Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Металлы и сплавы в пищевой промышленности. Методические указания
.pdf
Для повышения антикоррозионной защиты и придания сталям
особых свойств в «нержавейку» добавляют и другие элементы (молибден, титан, никель и иные), которые изменяют характеристики
сплава. Например, в слабоагрессивных средах можно использовать
нержавеющую сталь с хромом на уровне 13–17 %, не беспокоясь о
том, что она может заржаветь. Если же добавить немного хрома (сделать его содержание более 17 %), а также никеля и молибдена, такую
металлическую композицию уже можно будет применять в соляных
растворах и других весьма агрессивных условиях.
В нашей стране специального государственного стандарта на
«пищевую нержавейку» не существует. Поэтому многие затрудняются
сказать, какие марки стали можно причислить к «пищевым», а какие
нет. Специалисты говорят, что практически любые существующие нержавеющие сплавы теоретически допускается относить к тем, которые
подходят для хранения или приготовления продуктов питания. Здесь
важно определиться с условиями их эксплуатации.
На предприятиях общепита, на комбинатах, где изготавливают
пищу, используемое для этих целей оборудование постоянно подвергается агрессивному воздействию химически активных сред. Понятно,
что в таких условиях пищевой будет считаться та нержавеющая сталь,
которая с успехом противостоит подобному воздействию. А вот в тех
случаях, когда продукты питания недолго и непостоянно контактируют с агрессивными средами, под понятие пищевой могут попасть иные
марки нержавеющих сплавов.
Популярные марки пищевой нержавейки
Выбирая конкретную нержавеющую сталь для использования
ее в пищевой сфере, необходимо в первую очередь ориентироваться на
то, в течение какого времени нержавеющее изделие будет контактировать с пищей. Из сплавов, обеспечивающих максимальную устойчивость против коррозии, делают оборудование и конструкции, которые
постоянно взаимодействуют с продуктами. А для обеденных приборов, например, подбирают обычно более «легкую» сталь с существенно меньшим антикоррозионным потенциалом.
Рассмотрим наиболее востребованные на сегодняшний день
марки пищевой «нержавейки». 08Х18Н10 (по кодировке AISI – 304) –
распространенная и недорогая марка стали, используемая для агрегатов пищевой промышленности, которые не контактируют с каустиче-
31
ской содой и активными сульфаминовыми кислотными растворами.
08Х18Н10- имеет уникальный состав, обеспечивающий возможность
выполнять электрическую полировку изделий из «нержавейки», их
повышенные прочностные характеристики при Алых температурах.
Данный сплав превосходно противостоит межкристаллитной коррозии, отличается высоким уровнем свариваемости.
08Х13 (AISI 409) используют для изготовления кухонной посу-
ды и столовых принадлежностей. В быту нас зачастую окружают конструкции и предметы, сделанные именно из этой стали, которая характеризуется высокой степенью адаптации к разнообразным эксплуатационным условиям.
20Х13–40Х13 (AISI 420) – состав этих стальных композиций таков, что их можно смело использовать для изготовления любых видов
моек (и бытовых, и производственных), посуды для тепловой, а также
для гигиенической обработки пищевых продуктов. Данные сплавы
прекрасно противостоят высокотемпературному ржавлению, они
имеют хорошие показатели пластичности и износостойкости.
12Х13 (AISI 410) – самая главная сталь для производства
элементов оборудования, применяемого в сфере виноделия и переработки пищевых отходов, изготовления спирта и напитков из него.
12Х13 имеет высокую жаропрочность в слабоагрессивных средах,
отличную стойкость против коррозии и повышенную вязкость
(ударную).
Также широкое распространение получили изделия из «нержавейки» 08Х17 (AISI 430). Они незаменимы в тех случаях, когда требуется изготовить посуду, в которой пища будет подвергаться термической обработке. Сталь AISI 430 в средах, содержащих серу, демонстрирует высокий уровень противокоррозионной устойчивости, характеризуется хорошей деформируемостью и прочностью, имеет повышенный коэффициент теплопроводности и отличные механические
показатели.
Отметим отдельно и сталь 08Х17Т (AISI 439), из которой производят раковины и иные санитарно-технические устройства, машины
для стирки белья, а также холодильные агрегаты. В целом данный нержавеющий сплав считается универсальным и годным для использования в разных эксплуатационных условиях.
32
Таблица 4
Марка материала
Назначение
Сталь углеродистая
обыкновенного качества (ГОСТ 380-94):
Ст3, Ст 5
Оборудование для рафинирования хлопкового масла.
Детали и оборудования для пивоваренной
промышленности.
Цистерны для перевозки этилового спирта.
Оборудование свеклосахарной промышленности.
Детали аппаратуры в сахарной промышленности.
Детали для замеса теста.
Сталь листовая углеродистая и легированная для котлов и сосудов, работающих под
давлением(ГОСТ
5520-79):
15,20
Детали оборудования сахарной промышленности, непосредственно контактирующие с продуктами свеклосахарного производства.
Сталь углеродистая
качественная конструкционная(ГОСТ
1050-88):
08кп
10,40,35,45
Противни для мясных и рыбных полуфабрикатов, а также хлебобулочных изделий.
Болты для крепления волнорезов внутри
цистерны для перевозки спирта.
Сталь рессорнопружинная углеродистая и легированная(ГОСТ 14959-79):
65Г
Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующих с пищевыми средами
Сталь легированная
конструкционная(ГОСТ 4543-71):
20Х,40Х
Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующих с пищевыми средами
Сталь инструментальная легированная
(ГОСТ 5950-73):
Х12, 9ХС, 9ХВГ
Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующих с пищевыми средами
33
Сталь инструментальная углеродистая
(ГОСТ 1435-90):
У8А, У10А
Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующих с пищевыми средами
Сталь подшипниковая
(ГОСТ 801-78):
ШХ15
Решетки измельчителей мяса и другие детали оборудования мясной промышленности, имеющие непосредственный контакт с
пищевыми средами
Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные (ГОСТ 5632-
72):
12Х18Н9,
12Х18Н9Т,12Х13,
20Х13, 3-Х13, 40Х13,
14Х17Н2, 12Х17,
08Х17Т, 15Х25Т,
20Х13Н4Г9,
08Х22Н5Т, 12Х21Н5Т,
15Х28, 10Х14Г14Н3Т,
12Х17Г9АН4,15Х17А
Г14
12Х18Н9Т,
12Х18Н10Т,12Х13,
20Х13, 14Х17Н2,
12Х17, 08Х17Т,
08Х22Н6Т,
12ХХ21Н5Т,
10Х14Г14Н3,
10Х14Г14Н4Т,
08Х21Н6М2Т
Детали машин и аппаратов, непосредственно контактирующих с пищевыми средами
Детали машин и аппаратов для винодеческой промышленности, кроме стационарных резервуаров, с длительной (до нескольких лет) сроком хранения вина. Разрешается непосредственный контакт с суслом, вином, коньячным спиртом, продуктами переработки отходов виноделия
Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие , жаростойкие и жаропрочные (ГОСТ 5632-
72):
Бачки взбивальных машин
Сливкосозревательные цистерны
Детали и изделия продовольственного машиностроения
Детали насосов и машин, контактирующие
с вином и суслом при продолжительности
34
12Х18Н9Т
12Х18Н10Т
12Х21Н5Т
20Х13Н4Г9
08Х21Н6М2Т
10Х14ФГ15
10Х14Г14Н3
15Х17АГ14
08Х18Г8Н2М2Т
03Х23Н28МДТ
08Х17Т
10Х14Г15
10Х14АГ15,10
Х1
4Г
14Н4Т
95Х18
08Х22Н6Т
0Х23Н28МТ
07Х21Г7АН5
контакта до 24 ч
Детали молочного оборудования
Детали насосов, фильтров и аппаратов, используемых в винодельческой, спиртовой,
консервной, хлебопекарной промышленности
Емкости для хранения и транспортировки
пищевых продуктов
Детали и оборудование для винодельческой
промышленности
Детали и узлы оборудования для пищевой
промышленности
Оборудование, используемое в мясной и
молочной промышленности при температуре 30-140 °C.
Трубы для перекачки молока в молочных
блоках на животноводческих комплексах и
фермах
Изделия, контактирующие с пищевыми
продуктами
Детали и оборудование винодельческой
промышленности, соприкасающиеся с виноградным соком, суслом, вином кратковременно (до 10 суток)
Дисковые ножи рыбоперерабатывающих
машин береговых предприятий и судов
рыбной промышленности
Ленточные скребковые и винтовые конвейеры для транспортирования рыбы
Детали машин, аппаратов и цистерн для
перевозки и хранении виноматериалов в
течение 30 дней
Детали машин, емкости, аппараты для сахарной и хлебопекарной промышленности
при температуре не выше 100 °С. Детали
насосов, сборники фруктовых пюре в кондитерской промышленности
35
Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные:
20Х23Н18
07Х15Н5Д2Т
12Х13Г18Д (ДИ-16)
Детали гомогенизаторов и других аппаратов, контактирующих с молоком, смесями
для производства мороженого, фруктовыми
и ягодными соками при температуре до
100°С
Детали машин и насосов, контактирующих
с вином и суслом не более 1 сут., конвейеров и цистерн для перевозки вин не более
10 сут.
Детали, контактирующие с тестом и опарой
в машиной для хлебопекарной промышленности
Жесть без применения
внутреннего подпергамента
Банки под продукты детского питания.
Должны быть обработаны сухим воздухом
с температурой 120°С в течение 2-3 с
Жесть белая (ГОСТ
17718-72)
Банки под кофе, расфасованный под вакуумом.
Банки для упаковки порошкообразного
агар-агара
Жесть белая электролитического лужения
(ГОСТ 1883-7)
ЭЖК-5
Кроненпробки для укупорки безалкогольных напитков и минеральных вод
Банки (№ 9) для зеленого горошка со сроком реализации 6 мес.
Жесть горячего лужения
Банки для томат-пасты вместимостью до
1 л. Срок реализации 6 мес.
Чугуны
Наиболее часто применяются сплавы, которые состоят из основного элемента и различных добавок. Такой симбиоз улучшает
свойства металла, что положительно сказывается на качестве изделий.
Например, чугун с добавлением кремния часто используется при изготовлении трубопроводной арматуры. Такой материал продлевает эксплуатационный срок изделий.
Еще одним популярным сплавом является чугун. Его, как и
сталь, получают путем соединения железа с углеродом, разница состоит только в том, что последний компонент добавляют в больших
количествах. При изготовлении чугуна применяется еще и кремний,
который повышает прочность материала. Благодаря особым свойст-
36
вам, чугун незаменим в строительстве, его используют при изготовлении трубопроводной арматуры и в бытовой сфере.
В состав чугуна входят железо, углерод и разнообразные примеси, которые придают сплаву определенные свойства. Массовая доля
углерода в материале должна быть не менее 2,14 %, иначе это будет не
чугун, а сталь. Этот элемент придает сплаву повышенную твердость,
но снижает его ковкость и пластичность. Поэтому чугун является достаточно хрупким материалом. Из других постоянных примесей стоит
выделить кремний, марганец, серу и фосфор. В некоторые марки чугуна вводят дополнительные присадки, которые позволяют придать
сплаву дополнительные свойства. В качестве легирующих элементов
используются хром, никель, ванадий и алюминий.
Рис. 7. Структура ковких чугунов
Температура плавления чугуна составляет 1200 °C, что на 250–
300 ° ниже, чем необходимо для плавления стали. Это связано с по-
вышенным содержанием углерода и как следствие его менее тесной
связью с атомами железа на межмолекулярном уровне. При выплавке
чугуна и последующей кристаллизации весь углерод не успевает внедриться в структурную решетку железа, поэтому чугун получается
хрупким. Его не используют для производства продукции, которая
будет эксплуатироваться под воздействием постоянных динамических
нагрузок. Зато он идеально подходит для деталей, к которым предъявляется требование повышенной прочности.
Технология получения чугуна
Получение чугуна – очень материалоемкий процесс, требующий серьезных затрат. На получение одной тонны сплава уходит око-
37
ло 550 килограмм кокса и 900 литров воды. Затраты руды зависят от
содержания в ней железа. Обычно используется сырье с массовой долей элемента не менее 70 %, так как обработка более бедных руд экономически неоправданна. Такое сырье сначала проходит процедуру
обогащения, а уже потом отправляется на переплавку. Производство
чугуна проходит в доменных печах. Лишь около 2 % от всего производимого в мире материала выплавляется в электропечи.
Технологический процесс состоит из нескольких взаимосвязанных этапов. На первом этапе в доменную печь загружают руду, которая содержит так называемый магнитный железняк (соединение
двухвалентного и трехвалентного оксидов железа). Также в качестве
сырья могут использоваться руды с содержанием водной окиси железа
или его солей. Вместе с сырьем в печь загружают коксующиеся угли,
которые предназначены для создания и поддержания высокой температуры. Кроме того продукты их горения принимают участие в химических реакциях в качестве восстановителей железа.
Дополнительно в топку подает флюс, который выступает в качестве катализатора и помогает породам быстрее плавиться, освобождаю тем самым железо. Стоит отметить, что перед попаданием в доменную печь руда проходит специальную предварительную обработку. Они измельчается при помощи дробильной установки, так как
мелкие частицы быстрее расплавятся. Затем ее промывают, чтобы
удалить все лишние элементы, которые не содержать металла. После
этого высушенное сырье проходит обжиг в специальных печах, который позволяет удалить из соединений серу и другие чужеродные элементы.
Когда доменная печь загружена и готова к эксплуатации, начинается второй этап производства. После запуска горелок кокс начинает разогревать сырье, выделяя при этом углерод, который, проходя
через воздух, реагирует с кислородом и образует оксид. Этот оксид
активно участвует в восстановлении железа из соединений, находящихся в руде. При этом, чем больше газа становится в печи, тем слабее протекает химическая реакция. После достижения определенной
пропорции она им вовсе прекращается. Избыток газов используется
как топливо для поддержания температуры в печи. Такой подход имеет несколько положительных моментов. Во-первых, снижаются затраты ископаемого горючего, что несколько удешевляет производство
продукции. А, во-вторых, продукты горения не выбрасываются в ат-
38
мосферу, загрязняя ее вредными примесями, а продолжают свое участие в технологическом процессе.
Избыток углерода смешивается с расплавом и, поглощаясь железом, образует чугун. Все не расплавившиеся элементы породы
всплывают на поверхность и удаляются из материала. Отходы называют шлаком, который затем пойдет на производство других материалов. После удаления всех лишних частиц в расплав при необходимости добавляют разнообразные присадки. Таким способом получают
два вида сплавов: передельный и литейный чугун.
Разновидности чугуна
Передельный материал используется для производства стали
кислородно-конвертерным способом. Этот вид характеризуется низким содержанием марганца и кремния в составе сплава. Литейный чугун идет на производство разнообразной продукции. Он делится на
пять разновидностей, который стоит рассмотреть более детально. Белый чугун является сплавом, в котором избыточная часть углерода
содержится в виде цементита или карбида. Свое название он получил
за характерный белый цвет в районе излома. Массовая доля углерода в
нем составляет более 3%. Этот материал характеризуется повышенной
ломкостью и хрупкостью, поэтому его использование весьма ограничено.
Применяется данный вид при производстве простых деталей,
которые работают в статических условиях и не несут дополнительной
нагрузки. Добавление в сплав легирующих присадок позволяет повысить технические характеристики материала. Для этих целей используется никель или хром, реже алюминий и ванадий. Марка данной
разновидности, которая носит название «сормайт» используется в качестве нагревательного элемента в различных устройствах. Она обладает хорошими показателями удельного сопротивления и без проблем
работает при температурах до 900 °C. Из белого чугуна изготавливают
ванны для бытовых нужд.
Серый чугун – наиболее распространенная разновидность материала, которая применяется во многих отраслях народного хозяйства. В этом сплаве углерод присутствует в виде графита, перлита или
феррито-перлита. Массовая доля углерода находится на уровне 2,5 %.
Материал обладает высокой для чугуна прочностью, поэтому используется для производства деталей, имеющих циклическую нагрузку оп-
39
ределенного уровня. Из него изготавливают втулки, корпуса различного промышленного оборудования, кронштейны, зубчатые шестеренки.
Графит значительно улучшает действие смазки и снижает
влияние трения, так что детали обладают повышенной стойкостью к
этому виду износа. При необходимости эксплуатации в агрессивных
средах в состав серого чугуна вводятся дополнительные элементы,
которые позволят выдержать негативное воздействие. К ним можно
отнести никель, хром, молибден, бор, сурьму, медь. Эти элементы позволяют защитить чугун от влияния коррозии. Также некоторые из
них повышают уровень графитизации свободного углерода в сплаве,
что позволяет создать защитный барьер, через который не могут пробиться какие-либо разрушающие элементы.
Половинчатый чугун является промежуточным материалом
между первыми двумя разновидностями. В нем часть углерода содержится в виде графита, а часть – в виде карбида. Также в сплаве могут в
незначительных долях присутствовать цементит (до 1 %) и лидебурит
(до 3 %). Массовая доля углерода в материале составляет 3,5-4,2 %.
Эта разновидность используется для производства деталей, которые
будут проходить эксплуатацию в условиях постоянного трения. К ним
относятся тормозные колодки для автомобильной промышленности и
разнообразные измельчительные валки для станков. Для повышения
износостойкости в сплав по традиции вводятся легирующие присадки.
Ковкий чугун является разновидностью белого сплава, который
был подвергнут специальному отжигу с целью графитизации свободного углерода в составе материала. Этот вид обладает улучшенными
демпфированными свойствами по сравнению со сталью. К тому же он
менее чувствителен к надрезам и хорошо проявляет себя в работе при
низких температурах. Углерод, массовая доля которого составляет до
3,5 %, находится в сплаве в виде феррита, феррито-перлита или зернистого перлита с вкраплениями графита. Используется данный материал в автомобильной промышленности для изготовления деталей, работающих в условиях постоянного трения. Для повышения его эксплуатационных характеристик в сплав добавляют магний, бор и теллур.
Высокопрочный чугун получается в результате образования в
сплаве шаровидной формы включения графита в металлическую решетку. Это ослабляет металлическую основу кристаллической решетки и приводит к появлению улучшенных механических свойств. Процесс образования шаровидного графита производится путем введения
в сплав магния, церия, иттрия и кальция. По своим техническим ха-
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]