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陶瓷生產(chǎn)工藝——干燥
發(fā)布時(shí)間：
2021-10-28 13:24
來(lái)源：
陶瓷的生產(chǎn)過(guò)程中有許多工藝，坯料與坯體的干燥是陶瓷生產(chǎn)中重要的工藝過(guò)程之一。在坯料(砂石、黏土)及釉料的制備過(guò)程中，一般需要對泥漿進(jìn)行壓濾脫水或噴霧干燥，使其達到一定的含水率。一般地，注漿成型法，坯料含水率為28%～38%；可塑成型法，坯料含水率為19%～25%；壓制成型法，坯料含水率為3%～7%。坯體中含有一定量的水分，其強度較低，在運輸和再加工(如黏結、修坯)過(guò)程中，很容易變形或因強度不高而破損，因而為了提高成型后坯體的強度，要進(jìn)行干燥。通過(guò)干燥處理，坯體失去可塑性，具有一定的彈性與強度。另一方面，坯體中含水率高，其吸附釉漿的能力差，所以為了提高坯體吸附釉層能力，其含水率應達到一定的程度。此外，經(jīng)干燥除去坯體中絕大多數的自由水之后，坯體很少發(fā)生收縮，從而使坯體在燒成階段可以快速升溫，而不發(fā)生制品變形或開(kāi)裂，既保證了燒成質(zhì)量又可以縮短燒成周期，最終提高窯爐利用率，降低能耗。通常坯體入窯前的含水率應干燥至2%以下。但過(guò)分干燥，也是不必要的，因為當坯體放置在大氣中時(shí)，會(huì )再吸附水分而膨脹，也可能發(fā)生開(kāi)裂。許多陶瓷制品在成型后要進(jìn)行濕修、鑲接或干修，它們都有自己合適的坯體含水量，因此，成型后的坯體的水分不能一次干燥到1%～3%，而要根據成型中各加工工序的要求，分階段地進(jìn)行干燥，最后干燥到適合進(jìn)窯的最終含水率。
類(lèi)型
按泥料的不同含水量，可分為等速干燥和降速干燥兩個(gè)階段。以可塑成型壞體為例，此種坯體含水分高，其固體物料量相對較少，水分充填于坯體的固體顆粒之間，表面水分均布，干燥時(shí)表面水分蒸發(fā)。固體顆粒間水分逐步排除而相互靠攏。整個(gè)坯體產(chǎn)生收縮。這時(shí)，當周?chē)鷾囟?、濕度等環(huán)境條件不變時(shí)，水分以近于相等的速度排除。這一階段為等速干燥階段。當坯體進(jìn)一步干燥，顆粒逐步相互靠攏貼緊。此時(shí)水分連續體不復存在，水分僅存在于顆粒間的空隙。干燥所排除的水分已不再來(lái)自坯體水分的連續體，而必須經(jīng)由坯體內的通道擴散至表面再蒸發(fā)排出。隨著(zhù)坯體水分的減少，干燥速度逐漸下降，由于顆粒已經(jīng)靠攏、坯體不再收縮。這一階段為降速干燥階段。半干和干法成型坯體含水分少。沒(méi)有等速于燥階段，坯體干燥收縮少，非大型或特異型制品不致因坯體收縮而產(chǎn)生廢品，干燥控制比較容易。干燥過(guò)程中，為防止產(chǎn)生廢品，可先在常溫下預干燥，然后再進(jìn)一步進(jìn)行燥。
干燥過(guò)程
干燥過(guò)程中，水分擴散是靠外擴散和內擴散來(lái)進(jìn)行的。外擴散指坯體表面的水分以蒸汽形式從表面擴散到周?chē)橘|(zhì)中的過(guò)程；內擴散則是水分在坯體內部進(jìn)行移動(dòng)的過(guò)程，內擴散根據水分移動(dòng)的推動(dòng)力不同，有濕傳導和熱濕傳導兩種形式。
(1)濕傳導：坯體在干燥過(guò)程中，由于表面水分的蒸發(fā)，在其表面與內部之間形成了水分濃度差，因此在坯體厚度的方向上有一個(gè)水分濃度梯度，由此引起水分的移動(dòng)。水分從坯體內部移動(dòng)到表面，主要是靠擴散滲透和毛細管力的作用來(lái)進(jìn)行的。因為水分的擴散及移動(dòng)速度與水分濃度梯度成比例，所以這種現象稱(chēng)為濕傳導，又叫濕擴散。
(2)熱濕傳導：使用輻射熱或高溫熱空氣干燥坯體時(shí)，由于坯體的導熱性較差，或者由于坯體表面水分蒸發(fā)時(shí)需要吸收大量的熱量，往往造成坯體的內、外溫度不同，在坯體的厚度方向上產(chǎn)生溫度梯度，由于坯體內的溫度梯度而引起水分移動(dòng)的現象稱(chēng)熱濕傳導，也叫熱擴散。產(chǎn)生熱擴散的原因可由毛細管現象來(lái)解釋。水的表面張力是隨溫度的增加而減小的，毛細管兩端存在溫差，導致兩端的表面張力不同，從而產(chǎn)生水分移動(dòng)，由表面張力較小處向表面張力較大處移動(dòng)，即由熱端向冷端移動(dòng)。因此熱擴散的方向與熱流的方向是一致的。
干燥特性
(1)加熱階段：坯體置于干燥介質(zhì)(熱空氣)中，坯體表面被加熱，水分蒸發(fā)速度很快地增大。但由于該階段時(shí)間很短，除去的水量不多。
加熱階段應防止黏土制品表面上凝聚水分，因為這樣會(huì )使其強度(結合性)下降，并且產(chǎn)生的應力可能使制品中出現開(kāi)裂現象。最有效的加熱方法是制品在成型以前用蒸汽加熱黏土坯料，這不但可以縮短干燥時(shí)間，還可降低坯體中的應力，提高制品質(zhì)量。也可以在相對濕度高的介質(zhì)中利用紅外線(xiàn)輻射來(lái)加熱制品。
(2)恒速干燥階段：當坯體內部水分移動(dòng)速度(內擴散速度)等于表面水分蒸發(fā)速度(亦等于外擴散速度)，坯體表面維持濕潤狀態(tài)。干燥介質(zhì)傳給坯體表面的熱量等于水分汽化所需的熱量，坯體表面溫度不變，等于介質(zhì)的濕球溫度。此時(shí)，干燥速度穩定，故稱(chēng)恒速干燥階段。在這一階段，是自由水(非結合水)進(jìn)行蒸發(fā)，坯體會(huì )產(chǎn)生體積收縮，并往往產(chǎn)生能使坯體成為廢品的收縮應力。干燥過(guò)快，坯體容易變形、開(kāi)裂。恒速干燥階段結束時(shí)，物料水分降低到臨界值。此時(shí)盡管物料內部可能仍有自由水，但在表層內已為結合水。到達臨界點(diǎn)后，表層停止收縮，再繼續干燥時(shí)僅增加坯體內的孔隙，因此恒速干燥階段是干燥的重要階段。
干燥速度(蒸發(fā)速度)與坯體表面和周?chē)橘|(zhì)的水蒸氣濃度差、分壓差、溫度差有關(guān)，也與坯體表面的空氣速度有關(guān)(增大坯體表面的氣流速度可以使氣膜阻力下降)。
(3)降速干燥階段：進(jìn)入降速干燥階段，坯體含水率減少，內擴散速度小于表面水分蒸發(fā)速度及外擴散速度，表面不再維持濕潤狀態(tài)，干燥速率逐漸降低。此階段，物料溫度開(kāi)始逐漸升高，由于是排出結合水，坯體不產(chǎn)生體積收縮(有時(shí)略有收縮)，不會(huì )產(chǎn)生干燥廢品。降速階段的干燥速度，取決于內擴散速率，故又稱(chēng)內擴散控制階段，此時(shí)坯體的結構、形狀、尺寸等因素影響著(zhù)干燥速率。
(4)平衡階段：當坯體干燥到表面水分達到平衡水分時(shí)，干燥速度降為零。此時(shí)，坯體與周?chē)橘|(zhì)達到平衡狀態(tài)。平衡水分的多少與坯體材料性質(zhì)和周?chē)橘|(zhì)的溫度和濕度有關(guān)，用吸附等溫線(xiàn)表示。
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