陶瓷工艺学--6坯体的干燥-0910

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性物质分布不均匀,颗粒分布不均匀; 坯件与托板接触部位,坯体收缩受到托板的机械抑
制作用;
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干燥过程中坯体的收缩与开裂
坯体形式设计不合理,在厚薄变换处,孔洞部位, 形状改变部位,凹凸不平部位等产生应力集中;
成型、修坯过程中各部位受力不均匀,存在密度差 或残留应力;
阳离子的种类影响收缩率的大小。 ❖ 因此,在选择干燥方法和制订干燥制度时,须根据
坯料特性、成型工艺、制品大小、形状厚度、干燥 设备等因素,给予综合考虑。
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干燥技术-干燥制度
干燥制度是指坯体在各个干燥阶段中所 规定的干燥速度(干燥时间)。
热空气干燥法,通过介质的温度和湿度 、空气流速和流量等参数来控制干燥制度。
对于工频电热干燥法,则通过调节电流 密度来控制干燥速度。
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干燥技术-干燥制度的建立
等速干燥阶段:
此时坯体易发生干燥收缩,易引起变形 或开裂。应根据坯料的干燥敏感性(坯料的 收缩大小,可塑性,分散性,被吸附的阳离 子的种类和数量等因素)、坯体的形状、大 小和厚度,坯体的原始含水率和临界水分等 因素来确定最大干燥速度。
当然最大干燥速度的确定还取决于干燥 方法、干燥器的类型和结构以及干燥的均匀 程度。
表面收缩过大,使坯体表面致密,增加了湿扩 散的阻力,降低了干燥速度。
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影响外扩散速率的因素
气体介质及坯体表面的蒸汽分压; 气体介质及坯体表面粘滞气膜的厚度、能量的
供给方式等; 通常以增加气体介质的流速,改变气体介质的
流动方向和坯体表面的角度,降低周围环境介 质的分压,增加能量的输入来提高外扩散速度。
电热干燥 将工频交变电流直接通过被干燥坯体内部进行内 热式的干燥方法。由于对坯体端面间的整个厚度 同时进行加热,干燥速度较快。
辐射干燥 ❖ 辐射干燥是指由热源直接将电磁波辐射到湿坯上
,并转化为热能,将坯体干燥的干燥方法。 ❖ 一般可将辐射干燥分为高频、微波和红外干燥几
种方式。
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1、高频干燥 采用高频电场或相应频率的电磁波(107Hz )辐 射于坯体上,使坯体内的分子、电子及离子发生 振动产生弛张式极化,转化为热能进行干燥。
第6章 坯体的干燥
本部分讲授内容 • 概述 • 干燥原理 • 干燥制度的制订 • 常用的干燥方法 • 干燥技术的应用及设备厂的管理
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干燥定义
使含水物料(如湿坯、原料、泥浆等)中的液体水 汽化而排除的过程,称为干燥。
完成干燥过程的机械设备,称干燥器。 一般:人们把采用热物理方法去湿的过程称为“干 燥”,其特征是采用加热、降温、减压或其它能量传 递的方式使物料中的湿分产生挥发、冷凝、升华等相 变过程与物体分离以达到去湿目的。
平衡状态:当坯体水分达到最终含水量 时,坯体水分与环境的交换呈平衡状态,此 时,干燥速度为零,延长干燥时间仅仅是增 加热能的消耗。
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干燥过程曲线图
• 升速干燥 坯体表 面被加热,水分不断 蒸发;
• 等速干燥 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;
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干燥方法-蒸气干燥
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蒸气干燥
隧道干燥
隧道干燥器示意图 1-湿坯进口,2-干燥小车,3-干燥介质进口,4-干坯出口 5-拉开式门。6-回车道, 7-干燥介质出口,8-转向拖车
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链式干燥
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楼式链式干燥器示意图 1-批件入口,2-批件出口
• 为了防止变形或开裂,既要调整坯料,降 低收缩率,更要特别注意坯体在收缩阶段 (等速干燥阶段)的干燥制度。
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干燥过程中坯体的收缩与开裂
• 除了干燥速度外,引起不一致收缩的原因: 坯体不同部位,由于厚薄不匀,受热先后不同等因
素,水分排出的速度不同; 干燥前坯体的水分分布不均匀或含水量太大; 成型中颗粒的定向排列,或坯料混合不均匀造成粘
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干燥制度
干燥条件总和,包括干燥时间、干燥温 度和相对湿度、砖坯干燥前后的残余水分要 求等,一般根据实验数据来确定。
可塑法成型的坯体,干燥前的机械强度 很低,不超过0.05MPa,体积收缩达10%左 右,因此干燥速度不能太快。
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干燥技术-干燥制度确定原则
• 获得无缺陷的干燥坯体。应控制坯体各部 分的含水率在干燥过程中差别不大,使应 变均匀以避免应力集中,必须使坯体在干 燥过程中具有适当的干燥速度。
• 物理化学结合水(吸附水):附着于颗粒表面,其 数量与环境温度和湿度相关,并有一定的平衡关系 ,即随周围介质条件可逆性地变化。
• 化学结合水:包含在矿物的分子结构中,结合牢固
,排除时需要较大能量。
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干燥技术-坯体中水的类型
一定干燥条件下,物料中的水分按能否 除,可分为自由水分和平衡水分。
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干燥方法
自然干燥法:将湿坯置于露天或室内的场地上,借 助风吹和日晒的自然条件使物料得以干燥的办法。成本 低,但干燥速度慢,产量低,劳动强度大,受气候影响 大,难以适应大规模的工业生产。
人工干燥法:也称机械干燥,将湿物料放在专门的 设备中进行加热,使物料的水分蒸发而得以干燥。特征 :干燥速度快,产量大,不受气候条件的限制,便于实 现自动化,适合于工业生产。
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干燥技术
传统工业的干燥技术有:厢式干燥、隧道干燥、 转筒干燥、转鼓干燥、带式干燥、盘式干燥、浆叶式 干燥、流化床干燥、喷动床干燥、喷雾干燥、气流干 燥、真空冷冻干燥、太阳能干燥、微波干燥和高频干 燥、红外热辐射干燥等。
近年来的新型干燥技术:脉冲干燥、对撞干燥、 冲击穿透干燥、声波场干燥、超临界流体干燥、过热 蒸汽干燥、接触吸附干燥等。
2、微波干燥 微波是介于红外线和无线电波之间的一种电磁波 ,波长在1~1000mm范围内,频率为 300~300000MHz,微波加热原理基于微波与物 质相互作用吸收而产生的热效应。
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工业微波炉
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3、红外干燥 ❖ 红外线的波长范围为0.75~1000um,因此,它是一种介于
动强度、降低成本和能源消耗; • 发达国家的干燥的能耗占工业能耗的14%
,有些行业的干燥能耗甚至占到生产总耗 能的35%; • 我国2019年干燥设备制造业创17亿元的 产值(相当于1986年的24倍),出口总 值达2000万元人民币。
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坯体中的水的类型
• 自由水(机械水游离水):分布在颗粒之间和毛细 管中,结合松驰,较易排除。
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干燥技术的应用及设备厂的管理
中国干燥技术现状 • 干燥设备的应用已有几十年的历史,但
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干燥技术-干燥制度的建立
降速干燥阶段: 由于坯体收缩很小,不会产生较大的收缩应力, 故可适当提高干燥速度以加速干燥。 降速干燥阶段的时间取决于干燥的最终水分和整 个干燥器内坯体干燥的均匀程度。 坯体干燥终了时的平衡水分,不仅取决于粘土的 结构和吸附能力,同时还取决于周围介质的温度和湿 度。 坯体干燥的最终水分过低(比平衡水分小得多时 ),坯体在存放过程中还会由空气中吸收水分(返潮 ),甚至还可能膨胀开裂。
• 降速干燥
最终含水率的影响因素
最终含水率与周围介质的温度、相对湿 度和坯料组成有关。
最终含水率过高,则坯体强度不够,降 低窑炉效率,过低则在干燥后坯体会在大气 中吸湿,或在施釉过程中急剧吸水,造成坯 体表面膨胀,是施釉后开裂的主要原因之一 。
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影响干燥速率的因素
外扩散速率:这常决定于干燥介质的温度、湿 度和流态(流速的大小和方向)以及物料的性 质。干燥介质的温度越高(相对湿度就越小), 流速越快(边界层应越薄),外扩散速度越大。
• 加快干燥,节约能源。即生产周期短,单 位制品热耗低。 --干燥过程中寻优问题。
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干燥技术-干燥制度的建立
预热阶段: 应使干燥器的温度适当高些,但温度也 不能过高,否则,水分子的热运动使粘土的 结合强度下降,特别是坯体含水率较高或存 在凝聚水时,强度下降更显著。通常预热阶 段的温度一般40~45℃。
内扩散速率:湿扩散(由浓差决定)与热扩散 (由温差控制)。
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影响内扩散速率的因素
干燥方法:若水分梯度与温度梯度和热扩散方 向相同,水分移动速度将是湿扩散速度加上热 扩散速度。
坯料性质:瘠性料越多,颗粒越粗,毛细管也 愈大,水分的扩散速度也愈大。
坯体温度:坯体温度高,水的粘度小。 坯体表面的致密度:外扩散过快时,往往造成
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干燥过程中坯体的收缩与开裂
• 干燥速度的增加应以保证坯体不变形、 不开裂为前提。
• 坯体在干燥过程中,随着自由水的排出 ,被水膜隔离开的颗粒逐惭相互靠近, 坯体不断产生收缩,当坯体中颗粒之间 直接接触,产生摩擦,且颗粒之间的摩 擦力大于毛细管中水的表面张力时,收 缩就停止了。
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干燥过程中坯体的收缩与开裂
• 若坯体干燥过快或不均匀,内外层或各部 位由于收缩不一致而产生内应力--收缩 应力;
• 当收缩应力超过塑性状态坯体的屈服值时 ,坯体发生变形;
• 当收缩应力超过塑性状态坯体的破裂点或 超过弹性状态坯体的强度值时,坯体就会 开裂。
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干燥过程中坯体的收缩与开裂
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为什么要干燥?
对于陶瓷坯体而言,干燥的主要目的在于:

提高生坯强度,便于后续工艺的进行;

提高釉浆的吸附能力;

使坯体具有较小的入窑水分,提高烧成速度,减
少能耗;
→提高产品的质量
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知识延伸:干燥的地位与作用
• 干燥利于产品的储藏、运输和使用; • 干燥利于提高产品的质量和价值、减轻劳
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干燥方法与应用
人工干燥方式的热源类型: • 外热源法:在物料的外部对物料表面加
热,使物料受热,水分蒸发,而得以干 燥。 • 内热源法:将湿物料放在高频交变的电 磁场中或微波场中,使物料本身的分子 产生剧烈的热运动而发热,或使交变电 流通过物料而产生热量,物料中水分蒸 发,物料本身得以干燥。
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干燥过程的四个阶段
加热阶段:物料表面被加热,温度升高 ,水分开始蒸发,干燥速度不断增加;
等速干燥阶段:物料中非结合水排出, 产生收缩。该阶段终了时,物料中所含平均 水分量称为临界水分,它是该阶段进入降速 干燥阶段的转折点。
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干燥过程的四个阶段
降速干燥阶段:主要排除吸附水,物料 不再产生收缩,故只增加气孔。该阶段结束 时,物料所含水分称为最终水分。
干燥过程中可除去部分称为自由水分。 物料中的水分是自由水与平衡水之和。
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传质传热过程
干燥过程既是传热过程,又是传质过程。 传热过程:通过物料表面将热传给物料,再以传 导的方式向内部传送,物料表面水分获得热量后汽化。 传质过程:物料表面的水蒸气向干燥介质中移动 的气相传质(外扩散过程);内部水向表面扩散的内部 传质(内扩散过程)。
可见光和微波之间的电磁波,坯体能够吸收红外线并将之 转化为热能。因此,利用红外线能对坯体进行干燥。 ❖ 采用红外干燥有如下特点: ①干燥速度快,生产效率高。采用远红外干燥时,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。 ②节约能源。由于远红外干燥速度快,所需时间段,虽然单位 时间能耗较大,但单位坯体所需能耗仍然较小。 ③设备小巧,造价低,占地面积小,费用低。 ④干燥效果好。坯体受热均匀,不易产生干燥缺陷。
2020/4/25源自文库
综合干燥
综合干燥是一种强化干燥方法,由于几种方法同时采用, 往往能使生坯快速干燥而不致出现干燥缺陷。常采用的综 合干燥方法有如下几类: 1、辐射干燥和热空气对流干燥相结合 目前采用热风-红外线干燥,坯体在开始干燥时所必须的热 量由红外线供给,保证坯体热扩散和湿扩散方向一致。红 外线照射加热一段时间后,内扩散被加快,接着喷射热风 ,使外扩散加快,如此反复进行,水分可迅速排出。 2、电热干燥与红外干燥、热风干燥相结合 干燥含水率高的大型复杂坯件如注浆坯时,可以先用电热 干燥以除去大部分水,然后再施釉后采用红外干燥、热风 干燥交替进行,以除去剩余水分,可以大大缩短干燥时间 同时又节约能源。
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