Схема удаления воды при сушке и стадии состояния черепка

Высушивание начинается с поверхности изделия при извест­ном перепаде температур между наружными и внутренними слоя­ми черепка, а также при наличии сил, направляющих воду к по­верхности, с которой она удаляется: это капиллярные силы. Капилляры образуются из открытых пор черепка. При быстром режиме сушки вода с поверхности изделия удаляется быстро, а вода, находящаяся внутри толщи черепка, как бы отстает в своем продвижении к поверхности. В результате создается перепад в распределении влажности по черепку и, как говорят, градиент влажности становится большим.

Если взять два глинистых пласта толщиной 2,5—3 см,с влаж­ностью, скажем, 20—22% и один из них высушивать до окончатель­ного удаления влаги за 3 ч,а другой — за 30 ч(быстрый и медлен­ный режимы), то при быстром режиме сушки уже через 2 ч(²/₃цикла) поверхностный слой пласта будет иметь почти нулевую влажность, а срединные слои — 13—14% влажности. При медленном же высу­шивании образца через 20 ч(²/₃цикла) влажность срединных слоевможет составить примерно 10%, а поверхностных — около 5%. Как видим, при быстрой сушке возникает угроза коробления или разрыва изделия, так как создаются напряжения из-за слишком большой разницы между влажностью срединных и поверхностных слоев черепка. При быстром режиме сушки на поверхности черепка образуется почти сухая плотная корочка (как на хлебе), а так как, рано или поздно, середина черепка все же прогреется, то на­гретые пары воды, устремляясь к поверхности, прорвут эту корку, образуя трещину или разрывая все изделие.

На производстве стремятся ускорить сушку, создавая для этого ряд технологических условий (см. ниже), одним из которых, напри­мер для толстостенных изделий, является размещение их в горячем, но влажном пространстве (сушилка с контролируемой влажностью), что предотвращает образование плотной корочки, о которой упоминалось выше.

Только после прогрева всего черепка можно соз­дать условия для быстрой смены горячего сухого воздуха (до из­вестных пределов).

Что же происходит с частицами и всем объемом глиняного че­репка, когда они подвергаются высушиванию? Находящаяся между глиняными частицами вода, испаряясь, начинает стягивать и сближать их между собой до тех пор, пока пленки воды не исчез­нут. Но вначале происходит основное сжатие черепка, и он, как гово­рят, переходит в кожетвердоесостояние (рис. 139, б). Однако воды в черепке еще много; она остается в различных прост­ранствах, образовавшихся при сближении пластинчатых глинистых частиц друг с другом. Существующие капиллярные канальцы на­рушаются, образуя почти закрытые воздушные поры (рис. 139, в). Удаление воды, таким образом, резко замедляется, и масса череп­ка находится, как говорят, вкритическомсостоянии. Первоначально же вода удаляется почти с такой же скоростью, как если бы она находилась вне черепка (рис. 139, а). Состояние черепка на последней стадии при его высушивании («сухое») пока­зано на рис. 139, г.

После того, как черепок приобретает кожетвердое состояние, размеры его изменяются сравнительно мало, ибо твердые частицыначинают соприкасаться друг с другом. При окончательном высу­шивании частицы плотно соприкасаются, тело черепка приобре­тает весьма заметную прочность. Связь между частицами обуслов­лена особого рода силами сцепления, возникающими при удалении воды и проявляющимися в нарастании механической прочности высушиваемого изделия.

Когда глинистая масса переходит в критическое состояние, сушка изделий должна производиться под постоянным контролем. Обычно контролируется скорость движения воздуха той или иней влажности над изделиями. При прочих равных условиях с повы­шением температуры скорость сушки возрастает из-за увеличения упругости пара.

Добавление к глине непластичных материалов, не способных сокращаться, например кварца с частицами различной величины, изменяет картину высушивания. При вкраплении в глинистую мас­су кварцевых частиц общее количество водной пленки в одном и том же объеме массы уменьшается. Таким образом, уменьшается и усушка, а также облегчается сушка изделия, ибо создаются условия для более легкого выхода воды из черепка. Если усушка пластичной глины может достигнуть 9—10%, то, например, усушка террако­товой массы составляет 2—3%. Естественно, что при этом почти всегда уменьшается прочность высушенного изделия Но это необ­ходимо, чтобы исключить возможность деформации изделия или образования трещин. Однако коробления, деформации и трещин можно избежать и в весьма пластичной массе, если учитывать все причины, ведущие к этому, и осуществлять соответствующий конт­роль.

Регулировать общую усадку изделия можно также количеством воды в массе (рабочим влагосодержанием), что зависит от метода формования. Например, массы, содержащие от 4 до 8% воды (су­хое прессование), практически почти не сокращаются при сушке.