浅析陶瓷高湿坯体的干燥机理及模式

摘 要：本文阐述了陶瓷高湿坯体干燥的发展状况及出现的问题和干燥机理，重点介绍了笔者公司的陶瓷高湿坯体的干燥模式，其主要包括快速烘干房和辊道多层快速干燥器。实践证明，采用快速烘干房进行干燥，生产效率明显提高，干燥周期由传统的一周多的时间缩短到24~48h，成品率达95%以上；采用辊道多层快速干燥器其干燥效果较为理想，干燥时间缩短到6~8h。

关键词：高湿坯体；干燥；快速烘干房；快速干燥器

1 引 言

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。

3 陶瓷高湿坯体的干燥机理

坯体的干燥过程分为表面水分汽化过程、热量由外而内的传递过程和水分由内而外的传质过程。

3.1表面水分汽化过程

表面水分汽化主要受坯体表面对流换热及坯体表面蒸汽分压的影响，对流换热越快水分汽化所需热量越大。对流换热量公式为：

Q=αT （1）

其中，α为对流换热系数，主要受坯体表面热风流速V决定，V越大，α越大。因此，要加快水分汽化就要加大坯体表面热风流速。另外，蒸汽分压越低水分排出越迅速，所以降低蒸气分压也就能降低坯体表面热风的湿度，加快水分的汽化。

3.2热量由外而内的传递过程

热量由坯体表面向内部的传递过程即为导热的过程，导热的热流量传递公式为：

Q=ΔT/（d/λ） （2）

其中，ΔT为内外温差，d为坯体厚度，λ为导热系数。从公式（2）可知，ΔT增大，传热过程加快（因为d为坯体厚度已定，λ只受坯体工艺配方影响，基本都不影响传热Q）。可以通过提高坯体外表面温度来增大ΔT值，即加快坯体外表面的对流换热速度，同时减水表面水分汽化过程。因此，加快传热过程的方法有：第一，加大坯体表面空气流速；第二，减少表面水分汽化。

3.3水分由内而外的传质过程

水分由内而外的传质过程主要受两个因素的影响，第一，坯体内外含水量的差值，差值越大，传递越快。但含水量差值过大易导致坯体产生缺陷，因此不能盲目地加大坯体内外含水量的差异；第二，坯体的温度，温度越高水分子越活跃，水分传递就越快。

通过上述分析，要实现坯体8%含水量之前的快速干燥，可采取如下办法：加大坯体表面的热风流速；提高坯体表面热风的温度；控制好坯体表面热风的湿度，以控制坯体表面水分的汽化速度。

4 陶瓷高湿坯体的快速干燥模式

经过多年的实践，以及吸收国外同行的先进经验，总结出以下两种高湿坯体的快速干燥模式。

4.1辊道多层快速干燥器

辊道多层快速干燥器，采用的是辊道式传动结构，笔者主要在风管布置及控制上做了更多的改进。首先，在风管的布置上，笔者采用的辊道面上、下多管均匀供热，如图1所示。

在每根供热小风管上开一排小孔，并保证每个小孔的出风量均匀。因此，在辊道面纵向上形成很多均匀布置的大风幕，风速快、供风均匀，能使坯体快速均匀的受热。同时，抽湿风口均匀地分布在干燥器的各段上，见图2。

由于抽风的作用，在辊道面横向上产生的气流，既有利于温度均匀，又有利于坯体表面的快速受热。抽出的热风通过风机进入热风循环系统，并在循环风管内混入热风，或燃烧机加热的方法供热风再次循环利用。一方面，加大了热风的湿度，使快速受热的坯体表面的汽化速度得以抑制；另一方面，热风的循环利用节约了大量的能源。为了使湿气顺利排出，笔者公司在热风循环管道上开了一个小排湿口，再利用风机抽走部风热风。

实践证明，采用辊道多层快速干燥器，只要控制好温度和湿度，即可大大缩短干燥时间。目前，笔者公司的辊道多层快速干燥器在国内某知名陶板及西瓦生产厂的两条生产线运转良好，干燥效果达到理想的目标，尤其干燥时间缩短到6~8h。

4.2快速烘干房

快速烘干房的结构主要针对湿法成形的卫浴洁具、陶板、硼板、挂件等大规格或异型产品的干燥而设计。与传统的烘干房相比，笔者公司的快速烘干房在制作上更精细，以保证整个烘房空间的气密性。另外，烘房空间采用先进的热风供风系统来取代传统的供热系统，达到快速干燥的目的（见图3）。

其工作原理为：首先，做一个风锥，在锥体高度方向预留两条缝做为出风口。然后，在锥体上方装一个风扇，往锥体内供热风，在风锥热风出口处形成一个高风速的风幕。最后，通过特殊的传动方式使锥体以一定转速转动起来，带动风幕旋转给烘房空间，使空间内温度均匀，同时每件产品表面都保持一个快速的热风流动，加快坯体的受热。为了控制坯体表面干燥速度，笔者采用加大空间内热风湿度的办法，将空间内热风循环加热，既保证热风湿度，又保证热量的供应，同时达到节能的目的。快速烘干房目前已在国内几家知名卫浴洁具厂得以应用，其优点为：生产效率明显提高，干燥周期由传统的一周多的时间缩短到24~48h，成品率达95%以上。

5 结 语

陶瓷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，可以通过合理地控制干燥速度有效防止坯体变形、开裂等缺陷。实践证明，采用快速烘干房进行干燥，生产效率明显提高，干燥周期由传统的一周多的时间缩短到24~48h，成品率达95%以上；采用辊道多层快速干燥器其干燥效果较为理想，干燥时间缩短到6~8h。