СУШІННЯ КЕРАМІЧНИХ ПРОДУКТІВ

Під сушкою керамічних виробів мається на увазі виведення води, що міститься в їх сирої масі. Ця вода необхідна для формування, дозволяючи розвивати пластичність керамічних паст, а також властивості текучості слипів (у разі лиття).

Сушка, як технологічна фаза у виробництві керамічних виробів, накладається такими факторами:

перехід керамічної маси з пластичного стану в твердий

необхідність підвищення механічної міцності фасонних виробів з метою виконання транспортно-навантажувальних операцій при згорянні, без зміни форми.

Усунення явища руйнування форми внаслідок раптового випаровування великої кількості води, що міститься в продукті.

Вологість продуктів, що піддаються сушінню, визначається методом формування та становить від 2 до 25%. Рівноважна вологість, яку продукти мають при перебуванні в навколишньому середовищі, становить 1-2%.

В основі сушіння лежить дифузія як фізичне явище. Дифузія визначається, з одного боку, тенденцією водяної пари з поверхні виробів мати такий самий тиск, як водяна пара в навколишньому середовищі, а з іншого боку, тенденцією води та пари всередині продуктів мати такий же тиск, як водяна пара з поверхні виробів.

Випаровування води з поверхні продуктів називається зовнішньою дифузією або випаровуванням. Зовнішня дифузія створює різницю у вологості між зовнішнім і внутрішнім шарами продуктів, що породжує рух води з більш вологих в більш сухі ділянки, отже зсередини на поверхню, явище, яке називається внутрішньою дифузією або простішою дифузією. Внутрішня дифузія виводить нову кількість води на поверхню продукту, звідки вона випаровується, переходячи в навколишнє середовище. Процес триває до досягнення стійкого стану, коли тиск пари на поверхні продукту дорівнює тиску навколишнього повітря.

Рух води зсередини назовні, відповідно коефіцієнт дифузії, залежить від в'язкості води, яка, в свою чергу, є функцією температури. Отже, внутрішня дифузія зростає із збільшенням температури керамічних виробів.

Для прискорення висихання в кераміці практикується техніка нагрівання. Тепло, необхідне для випаровування вологи, подається за допомогою сушильного агента (повітря або нагрітих газів).

Параметри сушильного агента:

Останній параметр (швидкість руху) має особливе значення для процесу сушіння, оскільки чим вища швидкість руху сушильного агента, що циркулює між продуктами, тим швидше вода, що випаровується з поверхні продуктів, віддаляється від робочого простору і випаровування відбувається швидше.

Керамічні маси, що мають у своєму складі глинисті матеріали, містять воду у таких формах:

капілярна вода (пористість)

2. Явища, що виникають під час сушіння .

Висушуючи керамічні маси, виходить два ефекти:

підвищення механічної міцності

Підвищення механічного опору продуктів відбувається в міру усунення води. Причини різні: концентрація та зневоднення колоїдних речовин, які при затвердінні надають цементуючу дію, сили електростатичного притягання та сили Ван-дер-Ваальса, які збільшуються, чим ближче частинки.

Стійкість до сухості залежить від мінералогічної природи глинистого матеріалу (вища на глинах, ніж на каолінах), від форми та розміру частинок (збільшення дрібних розмірів призводить до збільшення стійкості до сухості), від процесу формування. Ці фактори безпосередньо впливають на компактність продукції. Чим вище компактність, тим жорсткіша і міцніша мережа, що утворюється після висихання.

Сухий опір можна підвищити, додаючи такі речовини, як силікат натрію, фосфорна кислота, синтетичні смоли тощо.

Високоміцні глиняні матеріали в сухому стані є особливо цінними, оскільки навіть у разі включення значної кількості знежирювача після висушування отримують вироби з досить високою міцністю.

Усадка при висиханні означає зменшення розмірів продукту одночасно із втратою води.

Процес сушіння відбувається у дві різні фази (рис). На першій фазі видаляється адсорбційна (стискаюча) вода, що супроводжується близькістю частинок глини і, отже, контактом. Спочатку зменшення об’єму дорівнює об’єму води, що видаляється. Коли деякі частинки стикаються, починають з’являтися пори, скорочення слабшає і стає меншим за об’єм видаленої води (рис). По закінченні фази скорочення припиняється і колоїдна вода повністю видаляється.

На другій фазі сушіння, яка зазвичай довша, вода випаровується з капілярів, що утворюються при дотику до масових частинок між ними. Цю воду називають пористою, оскільки з початком її видалення в продукті утворюються пори.

Усадка при висиханні виражається лінійною усадкою (зменшення розмірів в одному напрямку):

або шляхом скорочення об’єму (зменшення об’єму):

v0 - початковий об'єм, при вологості w0

v - кінцевий об'єм у сухому стані

l0 - початкова довжина, при вологості w0

l - кінцева довжина в сухому стані

Факторами, що впливають на усадку сушіння, є:

адсорбційна здатність та природа адсорбованих катіонів

Чутливість до висихання глинистих матеріалів, що містяться в керамічних виробах, є важливою характеристикою. Чутливість до висихання - це схильність різних керамічних мас деформуватися або утворювати тріщини під час висихання. Це характерно і не може бути пов’язане з еволюцією окремої властивості.

Загалом, чим вище скорочення і пластичність, тим вища чутливість.

Через стискання та напруження, що утворюються під час сушіння, процес слід проводити дуже обережно. Це передбачає, по-перше, суворе встановлення параметрів сушіння і, по-друге, їх дотримання в технологічному потоці. Отже, занадто висока швидкість сушіння може призвести до швидкого прискорення зовнішньої дифузії та утворення зовнішньої кірки, яка, стискаючись занадто виражено, створює великі напруження на межі серцевини продукту і, отже, тріщини або тріщини.

Через втрату вологи вага виробу безперервно зменшується в процесі сушіння. Графічно представляючи вміст вологи у продукті (w) як функцію від часу, отримуємо криву сушіння (рис)

4. Фактори, що визначають час висихання керамічних виробів

Час висихання визначається комплексом факторів, основними з яких є:

а) Фактори, пов'язані з сушильним агентом

б) Фактори, пов’язані з формою виробу

в) Фактори, які залежать від природи глинистих мінералів

Велика різноманітність тонкокерамічних виробів, що відрізняються за складом, структурою, формою та розмірами, визначає найбільш відповідний процес і режим сушіння.

Сушіння керамічних виробів проводиться в природних умовах (природне сушіння) або в спеціально створених умовах (штучне сушіння)

Природна сушка проводиться у відкритих приміщеннях, на полицях або у формуючих секціях. Характеризується: великими зусиллями при завантаженні та вивантаженні продуктів, нерівномірністю сушіння, високим відсотком брухту.

Штучне сушіння передбачає будівництво спеціальних установок (сушарок), в яких режим сушіння можна постійно регулювати або підтримувати.

Умови, яким повинні відповідати сушарки:

забезпечити незначну зміну режиму з метою створення оптимальних умов для певного виду продукції, необхідної для сушіння;

для забезпечення рівномірного висихання як поверхні, так і об’єму продукту

для досягнення максимальної швидкості сушіння без шкоди для якості продукції;

мати низьке споживання тепла та електроенергії;

кількість випаровуваної вологи в кг/год м 3 робочого простору повинна бути якомога більшою, щоб зменшити вартість будівництва.

Бути оснащеним вимірювальним та контрольним обладнанням, а також автоматичними регуляторами температури, вологості, тиску тощо;

Мати просту послугу, максимально механізовану.

Штучні сушарки працюють на основі сушильного агента, повітря або газу, який попередньо нагрівається у відповідних установках і дає можливість регулювати температуру, вологість та швидкість циркуляції в робочому приміщенні.

Залежно від режиму роботи сушарки можуть бути безперервними або періодичними.

а) Сушарки з періодичною роботою

Це сушарки, в які матеріал завантажується та вивантажується партіями, залежно від циклу сушіння.

Продукти залишаються нерухомими, а режим сушіння з часом змінюється, згідно з встановленою схемою.

Недоліками цього типу сушарки є:

низький ККД через втрати тепла при завантаженні та розвантаженні продуктів

велике споживання тепла через витоки

складне та непродуктивне завантаження та розвантаження.

Сушарки відкритого типу - сушку можна проводити біля печей або джерел тепла, що нагрівають навколишній простір. Продукти розміщуються на полицях, параметри сушіння не можна регулювати, а сушіння відбувається менш контрольовано, залежно від джерела тепла, атмосферних умов та місцевих струмів.

Кімнатні сушарки - будуються у вигляді ізольованих камер або взаємопов'язаних батарей. Сушарки забезпечені циркуляційною системою сушильного агента у вигляді напірних і всмоктувальних каналів з вогнища або у вигляді жалюзі в бічних стінках (які забезпечують проникнення гарячого повітря) та евакуйованих отворів евакуйованого агента. Як правило, гаряче повітря, яке надходить із зони охолодження печей згоряння, використовується як сушильний агент, як вторинна енергія. Продукти завантажуються або на полиці, або на полиці, закріплені в стінах, або на спеціальні вагони, які вставляються в приміщення.

б) Сушарки безперервної роботи

У цьому типі сушарки продукти завантажуються та вивантажуються безперервно, перебуваючи в безперервній циркуляції, тоді як параметри сушіння підтримуються постійними на (нерухомих) площах.

У кераміці часто практикується протитокова циркуляція (у протилежних напрямках) виробів та сушильного агента. Ця техніка найкраще відповідає потребі повільного сушіння, з низькою швидкістю на початку та зі збільшенням швидкості до кінця сушіння, коли стискання продуктів припинилося.

У цій категорії сушарок ми згадуємо:

Тунельні сушарки - призначені для сушіння продукції великої серії (плитки, плитки тощо). Вони складаються з вузького та довгого каналу (тунелю), в який з одного кінця надходять вироби, завантажені на безперервні транспортні засоби (вагони, металеві конвеєрні стрічки тощо). На протилежному кінці продукти вивантажуються із сушарки. В якості сушильного агента використовується гаряче повітря (у промисловості тонкої кераміки) та димові гази (у будівельній галузі кольорових матеріалів).

Конвеєрні сушарки (з конвеєрною стрічкою) - часто використовуються у виробництві тонкої кераміки для виробів великої серії (тарілок, чашок). Вони мають ту перевагу, що забезпечують повне механізоване транспортування продуктів і дозволяють створювати безперервні технологічні лінії, які починаються з попереднього виготовлення блоків макаронних виробів і проходять через всі фази, закінчуючись прийняттям очищених продуктів, які можуть бути введені для спалювання.

Шафи-сушарки - застосовуються для сушіння виробів з тонкими стінками (чашки, тарілки, тарілки тощо). Сушарки мають форму шафи великих розмірів, забезпечені системою нагрівання та розподілу сушильного агента, а також системою переміщення продуктів (конвеєр).

Карусельні сушарки або кругові сушарки - призначені для сушіння глибоких виробів (чашок, склянок, мисок, пивних кружок тощо) з порцеляни або фаянсу та використовуються в поєднанні з напівавтоматичними валиками для формування.