管狀陶瓷立式干燥的探討

王玉梅 楊華亮 方仁德 盧進(jìn)聰

摘 要：本文對管式坯體的干燥方式進(jìn)行探討，以鋁管為中間載體，通過鋁管的高導(dǎo)熱系數(shù)及熱脹冷縮原理，制備出水分均勻、尺寸均勻的陶瓷管坯，以滿足燒成均質(zhì)的管狀陶瓷的要求。

關(guān)鍵詞：管狀陶瓷；導(dǎo)熱系數(shù)；熱脹冷縮

1 前言

管狀陶瓷的種類較多，應(yīng)用較廣，如輥棒、剛玉管、爐管、風(fēng)管及管式膜等在做眾多領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，其中輥棒和剛玉管顯得尤其重要。一般，管狀陶瓷均采用臥式干燥工藝進(jìn)行生產(chǎn)，其特點(diǎn)是干燥效率快，操作簡單，但由于是臥式干燥，空間難以有效地利用，且較難提高管坯的致密度。而立式干燥工藝則可以大幅度的提高干燥空間利用率，實(shí)現(xiàn)大批量的生產(chǎn)，其最大的缺點(diǎn)是管坯上下溫度差和濕度差難以控制，管坯的上下水分均質(zhì)性較差，所制備的管狀陶瓷的均質(zhì)性較差。為此，本文通過研究在管坯內(nèi)壁套加一鋁管，利用鋁管的導(dǎo)熱系數(shù)大，進(jìn)行快速傳熱從而實(shí)現(xiàn)干燥的均勻性，并根據(jù)我司的管狀陶瓷現(xiàn)狀，摸索出管狀陶瓷合理的干燥制度。

2 試 驗(yàn)

2.1 管狀陶瓷臥式干燥

如圖1所示，臥式干燥的空間利用率較低，無法滿足大生產(chǎn)的需求，且需要V形槽托住管坯，與V形槽接觸的管坯和與空氣接觸的管坯其干燥效果有較大的區(qū)別，使得管坯的均勻性稍低，所制備的管狀陶瓷的密度的均質(zhì)性也較差。

2.2 管狀陶瓷立式干燥

現(xiàn)今，一般立式干燥工藝均是通過給整個干燥房施加一定溫度的熱氣，通過管坯從外向里進(jìn)行熱傳遞，將管坯進(jìn)行干燥。這種干燥方式的弊端有：

（1） 溫度濕度不能精細(xì)控制，無法按照一定干燥曲線進(jìn)行干燥；

（2） 主要靠人灑水控制濕度，拉風(fēng)閘控制溫度、冷卻靠人工操作；

（3） 干燥房內(nèi)的坯管上中下、前中后水分不均勻，導(dǎo)致?lián)p耗大，骨裂、分層和皺紋裂多；

（4） 干燥房的供熱系統(tǒng)完全靠底部供熱，導(dǎo)致底部過熱過快干燥，會造成一部分的尾部開裂；

（5） 上中下水分的不一致，還會造成坯管的“窄腰”，給燒成尺寸控制帶來一定影響，還有可能造成管狀陶瓷的彎曲。

針對這些問題，對立式干燥進(jìn)行改良，目標(biāo)如下：

（1） 干燥房的整個干燥過程可以實(shí)現(xiàn)自控（包括干燥、冷卻）。

（2） 溫度，濕度（通過程序控制表自動獨(dú)立控制），加裝熱風(fēng)爐（燒燃?xì)饣螂姡ＷC熱源的穩(wěn)定性。

（3） 干燥室內(nèi)的坯管的上中下、前中后的水分差控制在1.0%范圍之內(nèi)。

例如干燥后坯管水分要求控制在1.5%，經(jīng)過改造后的干燥房內(nèi)所有的坯管上中下的水分都應(yīng)在1.5±0.5%范圍之內(nèi)。

為達(dá)到此要求，具體思路為：

（1）溫度控制。

溫度控制通過熱電偶和溫控表以及可調(diào)控的熱風(fēng)風(fēng)閘來實(shí)現(xiàn)自動控制，熱風(fēng)的保證通過加裝熱風(fēng)爐調(diào)節(jié)干燥曲線和改造窯爐取熱系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

（2）濕度控制。

放坯管時通過蒸汽控制干燥室的濕度，干燥過程中的濕度通過均布在頂部的抽風(fēng)管道、抽風(fēng)機(jī)和室溫傳感器以及程控表來實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。

（3）溫度均勻性控制。

干燥室溫度均勻性主要通過以下措施實(shí)現(xiàn)：

a）熱氣通過風(fēng)管和支風(fēng)管傳送到每支坯管，熱氣在坯管管芯內(nèi)高速流動。設(shè)計要求：傳送到每支坯管的熱風(fēng)溫度和風(fēng)量是一致的，管芯內(nèi)的熱風(fēng)風(fēng)速大于6 m/s。

b）熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)。在干燥室的底部布有帶孔（孔徑由大到小）的管道，上下管道通過風(fēng)機(jī)連接。風(fēng)機(jī)的開啟通過程序控制。此系統(tǒng)與濕度傳感器連接，在風(fēng)機(jī)處設(shè)置可控排風(fēng)口，可以兼顧起到調(diào)節(jié)濕度的作用，如圖2所示。

從圖2可知，通過干燥房下面的氣孔，將干燥熱風(fēng)從底部運(yùn)輸?shù)焦芘魃喜?，利用鋁管的導(dǎo)熱系數(shù)大，管坯上部的鋁管處的溫度迅速達(dá)到平衡，與此同時，在管坯橫截面方向上，熱量通過鋁管傳遞到管坯的內(nèi)壁，在經(jīng)過管坯的橫向方向上，內(nèi)壁向外壁方向傳遞熱量，最終管坯在橫向和縱向方向上的溫度均較為一致。整個過程管坯進(jìn)行干燥收縮，由于熱脹冷縮，鋁管膨脹，管坯收縮，鋁管與管坯內(nèi)壁接觸，傳熱效果加速，經(jīng)過冷風(fēng)、微熱風(fēng)、熱風(fēng)等干燥過程，溫度降低至室溫，水分降低達(dá)到后工序裝窯要求，鋁管也收縮至原始狀態(tài)，鋁管從管坯內(nèi)壁拔出，完成整個干燥過程。

2.3 坯管干燥及回潮制度

采用新型干燥方式進(jìn)行坯管干燥，經(jīng)過長時間的摸索，得到的干燥制度如表1。

經(jīng)過我司的試驗(yàn)驗(yàn)證，管坯上下水分均在0.5～1.0%之間，管坯的尺寸偏差在0.8 mm之內(nèi)。

3 結(jié) 論

（1）通過新型立式干燥工藝，管坯的干燥效率大大提高；

（2）通過管坯內(nèi)壁施加鋁管，利用其熱脹冷縮作用，可以提高干燥效率及干燥后快速的脫模；

（3）通過摸索的干燥及回潮制度，管坯的水分可控制在0.5 ～ 1.0%之間，管坯的尺寸偏差在0.8 mm之內(nèi)。