陶瓷工藝學(xué)第八章坯體的干燥

1、第八章第八章 坯體的干燥坯體的干燥第一節(jié)第一節(jié) 干燥的作用與干燥過程干燥的作用與干燥過程第二節(jié)第二節(jié) 干燥制度的確定干燥制度的確定第三節(jié)第三節(jié) 干燥方法干燥方法1. 干燥的作用：干燥的作用： 排除坯體中的水分排除坯體中的水分坯體成形含水率坯體成形含水率注漿法注漿法 3035 可塑法可塑法 1526 壓制法壓制法 314 等靜壓法等靜壓法 13坯體中水分的種類坯體中水分的種類自由水自由水 （通過干燥排除）（通過干燥排除） 化學(xué)結(jié)合水化學(xué)結(jié)合水 吸附水吸附水干燥的目的：干燥的目的：排除坯體中的水分，同時(shí)賦予坯體一定排除坯體中的水分，同時(shí)賦予坯體一定的干燥的干燥 強(qiáng)度，滿足搬運(yùn)以及后續(xù)工序（修坯、粘

2、結(jié)、強(qiáng)度，滿足搬運(yùn)以及后續(xù)工序（修坯、粘結(jié)、施釉）的要求。施釉）的要求。第一節(jié)第一節(jié) 干燥的作用與干燥過程干燥的作用與干燥過程2. 干燥機(jī)理及干燥過程干燥機(jī)理及干燥過程 干燥機(jī)理干燥機(jī)理坯體干燥過程坯體干燥過程13時(shí)間時(shí)間升速階段升速階段等速干燥階段等速干燥階段 降速干燥階段降速干燥階段 平衡階段平衡階段 介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度21坯體含水率坯體含水率 2干燥速度干燥速度 3坯體表面溫度坯體表面溫度OABCD干燥過程各階段的特征：干燥過程各階段的特征： OA 升速干燥階段升速干燥階段溫度溫度逐漸升高至干燥介質(zhì)濕球溫度逐漸升高至干燥介質(zhì)濕球溫度TA干燥速度干燥速度由零升至最大，蒸發(fā)表面水分。由零升至最

3、大，蒸發(fā)表面水分。 吸熱吸熱蒸發(fā)水分，提高坯體溫度。蒸發(fā)水分，提高坯體溫度。收縮收縮很小。很小。A B等速干燥階段等速干燥階段表面溫度表面溫度不變，不變， 干燥速度干燥速度保持衡定，內(nèi)擴(kuò)散速度等于外保持衡定，內(nèi)擴(kuò)散速度等于外 擴(kuò)散速度。擴(kuò)散速度。 吸熱吸熱全部用于蒸發(fā)水分。全部用于蒸發(fā)水分。 收縮收縮較大，相當(dāng)于干燥水分的體積。較大，相當(dāng)于干燥水分的體積。CD 平衡階段平衡階段坯體與介質(zhì)達(dá)到平衡狀態(tài)，干燥過程完成。坯體與介質(zhì)達(dá)到平衡狀態(tài)，干燥過程完成。注意：注意：1）B點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)，此后進(jìn)入干燥安全狀態(tài)。點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)，此后進(jìn)入干燥安全狀態(tài)。 2）C點(diǎn)平衡狀態(tài)點(diǎn)，標(biāo)志著干燥結(jié)束。但含水點(diǎn)平衡狀態(tài)

4、點(diǎn)，標(biāo)志著干燥結(jié)束。但含水率不為零。率不為零。 3）“返潮返潮”問題。問題。 B C 降速干燥階段降速干燥階段表面溫度表面溫度升高至介質(zhì)溫度。升高至介質(zhì)溫度。 干燥速度干燥速度逐漸減小至零，逐漸減小至零， 與介質(zhì)達(dá)到平衡。與介質(zhì)達(dá)到平衡。 吸熱吸熱蒸發(fā)水分，提高坯體溫度。蒸發(fā)水分，提高坯體溫度。 收縮收縮基本不收縮?；静皇湛s。坯體含水率坯體含水率坯體溫度坯體溫度干燥速度干燥速度 3. 干燥收縮與變形干燥收縮與變形3.1收縮與變形的原因收縮與變形的原因 干燥干燥 顆粒表面自由水膜變薄顆粒表面自由水膜變薄 顆粒之間靠近顆粒之間靠近 發(fā)發(fā)生收縮生收縮 坯料部分顆粒的取向性排列坯料部分顆粒的取向性排

5、列 收縮的各向異收縮的各向異性性 產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力大于塑性狀態(tài)屈服值時(shí)大于塑性狀態(tài)屈服值時(shí) 變形變形 內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力大于或塑性狀態(tài)的破裂破裂值或彈性狀態(tài)抗大于或塑性狀態(tài)的破裂破裂值或彈性狀態(tài)抗拉強(qiáng)度時(shí)拉強(qiáng)度時(shí) 開裂開裂3.2 影響坯體收縮變形的主要因素影響坯體收縮變形的主要因素1）坯體中粘土性能）坯體中粘土性能 （顆粒（顆粒 粗細(xì)粗細(xì) ，多少多少 ，分布分布 ） 細(xì)細(xì) ， 吸附水膜厚，可塑性好，收縮變形吸附水膜厚，可塑性好，收縮變形大。大。2）粘土吸附陽離子的種類）粘土吸附陽離子的種類 3）坯體的含水率）坯體的含水率 含水率大，收縮大，變形開裂的可能性大。含水率大，收縮大，變形開

6、裂的可能性大。4）坯體的成形方法）坯體的成形方法 與含水率的關(guān)系與含水率的關(guān)系5）坯體的形狀）坯體的形狀 形狀復(fù)雜、形狀復(fù)雜、 薄厚不勻容易變形開裂。薄厚不勻容易變形開裂。干燥介質(zhì)的種類干燥介質(zhì)的種類 溫度、濕度，溫度、濕度， 流量、流速等流量、流速等 坯體的性質(zhì)坯體的性質(zhì)1. 影響干燥速度的因素影響干燥速度的因素1.1 影響內(nèi)擴(kuò)散的因素影響內(nèi)擴(kuò)散的因素內(nèi)擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散形式形式熱濕傳導(dǎo)：溫度差引起的水分沿溫度梯度方熱濕傳導(dǎo)：溫度差引起的水分沿溫度梯度方 向擴(kuò)散。向擴(kuò)散。 熱端熱端 冷端冷端 濕傳導(dǎo)：濕度差引起水分沿濕度方向的擴(kuò)散。濕傳導(dǎo)：濕度差引起水分沿濕度方向的擴(kuò)散。 濕端濕端 干端干端1）熱濕

7、傳導(dǎo)方向與濕傳導(dǎo)方向一致性。）熱濕傳導(dǎo)方向與濕傳導(dǎo)方向一致性。 微波干燥、遠(yuǎn)紅外干燥。微波干燥、遠(yuǎn)紅外干燥。干燥過程各干燥過程各階段的速度階段的速度影響速度影響速度的參數(shù)的參數(shù)第二節(jié)第二節(jié) 干燥制度的確定干燥制度的確定2）坯料的顆粒組成和礦物組成）坯料的顆粒組成和礦物組成粗顆粒，瘠性料，毛細(xì)管粗?jǐn)U散阻力小有利于水分的粗顆粒，瘠性料，毛細(xì)管粗?jǐn)U散阻力小有利于水分的擴(kuò)散。擴(kuò)散。3）生坯的溫度以及內(nèi)外濕度差）生坯的溫度以及內(nèi)外濕度差溫度高，水分粘度小、表面張力小有利于擴(kuò)散。溫度高，水分粘度小、表面張力小有利于擴(kuò)散。 濕度差大，濕擴(kuò)散速度快。濕度差大，濕擴(kuò)散速度快。1.2 影響外擴(kuò)散的因素影響外擴(kuò)散的

8、因素 表面水分汽化，向介質(zhì)擴(kuò)散。表面水分汽化，向介質(zhì)擴(kuò)散。相關(guān)因素：相關(guān)因素：干燥介質(zhì)、生坯溫度；干燥介質(zhì)、生坯溫度； 干燥介質(zhì)的流速、干燥介質(zhì)的流速、方向。方向。1.3 其它因素其它因素1）干燥方式；）干燥方式； 2）坯體厚度和形狀）坯體厚度和形狀 3）干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及坯體放置位置是否合理。）干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及坯體放置位置是否合理。2. 干燥介質(zhì)參數(shù)的確定干燥介質(zhì)參數(shù)的確定2.1介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度 1）坯體的大小、形狀、厚度、組成、含水率）坯體的大小、形狀、厚度、組成、含水率 、大件、大件、復(fù)雜坯體復(fù)雜坯體 低溫高濕低溫高濕高溫低濕高溫低濕（臨界點(diǎn)）；（臨界點(diǎn)）； 小件、小件、簡(jiǎn)單坯體簡(jiǎn)單坯

9、體 高溫低濕干燥。高溫低濕干燥。 帶石膏模干燥時(shí)帶石膏模干燥時(shí) 溫度不大于溫度不大于70，否則模型強(qiáng)度，否則模型強(qiáng)度降低。降低。2）熱能的充分利用和設(shè)備的因素）熱能的充分利用和設(shè)備的因素 介質(zhì)溫度太高，熱效率低，傳熱設(shè)備使用壽命降低。介質(zhì)溫度太高，熱效率低，傳熱設(shè)備使用壽命降低。2.2 干燥介質(zhì)的濕度干燥介質(zhì)的濕度 濕度太低，干燥太快，容易產(chǎn)生變形和開裂。濕度太低，干燥太快，容易產(chǎn)生變形和開裂。 例如：大件的衛(wèi)生瓷坯體，通常采用分段干燥方法。例如：大件的衛(wèi)生瓷坯體，通常采用分段干燥方法。2.3 干燥介質(zhì)的流速和流量干燥介質(zhì)的流速和流量 提高介質(zhì)的流速和流量可以提高干燥速度。提高介質(zhì)的流速和流量

10、可以提高干燥速度。 注意防止變形、開裂。注意防止變形、開裂。1）熱空氣干燥）熱空氣干燥 2）工頻電干燥）工頻電干燥 3）直流電干燥）直流電干燥 4）輻射干燥）輻射干燥 5）綜合干燥）綜合干燥第三節(jié)第三節(jié) 干燥方法干燥方法1. 熱空氣干燥熱空氣干燥室式干燥、隧道式干燥、噴霧干燥、鏈?zhǔn)礁稍锛盁岜酶稍铩Ｊ沂礁稍?、隧道式干燥、噴霧干燥、鏈?zhǔn)礁稍锛盁岜酶稍铩?.1 室式干燥（室式烘房）室式干燥（室式烘房）分類：固定坯架式；活動(dòng)坯車式。分類：固定坯架式；活動(dòng)坯車式。 暖氣式；熱風(fēng)式；溫度濕度可調(diào)式。暖氣式；熱風(fēng)式；溫度濕度可調(diào)式。特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，熱效率低，干燥周期長(zhǎng)。特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，熱

11、效率低，干燥周期長(zhǎng)。1.2 隧道式干燥隧道式干燥1鼓分機(jī)鼓分機(jī) 2總進(jìn)熱風(fēng)道總進(jìn)熱風(fēng)道 3連通進(jìn)熱風(fēng)道連通進(jìn)熱風(fēng)道 4支進(jìn)熱風(fēng)道支進(jìn)熱風(fēng)道 5干燥隧道干燥隧道 6廢氣排除通道廢氣排除通道 7排風(fēng)機(jī)排風(fēng)機(jī)1.3 鏈?zhǔn)礁稍镦準(zhǔn)礁稍锍尚纬尚蚊撃Ｃ撃Ｐ夼餍夼?常利用隧道窯余熱與成形機(jī)、自動(dòng)脫模機(jī)、修坯常利用隧道窯余熱與成形機(jī)、自動(dòng)脫模機(jī)、修坯機(jī)配套機(jī)配套 形成自動(dòng)流水線。適應(yīng)中、小件產(chǎn)品，熱效率形成自動(dòng)流水線。適應(yīng)中、小件產(chǎn)品，熱效率高。高。 國(guó)產(chǎn)鏈?zhǔn)礁稍餀C(jī)比較落后。國(guó)產(chǎn)鏈?zhǔn)礁稍餀C(jī)比較落后。1.4 輥道傳送式干燥輥道傳送式干燥一種與輥道窯一體（下層）的干燥方式。一種與輥道窯一體（下層）的干燥方式。 熱

12、源：輥道窯余熱或熱風(fēng)機(jī)供熱。熱源：輥道窯余熱或熱風(fēng)機(jī)供熱。 特點(diǎn)：熱效率高，干燥質(zhì)量好。特點(diǎn)：熱效率高，干燥質(zhì)量好。1.5 噴霧干噴霧干 燥燥泥漿含水率：泥漿含水率：3050 造霧方式：壓力式、氣流式造霧方式：壓力式、氣流式 熱空氣溫度：熱空氣溫度：400600 流體流動(dòng)方式：逆流、順流式流體流動(dòng)方式：逆流、順流式特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高 產(chǎn)量大，產(chǎn)量大， 顆粒流動(dòng)性好，坯體顆粒流動(dòng)性好，坯體 強(qiáng)強(qiáng) 度高，致密度高度高，致密度高 。1.6 熱泵干燥熱泵干燥基本原理：高溫?zé)釢駳怏w經(jīng)過冷凝換熱，排除水分后再加熱基本原理：高溫?zé)釢駳怏w經(jīng)過冷凝換熱，排除水分后再加熱 循環(huán)使

13、用。循環(huán)使用。1.7 脈沖干燥脈沖干燥基本原理：墻地磚坯體輸送的流動(dòng)方向的兩側(cè)，脈沖利用基本原理：墻地磚坯體輸送的流動(dòng)方向的兩側(cè)，脈沖利用 干熱空氣來干燥坯體。干熱空氣來干燥坯體。2. 工頻電干燥工頻電干燥基本原理：將坯體兩端加交流電壓（相當(dāng)于并聯(lián)進(jìn)入電路），基本原理：將坯體兩端加交流電壓（相當(dāng)于并聯(lián)進(jìn)入電路）， 通電后坯體內(nèi)部發(fā)熱，蒸發(fā)水分干燥。通電后坯體內(nèi)部發(fā)熱，蒸發(fā)水分干燥。特點(diǎn)：熱濕擴(kuò)散方向與濕擴(kuò)散方向一致，干燥效率高，特點(diǎn)：熱濕擴(kuò)散方向與濕擴(kuò)散方向一致，干燥效率高， 質(zhì)量好，干燥后期耗電量大。適用于大厚制品。質(zhì)量好，干燥后期耗電量大。適用于大厚制品。含水率與耗電量的關(guān)系含水率與耗電量

14、的關(guān)系電壓：初期電壓：初期 3040v 后期后期 220v以上。以上。含水率含水率電能消耗（電能消耗（kwh/kg）3. 直流電干燥直流電干燥基本原理：泥料中的水分以水化陽離子的形式存在，在電場(chǎng)基本原理：泥料中的水分以水化陽離子的形式存在，在電場(chǎng) 作用下，發(fā)生電動(dòng)現(xiàn)象，水分子向負(fù)極運(yùn)動(dòng)排除。作用下，發(fā)生電動(dòng)現(xiàn)象，水分子向負(fù)極運(yùn)動(dòng)排除。特點(diǎn)：干燥均勻，速度快，不易變形質(zhì)量好。特點(diǎn)：干燥均勻，速度快，不易變形質(zhì)量好。 剩余少量水分需要用其它干燥方法排除。剩余少量水分需要用其它干燥方法排除。通電時(shí)間（通電時(shí)間（min）濕濕坯坯質(zhì)質(zhì)量量（g）4. 輻射干燥輻射干燥基本原理：坯體中的水分選擇性吸收特定波

15、長(zhǎng)的電磁波，基本原理：坯體中的水分選擇性吸收特定波長(zhǎng)的電磁波， 產(chǎn)生熱效應(yīng)，排除水分。產(chǎn)生熱效應(yīng)，排除水分。特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，干燥速度快，質(zhì)量好。特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，干燥速度快，質(zhì)量好。種類：高頻干燥、微波干燥、紅外干燥。種類：高頻干燥、微波干燥、紅外干燥。電磁波分類：按波長(zhǎng)（電磁波分類：按波長(zhǎng)（um）分。）分。 可見光可見光 近紅外線近紅外線 遠(yuǎn)紅外線遠(yuǎn)紅外線 微波微波 無線電波無線電波 0.760.4 5.60.76 10005.6 107103 1010107 電磁波頻率在電磁波頻率在107HZ附近，屬于超高頻微波的范疇，輻射坯體附近，屬于超高頻微波的范疇，輻射

16、坯體 水分子吸收熱量，達(dá)到干燥的目的。干燥質(zhì)量好，成本高。水分子吸收熱量，達(dá)到干燥的目的。干燥質(zhì)量好，成本高。4.2 微波干燥微波干燥 微波在陶瓷行業(yè)應(yīng)用：微波燒結(jié)、微波干燥、微波檢測(cè)微波在陶瓷行業(yè)應(yīng)用：微波燒結(jié)、微波干燥、微波檢測(cè) 。微波干燥常用頻率：微波干燥常用頻率：955 25MHZ 2450 25MHZ特點(diǎn)：微波對(duì)良導(dǎo)體能夠產(chǎn)生全反射（金屬），對(duì)不良導(dǎo)體特點(diǎn)：微波對(duì)良導(dǎo)體能夠產(chǎn)生全反射（金屬），對(duì)不良導(dǎo)體 則部分反射，大部分吸收。微波干燥器外殼以及防護(hù)板全部則部分反射，大部分吸收。微波干燥器外殼以及防護(hù)板全部 采用金屬材料制成。微波干燥快速安全。采用金屬材料制成。微波干燥快速安全。資料

17、報(bào)道：碗盤類制品熱空氣干燥需要幾十分鐘，微波干燥資料報(bào)道：碗盤類制品熱空氣干燥需要幾十分鐘，微波干燥 只需要只需要3分鐘就能完成。英國(guó)的微波真空干燥技術(shù)分鐘就能完成。英國(guó)的微波真空干燥技術(shù)1.5分鐘分鐘 即可完成，大大延長(zhǎng)了石膏模具的壽命。即可完成，大大延長(zhǎng)了石膏模具的壽命。4.1 高頻干燥高頻干燥4.3 紅外干燥紅外干燥遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng) 2.51000um 近紅外波長(zhǎng)近紅外波長(zhǎng) 0.752.5um 根據(jù)水分子對(duì)紅外線的吸收特性，通常選擇的干燥波長(zhǎng)為根據(jù)水分子對(duì)紅外線的吸收特性，通常選擇的干燥波長(zhǎng)為 2.515um的遠(yuǎn)紅外線。的遠(yuǎn)紅外線。1）遠(yuǎn)紅外反射器）遠(yuǎn)紅外反射器 基體、輻射涂層、熱源

18、、保溫裝置部分構(gòu)成?；w、輻射涂層、熱源、保溫裝置部分構(gòu)成。 基體：基體：金屬（鋼、鋁）、陶瓷（碳化硅、鋯英石質(zhì)耐火材料）金屬（鋼、鋁）、陶瓷（碳化硅、鋯英石質(zhì)耐火材料） 輻射層：輻射層：全波涂料全波涂料2.515（SiC、 Fe2O3、 Fe2O3 為主體）為主體） 長(zhǎng)波涂料長(zhǎng)波涂料6um以上（鋯鈦系、鋯英石系）以上（鋯鈦系、鋯英石系） 短波涂料短波涂料3.5um以下（富含以下（富含SiO2、半導(dǎo)體氧化鈦、半導(dǎo)體氧化鈦TiO1.9） 采用涂刷粘結(jié)、等離子噴涂和復(fù)合燒結(jié)的方法與基體結(jié)合。采用涂刷粘結(jié)、等離子噴涂和復(fù)合燒結(jié)的方法與基體結(jié)合。 熱源：熱源：電阻絲。輻射體溫度高，輻射強(qiáng)度高。電阻絲。

19、輻射體溫度高，輻射強(qiáng)度高。400500最好。最好。2）紅外干燥遠(yuǎn)特點(diǎn)）紅外干燥遠(yuǎn)特點(diǎn)A) 速度快，效率高。速度快，效率高。 B) 熱效率高，節(jié)約能源，單位坯體能耗是近紅外的熱效率高，節(jié)約能源，單位坯體能耗是近紅外的1/2， 熱空氣干燥的熱空氣干燥的1/3。 C) 設(shè)備小，造價(jià)低，占地面積小。設(shè)備小，造價(jià)低，占地面積小。 D) 干燥效果好，干燥效果好，5. 綜合干燥綜合干燥干燥方法特點(diǎn)結(jié)合干燥過程各階段的特點(diǎn)干燥方法特點(diǎn)結(jié)合干燥過程各階段的特點(diǎn)5.1 輻射干燥和熱空氣對(duì)流干燥相結(jié)合輻射干燥和熱空氣對(duì)流干燥相結(jié)合 例如英國(guó)帶式快速干燥器例如英國(guó)帶式快速干燥器5.2 工頻電干燥、紅外干燥與熱風(fēng)干燥相結(jié)合工頻電干燥、紅外干燥與熱風(fēng)干燥相結(jié)合 大件注漿產(chǎn)品先用電熱干燥除去大部分水分后，施釉后采用大件注漿產(chǎn)品先用電熱干燥除去大部分水分后，施釉后采用 紅外干燥和熱風(fēng)干燥交替進(jìn)行，除去剩余水分。紅外干燥和熱風(fēng)干燥交替進(jìn)行，除去剩余水分。濕氣排除濕氣排除紅外輻射器紅外輻射器燃燒器燃燒器燃燒室燃燒室主送風(fēng)機(jī)主送風(fēng)機(jī)熱氣分布器熱氣分布器熱氣再循環(huán)熱氣再循環(huán)高強(qiáng)度噴嘴高強(qiáng)度噴嘴入坯入坯出坯出坯英國(guó)帶式快速干燥器英國(guó)帶式快速干燥器干燥缺陷分析干燥缺陷分析 變形和開裂是最常見的干燥缺陷，本質(zhì)是