陶艺(第六章)-坯体的干燥

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§6-1 干燥机理
干燥:依靠蒸发而使成型后的坯体脱水 的过程。 干燥的目的
提高坯体强度,减少生坯的变形和破损
提高坯体的吸水率,以便进行施釉操作解坯体干燥过程的实质和产生 收缩的原因 掌握坯体干燥过程中的变化规律
选择合适的干燥制度和干燥设备
平衡阶段: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。 表面蒸发 坯体 吸附 周围介质
平衡水分的多少取决于坯体的性质和周 围介质的温度和湿度,此时坯体中的水 分称为干燥最终水分。
干燥前状态
临界状态
干燥中止状态
干燥收缩与变形
自由水排出
颗粒表面水膜变薄 颗粒靠拢 直至与周围介质水分平衡 排除孔隙水
G I ( 0.2) M a b F Z L H
G—干燥排出水份的质量,kg; F—坯体受辐射表面积,m2; Z—干燥时间,h; I—辐射强度,w/m2;
β—坯体对辐射线的吸收能力; L—辐射距离,cm。
辐射干燥的优点:
能保证坯体清洁; 设备结构简单,易于实现自动化控制; 干燥速度较快;
干燥过程
外扩散--表面蒸发。 内扩散--表面水分蒸发后,坯体内部 的水分移动分为湿传导和热湿传导。
湿传导--∵水分梯度,∴水分移动 热湿传导--∵温度梯度,∴水分移动
加热阶段(升速阶段):坯体表面被加 热升温,水分不断蒸发,直到表面温度 达到干燥介质的湿球温度,坯体吸收的 热量与蒸发水分所消耗的热量达到动态 平衡,则干燥进入等速阶段。 由于升速阶段时间很短,因此排出水 量不多。
影响干燥速度的因素
1、影响内扩散的因素
组成坯体物料的性质:粗颗粒、瘠性料 量多时,毛细管粗、内扩散阻力小而利于 内扩散速度的提高。 生坯温度:温度升高,水的粘度降低, 表面张力降低,内扩散阻力减小。采取措 施使坯体温度梯度与湿度梯度方向一致。
坯体表面与内部的湿度差:
2、影响外扩散的因素
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
生坯表面蒸汽膜的厚度 能量的供给方式等
其他影响因素
干燥方式
坯体的形状和厚度:降速干燥阶段 加热方式(干燥方法)
干燥器的结构及坯体在干燥器中的 放臵方式与位臵
Adt
式中,ω--坯体中水分排出量,kg,
A--被干燥坯体的总表面积,m2 ,
t--干燥时间,h。
通过实验测定,按以下公式求得:
G(C1 -C2) = At
(kg/(h· m2))
式中,G--试样绝对干燥时的质量,kg, A--被干燥试样的总表面积,m2 ,
t--干燥时间,h ,
C1,C2--被干燥试样的最初与最终含水率, %。
链 式 干 对于日用瓷,可按照成型 湿坯干燥 燥 定位脱模 再干燥 修坯 再干燥的工
将湿坯放置在挠性牵引机构的吊 篮上或利用链条运载坯体在弯曲的轨 道上传送进行干燥。
艺进行合理设计,借助挠性牵引机构形 成自动或半自动化的成型-干燥工艺流 水线。
与国外比较,国内热风链式干燥机的缺点:
干燥效率不高。国内干燥机每蒸发1kg水所消耗的热 量为7531~12552kJ,而国际水平为4184~5858kJ。
湿坯含水率与电耗间的关系
3、直流电干燥
将生坯放在直流电场中,使其在 电场力作用下,按特定的方向析出水 分,从而改变坯体内水分的分布情况, 产生较好的干燥效果。
这种干燥与热效应关系不大,因 为湿坯通上直流电后,水分立即从负 极析出,并排出坯体外。
由于坯体中存在 溶解于水的正离 子(K+,Na+, Ca2+,H3O+, etc),在外电场 作用下,正离子 带动水分子向负 极移动,从而使 水分析出。随着 时间增加,脱水 速率逐渐下降。
降速干燥阶段 干燥速度及收缩速度急 剧变化,收缩基本停止
坯体收缩(收缩量约等 于排出的自由水的体积)
坯体颗粒接触
内扩散阻力增大
影响因素:
坯体中粘土的性能:可塑性,粒度
坯体的含水率: 坯体的成型方法:
坯体的形状:复杂,厚薄不均,干燥 不均匀,应力集中,变形开裂。 坯体的化学组成:
高岭土中所含阳离子对干燥性能的影响 阳离 干燥收缩率 干燥后固体物 子种 含量(体积分 类 长度/% 直径/% 数)/% Na+ Ca2+ Ba2+ La2+ H 3O + 4.8 6.5 5.9 6.6 7.4 10.0 8.5 7.6 7.4 8.9 61.0 59.1 57.2 54.7 55.6 干燥后 抗折强 度/MPa 2.94 60 1.00 0.82 1.34
坯体中水分的类型及结合形式
坯体直接与水接触而吸收的水 干燥过程 分。存在于大毛细孔及颗粒空 排出 隙中。结合松弛,极易排出, 脱水温度100℃左右。
自由水 吸附水 化学结合水
包含在原料矿物分子结 构中的水分,如结晶水、 将绝对干燥的坯体置于大气中 结构水等。 时,坯体中的粘土从空气中吸 附的与坯料粒子呈物理化学状 态结合的水。含量与外界空气 的温度、湿度有关。
4、辐射干燥
由热源直接将电磁波辐射到湿 坯上,并转化为热能,将坯体干燥。 辐射器可用电加热(如红外灯 泡或镍铬发热体),也可采用金属 或陶瓷辐射器,它们被加热至800~ 850℃后便发射红外光谱。
辐射干燥不需要任何干燥介质,被干燥的 物质吸收由热源直接辐射来的电磁波(光),再 次转变为热能进行干燥。因此,热在传递过程 中无损失或者极少损耗。 辐射干燥时的干燥速度可以按下式计算:
国内干燥所需时间为45~240min,所需模型数 500~1200个,而国外为10~20min,模型数70~80 个。 占地面积大,消耗钢材多(一台干燥机所需钢材约 18~30t),购进一台干燥机需投资16~25万元。 隧道窑冷却带提高的热量不足以满足坯体干燥所需 的热量,还需蒸汽补充,增加了成本。 建筑陶瓷制品的干燥方面发展较快。
链式干燥器
辊道传送式干燥
1984年开始使用,主要干燥墙地砖坯体。
与辊底窑合为一体,上层辊道煅烧产品, 下层辊道干燥坯体。 坯体均匀干燥,干燥效率高,能实现快 速干燥。 干燥周期为20~40min,干燥温度120~ 160℃。
喷雾干燥、热泵干燥、脉冲干燥
喷雾干燥器:喷雾干燥塔、供浆系统、热 风系统、除尘系统、控制系统---等静 压成型
方法的优点。
影响干燥速度的因素

外扩散
气体介质及生坯表面的蒸汽分压、气体介质及生
坯表面的温度、气体介质的流速和角度以及生坯表面 粘滞气膜的厚度、能量的供给方式等。 传统的生坯干燥方法靠热气体带来热能、带走水
汽。新的干燥方法仍然常包含这种方法,并且分别以
增强能量输入(如电热、辐射等)、降低周围介质蒸汽分
176 175
湿坯质量/g
174 173 172 171 170 0 1 2 4 6 8 时间/min 10 12 14 15
直流电干燥的优缺点:
水分以液体形式排出,坯体内水 分分布均匀,因此,内应力很少。 对于形状复杂的制品,不会出现 变形开裂。 干燥时间短,干燥速度快。 只能除去大部分水,不能完全干 燥。所以,与其它方法合用。
挤制坯泥的颗粒取向
粘土颗粒定向排列引起不均匀收缩
影响干燥速度的因素

内扩散
瘠化坯料可以减少成型水分、减少干燥收缩、加速内扩散。
生坯温度则是内扩散的重要外因。温度升高水的粘度降低、毛细 管中水的弯月面表面张力及其合力也降低,可提高水的内扩散速 度;也可以加快处于降速干燥阶段的生坯内水蒸汽的扩散速度。 当温度梯度与湿度梯度方向一致时会显著加快内扩散速度。 向生坯的游离水直接提供能量比仅以自外向内的传导热量 更有力地加速内扩散。这是电热干操、微波干燥、远红外干燥等
陶瓷干燥新工艺
日本发明了一种陶瓷干燥新工艺,该工艺利用蒸汽与电介质 加热相结合的技术,也就是将坯体置于干燥箱内密闭,在电介质 加热的同时,供入饱和蒸汽,待内部加热一定时间后,停止供入 饱和蒸汽,缓慢减压,达到所定真空度,并保持在该真空状态下 干燥,因此可有效调节水分由坯体内部迁移至表面蒸发的速度, 大幅度缩短干燥时间,而且坯体水分蒸发程度均一,表面不会出 现微裂纹,翘曲变形也小,产品合格率提高,有利于确保产品质 量。
5、综合干燥
根据坯体的不同干燥阶段的特点, 将几种干燥方法综合起来,取长补 短,达到事半功倍的效果。 综合干燥是一种强化干燥方法, 生坯快速干燥而不致出现干燥缺陷。
辐射干燥和热空气对流 干燥相结合 电热干燥与红外干燥、 热风干燥相结合
热风干燥,坯体表面与底面的干燥温差大,水分蒸发不均, 表面易形成微裂纹,且翘曲变形大,产品合格率降低;微波干燥, 坯体表面也易形成微裂纹。两者干燥时间都很长。
§6-3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。
干燥速度
单位时间内,单位面积上坯体中水分 的排出量: d = (kg/(h· m2))
热泵干燥:节约能源,热泵干燥系统的外 形和容积没有任何限制,脱水器可随干燥 器形状的变化而变化,比较灵活。
脉冲干燥:干燥墙地砖物料。
2、工频电干燥
将干燥坯体两端加上电压,通 过交变电流,湿坯相当于电阻并联 在电路中,电流通过时,坯体内部 产生热量,使水分蒸发而干燥。
属内热式干燥法,加快水分内 扩散的速度而干燥坯体。
压、加大气流速度和角度等方法来提高外扩散速度。
§6-2 干燥方法及设备
烘干房
利用热风干燥
乡镇陶瓷厂、个体户企业
20世纪60年代,滚压成型机
热风链式干燥机
建筑陶瓷行 业迅猛发展
喷雾干燥
链式干燥机
1、热空气干燥
利用热空气对流传热作用,干燥介质(热空气) 将热量传给坯体(或泥浆),使坯体的水分蒸发而 干燥的方法。 设备简单,热源易于获得,温度和流速易于控制 调节,若采用高速定位热空气喷射,还可进行快速 干燥。 热空气的来源一般是利用隧道窑余热,也可用锅 炉产生的水蒸汽或燃烧室产生的烟气将冷空气加热 到预定的温度。
等速干燥阶段:干燥介质的条件(温度、 湿度、速率等)恒定不变,水分的内扩散 速度等于外扩散速度。表面维持润湿状态, 水分汽化仅在表面进行,自由水不断蒸发 排出。
由于干燥介质条件不变,所以坯体表面 的温度也不变,等于干燥介质的湿球温度。 干燥速率主要取决于干燥介质的条件。
降速干燥阶段:自由水大部分排除时, 干燥速度开始下降。 从等速干燥阶段过渡的含水量称 为临界含水量。到达临界含水量以后, 坯体的干燥是排除毛细管中的水和含 水矿物中的物理吸附水,坯体略有收 缩,因此此阶段坯体内不会产生干燥 收缩应力,干燥进入安全状态。
室式干燥器
隧道干燥
坯体受热均匀,不易开裂,热利用率高,生 产效率高,便于调节控制,干燥效果稳定。 注意:应避免干燥介质气体的出口温度过低以 致水汽冷凝在已干燥的坯体表面造成制品缺陷。 进口处的湿坯温度一定要高于气体出口处的 气体温度。
占地面积大,干燥速度较慢,热量有损失。
隧道干燥器
(逆流干燥)
1、鼓风机(送入干燥介质);2、总进热气道; 3、连通进热气道;4、支进热气道;5、干燥 隧道;6、废气排出道;7、排风机
干燥较均匀,很少发生变形和开裂;
由于干燥时间缩短,还可节约石膏模。
高 频 干 燥 、 微 波 干 燥 、 红 外 干 燥
远红外干燥的特点:
干燥速度快。辐射与干燥几乎同时开始,无 明显的预热阶段,因此效率很高。
节约能源。虽然单位时间能耗较大,但单位 坯体所需能耗较小。 设备小巧,造价低,占地面积小,费用低。 干燥效果好。热、湿传导方向一致,坯体受 热均匀,不易产生干燥缺陷。
室式干燥、隧道式干燥、链式干燥、喷雾干燥、 热泵干燥等
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。
特点:干燥缓和,间歇式操作,对不同类型 的坯体可采用不同的干燥制度。但热效低, 周期长,干燥效果不易控制,人工运输的破 损率较高。 加热干燥介质的方法:地坑、暖气、热风等。
对小型薄壁日用 瓷坯可采用高温低湿 热空气进行干燥,但 对大型厚壁坯应采用 低温高湿法使坯体均 匀受热升温,避免由 于内外收缩不均,导 致破裂。
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