Ecco il testo della mia presentazione al meeting di Sassuolo, 21.11.2013

REFRATTARI ALTERNATIVI AGLI ELETTROFUSI PER SOVRASTRUTTURA IN FORNI DA VETRO: NUOVI MATERIALI

SOMMARIO
In un ambiente in rapida evoluzione, fattori tecnici, ma anche macro- e micro-economici spingono verso la riduzione volumetrica (ed ancor piu' di valore) del mercato globale dei refrattari elettrofusi. Nel contempo, nuovi refrattari alternativi agli elettrofusi per antiche applicazioni, come la sovrastruttura del forno da vetro, stanno emergendo con indubbi vantaggi tecnici ed economici.

INTRODUZIONE
Quando, nell'ormai lontano 1971 iniziai ad occuparmi di refrattari elettrofusi, ero un giovane ricercatore del famoso SMCQ della SANAC, presso lo stabilimento di Genova Bolzaneto. A quei tempi, i refrattari elettrofusi, da sempre prevalentemente impiegati nei forni fusori da vetro, erano in piena espansione in tutte le nicchie applicative.
Questa categoria di materiali, fra cui gli AZS derivanti per evoluzione dai materiali elettrofusi mullitici per addizione con Baddeleyite, rappresentavano infatti un progresso talmente intenso nell'applicazione a contatto vetro da consentire un epocale miglioramento nella qualita' del vetro prodotto.
Le allumine elettrofuse (alpha-beta e beta) anch'esse introdotte massivamente in vetreria a partire dagli anni '40, costituirono l'ideale complemento alla piattaforma tecnologica del processo float nella produzione di vetro piano di qualita' incomparabilmente piu' elevata rispetto al recente passato.
La progressiva conversione praticamente di tutti i forni fusori da vetro verso l'utilizzo di refrattari elettrofusi, consenti' infatti in pochi anni di duplicare e triplicare la vita del forno e di incrementare la cavata specifica sfruttando la possibilita' di aumentare le temperature di processo ed il livello di isolamento termico.
I refrattari elettrofusi, inizialmente introdotti al contatto vetro, venivano applicati progressivamente in sovrastruttura per bilanciare le durate di campagna e per sfruttare l'eccezionalmente bassa cessione di difetti da parte delle allumine elettrofuse. Le alfa-beta allumine venivano ulteriormente impiegate nelle sezioni a bassa temperatura (WE, canali) di forni fusori ed a contatto vetro, quando la qualita' del vetro stesso rappresenta il fattore critico: vetro float, contenitore di alta qualita' e vetri speciali hanno tratto grande vantaggio dall'eliminazione dello zirconio dal contatto vetro nelle sezioni distali del forno.
Altri elettrofusi speciali, quali ad esempio gli HZFC sono stati introdotti per incrementare ulteriormente, in casi specifici, le durate di campagna, ma principalmente per ridurre la generazione di difetti conseguenti alla produzione di essudato e cessione di cristalli primari e secondari di baddeleyite, caratteristici degli elettrofusi AZS. Le allumine elettrofuse costituiscono, sul piano prettamente tecnico, l'ideale complemento alla piattaforma oxy-fuel nella soluzione applicativa in volta, e soltanto considerazioni economiche ne hanno limitato, fino ad oggi, l'impiego.

IL FATTORE ECONOMICO E L'ESPANSIONE DELLA NICCHIA
In aggiunta alle ampie motivazioni tecnologiche, tuttavia, un altro poderoso motore, per lo meno fino agli anni '80 e '90, ha spinto verso un progressivo allargamento della nicchia applicativa dei materiali elettrofusi.
Questo motore e' stato rappresentato, per diversi decenni, dalla limitata diffusione del know-how tecnologico, dalla conseguente limitata competizione a livello globale e, come ovvio risultato, dalla elevatissima redditivita' finanziaria di questi prodotti.
Nell'ambito di una certa forzatura applicativa, a mio avviso, si debbono ascrivere applicazioni anche di un certo successo, come i cruciformi per camere di rigenerazione, la cui contribuzione di valore per l'industria vetraria e' sempre stata oggetto di dibattito, in contrapposizione alle classiche applicazioni di basici ed altre evolute composizioni e formati (chimney blocks), senza tuttavia una univoca conclusione.
In quest'ultimo caso, tuttavia, la possibilita' di costituire un pacchetto complessivo includendo il package dei rigeneratori assieme ai materiali elettrofusi di contatto e sovrastruttura ha consentito, per il fornitore leader globale di elettrofusi, un indubbio vantaggio di marketing.
L'enorme stretching di volume ha giustificato, nel passato, ingenti investimenti sia produttivi sia in Ricerca e Sviluppo a supporto di tali applicazioni.
Lo specifico contributo di redditivita' per prodotti come i cruciformi, tuttavia, non e' mai stato comparabile a quello dei materiali a contatto e sovrastruttura, dovendo competere con materiali piu' "poveri" verso i quali, tuttavia, non risultava facilmente dimostrabile un grande vantaggio di performance.

LO SCENARIO VIENE DESTABILIZZATO DA FATTORI ECONOMICI
Con questo scenario, giungiamo verso la meta' degli anni '80, quando nuovi elementi hanno progressivamente alterato la situazione di mercato, e quindi tecnica, dei materiali refrattari per vetreria.
La graduale introduzione di materiali elettrofusi "low-cost" (e generalmente "low-quality"), la progressiva dominanza degli aspetti finanziari nella gestione delle industrie vetrarie occidentali, l'andamento di prezzo di materie prime insostituibili per gli elettrofusi quali le sabbie di zirconio e, piu' recentemente, l'avvento di una crisi finanziaria ed economica senza precedenti, hanno converso nel trasformare un prodotto ad alto margine di redittivita' in una commodity a basso valore aggiunto.
I primi elettrofusi a divenire materiali a bassa redditivita' sono stati gli AZS, che costituiscono la maggioranza assoluta del mix elettrofuso, di seguito le allumine e, a breve le specialties quali HZFC; la sequenza temporale e' risultata sovrapposta a quella della introduzione di materiali low-cost nei relativi segmenti, ancorche' sarebbe troppo semplicistico attribuire a questo fattore tutta la responsabilita' dell'accaduto e del processo tuttora in corso.
Qualunque sia la causalita', e' un fatto certo che i refrattari elettrofusi non siano piu', oggi, e per alcuno fra gli attori occidentali ed orientali (inclusi i produttori "low-cost"), un prodotto ad elevato margine di redditivita'. La grande immissione di capacita' produttiva a livello globale, principalmente concentrata in estremo oriente, ha ulteriormente contribuito a rendere questo mercato progressivamente sempre meno appetibile.
In questo scenario, come ovvia conseguenza, sono andati diminuendo gli sforzi per competere sul livello qualitativo e per introdurre nuovi prodotti e servizi, mentre buona parte delle risorse impiegate in Ricerca e Sviluppo sono state devolute a rendere tecnicamente disponibili materie prime e materiali a basso costo, un tempo considerate non accettabili nella produzione di elettrofusi.

NUOVE CONDIZIONI CONSENTONO L'INTRODUZIONE DI NUOVI MATERIALI TECNICAMENTE MOTIVATI
Malgrado l'incomprimibilita' di molti fattori di costo nella produzione di elettrofusi, questi ultimi, seppur non piu' sponsorizzati da una elevata redditivita', manterranno ancora per un medio-lungo termine una predominanza nel settore a piu' elevata richiesta di performance, il contatto vetro, ove ad oggi non esistono, se non per limitate nicchie di mercato, alternative tecnologicamente confrontabili.
La stessa considerazione, tuttavia, non puo' piu' essere fatta per la sovrastruttura.
Qui, infatti, i refrattari elettrofusi presentano alcuni punti deboli come la produzione di essudato inquinante, la debole resistenza a sbalzi termici, la elevata ed inomogenea conducibilita' termica e, non per ultimo, limiti dimensionali per i pezzi componenti gli assiemi (dipendenti dalla tecnologia produttiva) che rendono elevato il numero dei componenti e piuttosto complessa la tecnologia di montaggio; chiunque abbia esperienza di montaggio di voltini multipli ed estensioni con complesse geometrie avra' dovuto affrontare l'utilizzo di ausili (per esempio centine monouso) e di personale particolarmente addestrato a gestire queste complicazioni.
Chi volesse dissertare sull'ideale refrattario per sovrastruttura, probabilmente descriverebbe un materiale fortemente resistente all'attacco chimico dell'atmosfera e dello spolvero, dimensionalmente stabile alle temperature di esercizio, con minima o nulla cessione di difetti, resistente agli sbalzi termici e con adeguata ed omogenea conducibilita' termica. Anche una non elevatissima densita' e la possibilita' di essere formati in pezzi di grandi dimensioni sarebbero da considerarsi caratteristiche fondamentali.
Come si vede, questa descrizione non si adatta, se non in parte, ai refrattari elettrofusi. Se tali materiali hanno tuttavia trovato, almeno fino ad ieri, un pressoche' ubiquitario impiego in sovrastruttura, la ragione si deve ricondurre da un lato all'oggettiva difficolta' a bilanciare la durata del contatto vetro (equipaggiato con elettrofusi) con materiali sinterizzati tradizionali, dall'altro lato allo scarso interesse, da parte dei refrattaristi, a sviluppare materiali e soluzioni alternative fintanto che gli elettrofusi hanno rappresentato un prodotto ad elevata redditivita', controllati da poche aziende leader con posizione oligopolistica nel mercato del vetro.
Queste condizioni, tuttavia, sono oggi fortemente modificate.
Non sorprende, quindi, che nuove soluzioni tecnologiche, fuori dell'ambito degli elettrofusi, stiano rapidamente conquistando ampie quote di mercato nell'applicazione della sovrastruttura del forno fusorio, a partire dal segmento del forno per contenitore.
Perche', dunque, cio' che non e' stato possibile per recenti decenni, ovvero l'utilizzo di materiali alternativi agli elettrofusi in sovrastruttura, sta divenendo possibile adesso?
Come detto, il maggiore ostacolo tecnico, unitamente alle considerazioni di margine, era rappresentato dal fatto che i materiali "tradizionali" sinterizzati presentavano una insufficiente resistenza all'attacco alcalino (materiali acidi quali la silice), oppure una eccessiva sensibilita' alla conversione nefelitica che causava corrosione per spalling sotto l'influsso dello spolvero da carica vetrificabile (sinter AZS tradizionali), o, ancora, scarsamente resistenti al creep alle temperature di esercizio.

NUOVI MATERIALI PER SOVRASTRUTTURA
Nell'ultimo decennio sono stati sviluppati, da parte di una azienda statunitense specializzata nella produzione di refrattari monolitici in grande formato (Special Shapes Refractory Co., Alabama), materiali AZS sinterizzati di nuova generazione per i quali, lavorando sulla formulazione e sulle materie prime impiegate, sono stati efficacemente superati i problemi di conversione nefelitica, senza compromettere l'innegabile vantaggio di poter produrre formati (preformati e sinterizzati) altamente omogenei, di dimensioni incomparabilmente piu' grandi dei formati di elettrofusi (tipicamente, archi torrini in singolo pezzo), che vengono montati con risparmi del 50% sui tempi e costi di montaggio, con maggiore stabilita' dimensionale nel preriscaldo e tendenza nulla all'essudazione durante l'esercizio.
Questi materiali, per i quali esiste finalmente una storia di utilizzo tale da poter presumere una vita di campagna per lo meno paragonabile a quella dei refrattari elettrofusi, hanno potuto garantire una certamente ridotta incidenza di difetti da essudato ed innegabili vantaggi legati ad una ridotta ed omogenea conducibilita' termica. Anche i ridotti tempi di montaggio e la maggiore semplicita' di configurazione sono elementi di vantaggio non trascurabili, associati all'impiego di questi nuovi materiali.
Il complesso di conoscenze sviluppate per la formulazione di questi materiali, gia' esteso a refrattari ad elevatissimo tenore di allumina per applicazioni a contatto vetro in WE e canali, potra' essere utilizzato per sviluppare altri refrattari sinterizzati alternativi alle tradizionali applicazioni di elettrofusi.

CONCLUSIONI
La conseguente riduzione del mercato di elettrofusi per sovrastruttura, per il recente decennio progressivamente orientato verso il settore elettrofusi low-cost, costituira' un elemento di contrasto all'espansione di tale segmento e contribuira' a spingere i produttori occidentali di elettrofusi verso settori a miglior redditivita' (contatto vetro e alta performance) e, magari, nuovamente allo sviluppo di nuovi prodotti e servizi che possano competere sul piano del valore/costo e non soltanto su quello strettamente commerciale.
Nuove condizioni di mercato, fattori economici globali, hanno consentito una evoluzione tecnica che ha rimesso in gioco produttori occidentali capaci di sottrarsi alla morsa puramente commerciale del low-cost in settori fortemente orientati alle commodity.
Ancora una volta il concetto di azione e reazione consente ad attori particolarmente capaci di cavalcare l'onda dell'innovazione e, a noi tutti, uno spiraglio di ottimismo per il futuro.


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