微波干燥技术在陶瓷行业中的应用

黄　岷　黄怀岐　阎蛇民

摘要本文结合陶瓷坯体的组成及形状要求,分析了利用微波干燥技术干燥陶瓷坯体的原理和特点,并阐述了微波干燥设备的选择及干燥过程中应注意的事项。

关键词微波干燥,陶瓷坯体,设备选择

1引 言

根据国家相关部门的不完全统计,截至2008年底,我国建筑陶瓷的产能已达到50亿m2的能力,稳居世界第一位,可是,虽然我国的生产模式有了很大的改进,但仍然处于一个能源利用率低、环境污染严重的生产状态,这样必然会造成生产成本高、产品质量不均衡、市场竞争力弱的不利局面。因此,我们就此问题,在本文将从能源成本上作出分析并提出相应的解决方法。

日用、卫生、建筑陶瓷目前所采用的工艺基本如下:

(1) 原料选择-配料(湿磨)-制泥-湿法成形-干燥-施釉-烧成。

(2) 原料选择-配料(湿磨)-造粒-干压-干燥-施釉-烧成。

无论采用何种工艺,在进行烧成前都需要对坯体进行干燥定型,如果没有干燥定型就会产生产品在烧成过程中开裂变形等缺陷,目前大部分厂家仍然采用传统的干燥方法——外部加热方法(采用火焰、热风、电热、蒸汽干燥等方法,利用热传导理论将热量从被加热体外部传到坯体内部,逐渐使物体中心温度升高,使其水分逐渐挥发至工艺控制量)进行坯体干燥,而此方法具有加热不均匀、生产周期长、工人劳动强度大的不利因素,同时所排出的废气废物会影响周边的生态环境。

2微波干燥技术在陶瓷行业的应用

随着微波干燥理论在其它生产领域的应用,不少专家均认为微波干燥理论也能很好地应用于陶瓷生产过程,如蜂窝陶瓷采用湿法挤出成形,而蜂窝陶瓷的原料中加入了15～20%的水分,挤出后不能够搬运和后续加工,如不进行快速干燥操作,原有的形状将不复存在,因此必须将其快速快干定型。此时可尝试采用常用微波炉进行干燥烘干定型,通过工艺探索,得到了很好的应用。此方法的成立是因为通过微波发生器产生微波,微波能穿透物体内部(可实现里外同时加热的效果,产生2450MHz的频率,以每秒24亿5千万次的震波使物体分子间互相摩擦从而产生热量),使被加热物体里外快速均匀干燥。从蜂窝陶瓷的微波干燥应用可延伸到日用陶瓷的生产过程中。因日用陶瓷产品壁厚且分散性大,也有些产品大而薄,无论使用湿法成形还是干压成形工艺都必须要进行运输和加工,这样就容易在产品强度不够的情况下导致变形开裂。因此,采用传统方法干燥和烘干所造成的强度不均匀性和热应力存在等情况,会为后续工序的加工埋下隐患,而采用微波干燥则有以下几个特点:

(1) 产品由于里外同时加热,能快速地将多余水分排除。该加热方法所产生的微波能使分子间相互摩擦并产生震波热能,能有效地被分子吸收,从而消除受热不均匀所产生的热应力,消除烧结隐患。

(2) 产品在干燥烘干时方便、简单、易操作,不受外围环境湿度与温度的变化而变化,同时较传统的烘干工艺节省时间、缩短生产周期。微波在蜂窝陶瓷干燥的应用表明,干燥到相同含水率的时间可缩短60%、能耗降低80%、能源的利用率可提高95%。

(3) 产品烘干所需的设备占地面积小,设备的投入和传统工艺烘干设备的投入基本一致。

(4) 微波干燥设备操作简单、可控性强。可连续生产也可间隙生产,而最终烘干的产品质量一致性较好。

在日用陶瓷领域,由于日用陶瓷行业的产能非常大,采用间隙微波干燥方法就不能适应而且不能体现出劳动强度降低的优点,因此必须采用隧道连续式微波干燥设备。设备的具体运行空间可根据所生产陶瓷坯体的大小形状及批量情况而进行选择(即做到空间充分利用,同时又能实现能源利用最大化)。在这里,需要注意的就是陶瓷坯体的多样性和复杂化,同时结合蜂窝陶瓷微波干燥的生产实践经验,笔者在此建议隧道窑连续式微波干燥设备应分段设计微波的强度分布,这样更有利于实现陶瓷坯体中水份由多到少的干燥渐进过程,又能合理地利用能源使能源利用达到最大化。

根据工业陶瓷(如蜂窝陶瓷)的长期生产工艺数据和日用陶瓷在间隙式微波设备中的实验数据及干燥后的结果,笔者认为应在后续的日用陶瓷干燥及烘干过程中注意以下几点:

(1) 需要微波干燥的陶瓷坯体底部必须带有一定尺寸、带孔且平整的托盘。

(2) 对形状复杂的陶瓷坯体,应在微波强度设置时遵循由弱到强的原则。

(3) 对需微波干燥的陶瓷坯体若其湿度处于两个极端,应在微波干燥设备运行空间中的相关合适部位放置调节湿度的物体。

3结语

(1) 微波干燥在日用陶瓷领域应用是可行的。

(2) 微波干燥可带来可观的经济效益和社会效益。

(3) 微波干燥可使产品的质量竞争优势得到充分的体现。