Процесс сушки фарфоровых и фаянсовых изделий
В период постоянной скорости сушки количество испаряющейся с поверхности изделия влаги равно количеству воды, поступающей к поверхности по капиллярам из внутренних слоев. На кривой скорости сушки (II) наблюдаем горизонтальный участок. Поверхность изделий в течение второго периода сушки остается смоченной водой, поступающей из внутренних слоев. Влагосодержание полуфабриката изменяется почти по прямой, и температура поверхности полуфабриката (кривая III) остается постоянной, так как теплота расходуется в основном на испарение влаги. Скорость сушки в этот период зависит уже не от скорости испарения влаги с поверхности изделия, а от скорости перемещения влаги из внутренних слоев полуфабриката к поверхности.
Влага перемещается в основном в виде пара, и в конце второго периода скорость сушки резко падает, что соответствует излому на кривой сушки в точке К. В этот момент материал обладает критической влажностью (WKp) при данных параметрах теплоносителя. В течение этого периода идет усадка изделия, частицы сближаются относительно друг друга. Период характеризуется постоянным уменьшением массы изделия в единицу времени. Ускорять сушку в этот период не рекомендуется, так как может возникнуть перепад в распределении влажности по толщине полуфабриката (градиент влажности). Появление градиента влажности приводит к деформации изделий и появлению трещин. В конце второго периода фронт испарения влаги перемещается внутрь материала и начинается третий период сушки.
В период падающей скорости сушки и равновесного состояния полуфабриката усадка массы заканчивается и возможно значительное повышение температуры и скорости теплоносителя при одновременном повышении температуры полуфабриката. В этот период при постоянном объеме массы изделий идет испарение влаги пор и гигроскопической (поглощенной из окружающего воздуха) влаги при прекратившейся усадке изделий.
Сушку изделий прекращают при достижении конечной влажности (Wкон)> которая меньше критической (WKp), но больше (или равна) равновесной влажности (Wp), т. е. величины, при которой масса изделия не уменьшается и скорость сушки равна нулю.
Как уже упоминалось выше, в процессе сушки изделия претерпевают воздушную усадку, которая достигает 8-11% у фарфоровых изделий и 10-12 % у фаянсовых.
Воздушная усадка полуфабриката начинается с его поверхности, т. е. в местах интенсивной влагоотдачи. Усадка поверхностных слоев вызывает сжатие внутренних влажных слоев массы полуфабриката. Одновременно сжимающиеся поверхностные слои испытывают растягивающие усилия со стороны влажных внутренних слоев. Пока масса полуфабриката сохраняет пластические свойства, растягивающие усилия в поверхностных слоях компенсируются пластическими деформациями. Если же растягивающие усилия превысят прочность связи между частицами в поверхностных слоях, то на поверхности полуфабриката появляются трещины. Чаще всего это происходит в начале сушки при несоблюдении режима сушки (использовании теплоносителя с высокими скоростью движения, температурой и низкой влажностью).
Чем больше градиент влажности в поверхностных и внутренних слоях, тем больше усадочные напряжения. С перемещением зеркала испарения влаги внутрь массы изделия происходит изменение усадочных напряжений: в поверхностном прочном слое возникают сжимающие усилия, а во внутреннем, стремящемся к сокращению объема, -растягивающие. В силу прочных связей внутренних и поверхностных слоев это иногда приводит к образованию внутренних (структурных) трещин.
В условиях автоматизированного производства очень важным моментом является снижение величины воздушной усадки полуфабриката, т. е. уменьшение длительности сушки. Величина воздушной усадки регулируется количеством вводимых в массы отощающих материалов.