陶瓷工艺学6第7章坯体的干燥.

1第六章坯体的干燥2§7–1干燥作用与干燥过程§7–2干燥制度的确定§7–3干燥方法§7–4干燥缺陷分析第七章坯体的干燥3§7–1干燥作用与干燥过程1.干燥的作用：排除坯体中的水分坯体成形含水率注浆法30％～35％可塑法15％～26％压制法3％～14％等静压法1％～3％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。42.干燥过程坯体干燥过程四个阶段示意图13时间升速阶段等速阶段降速阶段平衡阶段介质温度21—坯体含水率2—干燥速度3—坯体表面温度OABCD5干燥过程各阶段的特征：OA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。AB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，相当于成份水分的体积。6BC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。CD平衡阶段，坯体与介质达到平衡状态，干燥过程完成。73.干燥收缩与变形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开裂注意：1）B点称为临界点，转折点（阶段、收缩）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。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83.2影响坯体收缩变形的主要因素1）坯体中粘土的性能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表8-13）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。9§7–2干燥制度的确定干燥介质的种类温度、湿度，流量、流速等坯体的性质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热湿传导：温度差引起的水分沿温度梯度方向扩散。热端冷端湿传导：湿度差引起的水分沿湿度方向的扩散。湿端干端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。干燥过程各阶段的速度影响速度的参数102）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。（表面水蒸气分压与介质分压差）相关因素：干燥介质、生坯的温度；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。112.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。122.3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。13§7–3干燥方法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141.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。151.2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161.3链式干燥成形脱模修坯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。171.4辊道传送式干燥近年来发展起来的一种与辊道窑一体（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，干燥后可直接入窑烧成。181.5喷雾干燥泥浆含水率：30％～50％造雾方式：压力式、气流式热空气温度：400～600℃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。191.6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。20含水率与耗电量的关系：电压：初期30～40v后期220v以上。含水率％电能消耗（kw·h/kg）213.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）224.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0.76～0.45.6～0.761000～5.6107～1031010～107干燥4.1高频干燥电磁波频率在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。234.2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：95525MHZ245025MHZ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。244.3红外干燥远红外波长2.5～1000um近红外波长0.75～2.5um根据水分子对红外线的吸收特性，通常选择的干燥波长为2.5～15um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2.5～15（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。400～500℃最好。252）红外干燥远特点：A)速度快，效率高。B)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。26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27§7–4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.成形过程的原因2.1成形时泥料受力不均匀，造成致密度不一致，收缩不均匀。2.2模型吸水能力不均匀，造成不均匀收缩。模型的不均匀干燥；模型制作、使用过程局部油污。283.干燥过程的原因3.1干燥制度不合理：温度、湿度、流速和方向控制不当。干燥太快；介质湿度太大引起水分冷凝于坯体上。3.2坯体放置不平衡或放置方法不当局部收缩阻力太大。4.器型设计不合理：结构复杂、薄厚不均匀。1－2－3－451－口沿2－撑口泥3－腹部4－底肩5－底心29