08第五章干燥与排塑工艺.pdf

1第五章 干燥与排塑工艺 本章主要内容： 1、干燥的目的、原理、方法； 2、干燥过程中坯体发生的物化变化； 3、排塑的目的； 4、坯体排塑过程中的物化变化； 5、影响排塑的因素； 6、排塑温度制度 主要英语词汇： drying 干燥 drying constant 干燥常数 drying process 干燥工艺 drying-up point 干燥点 drying machine 干燥机 drying transverse strength 干燥抗弯强度 coefficient of drying sensitivity 干燥敏感系数 equilibrium moisture content 干燥平衡水 plastic removal 排塑 第一节 干 燥 一、定义： 干燥是借助热能使坯料中的水分汽化，并由干燥介质带走的过程这个过程是坯料和干燥介质间的传热传质过程 二、干燥的作用 注浆法成形的泥浆，含水率一般在30-35％，呈流动状态；可塑性成形的泥料，含水率为15-26.7％，呈可塑状态；干压或半干压的制品，其含水量为0.1-8％这既不利于坯体的搬运，也不利于吸附釉层，更不能直接烧成。

干燥的作用就是将坯体中所含的大部分机械结合水（自由水）排出，同时赋予坯体一定的干燥强度，使坯体能够以一定的强度适应运输、修坯、粘接及施釉等加工工序的要求，同时避免了在烧成时由子水分大量汽化而带来的能量损失和各种缺陷 三、水与坯料的结合形式 2四、干燥过程 假定在干燥过程中坯体不发生任何化学变化，干燥介质恒温恒湿，则干燥过程包含了以下四个阶段 1、升速干燥（O→A）：也叫加热阶段 特征： 坯体表面被加热升温，水分不断蒸发，直至表面温度达到干燥介质的湿球温度TA此阶段时间很短，排出水量不多 当坯体吸收的热量与蒸发水分所消耗的热量达成动态平衡，则干燥过程进入了等速阶段 2、 等速干燥阶段（A→B） 特征：干燥介质的条件（温度、湿度、速率等）恒定不变；水分由坯体内部迁移到表面的内扩散速度与表面水分蒸发扩散到周围介质中去的外扩散速度相等 此阶段干燥速率和传热速率保持恒定不变，其干燥速率主要取决于干燥介质的条件 3、降速干燥阶段（B→C） 在干燥过程中，当坯体中的自由水大部分排除 时，干燥速度即开始降低从等速至降速阶段过渡的含水量（一般取平均值）我们称为临界含水量在干燥速度曲线中表示为B点，B点称为临界点。

测定临界点的含水率具有重要的意义因为到达临界含水量以后，坯体的干燥是排除其中毛细管中的水分和含水矿物中的物理吸附水，坯体略有收缩，所以此阶段坯体内不会产生干燥收缩的应力．干燥过程进入安全状态 在降速干燥阶段，坯体用以蒸发水分的热消耗降低，加热坯体的热量增加，因此坯体的温度将逐渐升高，力求达到坯体周围的介质的温度 4、平衡阶段（C→D） 特征：当坯体干燥到表面水分达到平衡水分时，表面干燥速度降为零 此时表面蒸发与吸附达成动态平衡，平衡水分的多少取决于坯体的性质和周围介质的温度与湿度，这时坯体中的水分叫干燥最终水分 总之，干燥过程可描述为： 在坯体干燥过程中，随着自由水分的排除，颗粒表面的水膜不断变薄，颗粒逐渐靠拢，坯体发生收缩，其收缩量大约等于排出的自由水的体积 当水膜厚度减薄至一定程度，则坯体颗粒互相接触，内扩散阻力增大，干燥速度及收缩速度发生急剧变化，收缩基本停止，进入降速干燥过程 继续干燥则排除相互接触的各颗粒间的孔隙水，发生微小收缩，直至与周围干燥介质水分达成平衡为止 3五、干燥收缩与变形 在坯体收缩过程中，因坯料颗粒具有一定的取向性，导致了干燥收缩的各向异性这种各向异性导致了坯体内外层及各部分收缩率的差异，从而产生了收缩内应力。

当这种内应力大于塑性状态坯体的屈服值时，坯体发生变形 若内应力过大，超过其弹性状态坯体的强度时，会导致开裂 影响坯体干燥收缩与变形的因素主要有以下几个方面： 1、坯体中粘土的性能 粘土的可塑性愈好，粒度愈细，吸附的水膜愈厚，烧成收缩和变形就愈大同时，如果粘土矿物颗粒太粗，分布不匀，也会导致各部分收缩不一致而变形 2、坯体的化学组成 坯体中粘土的阳离子对坯体干燥收缩有很大影响见下图所示 在坯体中加入Na+作为稀释剂，则可促使粘土颗粒平行排列 实践证明，含有Na+的粘土矿物比含Ca2+的粘土矿物收缩率大 3、坯体的含水率 坯体含水率越大，则干燥后排除水分多，收缩愈大，愈容易产生内应力而导致变形和开裂 4、坯体的成形方法 采用塑性成形和注浆成形的坯体由于水分含量大，故干燥收缩较大；同时由于颗粒存在定向排列问题，容易引起变形和开裂 采用干压、半干压及等静压等成形的坯体，由于粉料含水率低，干燥收缩小，则不易变形和开裂 5、坯体的形状 坯体的形状愈复杂，各部位厚薄不匀，则干燥不易均匀，则其内部应力愈容易集中，从而产生坯体在收缩中变形开裂 六、干燥制度的确定 干燥制度是指根据产品的品质要求来确定干燥方法及其干燥过程中各阶段的干燥速度、影响干燥速度的参数（干燥介质的种类、温度、湿度、流量与流速等）。

最理想的干燥制度是指在最短的时间内，获得无干燥缺陷生坯的制度 1、影响干燥速度的因素 坯体的干燥速度主要受到坯体内水分内扩散和外扩散速度等因素支配，同时，干燥速度也受到坯体本身性质、干燥设备及干燥条件等诸多条件的限制 4所谓内扩散，是指坯体内部水分扩散至坯体表面的过程，主要借助于扩散渗透力和毛细管力，服从扩散定律 内扩散有两种形式，即水分的热湿传导与湿传导 所谓热湿传导是指由于温度差而引起的水分传导温度差引起水分子的动能、水在毛细管内的表面张力、空隙中空气压强的不等，导致水分子由高温处向低温处移动 湿传导则是由于水分浓度差（湿度差）而引起的水分传导湿度差使水分子从高湿处向低湿处移动 可见，热湿传导方向与温度梯度（热流方向）一致，而湿传导方向与湿度梯度方向一致 如果热湿传导与湿传导方向一致，则内扩散速度将大大加快，反之将降低内扩散速度 所谓外扩散是指坯体表面水分汽化，并通过水汽膜向外界扩散的过程 外扩散的动力是坯体表面的水蒸气压与周围介质的水蒸汽分压之差差值愈大，则外扩散速度愈大 （1）影响内扩散的因素： ①组成坯体物料的性质 粗颗粒、瘠性物料含量多的坯体，其所在的毛细管粗、内扩散阻力小而利于内扩散速度的提高。

②生坯温度生坯温度是重要外因 温度升高时水的粘度降低，毛细管中弯月面的表面张力也降低，则内扩散阻力减小，可提高内扩散速度 为了加快处于降速干燥阶段的生坯内水分的扩散速度，可采取一定措施使坯体的温度梯度与湿度梯度方向一致，从而加快内扩散的速度 例如当采用电热干燥、微波干燥、远红外干燥等方法时，可以向生坯中自由水直接提供能量使之转化为热能，达到坯体的热、湿传导方向一致，这就比从外部施加热量能更有力的加强内扩散，提高干燥速度 ③坯体表面与内部的湿度差 湿扩散的速度与湿度梯度成正比，湿度差愈大，则湿扩散速度愈大，相应内扩散速度也提高 （2）影响外扩散的因素 影响外扩散的主要因素有干燥介质与生坯表面的蒸汽分压、干燥介质与生坯表面的温度、干燥介质的流速、方向及生坯表面蒸汽膜的厚度和能量的供给方式等 传统的干燥就是靠提高这种外扩散速度来加快干燥速度，例如采用的热空气干燥法 （3）其它影响因素 ①干燥方式 干燥方式对坯体的干燥速度影响很大，好的干燥方式能大大加快干燥速度而且不易造成缺陷 目前我国已由传统的热风喷射干燥发展到热风－红外线干燥、微波-真空干燥等 ②坯体的厚度和形状 在等速干燥阶段，由于干燥速度主要由外扩散所决定，坯体厚度的影响很小。

坯体厚度的影响主要是在降速干燥阶段 坯体厚，内扩散阻力大、速度低，则干燥速度小 坯体形状过于复杂，则干燥速度不能太快，以避免各部分收缩不匀造成开裂 ③干燥器的结构及坯体在干燥器中的放置方式与位置 2、干燥介质参数的确定 在实际生产中，干燥速度的调节以及干燥制度的合理制定往往是通过调节干燥介质的温度和湿度、干燥介质的流速和流量来控制的 2.1干燥介质的温度 干燥介质的温度的高低，直接影响干燥速度，但是不能盲目提高干燥介质的温度，要综合考虑以下两个 5方面的影响： （1）坯体的性质 坯体的性质包括坯体的组成、结构、形状、尺寸及厚度大小、含水率等坯体的性质决定了其各部位能否均匀受热 对于一些特殊坯体其干燥温度受到限制，不宜太高，如石膏模干燥温度不能超过70℃ （2）热能的充分利用及设备因素 干燥介质温度的选取，还要考虑热效率、成本以及温度对设备的使用寿命及性能的影响等问题 2.2干燥介质的湿度 在干燥过程中，干燥介质的湿度要根据具体情况而定，不能太高，也不能太低，有时候还是要采取分段处理方法 以注浆成形的卫生瓷为例，此类坯体壁厚，且形状复杂，含水率高这类坯体要采用分段控制湿度进行干燥的方法，才能达到干燥的目的，如图8-2所示，可采用三阶段干燥。

2.3干燥介质的流速和流量 当干燥介质的温度、湿度受到限制时，例如干燥石膏模等产品时，为了提高干燥速度，常常可以加大干燥介质的流速和流量来实现 加大干燥介质的流速和流量来提高干燥速度的机理，其实质是提高了外扩散的速度因此，此方法在等速干燥阶段效果较明显 实验证明，干燥介质空气的流动速度如提高到5-20m/s，则可提高干燥速度几倍 但是，提高干燥介质的流速和流量要有一定的前提，其一是保证坯体在快速干燥中不变形开裂；其二是设备要有保障，否则设备的动力消耗过大，影响其使用寿命 七、干燥方法 根据坯体水分蒸发获取热能的形式，干燥方法可分为热空气干燥、工频电干燥、辐射干燥（红外、微波）、综合干燥等 （一）热空气干燥 热空气干燥是利用热空气对流传热作用，干燥介质（热空气）将热量传结坯体（或泥浆），使坯体（或泥 6浆）的水分蒸发而干燥的方法 这种干燥方法，其设备较简单，热源易于获得，温度和流速易于控制调节 一般的热空气干燥，干燥介质流速小，小于lm/s因此，对流传热阻力大，传热较慢，影响了干燥速度，而快速对流干燥（例如：高速定位热空气喷射）则可使气流速度达到10～30m／s，可大大提高干燥速度 热空气干燥根据干燥设备不同可分为：室式干燥、隧道式干燥、喷雾干燥、链式干燥及热泵干燥等。

1、室式干燥 将湿坯放在设有坯架和加热设备的干燥室中进行干燥的方法称之为室式干燥 特点：干燥缓和，间歇式操作，对于不同类型的坯体可以采用不同的干燥制度，比较灵活设备简单，造价低廉 但是，热效低，周期较长，而且干燥效果不易控制，人工运输的破损率也较高 一般加热干燥介质的方法有地坑、暖气、热凤加热等方式 2、隧道干燥 隧道干燥采用逆流干燥方式：气体流动方向与坯体的运动方向相反 湿坯一进入隧道窑干燥器即与低温高湿热空气接触，坯体受热比较均匀，坯体不断在隧道窑中前进，所遇到的热空气的温度愈来愈高，湿度也逐渐下降，以保证干燥的循序进行，避免了开裂，直到坯体最终被干燥为止 特点：隧道式干燥基本上适应了干燥过程四个阶段的标准要求，比较合理，而且由于湿坯移动可采用窑车或链板式网带连续工作，热利用率高，生产效率高，便于调节控制，干燥效果稳定不足：占地面积太大，干燥速度较慢，热量有损失 73、链式干燥 热风链式干燥是将湿坯放置在挠性牵引机构的吊篮上，或者利用链条运载坯体在弯曲的轨道上传送进行干燥它可分为立式传送和卧式传送两种 立式传送是指用吊篮式链条牵引，沿立面运动，一般小型坯体适用于这种方式； 卧式传送则采用平面迂回方式，以钢索或链条牵引，适用于大型坯体的干燥。

4、辊道传送式干燥 我国于1984年开始使用辊道传送式干燥器，主要用于干燥墙地砖坯体 目前采用的辊道式干燥器是与辊底窑合为一体的，上层辊道煅烧产品，下层辊道干燥坯体干燥器的热源是利用上层辊道煅烧产品时的余热或者是鼓入热风 辊道式干燥器的最大特点是可使坯体均匀干燥，干燥。