فرآیند تولید قوطی کنسرو

فرآیند تولید قوطی کنسرو از ورق قلع اندود در ایران برای نخستین بار در سال ۱۳۰۹ شمسی توسط شخصی به نام درخشان صورت گرفت.

او که از مهاجران ساکن شوروی بود پس از انقلاب اکتبر به ایران بازگشت و چون تحصیل‌کرده مدرسه آشپزی مسکو بود با استفاده از تجارب خود، اولین کارگاه ابتدایی قوطی‌سازی در ایران را راه انداخت.

او با استفاده از پیت‌های خالی بنزین شرکت نفت و مسطح کردن آن‌ها با دست، ورق به‌دست آمده را از داخل قلع مذاب عبور داده و از آن‌ها قوطی می‌‌ساخت. در سال ۱۳۳۶ شمسی ورق لاک اندود و قوطی آماده از خارج وارد ایران شد و در سال ۱۳۴۴ لاک‌زنی اتوماتیک امروزی در ایران برای نخستین بار نصب و مورد بهره‌برداری قرار گرفت. اگرچه در مجموع عمر قوطی‌سازی در ایران از ۶۰ سال تجاوز نمی‌‌کند، در مقایسه با عمر این صنعت در جهان (حدود ۱۸۰ سال) قابل تعمق است. با روش‌های نخستین، یک کارگر خوب و ماهر، چهار قوطی در هر روز تولید می‌کرد، این در حالی است که امروزه سرعت تولید خطوط قوطی‌سازی پیشرفته حتی به بیش از هزار قوطی در دقیقه می‌‌رسد.

در طول سال‌های پس از پیدایش صنعت قوطی‌سازی تغییرات بسیاری در ماشین‌آلات و دانش این فن‌آوری ایجاد شده است و همواره شاهد پیشرفت و شنیدن اخبار جدید در این زمینه هستیم.افزایش سرعت تولید به بیش از یک هزار قوطی در دقیقه، افزایش استحکام قوطی‌ها، به وجود آمدن اشکال و اندازه‌های متنوع، استفاده از تزیینات چاپی بر روی قوطی و ابداع درهای متنوع موسوم به راحت بازشو (Easy Open) در آن‌ها در کنار کاهش وزن قوطی شاخص‌های اصلی روند پیشرفت قوطی‌سازی به شمار می‌‌آیند.

روش‌های تولید قوطی فلزی تولید قوطی کنسرو از جنس ورق قلع‌اندود، برخلاف تصور عموم که آن را آسان می‌‌دانند، مستلزم دانستن بسیاری از مهارت‌های نوین و فن‌آوری‌های روز است.دقت و ابعاد قطعات در تجهیزات و ماشین‌آلات تولیدی تابع تولرانس‌هایی در حد چند میکرون است که این صنعت را در گروه صنایع دقیق جای می‌‌دهد.

مهم‌ترین انواع قوطی، قوطی فلزی غذایی یا غیرغذایی به‌صورت دوتکه یا سه‌تکه هستند.

الف – قوطی سه تکه (۳-Piece can)

۱- قوطی با بدنه درز جوش: بدنه قوطی بعد از رول شدن با روش جوشکاری الکتریکی مقاومتی (Electrical Resistance Welding (ERW به‌صورت سیلندر در می‌‌آید. ۲- قوطی با بدنه درز جوش لیزری ۳- قوطی با بدنه درز لحیمی (این روش به علت آلودگی ناشی از آلیاژ لحیم‌کاری کنار گذاشته شده است. ۴- روش‌های دیگری نیز برای دوخت درز بدنه قوطی وجود دارد که در کشور ما متداول نیست.

ب – قوطی دو تکه (۲-Piece can)

۱- قوطی دو تکه (Drawn & Wall Ironed can) DI: قوطی‌های دو تکه بلند که در اثر عملیات و اتو شدن ورق در قالب کشش شکل می‌‌گیرد و کف و بدنه آن‌ها از یک جنس است.
۲- قوطی دو تکه کششی: قوطی‌های دو تکه با عملیات کشش با نسبت کشش کم‌تر و جریان مواد به داخل قالب تولید می‌‌شود و بدنه و کف قوطی از یک جنس هستند.

مراحل تولید قوطی سه‌تکه ۱- لاک‌اندود کردن ورق قلع‌اندود در خط لاک‌زنی ۲- برش قطعات بدنه قوطی (Body Blank) در دستگاه قیچی دوبل (Dublex Slitter) 3- تولید سیلندر بدنه قوطی در دستگاه بدنه‌ساز ۴- پوشاندن درز جوش بدنه از داخل توسط پودر یا لاک به روش الکترواستاتیک جهت حفاظت این قسمت از خوردگی ۵- پخته شدن و چسبیدن پودر (یا لاک بیرون درز) به سیلندر بدنه در کوره مخصوص (Seam Coating Curing Oven) 6- انجام عملیات: تقسیم بدنه (Parting)، کنگره‌ای کردن (Beading)، تغییر شکل سطح مقطع قوطی، برگرداندن لبه بدنه (Flanging)، دوخت کف به بدنه (Seaming) که در یک یا چند مرحله و در یک یا چند ماشین با توجه به نیاز و نوع تجهیزات به‌کار گرفته شده در پایان عملیات تولید صورت می‌‌پذیرد.

۲: مراحل تولید قوطی دو تکه: ۱- لاک اندود کردن ورق قلع‌اندود در خط لاک‌زنی ۲- برش ورق‌های بدنه به شکل زیگزاگ یا ساده و یا بدون برش در روش تغذیه ورق (Sheet Feeding) 3- تغذیه ورق قلع‌اندود به داخل پرس و تولید قوطی دو تکه کششی با لبه برگردانده شده در پرس مخصوص که عملیات کشش و بازکشش (Draw & Redraw)، برش زواید (Trimming) و برگرداندن لبه‌ها در آن یکجا انجام می‌‌شود.

اغلب خطوط قوطی سازی در ایران

در طول دهه اخیر با انواع ماشین‌آلات جدید و مدرن تجهیز شده‌اند، گرایش‌ به استفاده از ورق‌های قلع‌اندود نازک‌تر جهت صرفه‌جویی در مصرف مواد اولیه از مشخصه‌های اصلی این خطوط محسوب می‌‌شود. کاهش ضخامت ورق‌ها در کنار افزایش سرعت تولید، مسلتزم رعایت هر چه بیشتر محدوده‌های کیفی مختلف مورد نیاز در تولید مواد اولیه، مخصوصاً ورق‌های قلع‌اندود است. گفتنی است که طرح چاپ شده روی قوطی‌های دو تکه کششی با نرم‌افزار مخصوص طراحی می‌‌شود. در این نوع قوطی‌ها طرح چاپ شده روی ورق پس از کشیده شدن شکل اصلی خود را پیدا می‌‌کند.

شرکت اسپانیایی لاجی تک از جمله مراکزی است که این سرویس را انجام می‌‌دهد و بسیاری از شرکت‌های ایرانی طرح خود را به آن‌جا سفارش می‌‌دهند.

نکات مورد توجه و مشکلات و محدودیت‌های مربوط به ورق قلع‌اندود در صنعت قوطی‌سازی به‌طور مختصر به‌صورت زیر است:

۱- مشخصات ورق مصرفی پیشنهاد شده از سوی سازنده ماشین در دستگاه‌های بدنه‌ساز قوطی مخصوصاً دستگاه‌های با سرعت بالا لازم است به دقت رعایت شود. ۲- رعایت جهت نورد (Rolling Direction) در خطوط تولید بدنه قوطی با روش جوشکاری مقاومتی الزامی است. ۳- عدم رعایت تولرانس‌های ابعاد در یک باندل ورق، عملیات لاک‌زنی و ایجاد نوار دقیق بدون لاک (Margin) و برش قیچی بدنه را دچار اشکال سازد. ۴- عملیات برگرداندن لبه‌ها برای ورق‌های با سختی بیشتر از حد معین با روش چرخشی (Spin Flanging) انجام می‌‌شود در حالی که این عملیات برای ورق‌های با تمپر و سختی کم با روش حدیده‌ای (Die Flanging) صورت می‌‌پذیرد، هزینه قطعات و تجهیزات روش چرخشی به مراتب بیشتر از روش دوم است.

رفتار برگشت فنری ورق (Spring Back) در شرایط یکسان از نظر قطعات و ماشین‌آلات تولید، با تغییر در سختی ورق تغییر نموده و فاکتورهای دوخت قوطی به عنوان اساسی‌ترین عامل کیفی محصول تغییرات آشکار می‌‌نماید. پروفیل قطعات به‌کار رفته جهت ایجاد کنگره (Bead) در بدنه قوطی ثابت است و تغییرات سختی ورق، در میزان عمق این کنگره‌ها و در نتیجه ممان اینرسی به‌دست آمده و مقاومت در برابر فشارهای داخلی قوطی پر شده، تأثیر چشمگیر دارد.

۵- اغلب ماشین‌آلات صنعت قوطی‌سازی در ایران با ورق (Sheet) قلع‌اندود تغذیه می‌‌شود و به علت فقدان امکانات لاک و چاپ کلاف (رول) در کشور این نوع محصول مورد مصرف مستقیم قرار نمی‌‌گیرد. ۶- قلع: تحقیقات نشان می‌‌دهد افزایش قلع مستلزم افزایش جریان جوشکاری است. تغییرات خارج از حدود استاندارد، از کیفیت جوش درز بدنه و مقاومت آن در برابر فشارهای مختلف ناشی از فرایند مواد غذایی کاست.اگرچه پوشش قلع در اصل جهت افزایش مقاومت ورق در برابر خوردگی، قابلیت جوشکاری و لحیم‌کاری و لاک‌کاری و ایجاد ظاهری خوشایند، بر ورق پایه به‌کار می‌‌رود، تجارب به‌دست آمده نشان می‌‌دهد که وجود قلع همچنین سایش قطعات تولید را کاهش و شکل‌پذیری ورق را افزایش داده و بهبود می‌‌بخشد.

افزایش قلع اگرچه عامل اصلی افزایش قیمت تمام شده ورق محسوب می‌‌شود و با جریان جوش رابطه معکوس دارد ولی در قوطی‌های کششی و فرایند اتوکاری نقش مفید و مستقیم دارد. از پدیده‌هایی که در مورد قلع ورق‌ها قابل ذکر است چسبیدن ذرات قلع به‌صورت جوش سرد به قطعات تولیدی است. این ذرات در طول زمان به قطعاتی که وظیفه شکل‌دهی ورق را به عهده دارند، چسبیده می‌‌شوند که لازم است زدوده شوند. قطعاتی مانند طبق‌های دوخت (Seaming Chuck)، قرقره‌های دوخت (Seaming Rollers) و رولرهای بدنه‌ساز در معرض این مشکل واقع می‌‌شوند. ۷- غیرفعال کردن (Passivation): این کار جهت افزایش مقاومت سطح ورق در برابر اکسیداسیون و ارتقای کیفیت لاک‌کاری و چاپ صورت می‌‌گیرد. دو روش برای غیرفعال نمودن متداول می‌‌باشد: در روش ۳۱۱ محلول دی‌کرومات سدیم به‌صورت کاتدیک بر روی ورق نشانده می‌‌شود. عمده سازندگان از این روش بهره می‌‌گیرند.

روش ۳۰۰ که با فرو بردن ورق در محلول کرومات سدیم به آسانی انجام می‌‌شود، به علت آلودگی محیط ‌زیست، در کشورهایی که آلودگی محیط زندگی و آب و خاک از اهمیت بالایی برخوردار است دیگر مورد توجه نمی‌‌باشد. ۸- روغن‌کاری (Oiling): با مراجعه به دستورالعمل‌های بهداشتی صنایعی که با ورق قلع‌اندود سروکار دارند، تنفس و تماس مستمر با ذرات و گازهای فلزات ناشی از فرایندهای مختلف تولید و شکل‌دهی این‌گونه ورق‌ها با عملیات جوشکاری، گداختن، برش، سنگ‌کاری و ماشین‌کاری، به خاطر وجود ذرات کربن، کروم، آهن، منگنز، نیکل، سیلیکون و قلع، مستلزم رعایت نکات ایمنی و تمهیداتی است تا عوارض کم‌تر‌ی به بار آورند. از جمله مواردی که در کاهش ذرات گرد و غبار ناشی از عملیات بر روی ورق‌های قلع‌اندود مؤثرند، استفاده از روغن‌های مجاز و مناسب برای صنایع غذایی است که در این مرحله به‌کار می‌‌رود، این روش از جذب رطوبت محیط نیز جلوگیری می‌‌کند. مقادیر روغن و توزیع یکنواختی و عمر آن اهمیت به سزایی در کیفیت لاک‌کاری و عملیات پوشش‌دهی ورق دارد. بهتر است این روغن با روش‌های متعارف قبل از ورود به مراحل پوشش‌دهی، کنترل و تحت بررسی قرار گیرد.

بعضی از این روش‌ها بدین ترتیب است:

الف) تست شکست آب (Water – Break test): آسان‌ترین روش برای اطمینان از وجود روغن بر روی ورق محسوب می‌‌شود. ب) تست به روش الیپسومتر (Ellipsometer): معمول‌ترین روش برای تعیین ضخامت روغن می‌‌باشد که به کمک دستگاهی به همین نام بر مبنای اصول اپتیکی انجام می‌‌گیرد. ج) تست به روش سوکسله (Soxhlet Method): در گذشته، روش اصلی تعیین ضخامت روغن بر روی ورق قلع‌اندود به حساب می‌‌آمد و در حال حاضر با روش‌های آسان‌تر و سریع‌تر جایگزین شده است.

این روش در استاندارد ASTM A 623 تشریح شده است و اساس آن بر پایه برداشتن روغن از سطح معینی از ورق به کمک یک حلال جوشان مانند کلروفورم و اندازه‌گیری روغن به جای مانده پس از تبخیر این حلال است. ۹- بسته‌بندی ورقع قلع‌اندود: بسته‌بندی نامناسب و قابلیت نفوذ رطوبت محیط تا زمان مصرف به همراه نفوذپذیری شدید ناشی از خاصیت کشش سطحی موجود بین ورق‌ها‌، خسارت جبران‌ناپذیری به این تولید صنعتی وارد می‌‌سازد.

طبقه بندی ترکیبی ورقهای قلع اندود تولید کنندگان قوطی طبقه بندی ترکیبی را برای ورق های قلع اندود در نظر گرفته اند. این طبقه بندی شامل هفت ترکیب می باشد یعنی از نرم ترین ورق که ممکن است در کارخانه تولید شود (T-1) تا سخت ترین ورقی که کاربرد آن توسط تولید کنندگان قوطی امکان پذیر است، در خصوص این تقسیم بندی می توان گفت که: ورق های T-1 و T-2 برای ظروف کششی کشیده مانند بدنه قوطی های ماهی و در ب پوش ها به کار می روند. ورق های T-3، T-4 مخصوص بدنه قوطی های مواد غذائی فرآیند شده است.

ورق های T-5 مخصوص مواردی است که مقاومت بیشتری از لحاظ خم شدن و یا مقاومت زیاد در برابر فشار لازم است. ورق های T-6 برای قوطی های غذا کاربرد نداشته و فقط برای دو انتهای قوطی آبجو به کار می رود. ورق های T-U این ورق ها به طور مستمر مقاوم به گرم و سرد شدن می باشند. با روش الکترولیت قادریم مقادیر مختلفی از قلع را بر روی سطح ورق فولاد بنشانیم به همین دلیل به لحاظ وزن قلع در هر متر مربع تقسیمات ذیل را نیز داریم: ۸/۲= E1 گرم قلع در متر مربع ورق فولاد ۶/۵= E2 گرم قلع در متر مربع ورق فولاد ۴/۸= E3 گرم قلع در متر مربع ورق فولاد ۲/۱۱= E4 گرم قلع در متر مربع ورق فولاد که در این حالت ورق ها بر اساس وزن قلع مورد استفاده درهر متر مربع ورق فولاد تقسیم بندی می شوند.

فرآیند تولید قوطی کنسرو DWI در کشور آمریکا

در اواخر ۱۹۵۰ میلادی اولین سری قوطی های آلومینیومی DWI تهیه گردید و در ۱۹۷۱ اولین سری قوطی های فولاد قلع اندود شده DWI‌توسط شرکت سیل کراون کرک به بازار عرضه شد. در فرآیند DWI در عمل ابتدا استیل یا آلومینیم به صورت کویل با ضخامت مشخص در می آید. (برای استیل ۳/۰ میلی متر و آلومینیم ۴۳/۰ میلی متر) از کویل های مذکور با استفاده از دستگاه منگنه صفحات یا دایره هائی می سازند که با استفاده از دستگاه پرس به صورت لیوان در آورده می شوند لیوان حاصله سپس توسط فرآیندی به نام وال ایرند با عبور از یک حلقه آهنی به طور متوالی چکش کاری شده و طی این عملیات ضخامت لیوان به یک سوم ضخامت اولیه و ارتفاع آن به سه برابر ارتفاع اولیه با قطر ثابت می رسد و سپس به منظور به دست آوردن ارتفاع مطلوب و شکل دهی ارتفاع اضافی قوطی را قیچی نموده و در نهایت روغن اضافی که در مراحل شکل دهی اضافه شده از قوطی با عملیات شستشو زدوده و با عبور قوطی تمیز از غلطک های چاپ کننده خارج قوطی را به شکل مناسب تزئین می کنند.

قوطی های DWI نوشابه ها پس از مراحل فوق گلو و لبه داده می شوند، سیستم لاک زدن داخلی قوطی با افشاندن لاک اپوکسی فنولیک یا وینیل همراه با حلال در سطح داخلی و سپس قرار دادن قوطی در آون جهت تبخیر حلال انجام می گیرد بدیهی است که نوع سیستم لاک دهی و تعداد لایه های لاک بستگی به جنس قوطی (استیل یا آلومینیوم) و نوع محصولی که قرار است در آن بسته بندی گردد، دارد.

ورق های TFS برای فرآیند DWI مناسب نیستند زیرا لایه کروم چکش کاری حلقه های آهنی را نمی‌تواند تحمل کند. فرایند DRD در عمل قوطی های DRD با همان مراحل اولیه که برای قوطی های DWI توضیح داده شده آماده سازی می کردند. اما در این قوطی ها عملیات بعدی ارتفاع و قطر نهائی ظروف طی فرآیند یا کشش توسط ضربه بر روی لیوان حاصل می شوند و به این طریق ظروفی با قطر کوچک تر تهیه می شود. ظروف DRD به طور رایج از ورق های TFS, TP ساخته می شوند.

لاک مورد استفاده در داخل ظروف بستگی به جنس قوطی و نوع ماده غذایی مورد استفاده در بسته بندی دارد و معمولا از لاک های اپوکسی فنولیک یا وینیل بدین منظور استفاده می شود. قوطی های دو پارچه ای مزایای زیادی به ویژه از جنبه اقتصادی و زیبائی ظاهر نسبت به قوطی های لحیم یا جوش مقاومتی سه پارچه ای دارند. به طور کلی ظروف حاصله از روش DWI دارای دیواره نسبتا نازک بوده که برای بسته بندی نوشابه های گازدار مناسب می باشد.

زیرا قدرت تحمل فشار داخلی را دارند ولی در قوطی های DRD بدنه دارای ضخامت بیشتر بوده بنابراین جهت بسته بندی مواد غذایی نیازمند به حرارت پس از دربندی به کار برده می شوند. انتخاب ورق های TP یا TFS و یا آلومینیوم برای تولید قوطی های دو پارچه ای یک مساله اقتصادی بوده که به قیمت این ورق ها بستگی دارد.