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铝罐生产技术和创新应用(上)

一、我国铝罐装发展现状

近年来，我国易拉罐市场年需求量达到 60 亿只到 70 亿只。具有其他金属材质易拉罐以及塑料等包装容器不可比拟的优势，即质轻、保质期长、防假冒性强、携带方便纸巾机、可回收性好等。自80 年代以来，其消费量一直呈增长趋势。随着我国人民生活水平的提高，近年来易拉罐消费以 20%以上的速度持续增长，啤酒和碳酸饮料一直是易拉罐的使用大户。据包装协会介绍，我国啤酒产量居世界第二位，目前年产量在 1800 万吨以上，其中用易拉罐包装的产量超过 5%，易拉罐使用数量在 15 亿只～20 亿只。

经过20年来的快速发展，我国的铝加工业取得了举世瞩目的成就，铝轧制材、压延材的产量迅速提高，2004年铝轧制材产量达到了150万吨左右。但是在一些高精度铝板带产品方面，如铝罐料、高档PS版基、磁盘基片、汽车车身用铝板、镜面铝带等产品尚不具备大规模工业化生产能力，致使相关行业在原材料采购上只能依赖进口。由于易拉罐用铝带材对材质和内部组织等有严格要求，而我国现阶段的技术和设备水平无法满足，所以除一小部分国内自包括于 5 月 9 至 11 日在匹兹堡 APID + TCT 2017 贸易展 第 2525 号展位上显现的航空航天、汽车、医疗保健、牙科、耐用品和文娱等领域给外，绝大部分靠进口来满足。1991～1996年共进口易拉罐用铝带材34.78万吨，1996年达到12万吨。1998～2004年，我国高精度铝板带材的进口量和净进口量仍然呈上升趋势，其中相当部分为易拉罐用铝带材，年进口量在10万吨以上。

目前国内只有西南铝业有限公司可生产易拉罐铝带材（此前东北轻合金有限公司曾经生产过），其他大型厂商都没有涉足。西南铝也是历尽艰辛，才掌握了易拉罐用铝带材的工艺和生产技术。该公司在整个易拉罐用铝带材工艺的开发过程当中，走了很多弯路，损失也很大，1996年前后，因为工艺技术不过关，造成3000多吨成品退货和库房料不能发货，整个现场积压3000多吨，然后全部回炉，重新生产。尽管西南铝最终研制出了3004H19易拉罐用铝带材，但也付出了数千万资金和5年的代价。2000年前后，这一产品产量约10000吨。2004年9月，西南铝成功开发出了0.28mm、0.285mm厚的易拉罐用铝带材，为国内同类产品中厚度最薄，大受市场欢迎，填补了国内空白。2005年上半年，西南铝易拉罐用铝带材产量同比增长了432.61％。但与国外先进铝材相比，其在深冲性（延伸率、制耳率等）方面尚有一定差距，内在冶金质量仍有待提高，2005年6月“1＋4”热连轧的成功投产将进一步提高其易拉罐用铝带材的产量和质竹木制品量。

目前，我国使用铝罐盖的马口铁罐头盒数量不大，只有少数几种产品如八宝粥、核桃仁、花生露等。预计，今后每年将以5％的速度增加，据中国饮料协会预测，到2010年碳酸饮料产量将达到800万吨，如果罐装率按20％计算，易拉罐用量将达到124亿只。

二、世界铝罐装市场进展

当前全球的年需求量在2100亿只左右，占全球金属容器产量的一半还多。全球主要地区铝易拉罐的消费比例：北美53％，欧洲（包括澳大利亚、新西兰）19％，南美14％，亚洲14％。

北美市场以美国为主，其是铝易拉罐的发源地，同时也是全球铝易拉罐的最大生产国和消费国。进入90年代后，北美易拉罐供求市场不断扩大，到90年代末供需趋向稳定，增长幅度较缓。2001年，美国啤酒和软饮料铝罐用量近1000亿只，其中软饮料罐64南平0亿只，啤酒罐330亿只。目前，北美地区的易拉罐生产线共有169条，生产线平均速度为1522罐／分，年总生产能力约1090亿只，市场需求量约1070亿只。美国在易拉罐方面的材料始终采用铝板材，每年约有40％的铝板材用于易拉罐方面的生产。

欧洲市场供需两旺。从20世纪80年代中期以来，欧洲铝易拉罐市场一直呈现稳定增长的趋势，年增幅为5％。在欧洲的饮料罐生产中，铁皮罐和铝罐约各占一半，欧洲14％左右的铝金属材料用于饮料生产，但由于铝质金属具有较高回收再使用价值，从环境保护方面出发，现在已开始大量转向铝材方面，1999年易拉罐有63％采用铝材，比1998年增长2％，2000年又比1999年增长9％。芬兰、瑞士、希腊、意大利、波兰等罐市场开始倾向采用100％的铝材，英国72％左右，德国为10％，法国、比利时、卢森堡、荷兰各占30％。目前市场铝易拉罐需求量400亿只左右。

从全球范围来看，全球铝易拉罐市场主要分布在发达国家和地区，其中美国又是最主要的消费地和产地；铝易拉罐和易拉罐用铝带材的生产已经比较成熟，易拉罐用铝带材的年需求量在400万吨左右，并且随着人们消费水平的不断提高和环保意识的增强而不断增加，保持平稳增长。

易拉罐用铝带材是一块大市场，年消费量占到全球铝轧制材消费量的1／4，因此，国外易拉罐用铝带材已经很普遍，生产和技术工艺也已比较成熟。世界主要铝业公司如美国铝业公司、美国凯撒铝及化学公司、海德鲁铝业公司、加拿大铝业公司、澳大利亚科马尔科铝业公司、日本轻金属公司等，可生产优质的铝合金制罐板带，现均已实现了国际化生产和经营，并已经占领中国的易拉罐用铝带材市场。如美国铝业田纳西厂主要生产易拉罐用铝带，热轧为SMS五机架热连轧，年成品产量在45万吨左右。

三、铝罐的加工技术

铝质易拉罐在饮料包装容器中占有相当大的比重。易拉罐的制造融合了冶金、化工、机械、电子、食品等诸多行业的先进技术，成为铝深加工的一个缩影。随着饮料包装市场竞争的不断加剧，对众多制罐企业而言，如何在易拉罐生产中最大限度地减少板料厚度，减轻单罐质量，提高材料利用率，降低生产成本，是企业追求的重要目标。

罐体的主要制造工艺流程如下：卷料输送→卷料润滑→落料、拉伸→罐体成形→修边→清洗/烘干→堆垛／卸→涂底色→烘干→彩印→底涂→烘干→内喷涂→内烘干→罐口润滑→缩冲击实验机被冲击的试样在受锤冲击的瞬间颈→旋压缩颈。在工艺流程中，落料、拉伸、罐体成形、修边、缩径、旋压缩径／翻边工序需要模具加工，其中以落料、拉伸和罐体成形工序与模具最为关键，其工艺水平及模具设计制造水平的高低，直接影响易拉罐的质量和生产成本。

拉伸时，坯料边缘的材料沿着径向形成杯，因此在塑性流动区域的单元体为双向受压，单向受拉的三向应力状态。由于受凸模圆弧和拉伸凹模圆弧的作用，杯下部壁厚约减薄10％，而杯口增厚约25％。在成形过程中，影响金属内部所受拉应力大小的因素很多，其中凹模锥角的取值直接关系到变形区金属的流动特性，从而影响拉伸所需成形力的大小，所以，其数值合理与否对工艺的实施有着重要影响。

罐体拉伸过程实际上是筒形件的拉伸过程，拉伸过程中，其材料的凸缘部分在压应力作用下易失稳，导致起皱，因此必须考虑设置防止起皱的压边装置。当材料通过凹模时，凹模圆角部分是一个过渡区，其变形较复杂，除了径向拉伸与切向压缩外，还受弯曲作用，因此凹模圆角选择尤为重要。材料通过凹模圆角后，处于拉伸状态，由于拉伸力来自凸模压力，是经过凸模圆角处传递的，凸模圆角处的材料变薄最严重，此处成为最易破裂的危险断面。

在铝易拉罐的生产中，降低成本的重要内容之一就是减少厚度，即要求易拉罐用铝带材的厚度更薄。数十年来，铝易拉罐的制造技术在不断改进，铝罐重量已经大为减轻。20世纪60年代初期，每千只铝罐（包括罐身和罐盖）的重量达55磅（约合25千克）。20世纪90年代后期减到33磅（15千克），现已减为30磅以下，比40年前减少了近一半。1975年－1995年的20年间，1磅铝材制作的铝罐（容量为12盎司）的数量增加了35％。另据美国铝业统计，每千只铝罐罐身所需要的铝材由1988年的25.8磅减少到2000年的22.3磅。20世纪80年代以来，美国易拉罐用铝带材的厚度已经明显下降，由0.343mm减因保压结束之前浇口即固化而使塑件的收缩率增大为0.259mm左右。铝易拉罐盖轻量化进展也很明显。罐盖铝材的厚度由开始的0.39mm下降到0.24mm。据称在易拉罐用铝带生产方面领先的美国铝业公司将薄壁瞄向0.18mm左右。这一发展趋势对国内的易拉罐用铝带生产企业同样重要，即必须加大研发力度，调整技术研究方向，才能与全球行业的发展保持同步，不断增强竞争力。

由于铝制易拉罐工艺复杂，原材料要求苛刻，国内用易拉罐四分之三依靠进口，且国产罐所用的原材料也全部依赖进口，两项合计年消耗外汇 10 亿美元以上，成为继进口轿车、彩电、冰箱之后的第四大耗汇大户。保筛网温性能比较好