9. Сушка керамических изделий. Критическая влажность.

Сушка является очень ответственной операцией, наруше­ние её режима может привести к растрескиванию изделий. Вода, находящаяся в сырце, удаляется благодаря воздуху, который способен поглощать влагу. Количество воды, кото­рое может содержать воздух, зависит от температуры возду­ха.Воздух, соприкасающийся с поверхностью сырца, забирает влагу, то есть имеет место внешняя диффузия, вследствие чего между поверхностью и центром сырца создается разница в содержании влаги, так называемый градиент влажности. Вода из центра начинает диффундировать на поверхность, то есть происходит внутренняя диффузия, за счет этого осуществляется процесс сушки сырца. Сырец, имеющий прямоугольную форму, высыхает неравномерно. Быстрее всего высыхают ребра и углы. Если процесс сушки ведется слишком быстро, то поверхность сырца высыхает быстрее, чем внутренние слои и образуется корка, препятствующая испарению влаги из внутренних слоев. Процесс сушки замедляется, а неравномерности вызывают появление внутренних напряжений. Удаление влаги из изделия сопровождается его усадкой.

По достижении определенной, так называемой критической, влажности (рис. 29а, 29б) усадка прекращается. Влага, испаряющаяся в период усадки глины, называется усадоч­ной, количество ее является величиной переменной и зави­сит от воды затворения. В период удаления усадочной влаги объемная усадка приближенно равна объему испаренной влаги. Влага, которая испаряется после прекращения усадки, назы­вается «водой пор». Количество ее — практически постоянно для данной глины. В начальный период сушки поверхностные слои, отдающие больше влаги, сжимаются сильнее, чем влаж­ные внутренние слои, вследствие чего возникают растягива­ющие напряжения, стремящиеся разорвать поверхностные слои. Пока материал сохраняет достаточную пластичность, растя­гивающие усилия компенсируются пластическими деформа­циями. Однако, по мере удаления влаги, пластические свой­ства изделия уменьшаются, и оно приобретает упругие свой­ства. Именно в этот период и возникают трещины. Если растягивающие усилия компенсируются упругими деформа­циями, то трещин может и не быть. Поверхность испарения влаги не всегда совпадает с наружной поверхностью, она совпадает, пока уровень воды в капиллярах достигает повер­хности. По мере того, как уровень воды в капиллярах пере­стает достигать поверхности сырца, поверхность испарения перемещается вглубь изделия. В этот период распределение напряжений в изделии меняется. Внутренние слои пытаются сократиться в объеме, а высохшие и получившие высокую прочность поверхностные слои препятствуют этому. Растягивающие усилия переходят внутрь изделия, а сжимающие — на поверхность. В этот период могут образоваться структурные трещины. Напряжения, возникающие при сушке, называют усадочными напряжениями. Величина усадочных напряжений зависит от градиента влажности. Чем выше градиент, тем боль­ше эти напряжения. Их можно уменьшить, обеспечив долж­ное соответствие между скоростями внешней и внутренней диффузии. Внешнюю диффузию можно регулировать температу­рой и скоростью теплоносителя. Скорость внешней диффузии выбирают, исходя из свойств данной массы, то есть её вла-гопроводности, а также формы изделий данного материала.

Режимом сушки называется изменение интенсивности испарения влаги из изделия в процессе сушки, путем изменения температуры, относительной влажности и скорости движения теплоносителя.

Процесс сушки разделяется на три основных этапа: 1. Прогрев.2. Период постоянной скорости сушки. 3. Период падающей скорости сушки.

Интенсивность влагоотдачи — это количество влаги, (Испаряемой с единицы поверхности высушиваемого изделия в единицу времени (г/м² • ч). При сушке горячего сырца период прогрева сокращается. Ускорение процесса сушки изделий паром объясняется следующими обстоятельствами: при сушке обычных изделий поток тепла движется от поверхности к центру изделия. Дви­жение влаги происходит в обратном направлении — от ме­нее нагретых центральных слоев к более нагретым поверх­ностным. Если капилляр с водой прогреть с одного конца, То вода будет перемещаться от нагретого конца к холодному, так как теплая вода имеет меньшую вязкость. Это явление называется термодиффузией. При сушке холодного сырца направление движения влаги и термодиффузии не совпада­ют, и это тормозит сушку. При сушке изделий, увлажнен­ных паром, направление движения влаги и термодиффузии совпадают.