ITRE970014A1 - Processo ed impianto per la cottura di prodotti ceramici contenenti ac qua interlamellare. - Google Patents

Description

La presente invenzione inerisce la fabbricazione di prodotti ceramici ottenuti mediante cottura di argille crude preventivamente formate per pressatura o per estrusione.

Esempi tipici di detti prodotti sono le piastrelle ceramiche, formate per pressatura di polveri, ed i laterizi formati generalmente per estrusione.

Le moderne tecnologie di fabbricazione prevedono quando possibile la riduzione della durata dei ciclo di cottura intendendo per cottura quell'insieme di cicli termici interdipendenti ai quali sono soggetti i corpi ceramici, dalla formatura iniziale al prodotto cotto finale: l'essiccazione ed il trattamento ad alta temperatura.

L'operazione di essiccazione si rende necessaria per ridurre il contenuto di acqua nei prodotti preformati a livelli compatibili con il susseguente trattamento termico a temperature maggiori e rappresenta in generale un punto critico dell intero processo di fabbricazione specialmente se riferito ai cicli più veloci ed a ogni tipo di argilla o materiale ceramico.

L'acqua contenuta nelle argille o nei materiali ceramici presenta infatti diversi tipi di legame, e piu' precisamente un legame fisico, un legame fisico-chimico, oppure un legame chimico, detti tipi di legame potendo coesistere.

L'acqua legata chimicamente, o acqua di cristallizzazione, permane dopo ogni fase di essiccamento, pertanto il suo comportamento non fa parte delle presenti considerazioni.

L'acqua legata fisicamente e' invece quella che presenta il legame piu debole ed e' quella normalmente citata nel comune linguaggio tecnico. Quando si dice infatti in campo industriale che un prodotto e' stato essiccato si intende che, a temperature vicine ai 100 °C, questo prodotto ha ceduto totalmente l'acqua trattenuta fisicamente. L'acqua detta comunemente di rigonfiamento o interlamellare , tipica delle argille a reticolo rigonfiabile come ad esempio le montmorilloniti, presenta invece un legame chimico-fisico molto piu' resistente del semplice legame fisico, rimane generalmente all' interno del pezzo essiccato con le procedure normali,e per essere espulsa richiede la permanenza a temperature più elevate.

I normali processi di fabbricazione dei prodotti ceramici prevedono che dopo una .permanenza in essiccatoio alla temperatura di circa da 100°C a 120 °C, i prodotti vengano immessi in un forno di cottura che porta gradualmente la temperatura sino a oltre 1000 °C.

Per le materie prime non contenenti acqua con legame fisico-chimico tale livello'di essiccazione è compatibile con qualunque processo termico finale per quanto veloce esso possa essere.

Ciò non si verifica invece con le materie prime contenenti acqua interlamellare.

Con questi materiali la così chiamata essiccazione normale è solo compatibile con un susseguente processo termico finale caratterizzato da una fase di preriscaldo molto lenta per consentire appunto la fuoriuscita di questa acqua residua prima dei raggiungimento delle temperature massime richieste. La maggior parte degli attuali impianti produttori di tali laterizi hanno infatti tempi di permanenza nel forno di 10-12 ore e a volte molto di più.

Lo scopo del presente brevetto è un processo di fabbricazione dei prodotti ceramici, come i laterizi, che preveda un ciclo produttivo di durata comparativamente molto più breve di quella sinora ottenibile e possa avvalersi dei moderni forni a rulli utilizzando indistintamente ogni possibile tipo di argilla e/o impasto naturale o artificiale. Un ulteriore scopo del presente brevetto è di rendere disponibile un impianto atto a realizzare il processo di fabbricazione.

Gli scopi del trovato vengono conseguiti grazie ad un ciclo di cottura che interessa i prodotti preventivamente essiccati a temperature dell'ordine di 100 °C per eliminare l'acqua legata fisicamnte completandone ogni altra necessaria reazione in un unico impianto predisposto a tale utilizzo.

Il ciclo di cottura secondo il trovato prevede che detti prodotti di partenza vengano portati in un tempo molto breve ad una temperatura compresa tra 150°C e 350°C, alla quale vengono mantenuti per un tempo T2, essendo ^ e T2 funzione dei materiali stessi, della loro forma e del loro spessore.

Nel caso delle normali tegole trafilate, di 3,5 Kgr di peso Tl = 10-30 minuti e T2 = 20-40 minuti.

Evidentemente ambedue 1 valori saranno considerevolmente minori per gli spessori più sottili, le forme più semplici e per le materie prime con minor presenza di acqua interiamellare. Resta invece inalterato l'intervallo di temperature tra 150°C e 350°C.

Dopo tali permanenze i prodotti vengono assoggettati ad una temperatura crescente sino a raggiungere le massime temperature richieste.

Il suddetto ciclo viene realizzato secondo il trovato all'interno di una struttura comprendente almeno un canale o tunnel dotato di un piano a rulli motorizzato.

Nella prima parte del canale, a partire dalla estremità di ingresso dei prodotti, sopra e sotto la rulliera sono previsti distributori d'aria calda che interessano tutta la larghezza del piano a rulli ed indirizzano flussi d'aria contro lo stesso.

Detti distributori fanno capo, singolarmente o a gruppi, a generatori singoli d'aria calda sistemati orizzontalmente lungo le fiancate della macchina. Adatte sonde rilevatrici di temperatura comandano la regolazione dei generatori, per mantenere costante la temperatura al livello desiderato.

Nella seconda parte del canale, che ha indicativamente una lunghezza da tre a quattro volte la lunghezza della prima parte, sono sistemate le usuali apparecchiature di riscaldamento e raffreddamento dei forni di cottura rapida.

I pregi e le caratteristiche funzionali e costruttive del trovato risulteranno evidenti dalla particolareggiata descrizione che segue, riferita alle Figure delle allegate tavole che illustrano a titolo di esempio non limitativo una preferita forma di attuazione del trovato.

La FIG.l mostra in vista laterale schematica l'impianto secondo il trovato.

La FIG.2 mostra in pianta uno degli elementi generatori di aria calda previsti nella prima parte del canale secondo il trovato.

La FIG.3 mostra in vista laterale parzialmente sezionata una parte ingrandita del dispositivo illustrato in FIG.2.

La FIG.4A è 4B mostrano in sezione la seconda parte dell'impianto di FIG.l, limitatamente ad un solo canale.

La FIG.5 indica l'andamento possibile delle temperature nella prima parte dell'impianto.

Nella FIG.l si rileva un impianto comprendente una struttura 100 avente due canali o tunnel 200 sovrapposti in ognuno dei quali è posta una rulliera 300, motorizzata in modo usuale da mezzi non mostrati.

Nei canali 200 sono individuati in senso longitudinale tre tratti -A-, -B-, e -C-.

Nel primo tratto -A- di ingresso ognuna delle pareti laterali 1 che delimitano i canali 200 (vedi FIG.3) è dotata di fori passanti, su allineamenti posti sopra e sotto ognuna delle rulliere 300, ai quali è associato un bruciatore 3, quest'ultimo illustrato in modo schematico in quanto di per sè noto.

Conformemente al trovato, sulla bocca 4 da fuoco del bruciatore 3 è infilato a tenuta un ugello 5 che a sua volta è infilato nel corrispondente foro della parete 1.

Lo stesso ugello 5 è posteriormente dotato di una flangia grazie alla quale esso viene bloccato contro la parete 1, e ciò con interposizione di opportune guarnizioni.

L'ugello 5 consiste in un corpo tubolare di materiale refrattario, come carburo di silicio, e presenta una strozzatura terminale.

Più in particolare detto ugello 5 comprende una parte cilindrica iniziale, <' >ed una parte troncoconica terminale che è raccordata alla precedente .

Il diametro interno di detta parte cilindrica è circa tre volte quello della bocca di scarico di detta parte troncoconica, e l'angolo al vertice di questa ultima è di circa 25° sessagesimali.

Le proporzioni e il valore più sopra riportati non devono essere ritenuti, in alcun modo, un fatto limitativo in quanto gli stessi ovviamente dipenderanno dalla potenzialità del bruciatore impiegato, e da fattori specifici che governano il riscaldamento del canale 200 e il suo contenuto. Coassialmente all'ugello 5 è impostato un tubo distributore 6, costituito da un corpo tubolare metallico di forma cilindrica che è provvisto di almeno una serie longitudinale di fori 7 equidistanziati per lo scarico dei gas di combustione .

Detto distributore 6 presenta un diametro interno che è maggiore del diametro esterno dell'ugello 5, cosicché tra i due viene definita una intercapedine 8 di forma toroidale.

Il distributore 6 è orizzontale, ed alla estremità 60 si divide in due rami 66, ad esso paralleli, pure dotati di fori 7.

E' importante la disposizione e conformazione della estremità a monte di detto tubo distributore.

Detta estremità a monte presenta una forma cilindrica ed è distanziata dalla parete 1 di una quantità Dlf in guisa da definire una luce anulare che pone in comunicazione detta intercapedine 8 col canale 200.

Grazie ai mezzi descritti i gas di combustione prodotti dal bruciatore 3 escono dall'ugello 5 ad alta velocità cosicché nei dintorni della bocca di scarico dell'ugello 5 viene creata una depressione, che, combinandosi con il trascinamento della massa di gas combusti, provoca richiamo di aria calda dal canale 200.

Si crea così una circolazione di aria calda sino in prossimità della parete, che rende omogenea la temperatura all'interno di ogni sezione del canale, e consente di registrare la temperatura ai valori desiderati in modo molto preciso.

Nell'esempio illustrato in FIG.l il tratto -A- di canale interessato dai dispositivi riscaldanti sopra descritti ha una lunghezza di 40 metri, ed ognuna delle rulliere sovrapposte è interessata da 18 elementi riscaldanti.

Gli elementi riscaldanti fissati ad una parete sono intervallati agli elementi riscaldanti fissati alla parete contrapposta, sia in senso longitudinale che in senso trasversale.

A valle del tratto interessato dagli elementi riscaldanti su descritti, nel quale avviene la asportazione dell'acqua intralamellare ad una temperatura costante compresa tra 150°C e 350°C., ogni canale 200 prosegue senza interruzione nel tratto destinato alla cottura vera e propria del materiale .

Questo tratto comprende elementi riscaldanti di forma diversa, caratteristici dei forni a tunnel. Su ogni lato di ogni canale sono disposti due allineamenti 131 e 132 di bruciatori a gas, posti rispettivamente al disopra e al disotto della rulliera 300 (Figg.4A-4B).

I bruciatori di ogni allineamento sono collocati all'interno di fori 40 ricavati nella parete laterale 1 del canale.

In ogni allineamento sono previste due serie di bruciatori, rispettivamente primi bruciatori 51 e secondi bruciatori 52, di per se noti.

In particolare i bruciatori 51 sono di tipo normale atto a riscaldare prevalentemente la zona centrale dei forno, mentre i bruciatori 52 sono disegnati per scaldare prevalentemente le zone adiacenti alle pareti laterali dei forno stesso.

Essi sono dunque complementari uno all'altro, completamente intercambiabili e le loro reciproche posizioni sono le più svariate possibili dipendono solamente dalle condizioni di cottura richieste espresse in termini di distribuzione dei flussi e delle temperature nell'interno della camera.

Nell'esempio illustrato il tratto -B- di canale interessato dai bruciatori 51 e 52 è seguito da un tratto -C- destinato al raffreddamento controllato dei prodotto, di usuale costruzione.

La lunghezza complessiva dei tratti -B- e -C- di cottura e raffreddamento è nell'esempio complessivamente di 110 metri.

La Fig. 5 è descrittiva di alcuni dei possibili cicli termici effettuabili nella prima parte della macchina descritta in Fig. 1, che forma oggetto del presente brevetto.

Essa è in realtà una vera e propria unità termica indipendente, flessibile ed elastica, in grado di trattare ogni materiale così come richiesto e descritto dal presente brevetto.

Nel trattamento di materie prime contenenti acqua di legame chimico-fisico è attuabile un andamento delle temperature nel tempo come 0! θ2 θ7 θ6 05od anche θχ θ2 θ3 θ6 05.ed in questo caso la macchina funziona come un un essiccatore-riscaldatore a partire da materiale già privo di acqua a legame fisico.

Se si utilizzano invece materiali privi di acqua interlamellare a legame chimico fisico, già preliminarmente essiccati per eliminare anche l'acqua a legame fisico, l'andamento delle temperature nel tempo è simile a θ2 θ2 θ3 θ4 05e la macchina funziona come un usuale forno.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Processo per la cottura di prodotti ceramici contenenti acqua interiamellare comprendente le fasi di : -essiccazione del materiale a temperature dell'ordine di 100°C per privarlo dell'acqua a legame fisico; -cottura rapida dello stesso con aumento programmato della temperatura sino ai valori massimi richiesti dalla cottura; -raffreddamento del materiale sino a temperature inferiori ai 100°C; caratterizzato per il fatto che dopo la essiccazione e prima della cottura rapida il materiale viene portato ad una temperatura compresa tra 150°C e 350°C in un tempo Tx compreso tra 10 minuti primi e 30 minuti primi, e viene mantenuto a detta temperatura, che rimane costante, per un tempo T2 compreso tra 20 minuti primi e 40 minuti primi.
2. 2. Processo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che dopo il tempo T2 la temperatura del materiale aumenta in modo programmato sino alla temperatura massima di cottura .
3. 3. Processo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che i tempi Tx e T2 sono influenzati positivamente dallo spessore del materiale .
4. 4. Processo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che i tempi T1 e T2 sono crescenti in funzione della quantità di acqua interlamellare presente nel materiale.
5. 5. Impianto per la cottura di prodotti ceramici contenenti acqua interlamellare già essiccati in modo da eliminare l'acqua legata fisicamente comprendente almeno un canale o tunnel dotato di mezzi riscaldanti regolabili dall'esterno nel quale è posto un piano a rulli motorizzati, caratterizzato da una prima parte nella quale i mezzi riscaldanti sono mezzi alimentatori di aria calda, da una seconda parte nella quale i mezzi riscaldanti sono bruciatori di combustibile.
6. 6. Impianto secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che detta seconda parte ha una lunghezza che è da tre a quattro volte la lunghezza di detta prima parte.
7. 7. Impianto secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che i mezzi riscaldanti di detta prima parte sono atti a portare e mantenere il materiale ad una temperatura compresa tra 150°C e 350°C.
8. 8. Impianto secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che i mezzi riscaldanti di detta seconda parte sono bruciatori scaricanti direttamente nel forno, atti a portare il materiale sino alla temperatura massima di cottura.
9. 9. Impianto secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che a valle della seconda parte del tunnel è prevista una terza parte dotata di mezzi di raffreddamento del materiale.
10. 10. Impianto secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che i mezzi riscaldanti di detta prima parte comprendono, all'interno del tunnel, un distributore di gas caldi consistente in un tubo ramificato in piano che accoglie alla sua bocca di ingresso la bocca <' >di un bruciatore in guisa da lasciare uno spazio anulare all'esterno della bocca del bruciatore attraverso il quale viene risucchiata e ricircolata l'aria calda esistente nel canale.
11. 11. Impianto secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che i mezzi riscaldanti di detta seconda parte comprendono primi bruciatori la cui bocca di uscita .scarica direttamente nel canale e presenta una conformazione tale da lanciare la fiamma sino in prossimità della parete contrapposta del canale.
12. 12 . Impianto secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che i mezzi riscaldanti di detta seconda parte comprendono secondi bruciatori la cui bocca di uscita scarica direttamente nel canale e presenta una conformazione tale da lanciare almeno una parte della fiamma in prossimità della stessa parete cui è fissato il bruciatore .
13. 13. Impianto secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che i mezzi riscaldanti di dette prima e seconda parte sono intervallati a piacere, a seconda del ciclo di cottura desiderato.