陶瓷工艺学第八章坯体的干燥

第八章坯体的干燥,第一节干燥的作用与干燥过程第二节干燥制度的确定第三节干燥方法,1.干燥的作用：排除坯体中的水分,坯体成形含水率,注浆法3035可塑法1526压制法314等静压法13,坯体中水分的种类,自由水（通过干燥排除）化学结合水吸附水,干燥的目的：排除坯体中的水分，同时赋予坯体一定的干燥强度，满足搬运以及后续工序（修坯、粘结、施釉）的要求。,第一节干燥的作用与干燥过程,2.干燥机理及干燥过程,干燥机理,坯体干燥过程,干燥过程各阶段的特征：OA升速干燥阶段温度逐渐升高至干燥介质湿球温度TA干燥速度由零升至最大，蒸发表面水分。吸热蒸发水分，提高坯体温度。收缩很小。,AB等速干燥阶段,表面温度不变，干燥速度保持衡定，内扩散速度等于外扩散速度。吸热全部用于蒸发水分。收缩较大，相当于干燥水分的体积。,CD平衡阶段坯体与介质达到平衡状态，干燥过程完成。,注意：1）B点称为临界点，此后进入干燥安全状态。2）C点平衡状态点，标志着干燥结束。但含水率不为零。3）“返潮”问题。,BC降速干燥阶段表面温度升高至介质温度。干燥速度逐渐减小至零，与介质达到平衡。吸热蒸发水分，提高坯体温度。收缩基本不收缩。,3.干燥收缩与变形,3.1收缩与变形的原因干燥颗粒表面自由水膜变薄颗粒之间靠近发生收缩坯料部分颗粒的取向性排列收缩的各向异性产生内应力,内应力大于塑性状态屈服值时变形内应力大于或塑性状态的破裂破裂值或弹性状态抗拉强度时开裂,3.2影响坯体收缩变形的主要因素,1）坯体中粘土性能（颗粒粗细，多少，分布）细，吸附水膜厚，可塑性好，收缩变形大。2）粘土吸附阳离子的种类3）坯体的含水率含水率大，收缩大，变形开裂的可能性大。4）坯体的成形方法与含水率的关系5）坯体的形状形状复杂、薄厚不匀容易变形开裂。,1.影响干燥速度的因素,1.1影响内扩散的因素,内扩散形式,1）热湿传导方向与湿传导方向一致性。微波干燥、远红外干燥。,第二节干燥制度的确定,2）坯料的颗粒组成和矿物组成,粗颗粒，瘠性料，毛细管粗扩散阻力小有利于水分的扩散。,3）生坯的温度以及内外湿度差,温度高，水分粘度小、表面张力小有利于扩散。湿度差大，湿扩散速度快。,1.2影响外扩散的因素,表面水分汽化，向介质扩散。相关因素：干燥介质、生坯温度；干燥介质的流速、方向。,1.3其它因素,1）干燥方式；2）坯体厚度和形状3）干燥设备的结构以及坯体放置位置是否合理。,2.干燥介质参数的确定,2.1介质温度1）坯体的大小、形状、厚度、组成、含水率、大件、复杂坯体低温高湿高温低湿（临界点）；小件、简单坯体高温低湿干燥。带石膏模干燥时温度不大于70，否则模型强度降低。,2）热能的充分利用和设备的因素介质温度太高，热效率低，传热设备使用寿命降低。,2.2干燥介质的湿度湿度太低，干燥太快，容易产生变形和开裂。例如：大件的卫生瓷坯体，通常采用分段干燥方法。,2.3干燥介质的流速和流量提高介质的流速和流量可以提高干燥速度。注意防止变形、开裂。,1）热空气干燥2）工频电干燥3）直流电干燥4）辐射干燥5）综合干燥,第三节干燥方法,1.热空气干燥,室式干燥、隧道式干燥、喷雾干燥、链式干燥及热泵干燥。,1.1室式干燥（室式烘房）,分类：固定坯架式；活动坯车式。暖气式；热风式；温度湿度可调式。,特点：设备简单，造价低廉，热效率低，干燥周期长。,1.2隧道式干燥,1鼓分机2总进热风道3连通进热风道4支进热风道5干燥隧道6废气排除通道7排风机,1.3链式干燥,常利用隧道窑余热与成形机、自动脱模机、修坯机配套形成自动流水线。适应中、小件产品，热效率高。国产链式干燥机比较落后。,1.4辊道传送式干燥,一种与辊道窑一体（下层）的干燥方式。热源：辊道窑余热或热风机供热。特点：热效率高，干燥质量好。,1.5喷雾干燥,泥浆含水率：3050造雾方式：压力式、气流式热空气温度：400600流体流动方式：逆流、顺流式特点：工艺简单，生产效率高产量大，颗粒流动性好，坯体强度高，致密度高。,1.6热泵干燥,基本原理：高温热湿气体经过冷凝换热，排除水分后再加热循环使用。,1.7脉冲干燥,基本原理：墙地砖坯体输送的流动方向的两侧，脉冲利用干热空气来干燥坯体。,2.工频电干燥,基本原理：将坯体两端加交流电压（相当于并联进入电路），通电后坯体内部发热，蒸发水分干燥。,特点：热湿扩散方向与湿扩散方向一致，干燥效率高，质量好，干燥后期耗电量大。适用于大厚制品。,含水率与耗电量的关系,电压：初期3040v后期220v以上。,含水率,电能消耗（kwh/kg）,3.直流电干燥,基本原理：泥料中的水分以水化阳离子的形式存在，在电场作用下，发生电动现象，水分子向负极运动排除。,特点：干燥均匀，速度快，不易变形质量好。剩余少量水分需要用其它干燥方法排除。,通电时间（min）,湿坯质量（g）,4.辐射干燥,基本原理：坯体中的水分选择性吸收特定波长的电磁波，产生热效应，排除水分。,特点：设备简单，易于实现自动化，干燥速度快，质量好。,种类：高频干燥、微波干燥、红外干燥。,电磁波分类：按波长（um）分。可见光近红外线远红外线微波无线电波0.760.45.60.7610005.61071031010107,电磁波频率在107HZ附近，属于超高频微波的范畴，辐射坯体水分子吸收热量，达到干燥的目的。干燥质量好，成本高。,4.2微波干燥微波在陶瓷行业应用：微波烧结、微波干燥、微波检测。,微波干燥常用频率：95525MHZ245025MHZ,特点：微波对良导体能够产生全反射（金属），对不良导体则部分反射，大部分吸收。微波干燥器外壳以及防护板全部采用金属材料制成。微波干燥快速安全。,资料报道：碗盘类制品热空气干燥需要几十分钟，微波干燥只需要3分钟就能完成。英国的微波真空干燥技术1.5分钟即可完成，大大延长了石膏模具的寿命。,4.1高频干燥,4.3红外干燥,远红外波长2.51000um近红外波长0.752.5um根据水分子对红外线的吸收特性，通常选择的干燥波长为2.515um的远红外线。,1）远红外反射器基体、辐射涂层、热源、保温装置部分构成。基体：金属（钢、铝）、陶瓷（碳化硅、锆英石质耐火材料）辐射层：全波涂料2.515（SiC、Fe2O3、Fe2O3为主体）长波涂料6um以上（锆钛系、锆英石系）短波涂料3.5um以下（富含SiO2、半导体氧化钛TiO1.9）采用涂刷粘结、等离子喷涂和复合烧结的方法与基体结合。热源：电阻丝。辐射体温度高，辐射强度高。400500最好。,2）红外干燥远特点速度快，效率高。热效率高，节约能源，单位坯体能耗是近红外的1/2，热空气干燥的1/3。C)设备小，造价低，占地面积小。D)干燥效果好，,5.综合干燥,干燥方法特点结合干燥过程各阶段的特点,5.1辐射干燥和热空气对流干燥相结合例如英国带式快速干燥器,5.2工频电干燥、红外干燥与热风干燥相结合大件注浆产品先用电热干燥除去大部分水分后，施釉后采用红外干燥和热风干燥交替进行，除去剩余水分。,湿气排除,红外辐射器,燃烧器,燃烧室,主送风机,热气分布器,热气再循环,高强度喷嘴,入坯,出坯,英国带式快速干燥器,干燥缺陷分析,变形和开裂是最常见的干燥缺陷，本质是不均匀收缩引起的内应力造成的。直接原因可能是以下几方面。1.配方设计和坯料制备的原因1.1坯料配方中塑性粘土太多、太少。1.2坯料细度太粗、太细。1.3坯料含水率太高，组分分布不均匀。1.4练泥和成形过程造成颗粒的定向排列从而导致不均匀应力。2.成型过程的原因2.1成形时泥料受力不均匀，造成