⏹高干燥敏感性的粘土K>1.8，如蒙脱石和多水高岭矿物为主的粘土
3、干燥原理
⏹坯体与水分结合形式，
⏹物料在干燥过程中的变化
⏹影响干燥速率的因素
⏹是分析和改进干燥器的理论依据。
坯体中的水分
⏹坯体中所含的水分有物理水和化学水两大类。
⏹化学水在坯体组成中与其他成分互相化合不能在干燥过程中排出。
⏹干燥过程只涉及物理水。
物理水又分为自由水和大气吸附水两种。
坯体中的水的类型
⏹自由水（机械水游离水）：
分布在颗粒之间和毛细管中，结合松驰，较易排除。
⏹物理化学结合水（吸附水）：
附着于颗粒表面，其数量与环境温度和湿度相关，并有一定的平衡关系，即随周围介质条件可逆性地变化。
⏹化学结合水：
包含在矿物的分子结构中，结合牢固，排除时需要较大能量。
自由水
⏹自由水存在于坯体的大毛细管内，与坯体结合松弛。
坯体中自由水的蒸发就像自由液面上水的蒸发一样，坯体表面水蒸汽的分压力，等于其表面温度下的饱和水蒸汽分压力。
⏹坯体中自由水排出时，物料的颗粒彼此靠扰，因而发生体积收缩，故自由水又称为收缩水。
⏹大气吸附水是存在于坯体微毛细管（直径小于0.1μm）内及胶体颗粒表面的水，与坯体结合比较牢固（属物理化学作用），因此当大气吸附水排出时，坯体表面水蒸汽的分压力将小于坯体表面温度下的饱和水蒸汽分压力。
在干燥过程中当坯体表面水蒸汽分压力等于周围干燥介质的水蒸汽分压力时，干燥过程即停止，水分不能继续排出，此时坯体中所含的水分称为平衡水。
平衡水是大气吸附水的一部分，它的多少取决于干燥介质的温度和相对湿度。
⏹当坯体周围介质的相对湿度为100%时，与它相平衡的水分是坯体内大气吸附水的最高点，超过此点即为自由水。
在温度不变而相对湿度逐渐降低时，解吸范围逐渐增大，平衡水则相应减小，相对湿度达到0%时，平衡水分变为0，大气吸附水全部解吸附。
⏹坯体平衡水分与介质相对温度关系的曲线亦称等温吸附线，坯体水分，超过此线的区域为干燥范围，低于此线的区域为吸湿范围，吸湿范围内的水不能排除。
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）。
干燥方法与应用
人工干燥方式的热源类型：
⏹外热源法：
在物料的外部对物料表面加热，使物料受热，水分蒸发，而得以干燥。
⏹内热源法：
将湿物料放在高频交变的电磁场中或微波场中，使物料本身的分子产生剧烈的热运动而发热，或使交变电流通过物料而产生热量，物料中水分蒸发，物料本身得以干燥。
4、坯体的干燥过程
⏹生坯与干燥介质接触时，生坯表面的水分首先汽化，生坯内部水分借扩散作用向表面移动并在表面汽化，然后由干燥介质将汽化的水分带走，达到干燥的目的，所以干燥速度决定于内部扩散速度和表面汽化速度两个控制过程。
⏹分析干燥特性
曲线图：
⏹
（1）如果加入泥料中的水分充裕，则干燥的开始阶段，水分的排出过程并不引起坯体收缩变形，当多余水分蒸发后含水量达到某一特定值时才产生收缩。
当形成了毛细管的凹月面使其表面张力增加时，则此含水量即为收缩水渗透排出的开始点（A和A’点）；
⏹
（2）在速度曲线上的临界点B和B’点，表征着等速干燥阶段的技术、降速干燥阶段的开始。
在降速干燥器件，不发生体积收缩而伴随着温度升高，组成不同的坯体其临界水分是不同的，根据开始A和A’点和临界点湿度（B和B’）的差数，可以判断出等速干燥条件下表面和内部自由水的排出量。
⏹实际干燥过程中，只要坯体的表面层结束了等速干燥，则坯体的收缩便达到最大值，从而迫使中心层在较高的水分下终止干燥。
⏹（3）在表面层结束干燥室，由于内外层的水分差，使得坯体内外层的绝对收缩相差很大，表面层力求达到最大收缩，而坯体的潮湿核心又阻止这种收缩，从而在坯体内产生应力。
表面受张力，内部受压应力，如果应力分布不均匀，会导致坯体的变形。
当应力超过了坯体干燥强度时便会发生开裂。
⏹（4）至曲线C和C’点时，毛细管水分消失，剩余的便是与干燥介质达到平衡的平衡水分，这种水分的高低决定于干燥介质的温度和湿度。
⏹降速干燥阶段，收缩没有变化，变形不可逆，内应力增加，然后又松弛下来。
⏹在对流干燥过程中介质与坯体之间既有热交换，又有质交换，可以将其分为下面三个既同时进行又相互联系的过程：
⏹
（1）传热过程
⏹干燥介质的热量以对流方式传给坯体表面，又以传导方式从表面传向坯体内部。
坯体表面的水分得到热量而汽化，由液态变为气态。
⏹
（2）外扩散过程
⏹坯体表面产生的水蒸汽，通过层流底层，在浓度差的作用下，以扩散方式由坯体表面向干燥介质中移动。
⏹（3）内扩散过程
⏹由于湿坯体表面水分蒸发，使其内部产生湿度梯度，促使水分由浓度较高的内层向浓度较低的外层扩散，称湿传导或湿扩散。
⏹当坯体中存在有温度梯度时，也会引起水分的扩散移动，移动的方向指向温度降低的方向，即与温度梯度的指向相反，这种单由温度梯度引起的水分移动称热湿传导或称热扩散。
⏹在实际的干燥过程中，水分的内扩散过程一般包括湿传导和热湿传导的共同作用。
在干燥条件稳定的情况下，坯体表面温度、水分含量、干燥速率与时间的关系
干燥过程的四个阶段Ⅰ
⏹加热阶段
⏹由于干燥介质在单位时间内传给坯体表面的热量大于表面水分蒸发所消耗的热量，因此受热表面温度逐步升高，直至等于干燥介质的湿球温度，即到达图中A点，此时表面获得热与蒸发耗热达到动平衡，温度不变。
此阶段坯体水分减少，干燥速率增加。
⏹加热阶段的特点：
⏹物料表面被加热，温度升高，水分开始蒸发，干燥速度不断增加；
⏹湿球温度：
是标定空气相对湿度的一种手段，其涵义是，某一状态的空气，同湿球温度表的湿润温包接触，发生绝热热湿交换，使其达到饱和状态时的温度。
干燥过程的四个阶段Ⅱ
⏹等速干燥阶段
⏹本阶段仍继续进行自由水排除。
由于坯体含水分较高，表面蒸发了多少水量，内部就能补充多少水量，即坯体内部水分移动速度（内扩散速度）等于表面水分蒸发速度，亦等于外扩散速度，所以表面维持潮湿状态。
⏹物料中非结合水排出，产生收缩。
该阶段终了时，物料中所含平均水分量称为临界水分，它是该阶段进入降速干燥阶段的转折点。
⏹介质传给坯体表面的热量等于水分汽化所需之热量，所以坯体表面温度不变，等于介质的湿球温度，坯体表面的水蒸汽分压等于表面温度下的饱和水蒸汽分压，干燥速率恒定，故称等速干燥阶段。
⏹因本阶段是排除自由水，故坯体会产生体积收缩，收缩量与水分降低量成直线关系，若操作不当，干燥过快，坯体极易变形、开裂，造成干燥废品。
⏹等速干燥阶段结束时，物料水分降低到临界值，K点即为临界水分点。
此时尽管物料内部仍是自由水。
但在表面一薄层内已开始出现水气吸附水。
干燥过程的四个阶段Ⅲ
⏹降速干燥阶段
⏹K点为等速干燥阶段与降速干燥阶段的转折点。
自K点继续降低水分，过程即进入降速阶段。
⏹坯体含水量减少，内扩散速度赶不上表面水分蒸发速度和外扩散速度，表面不再维持潮湿，干燥速率逐渐降低。
由于表面水分蒸发所需热量减少，物料温度开始逐渐升高。
物料表面水蒸汽分压小于表面温度下的饱和蒸汽分压。
此阶段排除的是大气吸附水。
当物料水分下降至等于平衡水分时，干燥速率变为零，干燥过程终止。
即使延长干燥时间，物料水分也不再变化。
此时物料的表面温度等于介质的干球温度，表面水蒸汽分压等于介质的水蒸汽分压。
⏹降速干燥阶段的干燥速率，取决于内扩散速率，故又称内扩散控制阶段，此时，物料的结构、形状、尺寸等因素影响着干燥速率。
⏹降速干燥阶段：
主要排除吸附水，物料不再产生收缩，故只增加气孔。
该阶段结束时，物料所含水分称为最终水分。
干燥过程的四个阶段Ⅳ
平衡状态：
当坯体水分达到最终含水量时，坯体水分与环境的交换呈平衡状态，此时，干燥速度为零，延长干燥时间仅仅是增加热能的消耗。
干燥过程曲线图
⏹升速干燥坯体表面被加热，水分不断蒸发；
⏹等速干燥水分由坯体内部迁移到表面的内扩散速度与表面水分蒸发扩散到周围介质中去的外扩散速度相等；
⏹降速干燥
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。
影响干燥速率的因素
◆外扩散速率：
这常决定于干燥介质的温度、湿度和流态（流速的大小和方向）以及物料的性质。
干燥介质的温度越高（相对湿度就越小），流速越快（边界层应越薄），外扩散速度越大。
◆内扩散速率：
湿扩散（由浓差决定）与热扩散（由温差控制）。
影响内扩散速率的因素
◆干燥方法：
若水分梯度与温度梯度和热扩散方向相同，水分移动速度将是湿扩散速度加上热扩散速度。
◆坯料性质：
瘠性料越多，颗粒越粗，毛细管也愈大，水分的扩散速度也愈大。
◆坯体温度：
坯体温度高，水的粘度小。
◆坯体表面的致密度：
外扩散过快时，往往造成表面收缩过大，使坯体表面致密，增加了湿扩散的阻力，降低了干燥速度。
影响外扩散速率的因素
◆气体介质及坯体表面的蒸汽分压；
◆气体介质及坯体表面粘滞气膜的厚度、能量的供给方式等；
◆通常以增加气体介质的流速，改变气体介质的流动方向和坯体表面的角度，降低周围环境介质的分压，增加能量的输入来提高外扩散速度。
干燥过程中坯体的收缩与开裂
⏹干燥速度的增加应以保证坯体不变形、不开裂为前提。
⏹坯体在干燥过程中，随着自由水的排出，被水膜隔离开的颗粒逐惭相互靠近，坯体不断产生收缩，当坯体中颗粒之间直接接触，产生摩擦，且颗粒之间的摩擦力大于毛细管中水的表面张力时，收缩就停止了。
干燥过程中坯体的收缩与开裂
⏹若坯体干燥过快或不均匀，内外层或各部位由于收缩不一致而产生内应力－－收缩应力；
⏹当收缩应力超过塑性状态坯体的屈服值时，坯体发生变形；
⏹当收缩应力超过塑性状态坯体的破裂点或超过弹性状态坯体的强度值时，坯体就会开裂。
干燥过程中坯体的收缩与开裂
⏹为了防止变形或开裂，既要调整坯料，降低收缩率，更要特别注意坯体在收缩阶段（等速干燥阶段）的干燥制度。
干燥过程中坯体的收缩与开裂
⏹除了干燥速度外，引起不一致收缩的原因：
◆坯体不同部位，由于厚薄不匀，受热先后不同等因素，水分排出的速度不同；
◆干燥前坯体的水分分布不均匀或含水量太大；
◆成型中颗粒的定向排列，或坯料混合不均匀造成粘性物质分布不均匀，颗粒分布不均匀；
◆坯件与托板接触部位，坯体收缩受到托板的机械抑制作用；
干燥过程中坯体的收缩与开裂
◆坯体形式设计不合理，在厚薄变换处，孔洞部位，形状改变部位，凹凸不平部位等产生应力集中；
◆成型、修坯过程中各部位受力不均匀，存在密度差或残留应力；
◆阳离子的种类影响收缩率的大小。
v因此，在选择干燥方法和制订干燥制度时，须根据坯料特性、成型工艺、制品大小、形状厚度、干燥设备等因素，给予综合考虑。
干燥开裂的类型
⏹
（1）整体开裂
⏹
（2）边缘开裂
⏹（3）中心开裂
⏹（4）表面裂纹
⏹（5）结构裂纹
坯体干燥后性质的影响因素
⏹
（1）坯体干燥后性质与后继工序的关系
⏹生坯的干后强度、气孔率与干燥后水分对后继工序有直接影响
⏹
（2）影响坯体干燥强度与气孔率的诸因素
⏹1）原料的种类与矿物组成
⏹2）坯料的细度
⏹3）吸附阳离子的种类和数量
⏹4）成型方法
⏹5）干燥温度
⏹6）生坯的最终含水率
5、干燥技术－干燥制度
干燥制度是指坯体在各个干燥阶段中所规定的干燥速度（干燥时间）。
热空气干燥法，通过介质的温度和湿度、空气流速和流量等参数来控制干燥制度。
对于工频电热干燥法，则通过调节电流密度来控制干燥速度。
干燥制度
干燥条件总和，包括干燥时间、干燥温度和相对湿度、砖坯干燥前后的残余水分要求等，一般根据实验数据来确定。
可塑法成型的坯体，干燥前的机械强度很低，不超过0.05MPa，体积收缩达10％左右，因此干燥速度不能太快。
确定干燥制度的依据
⏹1）干燥介质的温度
⏹2）干燥介质的湿度
⏹3）干燥介质的流速和流量
干燥技术-干燥制度确定原则
⏹获得无缺陷的干燥坯体。
应控制坯体各部分的含水率在干燥过程中差别不大，使应变均匀以避免应力集中，必须使坯体在干燥过程中具有适当的干燥速度。
⏹加快干燥，节约能源。
即生产周期短，单位制品热耗低。
－－干燥过程中寻优问题。
干燥技术-干燥制度的建立
预热阶段：
应使干燥器的温度适当高些，但温度也不能过高，否则，水分子的热运动使粘土的结合强度下降，特别是坯体含水率较高或存在凝聚水时，强度下降更显著。
通常预热阶段的温度一般40～45℃。
等速干燥阶段：
此时坯体易发生干燥收缩，易引起变形或开裂。
应根据坯料的干燥敏感性（坯料的收缩大小，可塑性，分散性，被吸附的阳离子的种类和数量等因素）、坯体的形状、大小和厚度，坯体的原始含水率和临界水分等因素来确定最大干燥速度。
当然最大干燥速度的确定还取决于干燥方法、干燥器的类型和结构以及干燥的均匀程度。
降速干燥阶段：
由于坯体收缩很小，不会产生较大的收缩应力，故可适当提高干燥速度以加速干燥。
降速干燥阶段的时间取决于干燥的最终水分和整个干燥器内坯体干燥的均匀程度。
坯体干燥终了时的平衡水分，不仅取决于粘土的结构和吸附能力，同时还取决于周围介质的温度和湿度。
坯体干燥的最终水分过低（比平衡水分小得多时），坯体在存放过程中还会由空气中吸收水分（返潮），甚至还可能膨胀开裂。
影响干燥制度的因素
⏹1）影响内扩散的因素
⏹含水率、生坯组成、结构等
⏹2）影响外扩散的因素
⏹干燥介质、生坯表面的蒸汽分压、生坯表面的温度。
干燥介质的流速和方向以及生坯表面黏滞气膜的厚度、热量的供给方式，
⏹3）其他影响因素
⏹坯体的形状、尺寸、干燥器的种类等
卫生陶瓷生产对于干燥器的要求
⏹
（1）要有良好的干燥质量，而且干燥制度要易与控制，操作方便灵活。
⏹
（2）产量要高，并要利于下一道工序的进行。
⏹（3）能源消耗要少，在可能情况下应尽量利用工厂的余热。
⏹在自然干燥的老式企业里干燥的能耗很高，有的甚至达到生产能耗的40%。
由于干燥的操作温度较低，而陶瓷烧成又离不开高温窑炉，因此一般陶瓷工厂都有大量余热可供利用。
⏹（4）生产强度高，占地少。
⏹（5）省力，省工序，特别是易于和前后工序连成自动线，减少搬运次数。
⏹（6）对环境污染小。
现代注浆车间里有大量精密的机械设备，有时需要安排两班或三班生产。
因此，不能适应高温高湿的环境。
干燥器的分类
⏹
（1）按干燥制度是否进行控制
⏹可分为：
自然干燥和人工干燥。
由于人工干燥是人为控制干燥过程，所以又称强制干燥。
⏹
（2）按干燥方法不同进行分类可分为：
⏹1）对流干燥其特点是利用气体作为干燥介质，以一定的速度吹拂坯体表面，使坯体得以干燥。
⏹2）辐射干燥其特点是利用红外线、微波等电磁波的辐射能，照射被干燥的坯体使其得以干燥。
⏹3）真空干燥这是一种在真空（负压）下干燥坯体的方法。
坯体不需要升温，但需利用抽气设备产生一定的负压，因此系统需要密闭，难以连续生产。
⏹4）联合干燥其特点是综合利用两种以上干燥方法发挥它们各自的特点，优势互补，往往可以得到更理想的干燥效果。
干燥方法Ⅰ
自然干燥法：
将湿坯置于露天或室内的场地上，借助风吹和日晒的自然条件使物料得以干燥的办法。
成本低，但干燥速度慢，产量低，劳动强度大，受气候影响大，难以适应大规模的工业生产。
人工干燥法：
也称机械干燥，将湿物料放在专门的设备中进行加热，使物料的水分蒸发而得以干燥。
特征：
干燥速度快，产量大，不受气候条件的限制，便于实现自动化，适合于工业生产。
干燥方法Ⅱ
⏹一、对流干燥
⏹是利用热气体的对流作用，将热传递给坯体，使坯体内水分蒸发而干燥的方法。
⏹特点:
设备简单，热源易于获得，温度、流速易控，在陶瓷行业应用最广。
⏹根据结构形式的不同，可分为：
室式、隧道式、链式、推板式等
⏹二、工频干燥
⏹将工频电流通过坯体进行干燥的方法。
⏹把湿坯体作为电阻并联于电路中，当工频电流经过时，坯体内部产生热量，是水分蒸发而干燥。
⏹用锡箔、石墨泥浆等作为电极，
⏹大型电瓷生坯一般要10-15天，改用工频干燥仅用4小时。
⏹三、微波干燥
⏹微波是介于高频与远红外线之间的电磁波，波长为0.001-1m，频率为300-300000MHz。
⏹是以微波辐射是坯体内极性强的分子，主要是水分子的运动随着交变电场的变化而加剧，发生摩擦而转化为热能是生坯干燥的方法；
⏹优点：
均匀快速、具有选择性、热效率高、设备轻巧、便于控制；费用高，耗电量大。
⏹四、远红外干燥
⏹红外线波长0.75-1000微米，利用远红外辐射发生器发出的远红外线为坯体吸收，直接转变为热能而是生坯干燥的方法。
⏹特点：
干燥速度快、节约能源消耗、设备小巧、造价低、占地面积小、建设费用低、干燥质量好。
⏹主要是特种陶瓷行业应用
⏹五、综合干燥
⏹将几种干燥方法综合起来取长补短，达到事半功倍的效果。
卫生陶瓷干燥系统
⏹成形车间干燥系统
⏹这种干燥系统主要适用于石膏模每天只成形一次（白班成形）的工厂，按间歇方式操作。
按照干燥制度能否调节分成以下两种干燥系统。
它们具有的共同优点是：
坯体在脱模以后，无需多搬动即可进行干燥，不需另建干燥器，节省投资；能充分利用成形车间的热量和空间。
⏹间歇式干燥室
⏹间歇式干燥室是专门进行干燥的设备，因此它的内部尺寸（长、宽、高），均是按照装卸、放置坯体的实际需要确定的。
同时，通风系统管路、喷口等的位置也更加合理。
⏹间歇式干燥室体积可大可小。
但过大，则灵活性差，经常开门，会影响室内的干燥制度，过小，则不经济。
间歇式干燥室内部坯体的放置，一般采用坯架，坯架可为固定式或移动式（干燥车）。
⏹使用干燥车作为运载装置的干燥室，一般设计成隧道式、间歇作业。
干燥车的尺寸应依放置坯体需要确定。
一般为长1.4m，宽0.9m，高1.4m，分三层。
⏹连续式干燥器
⏹
（1）连续式干燥器的特点
⏹连续式干燥器一般有两种型式：
一种是隧道式，另一种是吊兰式。
他们共同的特点是：
⏹1）连续作业。
从一端连续进坯（实际上有较短但确定的间隔时间），从另一端连续出坯。
因而很容易和前后工序连成生产（或自动）线。
⏹2）干燥器内各处的温度、压力、湿度基本上都是稳定的，因此较容易操作，干燥质量也比较稳定。
⏹3）产量大，热耗低，热耗一般在3800千焦/千克水左右。
比间歇式干燥室经济性好。
⏹4）一般投资较大。
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