管状陶瓷立式干燥的探讨

2022.10.02

王玉梅杨华亮方仁德卢进聪

摘要：本文对管式坯体的干燥方式进行探讨，以铝管为中间载体，通过铝管的高导热系数及热胀冷缩原理，制备出水分均匀、尺寸均匀的陶瓷管坯，以满足烧成均质的管状陶瓷的要求。

关键词：管状陶瓷；导热系数；热胀冷缩

1 前言

管状陶瓷的种类较多，应用较广，如辊棒、刚玉管、炉管、风管及管式膜等在做众多领域中得到广泛的应用，其中辊棒和刚玉管显得尤其重要。一般，管状陶瓷均采用卧式干燥工艺进行生产，其特点是干燥效率快，操作简单，但由于是卧式干燥，空间难以有效地利用，且较难提高管坯的致密度。而立式干燥工艺则可以大幅度的提高干燥空间利用率，实现大批量的生产，其最大的缺点是管坯上下温度差和湿度差难以控制，管坯的上下水分均质性较差，所制备的管状陶瓷的均质性较差。为此，本文通过研究在管坯内壁套加一铝管，利用铝管的导热系数大，进行快速传热从而实现干燥的均匀性，并根据我司的管状陶瓷现状，摸索出管状陶瓷合理的干燥制度。

2 试验

2.1 管状陶瓷卧式干燥

如图1所示，卧式干燥的空间利用率较低，无法满足大生产的需求，且需要V形槽托住管坯，与V形槽接触的管坯和与空气接触的管坯其干燥效果有较大的区别，使得管坯的均匀性稍低，所制备的管状陶瓷的密度的均质性也较差。

2.2 管状陶瓷立式干燥

现今，一般立式干燥工艺均是通过给整个干燥房施加一定温度的热气，通过管坯从外向里进行热传递，将管坯进行干燥。这种干燥方式的弊端有：

（1）温度湿度不能精细控制，无法按照一定干燥曲线进行干燥；

（2）主要靠人洒水控制湿度，拉风闸控制温度、冷却靠人工操作；

（3）干燥房内的坯管上中下、前中后水分不均匀，导致损耗大，骨裂、分层和皱纹裂多；

（4）干燥房的供热系统完全靠底部供热，导致底部过热过快干燥，会造成一部分的尾部开裂；

（5）上中下水分的不一致，还会造成坯管的“窄腰”，给烧成尺寸控制带来一定影响，还有可能造成管状陶瓷的弯曲。

针对这些问题，对立式干燥进行改良，目标如下：

（1）干燥房的整个干燥过程可以实现自控（包括干燥、冷却）。

（2）温度，湿度（通过程序控制表自动独立控制），加装热风炉（烧燃气或电），保证热源的稳定性。

（3）干燥室内的坯管的上中下、前中后的水分差控制在1.0%范围之内。

例如干燥后坯管水分要求控制在1.5%，经过改造后的干燥房内所有的坯管上中下的水分都应在1.5±0.5%范围之内。

为达到此要求，具体思路为：

（1）温度控制。

温度控制通过热电偶和温控表以及可调控的热风风闸来实现自动控制，热风的保证通过加装热风炉调节干燥曲线和改造窑炉取热系统来实现。

（2）湿度控制。

放坯管时通过蒸汽控制干燥室的湿度，干燥过程中的湿度通过均布在顶部的抽风管道、抽风机和室温传感器以及程控表来实现自动调节。

（3）温度均匀性控制。

干燥室温度均匀性主要通过以下措施实现：

a）热气通过风管和支风管传送到每支坯管，热气在坯管管芯内高速流动。设计要求：传送到每支坯管的热风温度和风量是一致的，管芯内的热风风速大于6 m/s。

b）热风循环系统。在干燥室的底部布有带孔（孔径由大到小）的管道，上下管道通过风机连接。风机的开启通过程序控制。此系统与湿度传感器连接，在风机处设置可控排风口，可以兼顾起到调节湿度的作用，如图2所示。

从图2可知，通过干燥房下面的气孔，将干燥热风从底部运输到管坯上部，利用铝管的导热系数大，管坯上部的铝管处的温度迅速达到平衡，与此同时，在管坯横截面方向上，热量通过鋁管传递到管坯的内壁，在经过管坯的横向方向上，内壁向外壁方向传递热量，最终管坯在横向和纵向方向上的温度均较为一致。整个过程管坯进行干燥收缩，由于热胀冷缩，铝管膨胀，管坯收缩，铝管与管坯内壁接触，传热效果加速，经过冷风、微热风、热风等干燥过程，温度降低至室温，水分降低达到后工序装窑要求，铝管也收缩至原始状态，铝管从管坯内壁拔出，完成整个干燥过程。

2.3 坯管干燥及回潮制度

采用新型干燥方式进行坯管干燥，经过长时间的摸索，得到的干燥制度如表1。

经过我司的试验验证，管坯上下水分均在0.5～1.0%之间，管坯的尺寸偏差在0.8 mm之内。

3 结论

（1）通过新型立式干燥工艺，管坯的干燥效率大大提高；

（2）通过管坯内壁施加铝管，利用其热胀冷缩作用，可以提高干燥效率及干燥后快速的脱模；

（3）通过摸索的干燥及回潮制度，管坯的水分可控制在0.5 ～ 1.0%之间，管坯的尺寸偏差在0.8 mm之内。