In questo ambito viene più approfonditamente analizzata la fase di preparazione delle materie
prime (in quanto è quella in cui vengono fatti i cambiamenti più sostanziali), illustrando, in
particolare, il ruolo svolto da alcuni importanti parametri tecnologici dei semilavorati (finezza di
macinazione, distribuzione granulometrica e morfologia delle polveri preparate per la pressatura,
umidità delle polveri, etc.) nei confronti della struttura e delle proprietà delle piastrelle dopo cottura.
Al termine, il confronto tecnologico-energetico viene completato con ulteriori elementi, relativi alle
opportunità che il processo continuo offre di migliorare le condizioni gestionali del reparto, di
aumentare la produttività per addetto, di contribuire all’automazione complessiva del ciclo
ceramico, di razionalizzare la disposizione dei reparti e l’uso degli spazi.
4. INDAGINE SULL’EVOLUZIONE DELLA
MONOCOTTURA IN PASTA CHIARA CON L’AVVENTO
DEL GRÈS PORCELLANATO SMALTATO
4.1 L’esperienza diretta
Alla fine degli anni ottanta, la continua ricerca nel campo delle attrezzature di controllo ha
permesso la messa a punto di sistemi, precisi e molto affidabili nel tempo, per la pesatura ed il
dosaggio dei vari componenti, costituenti l’impasto ceramico (materie prime, deflocculanti ed
acqua).
Questi sistemi, controllati e guidati da microprocessori, hanno dato la possibilità di introdurre, negli
impianti di preparazione impasto, il mulino continuo.
Si è potuto garantire, in tal modo, la costanza delle caratteristiche del prodotto “barbottina” quali
composizione, contenuto di acqua, densità, viscosità e, non ultimo, residuo di macinazione.
Nella schema a blocchi è rappresentato il ciclo di preparazione impasto in cui è inserito il mulino
continuo MTC 101, dettagliatamente descritto in precedenza.
Dosaggio
materie prime
Tramoggia di precarica
del mulino continuo
Macinazione in continuo
MTC 101
Vasche di stoccaggio della
barbottina
Atomizzazione
Pressatura ed
essiccamento
Smaltatura
Cottura
Cernita
L’impasto impiegato era inizialmente costituito dal 65% di materiali duri (inerti+fondenti) e dal
35% di materiali argillosi.
Durante la macinazione in continuo, in cui il semilavorato (barbottina) è caratterizzato da una
temperatura media di 50°C e da una viscosità cinematica pari a 1,8°E, si è arrivati ad un residuo,
inferiore ai 63 Πm, del 5%; tutto questo, che è ottenibile con una portata, media, oraria del mulino
pari a 13,5 t/h di secco, fa si che il consumo specifico (C
s
), di energia attiva, per la produzione della
barbottina sia pari a 24,6 kWh/t.
Di seguito viene riportata la distribuzione granulometrica, in Πm, delle materie prime costituenti
l’impasto originale.
Il contenuto di acqua della barbottina è pari al 31% , e la densità è compresa tra 1740 e 1750
gr/cm
3
.
0
5
10
15
20
25
>
4
0
0
0
>
2
8
0
0
>
6
0
0
>
1
2
5
>
7
4
>
6
1
>
4
3
>
2
0
>
1
0
<
1
0
COMPOSIZIONE IMPASTO ORIGINALE ('80-'90)
35
30
35
Argille Mat.Inerti Mat.Fondenti
Intorno alla seconda metà degli anni novanta, con l’avvento sempre più accentuato del gres
porcellanato, ed in particolare modo di quello smaltato, è avvenuto il primo grande cambiamento
nella produzione della monocottura.
In particolare ci si è indirizzati su un impasto molto più “magro”, riducendo la percentuale di
materiale argilloso al 30% e mantenendo le stesse materie prime.
Inoltre sono stati introdotti i due turbodissolutori, a “monte” del mulino continuo, che hanno
permesso di ridurre la granulometrica delle argille.
Queste manovre hanno portato, oltre che alla riduzione dei costi dell’impasto, di circa 1/1000 di
€/kg, una maggiore finezza; infatti più del 70% della distribuzione granulometrica è inferiore ai
61 Πm.
Contemporaneamente all’introduzione dei turbodissolutori, è stata raggiunta una maggiore efficacia
di macinazione da parte del mulino continuo MTC 101; infatti, grazie alla riduzione del rapporto di
0
5
10
15
20
25
30
35
>
4
0
0
0
>
2
8
0
0
>
6
0
0
>
1
2
5
>
7
4
>
6
1
>
4
3
>
2
0
>
1
0
<
1
0
COMPOSIZIONE IMPASTO DELLA FASE INTERMEDIA
30
40
30
Argille Mat.Duri Mat.Inerti
comminuzione nel mulino continuo, se ne è incrementata la produzione del 122%, passando da
13,5 t/h a 30 t/h di materiale secco.
Tutto questo ha fatto sì che il consumo specifico per la produzione della barbottina passasse da 24,6
kWh/t a 14,5 kWh/t (quindi un ∋ Η/ Η
0
pari a –41%).
Di seguito viene riportato lo schema a blocchi del nuovo ciclo di macinazione.
Dosaggio
Materie prime argillose
Dosaggio
Materie “dure”
(inerti e fondenti)
Tramoggia di precarica
del mulino continuo
Tramoggia di precarica
del Turbodissolutore
Macinazione in continuo
MTC 101
Scioglitura delle argille
Vasche di stoccaggio della
argilla sciolta
Vasche di stoccaggio della
barbottina
Atomizzazione
Pressatura ed
essiccamento
Smaltatura
Cottura
Cernita
Tutte queste variazioni, quindi la distribuzione granulometrica più fine e l’ottenimento di un
residuo di macinazione più elevato (il 11% al di sopra dei 63 Π) ha portato indubbiamente ad una
maggiore efficienza del reparto macinazione.
In un secondo momento, una volta consolidato e perfezionato tutto il meccanismo, si è cercato, e si
è riuscito, ad aumentare la produttività dell’impianto, andando a ridurre l’acqua di macinazione fino
al 29-30%; tutto ciò ha consentito di incrementare ulteriormente la produzione dei due atomizzatori
dell’12%.
Si è passati da una portata di atomizzato iniziale (G
p0
) di 13800 kg/h ad una portata (G
p1
), che
corrisponde anche a quella attuale, di 15435 kg/h; tutto questo implica un aumento di produzione
( ∋G
p
/G
p0
), da parte degli atomizzatori, del 12%.
Per il calcolo della produttività è stata utilizzata la formula del bilancio di portata degli
atomizzatori:
G
b
= G
a
* (1 – U
b
)/ (U
b
-U
p
)
Considerando i seguenti parametri di processo (U
b
e U
p
), si ottengono le portate di atomizzato(G
p
)
citate in precedenza:
Fase
Ub
(%)
Up
(%)
G
a
evaporata
(kg/h)
Gp
(Kg/h)
Iniziale (0) 31 6 5000 13800
Intermedia (1) 29 6 5000 15435
Di seguito vengono riportati i parametri dei semi-lavorati e del prodotto finito della fase iniziale
(prima delle modifiche di processo) .
Fase Materiale
U
(%)
CaCO
3
(%)
Residuo
Macin.
<61 Πm
(%)
Press.
Spec.
(kg/cm
2
)
C.R.
(N/mm
2
)
Ciclo
Cottura
(min.)
Temp.
(°C)
A.A.
(%)
Rit.
(%)
Iniziale Atomizzato 5,45 2,02 9,28
Piastrella
Essiccata
356 1,87
1145
Prodotto
Finito
27,43 31
1160
5,65 3,52
Il semilavorato (atomizzato) ed il prodotto finito, appartenenti alla “fase intermedia” (30% di
materiale argilloso + 70% di materiale inerte + fondente), sono caratterizzati dai seguenti
parametri:
Fase Materiale
U
(%)
CaCO
3
(%)
Residuo
Macin.
<61 Πm
(%)
Press.
Spec.
(kg/cm
2
)
C.R.
(N/mm
2
)
Ciclo
Cottura
(min.)
Temp.
(°C)
A.A.
(%)
Rit.
(%)
Intermedia Atomizzato 5,39 2,01 11,10
Piastrella
Essiccata
356 1,68
1158
Prodotto
Finito
26,92 30
1170
3,99 4,23
Poiché “smagrendo” l’impasto (cioè diminuendo la percentuale di argille) e riducendo i materiali
fondenti abbiamo ottenuto un impasto meno “greificante”, si è dovuto modificare il ciclo di cottura
( andando ad aumentare la temperatura); questa manovra è del tutto giustificata dai cospicui
risparmi avuti a valle del processo di cottura.
Col passare degli anni, e con la necessità sempre più ricorrente di dover produrre un impasto
caratterizzato da un elevato rapporto qualità/prezzo, si è pensato di introdurre all’interno della
composizione, in sostituzione di un materiale fondente, una materia prima inerte, macinata tramite
P.I.G. ed A.R.O..
All’inizio il materiale pre-macinato veniva introdotto in basse percentuali ( |3%); progressivamente
è stata aumentata la percentuale fino al |17%.
E’ stato così formulato un impasto con il 28% di materiale argilloso, il 17% di materiale fondente
ed il 55% di materiale inerte.
Con queste modifiche, si è riusciti ad accelerare il ciclo dei forni del 10%, andando a minimizzare
(se non addirittura eliminare) il problema del “cuore nero”, che si era riscontrato negli anni
precedenti, effettuando il medesimo tentativo; questa operazione ha, di conseguenza, permesso di
innalzare la produttività media oraria pro-capite.
Di seguito viene riportata, come nei casi precedenti, la distribuzione granulometrica (in Πm) delle
materie prime in ingresso al mulino continuo.
Un’operazione che ha permesso di contrastare la diminuzione del carico di rottura in essiccato,
dovuto allo “smagrimento” dell’impasto, è stato l’innalzamento della pressione specifica di
pressatura a 386 kg/cm
2
.
COMPOSIZIONE IMPASTO ATTUALE
28
55
17
Argille Mat.Inerti Mat.Fondenti
0
5
10
15
20
25
30
>
4
0
0
0
>
2
8
0
0
>
6
0
0
>
1
2
5
>
7
4
>
6
1
>
4
3
>
2
0
>
1
0
<
1
0
Si è così arrivati (fase attuale) ad un prodotto avente le seguenti caratteristiche:
Fase Materiale
U
(%)
CaCO
3
(%)
Residuo
Macin.
<61 Πm
(%)
Press.
Spec.
(kg/cm
2
)
C.R.
(N/mm
2
)
Ciclo
Cottura
(min.)
Temp.
(°C)
A.A.
(%)
Rit.
(%)
Attuale Atomizzato 5,51 1,97 10,45
Piastrella
Essiccata
386 1,61
1158
Prodotto
Finito
34,43 27
1170
5,21 4,21
Come si può notare, dal successivo grafico, negli ultimi anni si è passati in maniera progressiva da
un impasto equilibrato (tra argille, inerti e fondenti) ad un impasto a composizione prevalentemente
inerte; come evidenziato in precedenza, questa operazione, unita all’ottenimento di un impasto con
maggior residuo di macinazione (<61 Πm), rispetto alle realtà precedenti, ha portato un enorme
beneficio a livello produttivo, permettendo di innalzare i cicli di cottura del 10% (restando
ovviamente all’interno degli standard normativi).
La percentuale di materiale al di sotto dei 61 Πm, con la quasi sostituzione di un materiale fondente
da parte di un inerte, è passata dal 70% al 64%; tutto ciò non ha influito a livello del residuo di
macinazione finale, in quanto l’inerte sostituente risulta più friabile del fondente sostituito, e
pertanto nel mulino continuo non aumenta il residuo finale.
Andamento nel tempo dell'impasto
0
10
20
30
40
50
60
Originario Intermedio Attuale
Mat. Argilloso Mat.Inerte Mat. Fondente
5. CONCLUSIONI
Negli ultimi quattro anni si è riuscito ad ottenere un risultato positivo, a livello qualitativo e a livello
di riduzioni di costi di produzione, che possono essere tradotti in:
1) un risparmio di ~800.000 €/anno a livello di materie prime, dovuto alla diminuzione
della percentuale di argille ed all’aumento della percentuale di materiale inerte;
2) una migliore efficienza del mulino continuo, grazie all’ottenimento di un maggior
residuo di macinazione ad umido ed all’introduzione dei turbodissolutori, con
conseguente aumento di produzione;
3) una minore percentuale di acqua di macinazione, con conseguente maggior
produttività degli atomizzatori;
4) un aumento della produttività dei forni, per via della diminuzione dei cicli di cottura
(~10%).
Contrariamente alla stragrande maggioranza delle aziende del comprensorio, che hanno ridotto la
produzione della monocottura a favore del grès porcellanato smaltato (in quanto quest’ultimo ha
assorbito la quota di mercato della monocottura) l’azienda presa in esame ha mantenuto quella
frazione di mercato relativa a questa tipologia, poiché l’ha ricollocata in un segmento commerciale
più adeguato al costo ed alla qualità.
Nella pagina successiva è riportata una tabella riassuntiva dell’evoluzione del prodotto e del
processo produttivo avuta nell’azienda considerata.
Il passo successivo sarà quello di ottenere un unico impasto, per monocottura e grès porcellanato
smaltato, con percentuali di residuo ad umido, <61 Πm, intorno al 9%; questo permetterebbe di
ottenere una monocottura a temperature più basse, ed un impasto da grès porcellanato a temperature
più elevate.
Per anticipare i tempi, e come esperienza finale, l’impasto di monocottura è stato provato con una
curva di cottura da grès porcellanato (temp. Max 1210 °C e ciclo di 50 minuti), ottenendo un
assorbimento percentuale di acqua < 0,1% (portando tale prodotto a livello del grès porcellanato)
ed un ritiro pari al 5,63%; non è stata evidenziata alcuna deformazione.
Si è, ovviamente, messa in evidenza una ribollitura da parte dello smalto, che era quello utilizzato
per la monocottura e pertanto non compatibile con tali cicli da grès porcellanato .
Tutto quello che è stato esaminato e ottimizzato, ha consentito, e sta permettendo tuttora, di
rimanere estremamente competitivi con tutte le tipologie di mercato (Grès porcellanato levigato e
smaltato, Bicottura, Monocottura e pezzi speciali).
Ricevi informazioni sui nostri servizi, sulle offerte e non perdere news e consigli su università e lavoro.
