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坯体的枯燥
本局部讲授容
3.1概述
3.2枯燥过程
3.3枯燥制度的制定
3.4枯燥方法及设备
3.5枯燥缺陷的产生及排除
3.1概述
枯燥定义
使含水物料〔如湿坯、原料、泥浆等〕中的液体水汽化而
排除的过程，称为枯燥。
完成枯燥过程的机械设备，称枯燥器。
一般：
人们把采用热物理方法去湿的过程称为“枯燥〞。
其特征是采用加热、降温、减压或其它能量传递的方式使物料中的湿分产生挥发、冷凝、升华等相变过程与物体别离以到达去湿目的。
传统工业的枯燥技术有：
厢式枯燥、隧道枯燥、转筒枯燥、转鼓枯燥、带式枯燥、盘式枯燥、浆叶式枯燥、流化床枯燥、喷动床枯燥、喷雾枯燥、气流枯燥、真空冷冻枯燥、太阳能枯燥、微波枯燥和高频枯燥、红外热辐射枯燥等。
近年来的新型枯燥技术：
脉冲枯燥、对撞枯燥、冲击穿透枯燥、声波场枯燥、超临界流体枯燥、过热蒸汽枯燥、接触吸附枯燥等。
为什么要枯燥？
对于瓷坯体而言，枯燥的主要目的在于：
提高生坯强度，便于后续工艺的进展；
提高釉浆的吸附能力；
使坯体具有较小的入窑水分，提高烧成速度，减少能耗；提高产品的质量。
知识延伸：
枯燥的地位与作用；
枯燥利于产品的储藏、运输和使用；
枯燥利于提高产品的质量和价值、减轻劳动强度、降低本钱和能源消耗；
兴旺国家的枯燥的能耗占工业能耗的14%，有些行业的枯燥能耗甚至占到生产总耗能的35%；
我国2001年枯燥设备制造业创17亿元的产值〔相当于1986年的24倍〕，出口总值达2000万元人民币。
枯燥技术－坯体中水的类型
一定枯燥条件下，物料中的水分按能否除，可分为自由水分和平分。
枯燥过程中可除去局部称为自由水分。
物料中的水分是自由水与平之和。
传质传热过程
枯燥过程既是传热过程，又是传质过程。
传热过程：
通过物料外表将热传给物料，再以传导的方式
向部传送，物料外表水分获得热量后汽化。
传质过程：
物料外表的水蒸气向枯燥介质中移动的气相传质〔外扩散过程〕；部水向外表扩散的部传质〔扩散过程〕。
3.2枯燥过程
外扩散－－外表蒸发。
扩散－－外表水分蒸发后，坯体部的水分移动分为湿传导和热湿传导。
湿传导－－∵水分梯度，∴水分移动
热湿传导－－∵温度梯度，∴水分移动
枯燥过程可分为四个阶段：
1、升速阶段
短时间，坯体外表被加热到等于枯燥介质湿球温度的温度，水分蒸发速度很快增大，到A点后，坯体吸收的热量和蒸发水分耗去的热量相等。
时间短，排除水量不大。
2、等速枯燥阶段
坯体外表蒸发的水分由部向坯体外表源不断补充，坯体外表总是保持湿润。
枯燥速度不变，坯体外表温度保持不变，水分自由蒸发。
到B点后，坯体部水分扩散速度开场小于外表蒸发速度，坯体水分不能全部润湿外表，开场降速阶段，体积收缩不大
B——临界水分点
3、降速枯燥阶段
外表停顿收缩，继续枯燥仅增加坯体部孔隙枯燥速度下降，热能消耗下降，坯体外表温度提高。
4、平衡阶段坯体外表水分到达平分时，枯燥速度为0枯燥最终水分取决与枯燥介质的温度和湿度
枯燥速度取决与部扩散速度和外表汽化速度两个过程
最终含水率的影响因素
最终含水率与周围介质的温度、相对湿度和坯料组成有关。
最终含水率过高，那么坯体强度不够，降低窑炉效率，过低那么在枯燥后坯体会在大气中吸湿，或在施釉过程中急剧吸水，造成坯体外表膨胀，是施釉后开裂的主要原因之一。
3.3枯燥制度的制定
枯燥制度——到达一定的枯燥速度，各个枯燥阶段
应选用的枯燥参数。
最正确枯燥制度——最短时间获得无枯燥缺陷的生坯的制度。
3.3.1影响枯燥速度的因素
1、影响扩散的因素因：
含水率，生坯组成，构造等
水分降低，收缩降低，扩散速度提高引入阳离子可提高扩散速度，保证一定的强度
外因：
温度温度提高，毛细管外表力下降，扩散速度提高。
应保证温度梯度、湿度梯度一致。
2、影响外扩散的因素
枯燥介质及生坯外表蒸汽分压枯燥介质及生坯外表温度枯燥介质的流速和方向及生坯外表粘滞气膜的厚度
热量的供应方式等
3、其他影响因素坯体形状、尺寸，枯燥器的构造类型。
3.3.2确定枯燥介质参数的依据
调节枯燥介质温度、湿度，空气的流速，流量
1、枯燥介质的温度坯体含水量高，形状复杂→温度外不均匀，存在
温度梯度，产生热应力，造成枯燥缺陷,因此枯燥温度不应过高
坯体含水量低，形状简单，薄壁——快速枯燥温度提高，热效率下降。
链式枯燥与枯燥介质温度40-60℃快速枯燥>100℃
2、枯燥介质的湿度
第一阶段：
高湿低温预热坯体40℃第二阶段：
温度不太高相对湿度不过低不再收缩为止最终阶段：
高温低湿〔15%〕
3、枯燥介质的流速流量外扩散：
空气的流速，流量，温度不宜很高，可加大空气的流速和流量高速均匀的热风可使枯燥速度提高
回忆：
1.枯燥的定义？
枯燥是排除哪种水？
2.枯燥过程分为哪几个阶段？
3.枯燥过程既是什么过程，又是什么过程？
3.4枯燥方法及设备
枯燥方法：
自然枯燥、人工枯燥
人工枯燥：
热空气枯燥、工频电枯燥、直流电枯燥、辐射枯燥、综合枯燥等
自然对流枯燥
以空气（大气）作为枯燥介质，由于空气密度不同而引起对流，进展枯燥。
多用于泥料和成型后湿坯的枯燥。
烘干房
利用热风枯燥乡镇瓷厂、个体户企业
1、热空气枯燥
利用热空气对流传热作用，枯燥介质〔热空气〕将热量传给坯体〔或泥浆〕，使坯体的水分蒸发而枯燥的方法。
设备简单，热源易于获得，温度和流速易于控制调节，假设采用高速定位热空气喷射，还可进展快速枯燥。
热空气的来源一般是利用隧道窑余热，也可用锅炉产生的水蒸汽或燃烧室产生的烟气将冷空气加热到预定的温度。
室式枯燥、隧道式枯燥、链式枯燥、喷雾枯燥、热泵枯燥等。
三种根本工艺制度及其特征与适应对象
1．低湿高温枯燥
整过程保持低湿高温，坯体水分蒸发快，坯体传热慢，外温差大，易产生缺陷；只适应小件、薄壁和收缩小坯体。
2．低湿逐渐升温枯燥始终保持较低湿，并渐升温，外温差不大，干速较慢，
较平安，缺陷少；适应广，大件、厚壁坯。
3．控制湿度枯燥初期高湿，以传热，均匀加热后，适当降湿度，外温一致
外扩散顺利，枯燥较快，可防止变形和开裂。
湿度不能太低。
理想平安方法，特适合大而厚坯体。
2、室式枯燥
将湿坯放在设有坯架和加热设备的枯燥室中进展枯燥。
特点：
枯燥缓和，间歇式操作，对不同类型的坯体可采用不同的枯燥制度。
但热效低，周期长，枯燥效果不易控制，人工运输的破损率较高。
加热枯燥介质的方法：
地坑、暖气、热风等。
对小型薄壁日用瓷坯可采用高温低湿热空气进展枯燥，但对大型厚壁坯应采用
低温高湿法使坯体均匀受热升温，防止由于外收缩不均，导致破裂。
3、隧道枯燥
坯体受热均匀，不易开裂，热利用率高，生产效率高，便于调节控制，枯燥效果稳定。
注意：
应防止枯燥介质气体的出口温度过低以致水汽冷凝在已枯燥的坯体外表造成制品缺陷。
进口处的湿坯温度一定要高于气体出口处的气体温度。
占地面积大，枯燥速度较慢，热量有损失。
链式枯燥
将湿坯放置在挠性牵引机构的吊篮上或利用链条运载坯体在弯曲的轨链道上传送进展枯燥。
对于日用瓷，可按照成型——湿坯枯燥——定位脱模——再枯燥——修坯——再枯燥的工艺进展合理设计，借助挠性牵引机构形成自动或半自动化的成型-枯燥工艺流水线。
与国外比拟，国热风链式枯燥机的缺点：
枯燥效率不高。
国枯燥机每蒸发1kg水所消耗的热量为7531～12552kJ，而国际水平为4184～5858kJ。
国枯燥所需时间为45～240min，所需模型数500～1200个，而国外为10～20min，模型数70～80个。
占地面积大，消耗钢材多〔一台枯燥机所需钢材约18～30t〕，购进一台枯燥机需投资16～25万元。
隧道窑冷却带提高的热量缺乏以满足坯体枯燥所需的热量，还需蒸汽补充，增加了本钱。
辊道传送式枯燥
1984年开场使用，主要枯燥墙地砖坯体。
与辊底窑合为一体，上层辊道煅烧产品，下层辊道枯燥坯体。
坯体均匀枯燥，枯燥效率高，能实现快速枯燥。
枯燥周期为20～40min，枯燥温度120～160℃。
喷雾枯燥器：
喷雾枯燥塔、供浆系统、热风系统、除尘系统、控制系统－－－等静压成型
热泵枯燥：
节约能源，热泵枯燥系统的外形和容积没有任何限制，脱水器可随枯燥器形状的变化而变化，比拟灵活。
脉冲枯燥：
枯燥墙地砖物料。
将枯燥坯体两端加上电压，通过交变电流，湿坯相当于电阻并联在电路中，电流通过时，坯体部产生热量，使水分蒸发而枯燥。
属热式枯燥法，加快水分扩散的速度而枯燥坯体。
将生坯放在直流电场中，使其在电场力作用下，按特定的方向析出水分，从而改变坯体水分的分布情况，产生较好的枯燥效果。
这种枯燥与热效应关系不大，因为湿坯通上直流电后，水分立即从负极析出，并排出坯体外。
由于坯体中存在溶解于水的正离子〔K＋，Na＋，Ca2＋，H3O＋，etc〕，在外电场作用下，正离子带动水分子向负极移动，从而使水分析出。
随着时间增加，脱水速率逐渐下降。
直流电枯燥的优缺点：
水分以液体形式排出，坯体水分分布均匀，因此，应力很少。
对于形状复杂的制品，不会出现变形开裂。
枯燥时间短，枯燥速度快。
只能除去大局部水，不能完全枯燥。
所以，与其它方法合用。
4、辐射枯燥
由热源直接将电磁波辐射到湿坯上，并转化为热能，将坯体枯燥。
辐射器可用电加热〔如红外灯泡或镍铬发热体〕，也可采用金属或瓷辐射器，它们被加热至800～850℃后便发射红外光谱。
辐射枯燥不需要任何枯燥介质，被枯燥的物质吸收由热源直接辐射来的电磁波（光），再次转变为热能进展枯燥。
因此，热在传递过程中无损失或者极少损耗。
辐射枯燥时的枯燥速度可以按下式计算：
一般枯燥
过程：
食品首先外部受热枯燥，然后向部传递。
而热量传递与水分扩散传递的方向相反。
结果：
热量向层传递愈来愈慢，水分向外层传递也愈来愈慢。
微波加热
过程：
部加热。
物品的最层首先枯燥，最层水分蒸发迁移至次层、外层。
结果：
水分由层向外层的迁移速度很快，即枯燥速度比一般的枯燥速度快很多．特别是在物料的后续枯燥阶段。
特点：
（1）加热速度快微波加热是部加热，不靠热传导的作用，
因此可以令物体部温度迅速提高，所需加热时间短。
一般只需常规方法的1／10一1／l00的时间就可完成整个加热过程。
（2）加热均匀性好微波加热是部加热，容易到达均匀加热的目的，防止了外表硬化及不均匀等现象的发生。
（3）加热易于瞬时控制微波加热的热惯性小，可以立即发热和升温，易于控制，有利于配制自动化流水线。
（4）选择性吸收
微波吸收与物质的介电系数有关，水的介电系数高，这有利于水分的蒸发。
干物质吸收的微波能少，温度低，不过热，而且加热时间又短，因此能够保持食品的色、香、味等。
（5）加热效率高由于加热作用始自加工物料本身，根本上不辐射散热，所以热效率高，热效率可到达80％。
辐射枯燥的优点：
能保证坯体清洁；
设备构造简单，易于实现自动化控制；
枯燥速度较快；
枯燥较均匀，很少发生变形和开裂；
由于枯燥时间缩短，还可节约石膏模。
远红外枯燥的特点：
枯燥速度快。
辐射与枯燥几乎同时开场，无明显的预热阶段，因此效率很高
节约能源。
虽然单位时间能耗较大，但单位坯体所需能耗较小。
设备小巧，造价低，占地面积小，费用低。
枯燥效果好。
热、湿传导方向一致，坯体受热均匀，不易产生枯燥缺陷。
根据坯体的不同枯燥阶段的特点，将几种枯燥方法综合起来，取长补短，到达事半功倍的效果。
综合枯燥是一种强化枯燥方法，生坯快速枯燥而不致出现枯燥缺陷。
辐射枯燥和热空气对流枯燥相结合
电热枯燥与红外枯燥、热风枯燥相结合
热风枯燥，坯体外表与地面的枯燥温差大，水分蒸发不均，外表易形成微裂纹，且翘曲变形大，产品合格率降低；微波枯燥坯体外表也易形成微裂纹。
两者枯燥时间都很长。
瓷枯燥新工艺
日本创造了一种瓷枯燥新工艺，该工艺利用蒸汽与电介质加热相结合的技术，也就是将坯体置于枯燥箱密闭，在电介质加热的同时，供入饱和蒸汽，待部加热一定时间后，停顿供入饱和蒸汽，缓慢减压，到达所定真空度，并保持在该真空状态下枯燥，因此可有效调节水分由坯体部迁移至外表蒸发的速度，大幅度缩短枯燥时间，而且坯体水分蒸发程度均一，外表不会出现微裂纹，翘曲变形也小，产品合格率提高，有利于确保产品质
3.4.3综合枯燥
大型注浆坯：
电热枯燥与远红外线枯燥
日用瓷：
红外线与对流枯燥结合，交替进展
加速扩散和外扩散
3.5枯燥缺陷的产生及排除
高于临界含水率的生坯枯燥时，收缩必不可免。
收缩不均那么使生坯变形，应力过大那么会使生坯开裂。
3.5.1引起坯体部枯燥不均、应力集中或应力分布不均一的部因素
1、坯体配方中塑性粘土含量不当（过多或缺乏）；泥料颗粒级配不合理，混合不均匀。
2、坯体含水量过高，或水份分布不均一。
3、练泥或成型时所形成的坯体颗粒定向排列引起枯燥收缩不均衡。
4、成型时受压不均匀，坯体各部位密实程度不一致，导致坯体各部位的收缩率也不—致。
5、练泥或成型时坯体所产生的应力未能完全
消除，在枯燥中释放出来引起变形。
6、泥料在练泥机处理中已发生层裂，在成型中未能得到合理的处理及予以消除，因而在坯体枯燥中发生开裂。
7、器形设计不合理，构造过于复杂，坯体壁厚薄不均一，易引起枯燥不均匀。
3.5.2枯燥处理不当
l、枯燥制度控制不当，干操速度过快。
在枯燥初期坯体尚处在可塑状态时，部过大的应力使坯体发生扭曲变形；如外表已硬化，那么因收缩过大，应力集中而开裂。
2、坯体放置不平或放置方法不妥，在枯燥过程中由于自身重力作用引起变形。
例如坯体与托板之间的摩擦阻力过大，那么会阻碍坯体的自由收缩；当摩擦阻力大于坯体本身抗强度时，发生开裂。
3、坯体各部位枯燥不均。
在枯燥器如枯燥热气流只向一个方向流动，或枯燥器温度不均匀，或石膏模各部份吸水量不同，以及自然枯燥时局部受照射或局部受风力吹刷等都会造成枯燥不均，发生变形或开裂。
因此，艺术瓷、大型制品的边缘及棱角处在枯燥初期用湿布覆盖，适当缓和该处的枯燥速度，力求里外枯燥速度均衡。
4、枯燥时气流中的水汽凝聚在冷坯上，造成坯体各部位含水量不均一，再枯燥时易引起坯体开裂。
解决方法：
设计合理的产品，使坯体壁厚尽量均匀一致；
严格按工艺要求来控制坯体的成型水分；
采用适宜的枯燥制度及枯燥设备，使坯体枯燥时各局部的枯燥速度尽量一致。
确定适宜的枯燥速度及枯燥介质温度。
对于尺寸大、外形复杂，局部部位枯燥过快的生坯，可用纸贴上；生坯底面小、压强大或是阻碍收缩的情况下，可考虑用专用垫支撑。
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