086 Focus DRYING Hob Certech.indd

High-performing rollers
for large size tiles
Heinz Pöhlmann - Diamorph Hob Certec (Pilzen, Czech Rep.)
Rulli ad alte prestazioni
per grandi formati
The requirements for a gentle transport of the tiles in the roller kiln have grown considerably due to the worldwide trend
towards both large-size tiles (up to laminar sheets measuring
mm 3000 x 1000 mm with 3 mm thickness) and different thicknesses (from very thin to very thick). That also applies to the
firing of “sandwich” structures, tiles to which a decorative
surface has already been applied in the press.
Roller kilns were originally equipped only with one grade of
ceramic rollers. More than ten years ago, roller kiln manufacturers switched to mixed rollers, giving the reason that
cheaper and less stiff rollers are sufficient for the preheating
zone. It should be noted that the cost share of the rollers accounts for max. 0.5–1% of the manufacturing costs of the
tiles, therefore the potential saving achievable with less performing rollers is marginal, while, on the other hand, the risk
to produce a lower tile quality should be considered.
Hyperroll Dense Nano
L’esigenza di trasportare le piastrelle nel forno a rulli senza danneggiarle è aumentata considerevolmente da quando si è imposta, in tutto il mondo, la tendenza a produrre piastrelle di grande formato (fino alle lastre da 1 x 3 metri e 3 mm di spessore), o
per la crescente domanda di materiali ceramici di diverso spessore, da molto sottili a rinforzati. Lo stesso vale per la cottura di
strutture “a sandwich”, ovvero piastrelle con strati decorativi già
applicati nella pressa. Originariamente, i forni a rulli venivano
allestiti con un’unica tipologia di rulli ceramici. Da oltre dieci
anni i produttori di forni sono gradualmente passati a una composizione mista, giustificando la scelta col fatto che nella zona
di preriscaldo bastano in realtà rulli più economici e meno resistenti alla flessione. Va notato, tuttavia, che il costo dei rulli costituisce al massimo lo 0,5-1% dei costi di produzione delle piastrelle, ragion per cui il potenziale risparmio ottenuto con
l’impiego di rulli meno performanti risulta marginale, oltre al rischio di conseguire l’effetto contrario, se la qualità delle piastrelle si abbassa a causa dell’utilizzo di rulli economici.
focus ON
The Hyperroll Dense Nano is the latest type of ceramic roller
for roller kilns developed by Diamorph Hob Certec, and in a
Hyperroll Dense Nano
very short time has already reached 25% of the company’s
production volume. This new range of rollers is the result of a
Hyperroll Dense Nano è il più recente tra i rulli ceramici svilupcareful analysis of the processes occurring in the preheating
pati da Diamorph Hob Certec, e in breve tempo ha già raggiunzone of the kiln. The reto circa il 25% del volume
search has proven that 1. Performance of standard rollers and hyperroll dense nano in the
produttivo totale dell’apre-heating zone / Comportamento dei rulli standard e di Hyperroll
the causes of the dezienda.
Dense Nano nella zona di preriscaldo
fects related to planarity
La nuova gamma di rulli è
(unevenness) lie in this
nata da uno studio attenarea, due to the unto dei processi che avvensteady run of the “belt of
gono in fase di preriscaltiles” through the kiln. A
do. Ne è emerso che le
simulation program decause dei difetti di planaveloped by Skoda Rerità cominciano proprio
search was used for the
in questa zona, per lo
TAB 1. CHARACTERISTICS OF CERAMIC ROLLERS
Parametri dei rulli ceramici
Density/Weight
Open porosity
Bending strength
Resistenza a flessione
Modulo di elasticità
MOE
Roughness Rt
[kg/cm3]/[kg]
(roller: mm 45 x 35 x 3500)
%
20°C/1250°C
[MPa]
20°C/1250°C [GPa]
[µm]
Hyperroll Dense Nano
2.5/5.5
0
100/80
120/50
15
Standard
2.6/6.0
22
40/30
60/35
50-60
Best roller
2.9/6.4
17
80/75
80/45
40-50
Densità/peso
8
6
50
C eramic
mic W
Worl
orld
d Review
Review n.
n. 107/
107/2014
2014
Cera
Porosità aperta
Rugosità Rt
focus on
forming, drying
and firing
2. Comparison of the misalignment of the tile running on the test
rollers at RT / Confronto fra il disallineamento di un carico di
piastrelle coi rulli testati sul piano di scorrimento
first test, followed by
further tests on a 6.3 m
long roller table fitted
with 86 rollers with a
length of 3.9 m. The research showed that
even at room temperature and over a
length of just 6 m,
standard rollers with
higher surface roughness and higher bending determine a misalignment of the tiles
which is 20 mm higher
than with the Hyperroll
Dense Nano (Fig. 1–2).
3. Comparison of the roller sagging on loading with 10 Kg
Confronto tra la freccia dei rulli con un carico da 10 kg
Properties of the Hyperroll Dense Nano
scorrimento non uniforme
delle piastrelle attraverso il
forno. Dapprima con l’impiego di un simulatore realizzato da Škoda Research,
e successivamente utilizzando un piano di scorrimento lungo 6,3 m con 86
rulli lunghi 3,9 m, si è mostrato empiricamente che
anche a temperatura ambiente, su una lunghezza di
soli 6 m, il disallineamento
delle piastrelle è di 20 mm
superiore se anziché rulli
Hyperroll Dense Nano si
utilizzano rulli standard,
più ruvidi e che flettono
maggiormente (fig. 1-2).
Le proprietà di Hyperroll Dense Nano
Hyperroll Dense Nano is densefired, has a smooth surface
and features a modulus of elasticity of 120 GPa combined
Hyperroll Dense Nano è greificato, presenta una superficie
with very good bending strength, which distinguish it submolto liscia e si distingue per il suo modulo di elasticità da 120
stantially from competitive products (Fig. 3/Tab. 1). Goal of
GPa, unito a un’ottima resistenza a flessione (fig. 3/ tab. 1).
the R&D activity was also to develop a product with an exOltre a tali aspetti, nello sviluppo di questo prodotto si è cercacellent price / performance ratio, as for both the cost of
to anche di ottenere un ottimo rapporto qualità-prezzo, che si
acquisition and the operating costs. With the reduced speesprime nei costi di esercizio oltre che in quelli di acquisto. Il ricific weight of the new material, the weight of the rollers is
dotto peso specifico del nuovo materiale fa sì che il peso dei
almost 20% lower than that of rollers of comparable size.
rulli, a parità di dimensioni, sia inferiore quasi del 20%. Ciò miThat improves the energy efficiency of the system, as less
gliora il rendimento energetico del sistematerial has to be heated up or
ma, poiché vi è meno materiale da riscalcooled. The new roller is outstanding 4. COMPARISON OF THE TILE MOVEMENT
ON THE MIDDLE OF THE ROLLERS IN
dare e raffreddare. Il nuovo rullo ha
both in its cold and hot-running propTHE PRE-HEATING ZONE / Confronto fra proprietà che offrono elevate prestazioerties (20 °C/ 1250 °C). It features only
il movimento delle piastrelle al centro
ni sia alle alte che alle basse temperature
very low bending on loading over
dei rulli nella zona di preriscaldo
(20°C/ 1250°C).
the width of the kiln. The bending trial
Presenta una flessione estremamente riwith 10 kg load has showed that the
dotta su tutta la larghezza del forno. Probending of standard rollers is about
ve di resistenza a flessione, condotte con
double that of the Hyperroll Dense
un carico di 10 kg, hanno mostrato che la
Nano (Fig. 3). This proves that the deflessione dei rulli standard è circa il dopformation of unfired tiles is already inpio rispetto a quella dell’Hyperroll Denduced in the preheating zone if the
se Nano (fig. 3). Questo evidenzia come
rollers used are not sufficiently stable
nelle piastrelle non ancora cotte le de(Fig. 4).
formazioni vengano indotte già nella
In the cooling zone, the Hyperroll
zona di preriscaldo se non si usano rulli
Dense Nano ensures that the fired
CeCe
r am
r am
i ci cW W
or
or
ldldR eRvi
e vi
ew
e wn .n1. 0170/6/
2 020
1414
87
12
focus on
forming, drying and firing
tiles arrive there flat (without undula- 5. Deformed tiles after firing in the roller
sufficientemente stabili (fig. 4).
tions or raised edges) at a steady adRelativamente alla zona di raffreddakiln / Piastrelle deformate dopo la
vance speed (Fig. 5). Following the
mento, Hyperroll Dense Nano fa sì che
cottura nel forno a rulli
injection of cool air in this zone of the
le piastrelle, dopo la cottura, vi giungakiln, rollers with a lower thermal conno planari (senza ondulazioni o bordi riductivity can be deformed on the
alzati) avanzando a una velocità uniforside of the hot gas. The ideal roller
me. A seguito dell’immissione di aria
material would without doubt be
fredda, nella zona di raffreddamento i
RSiC with its specific thermal conducrulli con una bassa conducibilità termica
tivity of 1.5 W/m•K. The disadvansi deformano sul lato del gas caldo (fig.
tage though is its extremely high
5). Il materiale ideale per i rulli sarebbe
price, as well as the risk of heat being
senza dubbio il RSiC, che ha una conduconducted too quickly to the extercibilità termica specifica di 1,5 W/m•K.
nal metal adaptors,
Gli svantaggi sono però il
due to the same ex- 6. Installation of the Hyperrol Dense Nano in a ceramic tile roller kiln
prezzo estremamente eletremely good thermal
vato e il rischio che, proInstallazione dell’Hyperroll Dense Nano in un forno a rulli per
values. For this reason,
prio in virtù degli ottimi
piastrelle
the company had first
valori termici, il calore
developed the Supervenga condotto troppo
springroll range of rollvelocemente agli adattaers, which were ground
tori metallici esterni. Iniafter firing to minimize
zialmente, per questo
the contact surfaces to
scopo era stata sviluppata
support the tiles; the rela gamma di rulli Supersearch to develop the
springroll, rettificati dopo
material with clayla cottura per ridurre al
bonded SiC (40–60%)
minimo la superficie di
was not further purcontatto necessaria a supsued, as only a specific
portare le piastrelle. La rithermal conductivity of
cerca sul materiale con
1.5 W/m•K can be
SiC legato all’argilla (40achieved with these
60%) non è proseguita, vigrey-looking rollers. For
sto che con questi rulli
the cooling zone, the
dall’aspetto grigiastro si
oxide-based Hyperroll
può ottenere al massimo
RSZ is now recommended (Fig. 6), which has a specific
una conducibilità termica specifica di 1,5 W/m•K. Per la zona di
thermal conductivity of 4.5 W/m•K (Hyperroll Dense Naraffreddamento, pertanto, viene raccomandato ora l’Hyperroll
no’s specific thermal conductivity is 2.5 W/m•K).
RSZ a base ossidica (fig. 6), che presenta una conducibilità terAdvantages
Thanks to their high modulus of elasticity combined with
the high bending strength, these rollers can transport very
thin (anyway very heavy) large-size tiles through the kiln
without displacement and deformation. The dense microstructure and the smooth surface of the rollers are very resistant against chemical attack and prevent high-alkali
vapors penetrating into the roller and leading to corrosion. Parallel to the increase of the kilns’ width, rollers become longer and the reduced weight of the Hyperroll
Dense Nano becomes a real advantage when equipping
the kilns.
The extremely smooth surface of the rollers (roughness: 15
µm) also prevents the engobed underside of the tile being
damaged (Fig. 7). It has been shown that Hyperroll Dense
Nano can reach a one-year lifetime without the need to
clean the rollers from caked deposits, providing the customers professionally keep the rollers clean according to
recommendations.
These results have been achieved thanks to a body formulation strengthened with nanoparticles. In this way, it
88
C era mic W orl d Review n. 107/ 2014
mica di 4,5 W/m•K (la conducibilità termica specifica di Hyperroll Dense Nano è 2,5 W/m•K).
Ulteriori vantaggi
Grazie all’elevato modulo di elasticità, unito all’alta resistenza a
flessione di questi rulli, le piastrelle di grande formato, molto
sottili ma anche molto pesanti, vengono trasportate attraverso
il forno senza disallineamenti né deformazioni, in tutta sicurezza. La microstruttura densa e la superficie liscia dei rulli resistono molto bene agli attacchi chimici e impediscono che i vapori
alcalini penetrino nei rulli innestando fenomeni corrosivi. Con
l’ampiezza dei forni aumenta anche la lunghezza dei rulli, dunque anche il peso ridotto dell’Hyperroll Dense Nano diventa un
vantaggio al momento di allestire i forni.
La superficie estremamente liscia dei rulli (rugosità: 15 µm) impedisce anche che venga danneggiato l’engobbio sulla superficie inferiore delle piastrelle (fig. 7). Si è già potuto dimostrare
che, seguendo le raccomandazioni in tema di pulizia e manutenzione, si possono utilizzare i rulli Hyperroll Dense Nano per
un anno di seguito senza doverli ripulire dalle sedimentazioni
depositate su di essi.
Questi risultati sono stati raggiunti grazie a una formulazione
7. Comparison of microstructure and roughness at the surface of the roller
Confronto della microstruttura e della rugosità sulla superficie dei rulli
was possible to design an optimized roller in respect of its
physical, thermo physical and chemical properties, offering an optimum solution with regard to investment and
operating costs for most applications - especially when it
comes to making large-size tiles that meet the require
ments for first-grade products.
del materiale rinforzata con nanoparticelle. È stato così concepito un rullo ottimale quanto a proprietà fisiche, termofisiche e
chimiche, che rappresenta la soluzione per la maggior parte
delle applicazioni anche dal punto di vista dei costi di investimento e di esercizio, in special modo per le produzioni di gran
di lastre ceramiche.
PUBB.
CERAMICURE