированное оборудование, а также людские и материальные ресурсы для освоения технологий производства материалов для банок. Используя преимущества современной линии горячей прокатки «1+1» и собственный научно-технический потенциал, накопленный опыт ранних разработок и особенности непрерывной горячей прокатки «1+4», предприятие комплексно оптимизировало и усовершенствовало технологический процесс изготовления сырья для банок. В результате была создана полная современная технологическая цепочка, адаптированная под оборудование «1+4». Данная продукция впервые разработана в Китае: исходная толщина материала в 0,42 мм была доведена до 0,285 мм, а впоследствии до 0,275 мм, что лишь немного уступает мировому передовому показателю в 0,265 мм. Качество выпускаемых материалов для банок соответствует мировым стандартам и стало важным достижением китайской отрасли обработки алюминия.
(8) По прогнозам отраслевых экспертов, не позднее 2008 года изменится структура конкуренции на мировом рынке алюминиевого сырья для банок, и Китай может войти в число шести крупнейших мировых производителей данного материала. На сегодняшний день алюминиевые сплавы для банок производят восемь стран: США, Бразилия, Австралия, Япония, Южная Корея, Германия, Франция и Россия. Отдельные регионы и государства, включая Тайвань (КНР), Канаду, Бахрейн, Италию, производят только материалы для крышек и язычков банок. Однако благодаря развитию производства на предприятии «Юго-Западный алюминий», вводу в эксплуатацию линии непрерывной горячей прокатки группы Наньшань в начале года, плановому запуску аналогичной линии промышленного парка «Азиатский алюминий» в конце 2007 года и предстоящим совместным испытаниям на предприятии Bohai Aluminum США в 2008 году китайское сырье для банок выйдет на мировой рынок. В итоге Китай имеет все шансы стать одним из шести ведущих мировых производителей.
В 2008 году объем производства корпусов банок на предприятии «Юго-Западный алюминий» Китая может составить 70 тысяч тонн, а группы Наньшань и Азиатской алюминиевой группы — около 30 тысяч тонн. Общий национальный объем производства достигнет 100 тысяч тонн, что покроет около 55 % внутреннего спроса. Предприятие Meizhou Bayi Aluminum при поддержке технологий компании Алкоа способно наладить конкурентоспособное производство корпусов банок для рынков Китая и Юго-Восточной Азии уже через восемь месяцев после запуска оборудования. Это станет самым коротким сроком освоения производства среди четырех крупнейших китайских предприятий отрасли.
(9) Одной из нерешенных проблем при локализации производства алюминиевых слитков является недостаточное внимание к улучшению металлургического качества сырья. Помимо совершенствования очистки и других видов обработки расплава крайне важно проводить комплексные системные исследования механизмов обработки расплава и процессов пластической деформации алюминия после обработки. Только таким образом можно получить достоверные теоретические основы и практические рекомендации для подбора режимов горячей и холодной прокатки, контроля структуры и эксплуатационных свойств готовой продукции.
Алюминиевые слитки должны обладать высокой пластичностью и необходимой прочностью, поэтому исследование влияния химического состава, режимов прокатки и отжига на механические свойства и пластическую деформацию является обязательным, но недостаточным для раскрытия потенциала материала. Для высокотехнологичной продукции, в частности тонкостенных корпусов банок из низкокачественного алюминия, влияние внутренних металлургических дефектов сырья выражено особенно сильно. Следовательно, необходимо усилить комплексную обработку алюминиевого расплава, чтобы кардинально устранить факторы, ограничивающие пластичность материала. В настоящее время исследователи Фучжоуского университета провели глубокие системные исследования и апробацию методов улучшения металлургического качества и пластических свойств алюминиевых слитков. Были изучены принципы очистки расплава с преобладанием удаления примесей и вспомогательным дегазированием, а также постулат о том, что очистка является основой структурного перестроения и измельчения зерен. В результате разработана эффективная технология комплексной обработки алюминиевого расплава, которая успешно применена при создании тонкостенных корпусов банок из низкокачественного алюминия. Данные исследования принесли существенные результаты и были внедрены в реальное производство.