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陶瓷产业枯燥技能和设置装备摆设
作者:曾令可,王慧,程小苏,张明,罗民华,陈创亮


泉源:山东陶瓷   工夫:2013-7-23

择要:本文剖析了陶瓷枯燥历程的根本原理、枯燥的品种、各瓷种所用枯燥器分类以及微波枯燥技能的先辈性。
要害词:陶瓷坯体;枯燥技能;远红外枯燥;微波枯燥

1 媒介

  陶瓷的枯燥是陶瓷消费工艺中十分紧张的工序之一,陶瓷产品的质量缺陷有很大局部是因枯燥不妥而惹起的。陶瓷产业的枯燥履历了天然枯燥、室式烘房枯燥,到如今的种种热源的一连式枯燥器、远红外枯燥器、太阳无能燥器和微波枯燥技能。枯燥固然是一个技能绝对复杂,使用却非常普遍的产业历程,不光干系着陶瓷的产品格量及制品率,并且影响陶瓷企业的全体能耗。据统计,枯燥历程中的能耗占产业总燃料斲丧的15%,而在陶瓷行业中,用于枯燥的能耗占燃料总斲丧的比例远不止此数,故枯燥历程的节能是干系到企业节能的大事。陶瓷的枯燥速率快、节能、优质、无净化等是新世纪对枯燥技能的根本要求。
2 陶瓷枯燥历程机理
2.1 坯体中的水分

  陶瓷坯体的含水率一样平常在5%~25%之间,坏体与水分的联合情势,物料在枯燥历程中的变革以及影响枯燥速率的要素是剖析和改良枯燥器的实际根据。当坯体与肯定温度及湿度的运动氛围相打仗,势必开释出或吸取水分,使坏体含水率到达某一均衡数值。只需氛围的形态稳定,坯体中所到达的含水率就不再因打仗工夫增长而产生变革,此值便是坯体在该氛围形态下的安稳水分。而抵达均衡水分时湿坯体得到的水分为自在水分。也便是说,坯体水分是均衡水分和自在水分构成,在肯定的氛围形态下,枯燥的极限便是使坯体到达均衡水分。坯体内含有的水分可以分为物理水与化学水,枯燥历程只触及物理水,物理水又分为联合水与非联合水。非联合水存在于坯体的大毛细管内,与坯体联合松懈。坯体中非联合水的蒸发就像自在液面下水的蒸发一样,坏体外表水蒸气的分压力,即是其外表温度下的饱和水蒸汽分压力。坯体中非联合水排挤时,物料的颗粒相互靠拢,因而产生体积紧缩,故非联合水又称为紧缩水。联合水是存在于坯体微毛细管(直径小于0.1um)内及胶体颗粒外表的水,与坯体联合比力结实(属物理化学作用),因而当联合水排挤时,坯体外表水蒸汽的分压将小于坯体外表温度下的饱和水蒸汽分压力。在枯燥历程中当坯体外表水蒸汽分压力即是四周枯燥介质的水蒸汽分压力时,枯燥历程即中止,水分不克不及持续排挤,此时坯体中所含的水分即为均衡水,均衡水是联合水的一局部,它的几多取决于枯燥介质的温度和绝对湿度。在排挤联合水时,坯体体积不产生紧缩,比力宁静。
2.2 坯体的枯燥历程

  以对流枯燥历程为例,坯体的枯燥历程可以分为:传热历程、外分散历程、内分散历程,3个历程同时举行又互相联系。

  传热历程:枯燥介质的热量以对流方法传给坯体外表,又以传导方法从外表传向坯体外部的历程。坯体外表的水分失掉热量而汽化,由液态变为气态。

  外分散历程:坯体外表发生的水蒸汽,经过层流底层,在浓度差的作用下,由坯体外表向枯燥介质中挪动。

  内分散历程:由于湿坯体外表水分蒸发,使其外部发生湿度梯度,促使水分由浓度高的内层向浓度较低的外层分散,称湿传导或湿分散。

  在枯燥条件波动的状况下,坯体外表温度、水分含量、枯燥速率与工夫有肯定的干系,依据它们之间干系的变革特性,可以将枯燥历程分为:加热阶段、等速枯燥阶段、降速枯燥阶段3个历程。

  加热阶段,由于枯燥介质在单元工夫内传给坯体外表的热量大于外表水分蒸发所斲丧的热量,因而受热外表温度渐渐降低,直至即是枯燥介质的湿球温度,此时外表取得热与蒸发斲丧热到达静态均衡,温度稳定。此阶段坯体水分增加,枯燥速率增长。

  等速枯燥阶段,本阶段仍持续举行非联合水排挤。由于坏体含水分较高,外表蒸发了几多水量,外部就能增补几多水量,即坯体外部水分挪动速率(内分散速率)即是外表水分蒸发速率,亦即是外分散速率,以是外表维持湿润形态。别的,介质传给坯体外表的热量即是水分汽化所需的热量,以是坯体外表温度稳定,即是介质的湿球温度。坯体外表的水蒸汽分压即是外表温度下饱和水蒸汽分压,枯燥速率波动,故称等速枯燥阶段。本阶段是排挤非联合水,故坯领会发生体积紧缩,紧缩量与水分低落量成直线干系,若操纵不妥,枯燥过快,坏体极容易变形、开裂、形成枯燥废品。等速枯燥阶段完毕时,物料水分低落来临界值。此时只管物料外部还是非联合水,但在外表一层内开端呈现联合水。

  降速枯燥阶段,这一阶段中,坯体含水量增加,内分散速率赶不上外表水分蒸发速率和外分散速率,外表不再维持湿润,枯燥速率渐渐低落。由于外表水分蒸发所需热量增加,物料温度开端渐渐降低。物料外表水蒸汽分压小于外表温度下饱和水蒸汽分压。此阶段是排挤联合水,坏体不发生体积紧缩,不会发生枯燥废品。当物料水分降落即是均衡水分时,枯燥速率变为零,枯燥历程停止,即便延伸枯燥工夫,物料水分也不再产生变革。此时物料外表温度即是介质的干球温度,外表水蒸汽分压即是介质的水蒸汽分压。降速枯燥阶段的枯燥速率,取决于内分散速率,故又称内分散控制阶段,此时物料的布局、外形、尺寸等要素影响着枯燥速率。
2.3 影响枯燥速率的要素

  影响枯燥速率的要素有:传热速率、外分散速率、内分散速率。
2.3.1 加速传热速率

  为加速传热速率,应做到:1、进步枯燥介质温度,如进步枯燥窑中的热气体温度,增长热风炉等,但不克不及使坯体外表温度降低太快,制止开裂;2、增长传热面积;如改单面枯燥为双面枯燥,分层码坯或增加码坯层数,增长与热气体打仗面;3、进步对传播热系数。
2.3.2 进步外分散速率

  当枯燥处于等速枯燥阶段时,外分散阻力成为左右整个枯燥速率的次要抵牾,因而低落外分散阻力,进步外分散速率,对延长整个枯燥周期影响最大。外分散阻力次要产生在界限层里,因而应做到:1、增大介质流速,减薄界限层厚度等,进步对传播热系数,也可进步对传播质系数,利于进步枯燥速率;2、低落介质的水蒸汽浓度,增长传质面积,亦可进步枯燥速率。
2.3.3 进步水分的内分散速率

  水分的内分散速率是由湿分散和热分散配合作用的。湿分散是物猜中由于湿度梯度惹起的水分挪动,热分散是物理中存在温度梯度而惹起的水分挪动。要进步内分散速率应做到:
1、使热分散与湿分散偏向分歧,即想法使物猜中心温度高于外表温度,如远红外加热、微波加热方法;

2、当热分散与湿分散偏向分歧时,强化传热,进步物猜中的温度梯度,当两者相反时,增强温度梯度固然扩展了热分散的阻力,但可以加强传热,物料温度进步,湿分散得以增长,故能加速枯燥;
3、减薄坯体厚度,变单面枯燥为双面枯燥;
4、低落介质的总压力,有利于进步湿分散系数,从而进步湿分散速率;
5、其他坯体性子和外形等方面的要素。
3 枯燥技能分类

  按枯燥制度能否举行控制可分为:天然枯燥和人工枯燥,由于人工枯燥是人为控制枯燥历程,以是又称为强迫枯燥。按枯燥办法差别举行分类,可分为:
1、对流枯燥,其特点是使用气体作为枯燥介质,以肯定的速率吹拂坯体外表,使坯体得以枯燥。
2、辐射枯燥,其特点是使用红外线、微波炉等电磁波的辐射能,照射被枯燥的坯体使其得以枯燥。
3、真空枯燥,这是一种在真空(负压)下枯燥坯体的办法。坯体不必要升温,但需使用抽气设置装备摆设发生肯定的负压,因而体系必要密闭,难以一连消费。

4、团结枯燥,其特点是综合使用2种以上枯燥办法发扬它们各自的专长,上风互补,每每可以失掉更抱负的枯燥结果。

  另有一些枯燥办法,按枯燥制度能否一连分为间歇式枯燥器和一连式枯燥器。一连式枯燥器又可按枯燥介质与坯体的活动偏向差别分为逆流、逆流和混流;按枯燥器的形状差别分为室式枯燥器、隧道式枯燥器等。
4 各瓷种所用枯燥器特点
4.1 修建卫生陶瓷枯燥器
4.1.1 恒温恒湿大空间枯燥

  卫生洁具的坯体在微压之后水分为18%左右,此时强度低,不宜挪动转移,一样平常接纳当场枯燥的办法。一样平常厂家接纳汽锅蒸汽加热的办法,它的特点是燃料本钱低,可以构成肯定的枯燥氛围。同时缺陷许多,如无横向氛围活动;排湿功效差,枯燥工夫长;无透风体系,工人事情条件差。因而比力先辈的“恒温恒湿体系”被接纳。这种体系不必要改动原来的消费流程、消费工艺,还可以减速枯燥速率,它的另一大特点是具有强迫透风功效。这一体系也存在一系列的题目,如动力斲丧大;参数滞后;枯燥差别步等。尤其是比年来石膏模有变大趋向,那么坯体的枯燥工夫和要求就纷歧样,为了包管每一班的消费方案,石膏模的枯燥成为消费方案的次要抵牾。在办理这一题目上接纳密封式枯燥体系,即石膏模出坯后整个成形线密封,在这个小的空间内利用小型的恒温恒湿体系。
4.1.2 热风疾速枯燥

  疾速枯燥便是枯燥氛围按坯体的差别及坯体枯燥水平而变革,时候坚持最佳枯燥氛围,进步枯燥速率。温湿度主动调治疾速枯燥室具有以下几个特点:1.空间小,参数调解时呼应快,准确度高;2.可以依据坯体的状况,设定差别的枯燥曲线3.工控机控制,主动化水平高,增加人为失误的要素,坯体枯燥及格率高。这一体系由房体布局、热风炉、布风体系、搅拌体系、控制体系、温度体系等6局部构成。
4.1.3 蒸汽疾速枯燥

  这里讨论的是蒸汽间接枯燥,便是坯体出模后,沿轨道进入末了关闭的枯燥室中,封闭枯燥室后将蒸汽沿顶部的管道间接进入密封枯燥室中,蒸汽在密屋中收缩降压,湿蒸汽由密屋底部的管道排挤接纳。它的最大的好处是枯燥快,正品率高。
4.1.4 工频电枯燥

  便是将工频电(50Hz)经过坯体,由于坯体的电阻作用使得整个坯体匀称升温枯燥,到达了既升温又无温度梯度的目标。工频电枯燥的缺陷是枯燥前的预备事情很贫苦,并且它只合适单件产品枯燥。
4.2 墙地砖枯燥

  墙地砖的坯体从压机出来后一样平常都是由窑炉的余热来举行枯燥,但随着产品的规格尺寸越来越大,最大达1.2*2m2乃至更大,厚度越来越厚,从8mm增大到60mm,靠窑炉的余热曾经不克不及满意枯燥的要求。并且随着产品的高等化、颜色多样化,对窑内的氛围的控制要求越来越准确和严厉,用余热来枯燥坯体时,枯燥段的调解会惹起窑内氛围的变革,乃至增长窑炉烧成燃料的斲丧,有的增长1~2吨燃料。于是便呈现了立式枯燥器、枯燥窑、多层枯燥窑等。
4.2.1 立式枯燥窑

  它是使用比力普遍的枯燥设置装备摆设,占空中积小,枯燥小规格的墙地砖,具有较好的结果。
4.2.3 枯燥窑

  枯燥窑是间接加在烧成窑之前,表面上是窑炉的一局部(称为预寒带)或是在窑的阁下独立制作一条长宽相称的枯燥窑。坯体从压机出来或施釉后出来间接进入枯燥窑枯燥,枯燥完坯体间接进入预寒带或经传动进入烧成窑举行烧成。它由热风炉、布风体系、窑体布局3个局部构成,枯燥窑热使用率好的一样平常只接纳烧成窑的热风根本上能满意枯燥要求,有的差一点或要求枯燥水分低一点的,除了用烧成窑的热风外,还必要别的烧热风炉,天天斲丧燃料2~3t。
4.2.3 多层枯燥窑

  随着技能的前进,坯体中含水率越来越低,枯燥历程需将含水率从8%低落到1%,利用一样平常枯燥窑不克不及到达这个目标。多层枯燥窑办理了这个16山东陶瓷第26卷题目。它是由窑头列队器,窑尾搜集器及多少枯燥单位构成,每个单位都是独立的,它们的温度、湿度、透风量独自由热风炉调治。它的好处是:充足的枯燥工夫;表面面积小,散热丧失小;出风口贴近砖面,枯燥强度高;调治温度时透风量不会遭到影响,因而热风吹过砖坯外表的速率及范畴都不会因温度的调解而变化,但多层枯燥窑的调控绝对比力难,分外是窑宽增长,无法包管窑内温度的匀称,惹起枯燥结果纷歧。
4.3 日用陶瓷枯燥

  日用陶瓷枯燥与卫生陶瓷或墙地砖坯体的枯燥差别,其特点是:¹坯体的品种单一、数目大、尺寸小、外形庞大,变形和开裂是最罕见的两种缺陷;º消费工艺历程中一样平常有脱模、翻坯、修坯、接把、上釉等工序,多为流水作业。因而日用瓷的枯燥次要利用链式枯燥器。依据链条的部署方法可分为:程度多层部署枯燥器、程度单层部署枯燥器、垂直(立式)部署枯燥器。
5 远红外枯燥技能

  红外辐射枯燥技能越来越遭到各行各业人们的器重,在餐饮枯燥、烟草、木料、中草药、纸板、汽车、自行车、金属体烤漆等方面发扬很大作用。别的,远红外枯燥也被使用于陶瓷枯燥中。大局部物体吸取红外的波长范畴都在远红外区,水和陶瓷坯体在远红外区也有强的吸取峰,可以激烈地吸取远红外线,发生剧烈的共振征象,使坯体敏捷变热而使之枯燥。且远红外对被照物体的穿透深度比近、中红外深。因而接纳远红外枯燥陶瓷更公道。远红外枯燥比一样平常的热风、电热等加热办法具有高效快干、浪费动力、节流工夫、利用利便、枯燥匀称、占空中积小等好处,从而到达了高产、优质、低斲丧的优秀结果。

  据陶瓷厂消费理论证明,接纳远红外枯燥比近红外线枯燥工夫可延长一半,是热风枯燥的1/10,成坯率达90%以上,比近红外枯燥节电20~60%[1]。郑州瓷厂对10吋平盘举行远红外枯燥,后果证明,消费周期进步一倍,由通常枯燥工夫2.5~3h,延长为1h,本钱低、投资小、奏效快、卫生条件好、占空中积小。远红外质料的研讨比年来很活泼,并且获得了很猛进展,在各行各业也有许多乐成使用的例子,为什么在修建卫生陶瓷的枯燥线上却少有人问津呢?
6 微波枯燥技能

  微波是指介于高频与远红外线之间的电磁波,波长为0.001~1m,频率为300~300000MHz。微波枯燥是用微波照射湿坯体,电磁场偏向和巨细随工夫作周期性变革使坯体内极性水分子随着交变的高频电场变革,使分子发生猛烈的转动,产生摩擦转化为热能,到达坯体全体匀称升温、枯燥的目标[2,3,4]。微波的穿透才能比远红外线大得多,并且频率越小,微波的半功率深度越大。微波枯燥的特点:
(1)匀称疾速,这是微波枯燥的次要特点。由于微波具有较大的穿透才能,加热时可使介质外部间接发生热量。不论坯体的外形怎样庞大,加热也是匀称疾速的,这使得坯体脱水快,脱模匀称,变形小,不易发生裂纹。
(2)具有选择性,微波加热与物质的自己性子有关。在肯定频率的微波场中,水由于其介质消耗比别的干物料大,故水分比别的物料的吸热量大得多;同时由于微波加热是内外同时举行,外部水分可以很快地被加热并间接蒸收回来;如许陶瓷坯体可以在很短的工夫内经加热而脱模。
(3)热服从高、反响敏捷,由于热量间接来自于枯燥物料外部,热量在四周介质中的消耗少少,加上微波加热腔自己不吸热,不吸取微波,所有发射作用于坯体,热服从高。

  微波加热设置装备摆设次要由直流电源、微波管、毗连波导、加热器及冷却体系等几个局部构成。微波加热器依照加热物和微波场作用的情势可分驻波场谐振加热器、行波场波导加热器、辐射型加热器、慢波型加热器等几大类。
6.1 微波枯燥在日用陶瓷中使用

  湖北国光瓷业团体有限公司[yǒu xiàn gōng sī],依据日用陶瓷的工艺特点,设计了一条日用陶瓷疾速脱水枯燥线用于消费中,理论证明,与传统链式枯燥线相比,成坯率进步10%以上,脱模工夫从35~45min延长到5~8min,利用模具数目由400~500件降落致100~120件,微波枯燥线所占空中积小,消费无净化,其服从是链式枯燥的6.5倍,除了可少量浪费石膏模具外,与二次疾速枯燥线共同利用,关于10.5吋平盘总枯燥本钱可降落350元/万件[5]。
6.2 微波枯燥在电瓷中的使用

  陶瓷产业枯燥技能和设置装备摆设辽宁抚顺煤油化工公司李春原对电瓷枯燥工艺接纳微波加热枯燥技能、分量鉴读控制技能、红外测温鉴读控制技能,对庞大外形的电瓷举行枯燥,与惯例蒸汽枯燥办法相比力,可进步消费率24~30倍,进步制品率15~35%,相反产量占空中积仅是现有工艺的二非常之一左右,可大幅度进步经济效益。这对修建卫生陶瓷、墙地砖等一些异型产品的枯燥可提供自创。
6.3 多孔陶瓷的枯燥

  多孔陶瓷由于具无机械强度高、易于再生、化学波动性好、耐热性好、孔道散布匀称等好处,具有宽广的使用远景,并被普遍使用于化工、环保、动力、冶金、电子、煤油、冶炼、纺织、制药、餐饮机器、水泥等范畴。作为吸声质料敏感元件和人工骨、齿根等质料也越来越遭到人们的器重。由于多孔质料成形时含水分较多,孔隙多,且坯体内孔壁分外薄,用传统的办法因加热不匀称,极难枯燥,加之这些多孔质料导热系数差,其枯燥历程要求分外严厉,分外是用于环保汽车等方面的蜂窝陶瓷,枯燥历程控制欠好,易变形,影响孔隙率及比外表积。微波枯燥技能已乐成地使用于多孔陶瓷的枯燥,能很容易地把坯体的水分从18~25%低落到3%以下,降水率到达0.7~1.5kg,大大延长枯燥工夫、进步制品率。ag8官网亦把微波枯燥使用于劈开砖的湿坯枯燥,结果亦十分分明。
7 瞻望

  微波加热固然有很多好处,但其牢固投资和纯消费用度较别的加热办法为高,分外是耗电较多,使消费本钱增长;微波在大能量永劫间的照射下,对人体安康带来倒霉影响;微波加热是有选择性的。因而独自接纳微波枯燥或对流枯燥都有它们的优劣之处。假如综合两者将会使两种办法的好处失掉充实的发扬。即在疾速枯燥室内,增长微波产生器。在坯体的升温阶段,微波产生器以最大功率运转,如许总的加热工夫将增加50%,总能耗并没有增长,并且坯体及格率高。ag8官网应该尽大概使微波炉布局设计公道,防辐射步伐妥当,可使微波辐射减至最小,对人体完全没有影响[6]。以是为了更好地发扬微波技能的好处,除了接纳混和加热或混淆枯燥技能外,增强美满陶瓷质料与微波之间的作用机理的研讨,增强陶瓷质料的介电功能、介质斲丧与微波频率及温度干系的底子数据实验,美满微波枯燥的工艺及设置装备摆设,使这一技能为陶瓷行业办事。
 

参考文献
[1] 史维治.远红外线在陶瓷枯燥中的使用.
[2] 罗民华1曾令可等.微波技能使用于陶瓷行业的辩证思索.佛山陶瓷12001(12):4~8.
[3] 曾令可.微波枯燥产品变形开裂缘故原由息争决的办法.修建卫生陶瓷12002(2):77~80.
[4] 曾令可1微波枯燥陶瓷产品开裂缘故原由息争决办法及其与传统枯燥比力.陶瓷学报.2001.22(4):254~258.
[5] 邹长元等.微波枯燥在日用陶瓷产业消费中的使用.陶瓷工程12001(6):25~26.
[6] 罗民华1曾令可.微波加热技能使用于陶瓷行业必要办理的几个题目.陶瓷学报12001122(4):268~275.Drying Technique and Equipment of Ceramic IndustryZENG ling-ke,WANG hui,CHENGxiao-su,ZHANG ming,LUO min-hua,CHENchuang-liang(Material MstituteHuanan University ofScience and Engineering,Guangzhou510640)Abstract The paper analyzes the fundamentals of drying process,drying type,drier classification for use with allkinds of ceramics and advanced character of microwave drying technique.Key words Ceramic body;Drying technigue;Far infrared drying;Microwave drying.

 

 

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