Интенсивность сушки может быть повышена несколькими спо­собами или их комбинацией:

- совмещением направления процессов влагопроводности и термовлагопроводностни при увеличении температуры заготовки по сравнению с температурой окружающей среды (теплоносителя); этот способ используют при сушке полых изделий (электроизоляторов, тиглей), помещая нагреватели во внутреннюю полость заготовки.

- увеличением коэффициента влагопроводности путем повыше­ния пористости заготовки и размеров частиц твердой фазы.

- снижением общего давления в сушиле.

При удалении воды в порах заготовки образуются вогнутые ме­ниски жидкости. Капиллярное давление увеличивается, уменьша­ется толщина прослоек жидкости, частицы сближаются, образуя каркас. При влажности, близкой к критической, капиллярные си­лы уравновешиваются силами трения, сближение частиц и усадка заготовки прекращается. Дальнейшее снижение влажности проис­ходит за счет освобождения объема пор без изменения размеров.

Изменение размеров полуфабриката в сушке характеризуют линейной или объемной усадкой, выраженной в процентах.

Усадка зависит от влажности заготовки и размера частиц твердой фазы. Линейная усадка в сушке заготовок пластического формования составляет 6-8%.

Величины критической влажности и усадки зависят от режима сушки. Наибольшую усадку имеют заготовки, высушенные в равновес­ных условиях. Чем выше температура и ниже влажность теплоносите­ля, тем меньше усадка. Рост градиента влажности в объеме заготовки увеличивает разницу между фактической и максимально возможной усадками. Эта разница (недопущенная усадка) вызывает появление ме­ханического напряжения. Если последнее превысит предел прочности материала, то в теле заготовки образуется трещина.

Причиной появления трещин в период постоянной скорости сушки полуфабриката является перепад влажности между наружными и вну­тренними частями заготовки. Критерием трещинообразования могут служить максимально допустимая разность между средней (интеграль­ной) влажностью заготовки Wt и влажностью ее поверхности Wпов:

ΔW = Wt - Wпов (3.5.4)

Максимальная интенсивность (скорость) сушки, не приводя­щая к образованию трещин, определяется соотношением:

jmax = KΔWmaxρ A/l, (3.5.5)

где А — коэффициент формы, равный 6 для пластины; l — характе­ристический размер (толщина пластины, диаметр цилиндра).

Продолжительность сушки зависит от толщины высушиваемо­го изделия и не зависит от его плотности и площади поверхности.

В период падающей скорости сушки усадки отсутствуют, поэто­му сушку можно интенсифицировать, повысив температуру и ско­рость движения теплоносителя.

В процессе сушки могут возникать различные дефекты.

Тотальные трещины, проходящие через тело заготовки, возни­кают из-за больших скоростей прогрева заготовки, имеющей ма­лый коэффициент влагопроводности, на первой стадии сушки.

Срединные трещины возникают после образования жесткого каркаса частиц на краях заготовки, препятствующего усадке влаж­ных центральных частей. Предотвратить образование краевых и срединных трещин можно, покрыв края влагоизолирующим веще­ством (маслами, растворами сульфитно-спиртовой барды или по­ливинилового спирта и т. п.).

Рамочные трещины могут возникнуть при трении заготовки о подставку в процессе усадки. Этот вид брака характерен для кир­пича пластического формования. Его можно предотвратить, пери­одически перекладывая изделия с грани на грань и используя под­сыпки (песок, опилки, шамот).

Микротрещины и волосяные трещины возникают при адсорб­ции воды из воздуха или дымовых газов высушенным полуфабри­катом. Этот вид брака можно предотвратить, прекратив сушку при влажности несколько выше, чем максимальная влагоемкость ма­териала при данной температуре.

Коробление изделий может возникнуть при односторонней сушке плоских изделий, например облицовочных плиток, при ани­зотропной структуре полуфабриката, неравномерном распределе­нии влаги в заготовке.

Для оценки сушильных свойств глин и полуфабриката на их ос­нове используют показатели чувствительности глин к сушке, ха­рактеризующие склонность материала к растрескиванию в период усадки. Коэффициент чувствительности, предложенный З.А. Но­совой, определяют как отношение объема усадки VУС, к объему пор в высушенном материале VПОР:

КЧ = VУС/VПОР = V/V0[(m0 - m)/(Vo - V) - 1], (3.5.6)

где Vo и V - объемы свежеотформованного и высушенного при 20°С образцов, см3; m0 и m - массы влажного и высушенного образцов, г.

По методу А.Ф. Чижского коэффициент чувствительности к сушке определяют по формуле:

КС = (WН - WКР)/WКР,(3.5.7)

где WН и WКР - начальная (формовочная) и критическая влажнос­ть образца, %.

Чем выше коэффициенты КЧ и КС, тем сильнее склонность полу­фабриката к растрескиванию в сушке. Для малочувствительных глин КЧ< 1 и КС< 1,2, а для высокочувствительных глин KЧ>2 и КС> 1,8.

Обжиг.

Процесс об­жига изделий строительной керамики может быть условно разде­лен на четыре периода:

1) подогрев до 200°С и досушка-удаление физической воды из глины;

2) дальнейший нагрев до 700°С «на дыму» и удаление химически связанной воды из глины;

3) «взвар» - до температуры обжига 980-1000°С - созревание че­репа;

4) охлаждение, «закал» - медленное до 500°С и быстрое от 500 до 50°С обожженных изделий.

К этим реакциям добавляется выгорание топлива из изделия, если это топливо было введено в глину при подготовке массы; ко­личество вводимого топлива может достигать 70-80% от того количества, которое необходимо для обжига.

Такое производственное деление на периоды не вскрывает сущности реакций в глине при обжиге. При производственном об­жиге глин никогда не достигается термодинамическое равновесие. Тем не менее, можно прибегнуть к расчету изобарно-изотермического потенциала ∆Z некоторых реакций с целью сопоставления возможности появления тех или иных фаз в глине при ее обжиге.

Можно отметить шесть главных видов реакций, протекающих в рядовых глинах при обжиге:

1) выделение гигроскопической воды из глинистых минералов и воды из аллофаноидов, если та­ковые присутствуют в глине;

2) окисление органических примесей;

3) выделение конституционной воды, т. е. дегидратация глинис­тых минералов и реакции в так называемых твердых фазах;

4) жидкофазные реакции и образование стекловидного расплава;

5) образование новых кристаллических фаз;

6) реакции декарбо­низации и десульфуризации.

Первая группа реакций характеризуется небольшим эндоэффектом (I) на термограмме суглинка и гидрослюдисто-каолинитовой глины (рис. 3.5.7).

Рисунок 3.5.7 Изменение усадки, прочности, потери массы сырца в сопоставлении с термограммами типовых глин I, II, III,(α- усадка, δ- потеря массы, σ- прочность при изгибе).

При этом образуется водяной пар, дав­лением которого может разорвать изделие («лопанец») при слиш­ком быстром подъеме температуры. Эта реакция сопровождается падением температуропроводности глины.