L`ultima generazione di forni Sacmi

“L’ultima generazione dei forni a rulli SACMI: nuove soluzioni per conciliare le
esigenze di maggior produzione, riduzione dei consumi ed impatto ambientale”.
Lo sviluppo dei forni deve seguire l’evoluzione e le neccessità dei prodotti da cuocere.
Attualm ente si stanno diffondendo nuovi tipi di prodotto, specialmente nel campo del Gres
porcellanato, per esempio:
•formati grandi di Gres porcellanato (con dimensioni superiori al metro) che richiedono
un controllo della planarità e ritiro controllato.
•Prodotti realizzati con carica multipla, polveri atomizzate colorate, micronizzati,
smaltati a secco
•prodotti realizzati con doppia pressatura
Questi nuovi prodotti richiedono una maggior attenzione nella produzione che sui prodotti
abituali, per questo è necessario dotare il forno di equipaggiamenti adeguati per i prodotti
attuali e per quelli che si potranno sviluppare in un futuro non molto lontano.
Dopo gli eccellenti risultati ottenuti nella cottura del gres porcellanato con il forno di 2670 mm.
di bocca, Sacmi ha studiato un nuovo forno con larghezza canale di 2850 mm. per
incrementare la capacità di produzione e nello stesso tempo ridurre la incidenza unitaria dei
costi di produzione.
Il forno è stato presentato per la prima volta al Ceramitec 2000 di Monaco
Parallelamente sono stati sviluppati degli apparati e dei sistemi speciali per garantire un livello
di qualità adeguato per tutti i prodotti con forni di tale grandezza
Attenzione particolare si è posta specialmente su tutti gli aspetti in relazione con il rispetto del
medio ambiente: riduzione dell’inquinamento acustico, pressurizzazione del forno, utilizzo di
fibre ceramiche di tipo ecologico nella costruzione dei forni e riduzione dei consumi di
combustibile.
Ap par at i e siste mi p ar ti col ar i
I mp iant o di co mbu stio ne
L’aumentata capacità di carico ha reso più difficile ottenere una uguale distribuzione di calore
tra centro e pareti e questa difficoltà ha condotto ad una revisione critica e ad una
riprogettazione di tutto l’impianto di combustione.
Il conc etto di base che viene applicato alle possibili nuove configurazioni è quello di realizzare
un impianto sdoppiato (brevetto Sacmi) per due distinti trattamenti termici nella zona di
cottura: uno in centro ed uno a parete e ciò per compensare la naturale disomogeneità di
trattamento dovuta a condizioni geometriche particolari (effetto bordo, fattori di vista per le
superfici radianti ecc.).
- L’installazione è frazionata nel senso della lunghezza: 1 modulo (2,1 mt.) con 4
bruciatori alti
e 4 bruciatori bassi destinato al riscaldamento del centro del forno
-1 modulo (2,1 mt.) con 4 bruciatori alti e 4 bruciatori bassi destinato al riscaldamento
del centro della parete del forno (patente SACMI)
Si verrebbero ad avere quindi per ogni zona termica (due moduli per una lunghezza totale di
4,2 mt.) due curve di cottura per la zona centrale (sopra e sotto al piano rulli) e due curve di
cottura per le zone laterali (sopra e sotto al piano rulli).
Applicazione dell’attuale distribuzione dei bruciatori (nr. 8 per zona) frazionando l’impianto nel
senso della sua lunghezza. Vi potrebbero essere quindi nr. 1 modulo (4 bruciatori alti + 4
bruciatori bassi) destinati al riscaldamento “centrale” e nr. 1 modulo (4 bruciatori alti + 4
bruciatori bassi) con blocchi ad erogazione solo radiale per il riscaldamento laterale (brevetto
Sacmi).
Sono in fase avanzata di studio altre soluzioni:
• bruciatori intubati con distribuzione differenziabile da utilizzarsi alla fine del preriscaldo e ad
inizio cottura.
• Diverse geometrie del canale di cottura, differenziando il preriscaldo e la cottura in funzione
degli scambi termici delle due zone: convettiva il preriscaldo e per radiazione la cottura.
Apparati e sistemi speciali
Gestione della macchina
La principale novità per i forni monostrato e bicanale riguarda l’introduzione opzionale del
pacchetto “kiln utility”.
La definizione di questa unica voce ci permette di raggiungere i seguenti obbietivi:
Il pacchetto “Kiln Utility” è rivolto essenzialmente a migliorare la conduzione della macchina,
non le prestazioni, ed è composto dalle seguenti quattro opzioni:
1)
Brandeggio automatico dei traini in caso di guasto al PLC e/o ai circuiti di
comando (indipendentemente dal tipo di generatore installato)
Il dispositivo è in soccorso ai componenti installati nel quadro elettrico per il normale
funzionamento dell’impianto quali:
alimentatori, trasformatori, PLC che pur essendo di prima qualità potrebbero, anche se
raramente, guastarsi.
Il guasto di questi componenti provoca normalmente l’arresto di tutta la movimentazione fino
a quando non viene identificato e sostituito il componente in avaria.
Le conseguenze di una simile situazione sono facilmente immaginabili.
2)
Ripristino automatico dei bruciatori durante la fase di accensione
Come opzione è confermata la necessità di effettuare il reset dei bruciatori in blocco di
ciascuna blindosbarra di zona in modo automatico mediante PLC, utilizzando il consenso di
reset remoto disponibile sia sulle centraline Brahma che Krom Schoder da noi utilizzate.
In questo modo viene evitata l’eventuale riaccensione manuale dei bruciatori da parte
dell’operatore.
3)
Autodiagnostica – Sacmi Customer Assistance
Al fine di rendere interattiva la funzione operatore-macchina anche in caso di presenza
Allarme è stato implementato il software di autodiagnostica “FollowMe” in grado di presentare
all’utente in un'unica pagina video le seguenti informazioni:
a)
Pianta della macchina ed ubicazione delle utenze elettromeccaniche con sigle
standardizzate.
b) Fronte e retro del quadro elettrico con disposizione comandi e numerazione delle ante
per un rapido accesso al componente elettrico da controllare.
c) Sequenza delle operazioni in ordine di importanza da effettuare per risalire alla causa del
guasto.
d) Immagini digitali raffiguranti organi del forno interessati alla manutenzione.
Con l’autodiagnostica Sacmi forni ritiene di dare un importante contributo per:
a) Minimizzare eventuali tempi di fermo macchina.
b) Rendere più autonomo e preparato l’utilizzatore .
c) Mettere in condizione il Sacmi Forni Service di risolvere tempestivamente eventuali
problematiche.
4)
Interruttore di arresto traino in sicurezza.
Questa funzione è importante (dal punto di vista della sicurezza) qualora di debba intervenire
per rimuovere uno spezzone di rullo rotto o per qualsiasi intervento di breve manutenzione
d’urgenza su un tratto di movimentazione.
Viene installato su ogni singolo traino un interruttore temporizzato che consente di intervenire
sul tratto di motorizzazione ed arrestarlo per un tempo variabile dai 35 ai 45 sec. senza
provocare durante quel tempo lo spegnimento del forno.
Si eviterà in questo modo di operare in modo assolutamente vietato con la motorizzazione in
moto per tutti i rischi che questo comporta.
L’arresto in sicurezza sul singolo traino genera le seguenti funzioni:
a) Esclusione dell’alimentazione al motore del traino per un tempo impostabile (30 – 45 sec.
circa).
b) Brandeggio automatico dei traini con limitato spostamento del carico per non provocare
inconvenienti alla macchina di alimentazione a monte della zona interessata all’arresto.
c) Marcia avanti dei traini a valle della zona interessata all’arresto.
Uti lizz o di f i bre ecol ogi che per l ’i sol ame nto termi co
Dopo l’ultima rettifica del 2 febbraio 1999 è stata recepita anche in Italia la Direttiva delle
Comunità Europea 67/548/CEE (per maggiori dettagli si potrà produrre tutta la
documentazione relativa).
In sostanza vengono definite e classificate due tipi di “fibre ceramiche” isolanti:
1)Fibre ceramiche refrattarie (quelle da noi sempre utilizzate) che hanno un contenuto di
ossidi alcalini ≤ 18% in peso;
2)Fibre artificiali vetrose con un contenuto di ossidi alcalini > 18% in peso.
Le fibre di tipo 1) vengono classificate come cancerogene di seconda categoria e quindi
devono essere trattate come nel caso dell’AMIANTO!!
Le fibre artificiali vetrose 2) (denominate anche “ecologiche”) sono classificate di terza
categoria in quanto presentano una biopersistenza relativamente bassa quindi un rischio di
cancerogenicità molto inferiore e per la lavorazione delle quali sono sufficienti i normali mezzi
di protezione individuali (mascherine, tute, guanti etc.).
Risulta pertanto imprescindibile il passaggio a queste nuove categorie di materiali isolanti per
la realizzazione delle opere da noi prefabbricate (isolamento moduli).
Si deve ricordare che questi nuovi prodotti non sono ancora stati sottoposti a prove di durata
nel tempo sufficientemente lunghi per valutarne i ritiri ed il comportament o generale
chimico/fisico e che per le temperature particolarmente elevate non sono a tutt’oggi ancora
disponibili.
Ri d uzi o ne dell ’i nq ui nament o acu st ico
Sempre per il conseguimento dell’obiettivo del miglioramento dell’ambiente di lavoro ed in
particolare relativamente all’abbassamento della soglia del rumore, l’utilizzo di una struttura
fonoassorbente posta sul perimetro delle pensiline di sostegno dei ventilatori è in grado,
come già verificato, di dare un notevole contributo.
Questa struttura perimetrale integra anche la funzione di sicurezza rispondendo
perfettamente alle sollecitazioni orizzontali di progetto previste dalla normativa.
Pre ssu rizz azi o ne dell a z on a passar ulli i n cott ur a
La realizzazione di forni di lunghezza sempre maggiore (anche oltre i 130 metri) comporta
una
crescente pressione all’interno del laboratorio forno nella zona di cottura, anche per
contrapporsi ai forti ingressi di aria esterna attraverso la zone passarulli a causa delle elevate
depressioni nella zona di preriscaldo.
La pressione interna presente in zona di cottura produce una piccola portata di fumi inquinanti
che permea la fibra di tamponamento posta nella zona passarulli.
I movimenti convettivi naturali che esistono in prossimità delle pareti del forno portano
tendenzialmente verso l’alto questi “vapori” che inquinano l’ambiente di lavoro ed appena
incontrano superfici a temperatura relativamente bassa (anche superiore a 100°C) formano
rugiade acide (HCl, HF) che producono vistose corrosioni su tutti i tipi di metallo, dalle
carpenterie stesse del forno fino alle quote di coperture dei fabbricati).
Nella zona di cottura i vapori tendono a uscire per differenza di pressione parziale attraverso
tutti i punti di collegamento fra interno ed esterno della zona cottura come passarulli, spie
d’ispezione etc...
Per contrastare l’uscita dei gas in oggetto si è pensato di utilizzare una sorta di barriera
pneumatica che a livello dei rulli possa creare una contropressione sufficiente ad ostacolare
questo flusso.
Il telaio del modulo tramite la sua struttura composta di tubolari viene utilizzato come rete di
distribuzione di aria in pressione per alimentare i traversi posti sopra e sotto il piano rulli.
Opportune forature veicolano il flusso in una piccola camera delimitata da una parte dalla
fibra ceramica e dall’altra da una lamiera sagomata realizzata in due parti facilmente
spostabili sopra e sotto ai rulli stessi.
La pressione di alimentazione potrà essere regolata ad un valore che consenta un efficace
blocco dei gas interni senza generare un flusso freddo dall’esterno all’interno del forno.
Ri d uzi o ne dei C on su mi co n nu ove met o diche d i r i scal dament o del l’ ar i a co mb u ren te
La riduzione dei consumi energetici è per il presente ed ancora di più per il futuro la strada
che si deve percorrere, non solo per motivi esclusivamente economici ma per la riduzione
dello sfruttamento delle risorse e dell’inquinamento ambientale.
Per una macchina termica come il forno a rulli la tecnica più banale per ottenere una
riduzione dei consumi è, dove possibile, la riduzione dell’accesso d’aria comburente ai
bruciatori, diminuendo in questo modo il peso dei fumi per unità di prodotto e riducendo quindi
le perdite di calore al camino.
Se attuata senza i dovuti criteri questa metodica può creare numerosi problemi che
così si sintetizzano:
1 ) Una notevole riduzione delle portate in volume e del tenore di ossigeno
2 ) Variazioni della curva di cottura e della portata in peso del prodotto da cuocere
possono portare i bruciatori ad operare in condizioni di difetto d’aria con possibili
variazioni di tonalità degli impasti e degli smalti;
3 ) Discontinuità nella alimentazione del prodotto possono diventare situazioni critiche
causa la mancanza di una necessaria ampia escursione della potenza erogabile dei
bruc iatori e conseguente meno pronta gestione dei fenomeni transitori. Il risultato è in
genere un aumento degli scarti.
L’approccio di Sacmi Forni al problema della riduzione dei consumi si attua attraverso una
serie di azioni articolate in più punti ma sempre nell’ambito di una visione complessiva della
macchina forno in senso termodinamico e quindi con l’utilizzo di nuovi sistemi di combustione
espressamente progettati per aumentare ed uniformare nella sezione lo scambio termico tra
fumi e materiale, l’uso di nuovi materiali microporosi per migliorare l’isolamento della struttura,
l’ottimizzazione del rendimento termico attraverso sistemi di recupero e preriscaldo dell’aria
comburente.
Quest’ultimo punto merita un’attenzione particolare per le possibilità offerte in termini di
risparmio e ottimizzazione del rendimento termico della macchina forno, che si sommano
naturalmente a quelle ottenibili con una corretta regolazione dell’impianto di combustione.
Vediamo con ordine le possibili soluzioni:
1)Schema NNR (aria comburente non riscaldata)
Lo schema sintetizza la classica tipologia di forno per monocottura: l’aria di combustione (in
questo caso a temperatura di 30°C) viene prelevata direttamente dall’ambiente circostante e
tramite un ventilatore indirizzata ai bruciatori.
2) Schema BSR (aria comburente basso -riscaldata)
In questo caso l’aria prelevata dall’esterno passa attraverso uno scambiatore di calore posto
nel raffreddamento rapido prima di essere inviata ai bruciatori con una temperatura che è
all’incirca di 100°C. Sottraendo calore al R/R, lo scambiatore consente anche di diminuire la
quantità di volumi necessari per il raffreddamento del materiale. Il risparmio è dell’ordine del
5-6%.
3) Schema MDR (aria comburente medio-riscaldata)
I volumi di aria raccolti dal Raffreddamento lento e finale ed evacuati dal camino ad una
temperatura di 100-120°C vengono intercettati, mandati allo scambiatore di calore nel R/R e
quindi utilizzati come aria comburente ad una temperatura di 150°C c.a.
4) Schema SPR (aria comburente super riscaldata)
Un’altra possibilità molto interessante è configurata dallo sdoppiamento dei camini di
espulsione aria nel Raffr. lento e finale.
Al camino che espelle l’ultima frazione dell’aria di raffreddamento finale è presente aria alla
temperatura dell’ordine di 60-70°C priva di inquinanti chimici (fluoro, cloro ecc.) e che può
essere usata direttamente per il riscaldamento ambientale al limite con solo una filtrazione.
Al camino che espelle l’ultima frazione dell’aria del raffreddamento lento è presente invece
aria alla temperatura di circa 140-160°C. Il ventilatore dell’aria comburente aspira la portata
necessaria da questo camino e previa una necessaria filtrazione la invia allo scambiatore di
calore posto all’interno del raffreddamento rapido. L’efficienza del raffreddamento anche con
l’uso di aria calda viene mantenuta modificando opportunamente la geometria dello
scambiatore. All’uscita dello scambiatore si potrebbe disporre di aria comburente alla
temperatura di circa 220-240°C con una sensibile riduzione quindi del consumo di
combustibile.
Vediamo in maniera indicativa quanto possa essere questo risparmio economico:
Con riferimento ad un forno di bocca 2500 mm ed una lunghezza di circa 110 m, con ciclo di
cottura di circa 47 minuti, temperatura di cottura 1220°C e materiale gres porcellanato con
ritiro 8% e peso 20 Kg/m2, risulta una produzione di circa 6383 m2 /24 ore ed una produzione
di peso di circa 5320 Kg/h di prodotto cotto.
Per quanto riguarda i consumi specifici si può fare riferimento ai seguenti valori indicativi a
seconda della temperatura dell’aria comburente:
TEMP. ARIA
COMBURENTE
CONSUMO SPEC.
Kcal/Kg COTTO
NNR
BSR
MDR
SPR
30°C
100°C
170 °C
240°C
448
428
408
480
CONCLUSIONI
Sacmi cosciente di queste nuove necessità dei suoi clienti, sviluppa e prova continuamente
nuove soluzioni, per migliorare le condizioni industriali di cottura, in tutti i tipi di prodotti
ottimizzando i rendimenti qualitativi e di costo.