陶艺(第六章)-坯体的干燥

§6-1 干燥机理
干燥：依靠蒸发而使成型后的坯体脱水 的过程。 干燥的目的
提高坯体强度，减少生坯的变形和破损
提高坯体的吸水率，以便进行施釉操作解坯体干燥过程的实质和产生 收缩的原因 掌握坯体干燥过程中的变化规律
选择合适的干燥制度和干燥设备
平衡阶段：当坯体干燥到表面水分达到 平衡水分时，表面干燥速度降为零。 表面蒸发 坯体 吸附 周围介质
平衡水分的多少取决于坯体的性质和周 围介质的温度和湿度，此时坯体中的水 分称为干燥最终水分。
干燥前状态
临界状态
干燥中止状态
干燥收缩与变形
自由水排出
颗粒表面水膜变薄 颗粒靠拢 直至与周围介质水分平衡 排除孔隙水
G I ( 0.2) M a b F Z L H
G—干燥排出水份的质量，kg； F—坯体受辐射表面积，m2； Z—干燥时间，h； I—辐射强度，w／m2；
β—坯体对辐射线的吸收能力； L—辐射距离，cm。
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
加热阶段（升速阶段）：坯体表面被加 热升温，水分不断蒸发，直到表面温度 达到干燥介质的湿球温度，坯体吸收的 热量与蒸发水分所消耗的热量达到动态 平衡，则干燥进入等速阶段。 由于升速阶段时间很短，因此排出水 量不多。
影响干燥速度的因素
1、影响内扩散的因素
组成坯体物料的性质：粗颗粒、瘠性料 量多时，毛细管粗、内扩散阻力小而利于 内扩散速度的提高。 生坯温度：温度升高，水的粘度降低， 表面张力降低，内扩散阻力减小。采取措 施使坯体温度梯度与湿度梯度方向一致。
坯体表面与内部的湿度差：
2、影响外扩散的因素
干燥介质与生坯表面的蒸汽分压 干燥介质与生坯表面的温度
干燥介质的流速、方向
生坯表面蒸汽膜的厚度 能量的供给方式等
其他影响因素
干燥方式
坯体的形状和厚度：降速干燥阶段 加热方式（干燥方法）
干燥器的结构及坯体在干燥器中的 放臵方式与位臵
Adt
式中，ω－－坯体中水分排出量，kg，
A－－被干燥坯体的总表面积，m2 ，
t－－干燥时间，h。
通过实验测定，按以下公式求得：
G（C1 -C2） ＝ At
(kg/(h· m2))
式中，G－－试样绝对干燥时的质量，kg， A－－被干燥试样的总表面积，m2 ，
t－－干燥时间，h ，
C1，C2－－被干燥试样的最初与最终含水率， ％。
链 式 干 对于日用瓷，可按照成型 湿坯干燥 燥 定位脱模 再干燥 修坯 再干燥的工
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 道上传送进行干燥。
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。
湿坯含水率与电耗间的关系
3、直流电干燥
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。
降速干燥阶段 干燥速度及收缩速度急 剧变化，收缩基本停止
坯体收缩（收缩量约等 于排出的自由水的体积）
坯体颗粒接触
内扩散阻力增大
影响因素：
坯体中粘土的性能：可塑性，粒度
坯体的含水率： 坯体的成型方法：
坯体的形状：复杂，厚薄不均，干燥 不均匀，应力集中，变形开裂。 坯体的化学组成：
高岭土中所含阳离子对干燥性能的影响 阳离 干燥收缩率 干燥后固体物 子种 含量（体积分 类 长度/% 直径/% 数）/% Na+ Ca2+ Ba2+ La2+ H 3O + 4.8 6.5 5.9 6.6 7.4 10.0 8.5 7.6 7.4 8.9 61.0 59.1 57.2 54.7 55.6 干燥后 抗折强 度/MPa 2.94 60 1.00 0.82 1.34
坯体中水分的类型及结合形式
坯体直接与水接触而吸收的水 干燥过程 分。存在于大毛细孔及颗粒空 排出 隙中。结合松弛，极易排出， 脱水温度100℃左右。
自由水 吸附水 化学结合水
包含在原料矿物分子结 构中的水分，如结晶水、 将绝对干燥的坯体置于大气中 结构水等。 时，坯体中的粘土从空气中吸 附的与坯料粒子呈物理化学状 态结合的水。含量与外界空气 的温度、湿度有关。
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：
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。 建筑陶瓷制品的干燥方面发展较快。
链式干燥器
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、热泵干燥、脉冲干燥
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
方法的优点。
影响干燥速度的因素

外扩散
气体介质及生坯表面的蒸汽分压、气体介质及生
坯表面的温度、气体介质的流速和角度以及生坯表面 粘滞气膜的厚度、能量的供给方式等。 传统的生坯干燥方法靠热气体带来热能、带走水
汽。新的干燥方法仍然常包含这种方法，并且分别以
增强能量输入(如电热、辐射等)、降低周围介质蒸汽分
176 175
湿坯质量/g
174 173 172 171 170 0 1 2 4 6 8 时间/min 10 12 14 15
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。
挤制坯泥的颗粒取向
粘土颗粒定向排列引起不均匀收缩
影响干燥速度的因素

内扩散
瘠化坯料可以减少成型水分、减少干燥收缩、加速内扩散。
生坯温度则是内扩散的重要外因。温度升高水的粘度降低、毛细 管中水的弯月面表面张力及其合力也降低，可提高水的内扩散速 度；也可以加快处于降速干燥阶段的生坯内水蒸汽的扩散速度。 当温度梯度与湿度梯度方向一致时会显著加快内扩散速度。 向生坯的游离水直接提供能量比仅以自外向内的传导热量 更有力地加速内扩散。这是电热干操、微波干燥、远红外干燥等
陶瓷干燥新工艺
日本发明了一种陶瓷干燥新工艺，该工艺利用蒸汽与电介质 加热相结合的技术，也就是将坯体置于干燥箱内密闭，在电介质 加热的同时，供入饱和蒸汽，待内部加热一定时间后，停止供入 饱和蒸汽，缓慢减压，达到所定真空度，并保持在该真空状态下 干燥，因此可有效调节水分由坯体内部迁移至表面蒸发的速度， 大幅度缩短干燥时间，而且坯体水分蒸发程度均一，表面不会出 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 量。
5、综合干燥
根据坯体的不同干燥阶段的特点， 将几种干燥方法综合起来，取长补 短，达到事半功倍的效果。 综合干燥是一种强化干燥方法， 生坯快速干燥而不致出现干燥缺陷。
辐射干燥和热空气对流 干燥相结合 电热干燥与红外干燥、 热风干燥相结合
热风干燥，坯体表面与底面的干燥温差大，水分蒸发不均， 表面易形成微裂纹，且翘曲变形大，产品合格率降低；微波干燥， 坯体表面也易形成微裂纹。两者干燥时间都很长。
§6-3干燥制度的确定
干燥制度是指根据产品的品质要 求来确定干燥方法及干燥过程中各阶 段的干燥速度、影响干燥速度的参数 （干燥介质的种类、温度、湿度、流 量与流速等）。
最理想的干燥制度是指在最短的 时间内获得无干燥缺陷生坯的制度。
干燥速度
单位时间内，单位面积上坯体中水分 的排出量： d ＝ (kg/(h· m2))
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。
2、工频电干燥
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。
压、加大气流速度和角度等方法来提高外扩散速度。
§6-2 干燥方法及设备
烘干房
利用热风干燥
乡镇陶瓷厂、个体户企业
20世纪60年代，滚压成型机
热风链式干燥机
建筑陶瓷行 业迅猛发展
喷雾干燥
链式干燥机
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。