坯体的干燥docx
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砖坯的干燥制度一干操阶段的划分:由于砖坯中的水份分别以紧紧吸附在顺粒表面形成水膜的吸附水和被挤压积聚在颗粒之间的自由水两种形式存在。
在干燥过程中,自由水首先蒸发排出。
同时,相邻颖粒迅速占自由水排出后的剩余空间而相互靠拢,坯体产生收缩。
由于干燥总是由坯体外层向内逐步进行,收缩也总是外快而内慢,造成内部被外部压紧,外部向内部挤胀,一旦这种压紧和挤胀超过了泥料的弹性系数(1%~2%),必将胀破坯体表层,产生干燥裂纹。
尤其在千燥的初期阶段,砖坯表层的自由水迅速蒸发,同时内层的自由水依次向表层移动形成内湿外干的湿度梯度,由于这时砖坯本身的含水量较高,其与周围环境的湿度差较大,脱水速度和干燥收缩速度也较快,到本阶段结束,约可脱去其水份的20%~50%,收缩量也将达到其总收缩量的一半,是最容易产生干燥裂纹的危险期,这一阶段常为24~72小时,对干燥敏感性系数大于2的泥料制成的砖坯有时要一周以上。
并均以砖坯表面已均匀变色,触摸时手上没有湿印为本阶段结束的标志。
世界砖瓦网进入干燥的中期阶段后,表层的自由水已基本脱去,砖坯深部的水必须在先扩散到表层以后才能蒸发脱去,砖坯的干燥和收缩度明显减慢。
至本阶段结束时,自由水已基本排完,干燥收缩也基本结束。
这时,紧裹在颗粒表面的吸附水才开始蒸发。
由于吸附水要在挣脱了颗粒约束获得自由以后才能从缝隙中挤到砖坯表面蒸发脱去,比自由水困难多了。
因此,在同一干燥条件下,脱水速度大幅度下降。
但因已停止干燥收缩,产生干燥裂纹危险已不存在,可以采取提高热风温度、降低相对湿度的办法来加速干燥。
二临界点和临界含水率:如前所述,在干燥的中期阶段结束以后自由水已基本排完,干燥收缩也基本结束,可以加快干燥。
浅析陶瓷高湿坯体的干燥机理及模式技术创造第一生产力,随着现代科技的进步,陶瓷机械行业正发生着日新月异的变化。
陶机的发展给陶瓷生产带来了极大的便利,并革命性地提高了陶瓷的品质。
品质的提升又给陶机提出了更高的要求,两者之间的需求平衡不断被打破,才有了今天陶瓷及陶瓷机械行业一派繁荣的景象。
但繁荣背后也存在一些不足,如一些传统陶瓷产品的部分生产环节依旧延续着80年代的生产工艺,一些新兴产品因某个生产环节脱钩而无法保证其品质。
目前,陶瓷高湿坯体的干燥情况是陶瓷行业需要共同探讨的问题之一。
2 陶瓷高湿坯体的干燥发展状况及出现的问题卫生洁具干燥成形后需放置5~10天,此时含水率约为8%~10%,然后再放入烘干房内1~2天,此时制品已完全干燥。
整个过程耗费了大量的时间与人力,同时这种干燥方式受气候的影响较大,很难保证产品的品质。
其它的高湿坯体,如新兴起的环保建材陶板、传统的西瓦及耐火材料硼板坩锅等干燥周期也较长。
如今在多年从业经验的基础上以及引入国外同行的先进理念,在高湿坯的干燥难题上终于有所突破。
高湿坯体在快速干燥过程中出现的各种开裂和变形等问题。
其主要原因为:干燥过快导致产品内外的含水量相差较大,造成坯体内外收缩不一致,从而导致坯体变形、开裂。
其根本原因是:坯体含水量对坯体体积的影响。
一般地,坯体含水量对体积的影响在一个定量前后相差很大,我们称这个含水量为临界含水量,其值为8%左右(受坯体工艺配方影响)。
如果坯体含水量小于8%时,含水量的变化对体积的影响较小。
因此,在快速干燥过程中合理地控制干燥速度就不易出现坯体变形、开裂等缺陷。
例如,目前墙地砖的成形水分都控制在7%左右,其干燥周期可控制范围为30~90min(坏体越厚需时越长)。
因此,当坯体含水量低于8%以后,可以采用一些现有的干燥手段进行快速干燥。
当坯体中的水分处于临界含水量时,坯体内外的含水量相差较大,对坯体体积的影响较大,内外体积变化不一,易致坯体变形、开裂。
砖坯干燥质量及干燥塌坯原因分析袁东海砖坯干燥裂纹和变形的形成原因在干燥过程中,砖坯表面水分的蒸发,使砖坯在垂直干燥面的方向上形成了水分梯度,这就必然引起内部水分的外扩散。
当砖坯水分的表面扩散蒸发和内扩散具有相等的速度时,即在等速干燥阶段,干燥进行最为强烈。
但表面水分强烈蒸发时,外层发生收缩,毛细管的直径就缩小,因此,使内扩散的速度大大降低。
另外,当毛细孔道中的水位降落到低于表面的开口时,蒸发面就下降到砖坯的内部,结果使得砖坯表面很干,而内部仍然潮湿,同时干燥速度显著降低。
砖坯的内扩散速度低于外扩散速度的结果,首先是降低了砖坯的干燥速度,其次是在砖坯内部形成了明显的水分梯度。
当水分梯度现象十分严重时,在等速干燥阶段,砖坯在同一时间内接近砖坯干燥的表面部分的收缩大,而远离砖坯干燥表面部分的收缩小,因此,砖坯表面就形成了裂纹或坯体变形。
产生裂纹的原因除干燥制度不合理外,和砖坯的塑性、干燥敏感性有很大的关系。
当原料干燥敏感性较高时,即使在正常室温下也会出现干燥裂纹。
避免坯垛干燥不均匀的措施砖坯码放在窑车上,经隧道干燥窑干燥时,容易产生坯垛上部的砖坯干燥得好,而坯垛下部的砖坯,特别是接近窑车台面的砖坯干燥较差,坯体的的残余含水率较高,有时达不到进入焙烧窑的砖坯最低含水率2%的要求。
这主要是由于干燥窑内气体分层而造成的。
所谓气体分层,就是指在隧道干燥窑内,空间上下的温度不均匀,一般是上面温度高,下面温度低。
因此,为了减弱干燥热风的分层现象,首先应该在设计时,要考虑合理的进风口与排风口以及窑内“0压”点的位置,或采取气幕措施。
另外,也应考虑窑墙和窑顶相对坯垛的距离。
较好的热风进口和出口应位于窑墙两侧,并在两窑车之间的窑车台面以上的位置,进风口也可位于两窑车之间窑顶的部位,以气幕形式进入窑内。
砖垛的外侧距离窑墙应不大于100mm,砖垛顶部距离窑顶应不大于90mm。
“0压”点应位于进车一端的距离是全窑长度的2/3左右的位置。
制砖过程之砖坯的干燥砖坯干燥是其塑性成型的逆过程。
成型时依靠吸附在泥料颗粒表面而成为不能任意流动的完整的水膜(吸附水)和水膜以外的自由水所形成的足够的粘结力而挤出成型。
而在其后的干燥、焙烧过程中又必须首先把这些水份全部排出。
因此,砖坯成型时用的水越多,干燥焙烧时需要排出的水量也越多。
所以盲目增加成型水份尽管成型较为容易,但砖坯太软,以后的工序麻烦更多,全面考虑,得不偿失。
须知,砖坯在干燥和焙烧的过程中,把lkg的水变成lkg的水蒸汽,需要1300大卡的热量,而这1kg的水蒸气又需要约30m3的空气才能把它们带走。
如果砖坯的成型水份增加1%,对一块3kg重的普通实心砖坯来说,只多了0.03kg水,实在不多,问题是我们生产砖是以万、十万、百万、千万来计算的,这个1%也就变成庞然大物了。
还是拿l%的水份来说,一块砖坯0.03kg水,一万块砖坯就是300kg水,至少要有39万大卡的热量才能把它们全变成水蒸汽,这就需消耗56kg标准煤,同时这些水蒸汽还需约9000m3的空气才能把它们带走。
就砖厂目前常用的离心风机来说,当全压为1000pa左右时,每排出1万m3空气需4~7KW·h的电能。
则每生产一千万块砖坯,就这一个百分点的水份就要多用56吨标准煤和4000~7000度电,一两万块钱就没有了。
如果增加的成型水份是2%,产量是5千万块呢,损失就更大了。
世界砖瓦网不仅如此,由于在干燥过程中,随着成型水份的排除,泥料颗料互相靠拢,坯体产生干燥缩,而且,砖坯在干燥过程中所排出的成型水份的体积基本上等于其收缩的体积。
因此,砖坯的成型水份越高,其干燥时的收缩量也越大,产生干燥裂纹的威胁也越严重。
所以,在同样干旱的条件下,水田的裂口要比早地大得多。
如上所说,砖坯在干燥时变成了蒸汽的水,要靠其周围的流动空气带走,实际上只有砖坯的表面才能和空气充分接触,也只有在其表层水份开始脱去后,砖坯内部的水份才可能通过毛细孔逐步渗透到表层接触空气蒸发脱去。
坯体的干燥本部分讲授内容3.1概述3.2干燥过程3.3干燥制度的制定3.4干燥方法及设备3.5干燥缺陷的产生及排除3.1概述干燥定义使含水物料(如湿坯、原料、泥浆等)中的液体水汽化而排除的过程,称为干燥。
完成干燥过程的机械设备,称干燥器。
一般:人们把采用热物理方法去湿的过程称为“干燥”。
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分离以达到去湿目的。
传统工业的干燥技术有:厢式干燥、隧道干燥、转筒干燥、转鼓干燥、带式干燥、盘式干燥、浆叶式干燥、流化床干燥、喷动床干燥、喷雾干燥、气流干燥、真空冷冻干燥、太阳能干燥、微波干燥和高频干燥、红外热辐射干燥等。
近年来的新型干燥技术:脉冲干燥、对撞干燥、冲击穿透干燥、声波场干燥、超临界流体干燥、过热蒸汽干燥、接触吸附干燥等。
为什么要干燥?对于陶瓷坯体而言,干燥的主要目的在于:提高生坯强度,便于后续工艺的进行;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:干燥的地位与作用;干燥利于产品的储藏、运输和使用;干燥利于提高产品的质量和价值、减轻劳动强度、降低成本和能源消耗;发达国家的干燥的能耗占工业能耗的14%,有些行业的干燥能耗甚至占到生产总耗能的35%;我国2001年干燥设备制造业创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。
干燥技术-坯体中水的类型一定干燥条件下,物料中的水分按能否除,可分为自由水分和平衡水分。
干燥过程中可除去部分称为自由水分。
物料中的水分是自由水与平衡水之和。
传质传热过程干燥过程既是传热过程,又是传质过程。
传热过程:通过物料表面将热传给物料,再以传导的方式向内部传送,物料表面水分获得热量后汽化。
传质过程:物料表面的水蒸气向干燥介质中移动的气相传质(外扩散过程);内部水向表面扩散的内部传质(内扩散过程)。
3.2干燥过程外扩散--表面蒸发。
内扩散--表面水分蒸发后,坯体内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,∴水分移动干燥过程可分为四个阶段:1、升速阶段短时间内,坯体表面被加热到等于干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、等速干燥阶段坯体表面蒸发的水分由内部向坯体表面源不断补充,坯体表面总是保持湿润。
干燥速度不变,坯体表面温度保持不变,水分自由蒸发。
到B点后,坯体内部水分扩散速度开始小于表面蒸发速度,坯体水分不能全部润湿表面,开始降速阶段,体积收缩不大B——临界水分点3、降速干燥阶段表面停止收缩,继续干燥仅增加坯体内部孔隙干燥速度下降,热能消耗下降,坯体表面温度提高。
4、平衡阶段坯体表面水分达到平衡水分时,干燥速度为0 干燥最终水分取决与干燥介质的温度和湿度干燥速度取决与内部扩散速度和表面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,则坯体强度不够,降低窑炉效率,过低则在干燥后坯体会在大气中吸湿,或在施釉过程中急剧吸水,造成坯体表面膨胀,是施釉后开裂的主要原因之一。
3.3干燥制度的制定干燥制度——达到一定的干燥速度,各个干燥阶段应选用的干燥参数。
最佳干燥制度——最短时间内获得无干燥缺陷的生坯的制度。
3.3.1 影响干燥速度的因素1、影响内扩散的因素内因:含水率,生坯组成,结构等水分降低,收缩降低,内扩散速度提高引入阳离子可提高内扩散速度,保证一定的强度外因:温度温度提高,毛细管表面张力下降,内扩散速度提高。
应保证温度梯度、湿度梯度一致。
2、影响外扩散的因素干燥介质及生坯表面蒸汽分压干燥介质及生坯表面温度干燥介质的流速和方向及生坯表面粘滞气膜的厚度热量的供给方式等3、其他影响因素坯体形状、尺寸,干燥器的结构类型。
3.3.2确定干燥介质参数的依据调节干燥介质温度、湿度,空气的流速,流量1 、干燥介质的温度坯体含水量高,形状复杂→温度内外不均匀,存在温度梯度,产生热应力,造成干燥缺陷, 因此干燥温度不应过高坯体含水量低,形状简单,薄壁——快速干燥温度提高,热效率下降。
链式干燥与干燥介质温度40-60℃快速干燥>100℃2、干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、干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干燥速度提高回顾:1. 干燥的定义?干燥是排除哪种水?2. 干燥过程分为哪几个阶段?3. 干燥过程既是什么过程,又是什么过程?3.4干燥方法及设备干燥方法:自然干燥、人工干燥人工干燥:热空气干燥、工频电干燥、直流电干燥、辐射干燥、综合干燥等自然对流干燥以空气(大气)作为干燥介质,由于空气密度不同而引起对流,进行干燥。
多用于泥料和成型后湿坯的干燥。
烘干房利用热风干燥乡镇陶瓷厂、个体户企业1、热空气干燥利用热空气对流传热作用,干燥介质(热空气)将热量传给坯体(或泥浆),使坯体的水分蒸发而干燥的方法。
设备简单,热源易于获得,温度和流速易于控制调节,若采用高速定位热空气喷射,还可进行快速干燥。
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。
室式干燥、隧道式干燥、链式干燥、喷雾干燥、热泵干燥等。
三种基本工艺制度及其特征与适应对象1.低湿高温干燥整过程保持低湿高温,坯体水分蒸发快,坯体传热慢,内外温差大,易产生缺陷;只适应小件、薄壁和收缩小坯体。
2.低湿逐渐升温干燥始终保持较低湿,并渐升温,内外温差不大,干速较慢,较安全,缺陷少;适应广,大件、厚壁坯。
3.控制湿度干燥初期高湿,以传热,均匀加热后,适当降湿度,内外温一致内外扩散顺利,干燥较快,可避免变形和开裂。
湿度不能太低。
理想安全方法,特适合大而厚坯体。
2、室式干燥将湿坯放在设有坯架和加热设备的干燥室中进行干燥。
特点:干燥缓和,间歇式操作,对不同类型的坯体可采用不同的干燥制度。
但热效低,周期长,干燥效果不易控制,人工运输的破损率较高。
加热干燥介质的方法: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行干燥,但对大型厚壁坯应采用低温高湿法使坯体均匀受热升温,避免由于内外收缩不均,导致破裂。
3、隧道干燥坯体受热均匀,不易开裂,热利用率高,生产效率高,便于调节控制,干燥效果稳定。
注意:应避免干燥介质气体的出口温度过低以致水汽冷凝在已干燥的坯体表面造成制品缺陷。
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,干燥速度较慢,热量有损失。
链式干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行干燥。
对于日用瓷,可按照成型——湿坯干燥——定位脱模——再干燥——修坯——再干燥的工艺进行合理设计,借助挠性牵引机构形成自动或半自动化的成型-干燥工艺流水线。
与国外比较,国内热风链式干燥机的缺点:干燥效率不高。
国内干燥机每蒸发1kg水所消耗的热量为7531~12552kJ,而国际水平为4184~5858kJ。
国内干燥所需时间为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(一台干燥机所需钢材约18~30t),购进一台干燥机需投资16~25万元。
隧道窑冷却带提高的热量不足以满足坯体干燥所需的热量,还需蒸汽补充,增加了成本。
辊道传送式干燥1984年开始使用,主要干燥墙地砖坯体。
与辊底窑合为一体,上层辊道煅烧产品,下层辊道干燥坯体。
坯体均匀干燥,干燥效率高,能实现快速干燥。
干燥周期为20~40min,干燥温度120~160℃。
喷雾干燥器:喷雾干燥塔、供浆系统、热风系统、除尘系统、控制系统---等静压成型热泵干燥:节约能源,热泵干燥系统的外形和容积没有任何限制,脱水器可随干燥器形状的变化而变化,比较灵活。
脉冲干燥:干燥墙地砖物料。
将干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,坯体内部产生热量,使水分蒸发而干燥。
属内热式干燥法,加快水分内扩散的速度而干燥坯体。
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,从而改变坯体内水分的分布情况,产生较好的干燥效果。
这种干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。
直流电干燥的优缺点:水分以液体形式排出,坯体内水分分布均匀,因此,内应力很少。
对于形状复杂的制品,不会出现变形开裂。
干燥时间短,干燥速度快。
只能除去大部分水,不能完全干燥。
所以,与其它方法合用。
4、辐射干燥由热源直接将电磁波辐射到湿坯上,并转化为热能,将坯体干燥。
辐射器可用电加热(如红外灯泡或镍铬发热体),也可采用金属或陶瓷辐射器,它们被加热至800~850℃后便发射红外光谱。
辐射干燥不需要任何干燥介质,被干燥的物质吸收由热源直接辐射来的电磁波(光),再次转变为热能进行干燥。
因此,热在传递过程中无损失或者极少损耗。
辐射干燥时的干燥速度可以按下式计算:一般干燥过程:食品首先外部受热干燥,然后向内部传递。
而热量传递与水分扩散传递的方向相反。
结果:热量向内层传递愈来愈慢,水分向外层传递也愈来愈慢。
微波加热过程:内部加热。
物品的最内层首先干燥,最内层水分蒸发迁移至次内层、外层。
结果:水分由内层向外层的迁移速度很快,即干燥速度比一般的干燥速度快很多.特别是在物料的后续干燥阶段。
特点:(1)加热速度快微波加热是内部加热,不靠热传导的作用,因此可以令物体内部温度迅速提高,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内部加热,容易达到均匀加热的目的,避免了表面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,基本上不辐射散热,所以热效率高,热效率可达到80%。
辐射干燥的优点:能保证坯体清洁;设备结构简单,易于实现自动化控制;干燥速度较快;干燥较均匀,很少发生变形和开裂;由于干燥时间缩短,还可节约石膏模。