淺析陶瓷高濕坯體的干燥機理及模式

摘 要：本文闡述了陶瓷高濕坯體干燥的發展狀況及出現的問題和干燥機理，重點介紹了筆者公司的陶瓷高濕坯體的干燥模式，其主要包括快速烘干房和輥道多層快速干燥器。實踐證明，采用快速烘干房進行干燥，生產效率明顯提高，干燥周期由傳統的一周多的時間縮短到24~48h，成品率達95%以上；采用輥道多層快速干燥器其干燥效果較為理想，干燥時間縮短到6~8h。

關鍵詞：高濕坯體；干燥；快速烘干房；快速干燥器

1 引 言

技術創造第一生產力，隨著現代科技的進步，陶瓷機械行業正發生著日新月異的變化。陶機的發展給陶瓷生產帶來了極大的便利，并革命性地提高了陶瓷的品質。品質的提升又給陶機提出了更高的要求，兩者之間的需求平衡不斷被打破，才有了今天陶瓷及陶瓷機械行業一派繁榮的景象。但繁榮背后也存在一些不足，如一些傳統陶瓷產品的部分生產環節依舊延續著80年代的生產工藝，一些新興產品因某個生產環節脫鉤而無法保證其品質。目前，陶瓷高濕坯體的干燥情況是陶瓷行業需要共同探討的問題之一。

2 陶瓷高濕坯體的干燥發展狀況及出現的問題

衛生潔具干燥成形后需放置5~10天，此時含水率約為8%~10%，然后再放入烘干房內1~2天，此時制品已完全干燥。整個過程耗費了大量的時間與人力，同時這種干燥方式受氣候的影響較大，很難保證產品的品質。其它的高濕坯體，如新興起的環保建材陶板、傳統的西瓦及耐火材料硼板坩鍋等干燥周期也較長。如今在多年從業經驗的基礎上以及引入國外同行的先進理念，在高濕坯的干燥難題上終于有所突破。

高濕坯體在快速干燥過程中出現的各種開裂和變形等問題。其主要原因為：干燥過快導致產品內外的含水量相差較大，造成坯體內外收縮不一致，從而導致坯體變形、開裂。其根本原因是：坯體含水量對坯體體積的影響。一般地，坯體含水量對體積的影響在一個定量前后相差很大，我們稱這個含水量為臨界含水量，其值為8%左右（受坯體工藝配方影響）。如果坯體含水量小于8%時，含水量的變化對體積的影響較小。因此，在快速干燥過程中合理地控制干燥速度就不易出現坯體變形、開裂等缺陷。例如，目前墻地磚的成形水分都控制在7%左右，其干燥周期可控制范圍為30~90min（壞體越厚需時越長）。因此，當坯體含水量低于8%以后，可以采用一些現有的干燥手段進行快速干燥。

當坯體中的水分處于臨界含水量時，坯體內外的含水量相差較大，對坯體體積的影響較大，內外體積變化不一，易致坯體變形、開裂。

3 陶瓷高濕坯體的干燥機理

坯體的干燥過程分為表面水分汽化過程、熱量由外而內的傳遞過程和水分由內而外的傳質過程。

3.1表面水分汽化過程

表面水分汽化主要受坯體表面對流換熱及坯體表面蒸汽分壓的影響，對流換熱越快水分汽化所需熱量越大。對流換熱量公式為：

Q=αT （1）

其中，α為對流換熱系數，主要受坯體表面熱風流速V決定，V越大，α越大。因此，要加快水分汽化就要加大坯體表面熱風流速。另外，蒸汽分壓越低水分排出越迅速，所以降低蒸氣分壓也就能降低坯體表面熱風的濕度，加快水分的汽化。

3.2熱量由外而內的傳遞過程

熱量由坯體表面向內部的傳遞過程即為導熱的過程，導熱的熱流量傳遞公式為：

Q=ΔT/（d/λ） （2）

其中，ΔT為內外溫差，d為坯體厚度，λ為導熱系數。從公式（2）可知，ΔT增大，傳熱過程加快（因為d為坯體厚度已定，λ只受坯體工藝配方影響，基本都不影響傳熱Q）。可以通過提高坯體外表面溫度來增大ΔT值，即加快坯體外表面的對流換熱速度，同時減水表面水分汽化過程。因此，加快傳熱過程的方法有：第一，加大坯體表面空氣流速；第二，減少表面水分汽化。

3.3水分由內而外的傳質過程

水分由內而外的傳質過程主要受兩個因素的影響，第一，坯體內外含水量的差值，差值越大，傳遞越快。但含水量差值過大易導致坯體產生缺陷，因此不能盲目地加大坯體內外含水量的差異；第二，坯體的溫度，溫度越高水分子越活躍，水分傳遞就越快。

通過上述分析，要實現坯體8%含水量之前的快速干燥，可采取如下辦法：加大坯體表面的熱風流速；提高坯體表面熱風的溫度；控制好坯體表面熱風的濕度，以控制坯體表面水分的汽化速度。

4 陶瓷高濕坯體的快速干燥模式

經過多年的實踐，以及吸收國外同行的先進經驗，總結出以下兩種高濕坯體的快速干燥模式。

4.1輥道多層快速干燥器

輥道多層快速干燥器，采用的是輥道式傳動結構，筆者主要在風管布置及控制上做了更多的改進。首先，在風管的布置上，筆者采用的輥道面上、下多管均勻供熱，如圖1所示。

在每根供熱小風管上開一排小孔，并保證每個小孔的出風量均勻。因此，在輥道面縱向上形成很多均勻布置的大風幕，風速快、供風均勻，能使坯體快速均勻的受熱。同時，抽濕風口均勻地分布在干燥器的各段上，見圖2。

由于抽風的作用，在輥道面橫向上產生的氣流，既有利于溫度均勻，又有利于坯體表面的快速受熱。抽出的熱風通過風機進入熱風循環系統，并在循環風管內混入熱風，或燃燒機加熱的方法供熱風再次循環利用。一方面，加大了熱風的濕度，使快速受熱的坯體表面的汽化速度得以抑制；另一方面，熱風的循環利用節約了大量的能源。為了使濕氣順利排出，筆者公司在熱風循環管道上開了一個小排濕口，再利用風機抽走部風熱風。

實踐證明，采用輥道多層快速干燥器，只要控制好溫度和濕度，即可大大縮短干燥時間。目前，筆者公司的輥道多層快速干燥器在國內某知名陶板及西瓦生產廠的兩條生產線運轉良好，干燥效果達到理想的目標，尤其干燥時間縮短到6~8h。

4.2快速烘干房

快速烘干房的結構主要針對濕法成形的衛浴潔具、陶板、硼板、掛件等大規格或異型產品的干燥而設計。與傳統的烘干房相比，筆者公司的快速烘干房在制作上更精細，以保證整個烘房空間的氣密性。另外，烘房空間采用先進的熱風供風系統來取代傳統的供熱系統，達到快速干燥的目的（見圖3）。

其工作原理為：首先，做一個風錐，在錐體高度方向預留兩條縫做為出風口。然后，在錐體上方裝一個風扇，往錐體內供熱風，在風錐熱風出口處形成一個高風速的風幕。最后，通過特殊的傳動方式使錐體以一定轉速轉動起來，帶動風幕旋轉給烘房空間，使空間內溫度均勻，同時每件產品表面都保持一個快速的熱風流動，加快坯體的受熱。為了控制坯體表面干燥速度，筆者采用加大空間內熱風濕度的辦法，將空間內熱風循環加熱，既保證熱風濕度，又保證熱量的供應，同時達到節能的目的。快速烘干房目前已在國內幾家知名衛浴潔具廠得以應用，其優點為：生產效率明顯提高，干燥周期由傳統的一周多的時間縮短到24~48h，成品率達95%以上。

5 結 語

陶瓷高濕坯體在快速干燥過程中出現的各種開裂和變形等問題，可以通過合理地控制干燥速度有效防止坯體變形、開裂等缺陷。實踐證明，采用快速烘干房進行干燥，生產效率明顯提高，干燥周期由傳統的一周多的時間縮短到24~48h，成品率達95%以上；采用輥道多層快速干燥器其干燥效果較為理想，干燥時間縮短到6~8h。