Лужение — это процесс тонкого покрытия листов кованого железа или стали оловом , а полученный продукт известен как белая жесть . Этот термин также широко используется для обозначения другого процесса покрытия металла припоем перед пайкой. [1]
Чаще всего его используют для предотвращения появления ржавчины , но также его часто применяют для концов многожильных проводов, используемых в качестве электрических проводников , чтобы предотвратить окисление (что увеличивает электрическое сопротивление ), а также для предотвращения их истирания или распутывания при использовании в различных соединителях проводов, таких как скручивающиеся клеммы , винтовые клеммы или клеммные колодки , где отдельные жилы могут вызвать короткое замыкание .
Хотя раньше жесть широко использовалась, сейчас ее основное применение — это изготовление жестяных банок . Раньше жесть [ требуется разъяснение ] использовалась для дешевых кастрюль, сковородок и других полых изделий . Этот вид полых изделий также назывался жестяной посудой , а люди, которые ее делали, были рабочими по обработке жести.
Нелуженые листы, используемые в производстве, известны как черные пластины. Теперь они изготавливаются из стали, либо бессемеровской , либо мартеновской. Раньше использовалось железо , и оно было двух сортов: коксовое железо и угольное железо ; последнее, будучи лучшим, получало более толстое покрытие из олова, и это обстоятельство является источником терминов коксовые пластины и угольно-железные пластины, которыми до сих пор обозначается качество белой жести, хотя железо больше не используется. Белая жесть потреблялась в огромных количествах для изготовления жестяных банок, в которые упаковывались консервированное мясо , рыба , фрукты , печенье , сигареты и множество других продуктов, а также для домашней утвари различных видов, изготавливаемой жестянщиками . [ 2]
Практика лужения железных изделий для защиты их от ржавчины является древней. Согласно Плинию Старшему, лужение было изобретено галльским племенем битуригов (обосновавшимся недалеко от современного Буржа ), которые кипятили медные предметы в растворе олова, чтобы они выглядели так, как будто они сделаны из серебра. [3] Первое подробное описание процесса появляется у Зосима из Панополиса , Книга 6.62, часть работы по алхимии, написанной в Римском Египте около 300 г. н. э. Помимо свидетельства в Англии 14-го века, этот процесс не засвидетельствован снова в Европе до описания в Das Kleine Probierbuch Лазаря Эркера ( 1556) [4]
Производство белой жести долгое время было монополией Богемии , но примерно в 1620 году отрасль распространилась на Саксонию . [2] Белая жесть, по-видимому, производилась в 1620-х годах на мельнице (или под патронажем) графа Саутгемптона, но неясно, как долго это продолжалось .
Эндрю Яррантон , английский инженер и агроном, и Эмброуз Кроули (кузнец из Стаурбриджа и отец более известного сэра Эмброуза Кроули III ) получили задание отправиться в Саксонию и, если возможно, узнать используемые методы. [2] Они посетили Дрезден в 1667 году и узнали, как это делается. При этом их спонсировали различные местные мастера по железу и люди, связанные с проектом по созданию судоходной реки Стаур . В Саксонии пластины ковались, но когда они проводили эксперименты по возвращении в Англию, они пытались прокатывать железо. Это привело к тому, что двое из спонсоров, мастера по железу Филипп Фоли и Джошуа Ньюборо, построили в 1670 году новую мельницу, Wolverley Lower Mill (или кузницу). Она состояла из трех цехов: один был продольно-резательным станом , который должен был служить прокатным станом , другие были кузницами. В 1678 году один из них делал сковороды , а другой вытягивал блюмы, сделанные в кузницах в других местах. Вероятно, что имелось в виду прокатывать пластины, а затем дорабатывать их молотом, но план был сорван неким Уильямом Чемберленом, который возобновил патент, выданный ему и Даду Дадли в 1662 году. Яррантон описал патент как «сфабрикованный». [5] [6]
Резчиком в Вулверли был Томас Кук. Другой Томас Кук, возможно, его сын, переехал в Понтипул и работал там на Джона Ханбери (1664–1734) . [7] По словам Эдварда Ллойда , к 1697 году Джон Ханбери имел прокатный стан в Понтипуле для изготовления машины «Pontypoole Plates». [8] [9] Это было заявлено как завод по производству белой жести, но почти наверняка он производил только (нелуженую) черную жесть . Однако этот метод прокатки железных пластин с помощью цилиндров позволял производить более однородные черные пластины, чем это было возможно при старом плане ковки , и в результате английская белая жесть была признана превосходящей немецкую . [ 2]
Белая жесть впервые появляется в портовых книгах Глостера (которые регистрируют торговлю, проходящую через Глостер , в основном из портов Бристольского залива ) в 1725 году. Белая жесть отправлялась из Ньюпорта, Монмутшир . [10] Это произошло сразу после первого появления (на французском языке ) книги Реомюра « Принципы искусства белого железа» и до сообщения о ее публикации в Англии.
Несколько лет спустя появились новые заводы, изначально во многих регионах производства чугуна в Англии и Уэльсе, но позже в основном в Южном Уэльсе. В 1805 году было изготовлено 80 000 ящиков, а 50 000 экспортировано. Промышленность продолжала неуклонно распространяться в Англии и особенно в Уэльсе , и после 1834 года ее расширение было быстрым, Великобритания стала главным источником мировых поставок. В том году ее общее производство составило 180 000 ящиков по 108 фунтов каждый (около 50 кг, в Америке ящик весит 100 фунтов), в 1848 году — 420 000 ящиков, в 1860 году — 1 700 000 ящиков. Но впоследствии прогресс был быстрым, и производство достигло около 2 236 000 фунтов в 1891 году. [2] Одним из крупнейших рынков были Соединенные Штаты Америки, но этот рынок был отрезан в 1891 году, когда там был введен тариф Мак-Кинли . Это вызвало большое сокращение в британской промышленности и эмиграцию в Америку многих из тех, кто больше не мог работать на сохранившихся заводах по производству жести. [ необходима цитата ]
В 1891 году Соединенные Штаты произвели 11 000 тонн белой жести и импортировали 325 100 тонн, но в 1899 году они произвели 360 900 тонн, импортировав только 63 500 тонн (в основном для реэкспорта). Британский экспорт был еще больше затруднен тарифом Дингли, который лишил валлийскую жесть преимущества на тихоокеанском побережье Америки, [11] к 1900 году увеличился до более чем 849 000 000 фунтов, из которых более 141 000 000 фунтов были терновыми пластинами. Общий импорт в том году составил всего 135 264 881 фунт. В последующие годы, снова, наблюдался спад американского производства, и в 1907 году работали только 20% американских заводов по производству белой жести, в то время как британское производство достигло 14 миллионов ящиков. [2]
Несмотря на этот удар, отрасль продолжила работу, но в меньших масштабах. Тем не менее, в 1937 году все еще действовало 518 мельниц, включая 224, принадлежащих Richard Thomas & Co. Однако традиционная «пакетная мельница» была вытеснена усовершенствованной «полосовой мельницей», первая из которых в Великобритании была построена Richard Thomas & Co. в конце 1930-х годов. Полосовые мельницы сделали старые пакетные мельницы устаревшими, и последняя из них закрылась примерно в 1960-х годах.
Процесс производства на упаковочном стане начинается с оловянного прутка , который представляет собой тянутый плоский пруток, который обычно покупается на металлургическом или сталелитейном заводе . Оловянный пруток может быть из кованого железа или мягкой стали . Поперечное сечение прутка должно быть точным по размеру, так как это определяет длину и толщину конечных пластин. Пруток разрезается на нужную длину, чтобы сделать пластину нужного размера. Например, если требуется пластина размером 14 × 20 дюймов (360 мм × 510 мм), оловянный пруток разрезается на длину и ширину, делящиеся на 14 и 20. Затем пруток прокатывается и складывается вдвое, причем количество сложений зависит от размера оловянного прутка и конечной толщины. Если начальный оловянный брусок имеет размеры 20 дюймов × 56 дюймов (510 мм × 1420 мм), то его необходимо как минимум закончить на четверках или сложить вдвое дважды, а если требуется тонкая калибровка, то ее можно закончить на восьмерках или сложить вдвое трижды. Затем оловянный брусок нагревают до тускло- красного каления и пропускают пять или шесть раз через черновые валки. Между каждым проходом пластина проходит над (или вокруг) валками, а зазор между валками сужается с помощью винта. Затем пластину снова нагревают и пропускают через чистовые валки. [12]
Если пластина не была закончена на одинарных листах или без сгибания пластины, ее сгибают в отжимном устройстве. Отжимное устройство было похоже на стол, где одна половина поверхности складывалась поверх другой, а пресс сглаживал сложенную вдвое пластину так, чтобы прокатанный конец поместился в ролики. Затем ее снова нагревали для следующего набора прокатки. Это повторялось до тех пор, пока не была достигнута желаемая геометрия. Обратите внимание, что если пластину нужно было сгибать вдвое больше одного раза, прокатанный конец срезался. Затем пакету давали остыть. После охлаждения пакет срезался немного меньше окончательных размеров, а пластины разделялись открывателями . [ 13]
На этом этапе пластины покрываются окалиной и должны быть протравлены . Для этого пластины погружают в серную кислоту на пять минут. Протравка превращает окалину в зеленовато-черную слизь, которая удаляется путем отжига. Пластины прокаливают в течение приблизительно 10 часов, а затем дают им медленно остыть. На этом этапе пластины известны как протравленные и прокаленные черные пластины . Эти пластины обычно продавались для штамповки и эмалирования . [14]
После этого пластины становятся грубыми и неровными, поэтому их несколько раз подвергают холодной прокатке . Прокатка удлиняет пластины до их окончательного размера. Затем их снова отжигают, чтобы удалить любое наклепывание . Эти пластины называются черными пластинами травлеными, холоднокатаными и близко отожженными (черные пластины п. кр. и ок.). Для достижения идеальной чистоты пластины снова травятся в слабой серной кислоте . Наконец, их промывают и хранят в воде до готовности к лужению. [15]
Набор для лужения состоит как минимум из одного горшка с расплавленным оловом, с флюсом из хлорида цинка сверху, и жирового горшка. Флюс сушит пластину и подготавливает ее к прилипанию олова. Если используется второй горшок для лужения, называемый промывочным горшком , он содержит олово при более низкой температуре. За ним следует жировой горшок, который содержит масло, и машина для лужения . Машина для лужения имеет два небольших ролика, которые подпружинены вместе, так что когда вставляется луженая пластина, ролики выдавливают излишки олова. Пружины на машине для лужения можно настроить на разное усилие, чтобы получить разную толщину олова. Наконец, масло очищается мелкими отрубями и очищается от пыли. [16] [17]
Здесь описывается процесс, который использовался в 20 веке. Со временем процесс несколько усложнился, поскольку было обнаружено, что включение дополнительных процедур улучшает качество. Практика горячей прокатки , а затем холодной прокатки, очевидно, восходит к ранним дням, поскольку на заводе по производству белой жести семьи Найт (с момента его основания около 1740 года) было два прокатных стана: один в Брингвуде (к западу от Ладлоу), где производилась черная жесть , а другой — оловянный завод в Миттоне (теперь часть Стаурпорта , очевидно, для более поздних стадий. [18] [ нужна страница ]
Ранние горячекатаные станы не производили полосу, пригодную для лужения, но в 1929 году холодная прокатка стала использоваться для дальнейшего уменьшения толщины, что сделало лужение достижимым. Затем пластина была лужена с использованием процесса, описанного выше. [ необходима цитата ]
Существуют два способа лужения черных пластин: горячее погружение и гальванопокрытие .
Горячее олово — это процесс погружения детали в ванну с чистым расплавленным оловом при температуре выше 450 °F или 232 °C.
Белая жесть, изготовленная методом горячего лужения, изготавливается путем холодной прокатки стали или железа, травления для удаления окалины , отжига для удаления деформационного упрочнения и последующего покрытия тонким слоем олова . Первоначально это делалось путем производства отдельных или небольших пакетов пластин, что стало известно как процесс пакетного проката . В конце 1920-х годов полосовые станы начали заменять пакетные станы, поскольку они могли производить сырые пластины в больших количествах и более экономично.
При гальванопокрытии покрываемый предмет помещают в контейнер, содержащий раствор одной или нескольких солей олова. Предмет подключают к электрической цепи , образуя катод (отрицательный) цепи, в то время как электрод, обычно из того же металла, который покрывается, образует анод ( положительный). Когда электрический ток проходит через цепь, ионы металла в растворе притягиваются к предмету. Чтобы получить гладкую, блестящую поверхность, гальванизированный лист затем кратковременно нагревают выше точки плавления олова. Большая часть луженой стали, производимой сегодня, затем дополнительно покрывается гальваническим способом очень тонким слоем хрома , чтобы предотвратить помутнение поверхности из-за окисления олова.
