CN104582917A - 用于电预干燥陶瓷坯件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对由陶瓷原料制成的潮湿的坯件进行电预干燥的方法，其中，将所述坯件接入电路中并引导交流电通过所述坯件。这里引导具有相对于电网频率提高的频率的交流电通过所述坯件。为了实现相同的干燥结果需要明显更少的电能。

Description

用于电预干燥陶瓷坯件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于电地预干燥由陶瓷原料制成的潮湿的坯件的方法，其中，将所述坯件接入电路中并引导交流电通过所述坯件。这种方法在陶瓷工业中是常用的，用于通过过滤过程、拉伸过程或挤压过程进一步从由原始材料的含水的物料悬浮液、也称为浆状物(Schlicker)中提取水分，以便对于后面的例如通过车削(abdrehen)进行成型实现塑性和稳定性方面的必要的特性。

背景技术

对由陶瓷原料制成坯件进行电预干燥的方法本身是已知的并且特别是在制造各种不同尺寸的陶瓷绝缘体时使用，以便将在压制之后作为材料棒存在的毛坯带到对于后面的通过车削的成型必要地减小的残余湿度。仍潮湿的毛坯为此作为电阻接入交流电路中。通过流动通过的交流电流加热毛坯，由此将水排出，直至达到对于成型必要的残余湿度。在电预干燥之后，圆柱型的毛坯通过车削继续加工，以便对内部和外部轮廓进行成型，所述毛坯可能具有数米的长度和50cm以上的直径。

通过电的预干燥，毛坯达到车削就绪状态的干燥时间相对于风干明显缩短。由于毛坯在干燥过程中缩短的停留时间，总体上提高了生产率(Produktionsdurchsatz)。但为了进行电预干燥需要较大数量的额外能量，在经济和环境保护的意义上应进一步降低所述额外能量。

发明内容

本发明的目的是，在能量需求方面进一步改进用于对由陶瓷的原料制成的潮湿坯件进行电预干燥的方法。

对于前面所述类型的用于电地预干燥的方法，根据本发明这样来实现所述目的，为了干燥所使用的交流电以相对于电网频率提高的频率引导通过坯件。为此，特别是向坯件上施加具有提高的频率的交流电压。

本发明在第一个步骤中首先基于通过自身的实验出人意料地获得的认知，即，在通过交流电干燥毛坯时，在电压相同的情况下，在转换到相对于目前为止常见的电网频率提高的频率时，电流消耗或流动通过毛坯的交流电流降低，而不是像对于电容性负载所预期的那样会发生提高。在第二个步骤中，进行了另外的实验，除了在较高频率下降低电流消耗以外，这些实验还证实，通过较高的频率还附加地缩短了毛坯的直到达到车削湿度的干燥时间。就是说，出人意料的是，在相对于电网频率提高了流动通过毛坯的交流电的频率时，由于在相同的电压下降低的电消耗以及由于缩短的干燥时间，实现了明显的能量节省，在个别情况下这种能量节省达到30％。

这种出人意料的并且没有预期到的效应的原因据推测是所谓的趋肤效应，所述趋肤效应对于交流电流动通过的圆柱形导体限制的内部的电流密度，并且使电流集中在边缘上或集中在表面层上。趋肤效应在较粗的导体中出现，这种导体相对于导电的表面层的厚度具有大的直径，对于仍潮湿的由陶瓷原料组成的圆柱形材料棒就是这种情况。

趋肤效应通过在电导体内部累加的涡流导致向边缘排挤电流，这里，电流密度从导体的边缘向内呈指数降低。由于趋肤效应，出现有效导体横截面的降低。导体的阻抗随着频率的增加而提高。

由于趋肤效应解释了在干燥毛坯时特别是随着频率提高而观察到的电流消耗的降低。但观察到的出人意料的干燥时间的缩短也可以通过趋肤效应来解释。在低频率下，如例如50Hz的电网频率下，在仍潮湿的陶瓷原料中出现的趋肤效应可以忽略。因此，交流电还有较大的部分也在要干燥的陶瓷原料的内部流动。但由于原料是均匀地湿透的，在内部引入的电功率不会导致游离(ungebunden)的水发生水排出，因为所述水由于“周围的水”不能向外移动。因此相当部分的所引入的电功率尽管会导致升温，但不会导致水排出。与此相对，在注意到利用趋肤效应时则有不同的表现。在这种情况下，电流更多地被限制在被流动通过的坯件的边缘上。在边缘引入的电功率由此可以用于直接使水排出。由于在边缘上出现的水排出，在这里导电性降低，从而交流电流动的表面层随着干燥时间的流逝从外向内移动。换而言之，在考虑利用趋肤效应的情况下，在干燥毛坯时，恰好在游离的水能够向外逸出的位置引入电功率。未用于水排出的电功率的比例得到降低。干燥时间缩短。

出人意料的是，由此总体上还表明，在用于电地预干燥的交流电的频率从电网频率转换到较高的频率时，即转换到大于60Hz的频率时，可以明显降低了实现车削就绪状态而用于毛坯干燥的电能消耗。为了使用较高的频率，优选使用合适的变频器，所述变频器在输入端连接在普通的电网上，并且在输出端提供按希望提高的频率。

优选引导具有大于100Hz的频率的交流电通过坯件。自身的研究表明，相对于对于各国通常使用的50Hz的电网频率，在转换到大于100Hz的频率时实现了对于经济性重要的能量节省。

更为优选的是，引导具有在300Hz到1000Hz之间的频率的交流电通过坯件。在这个范围内，相对于具有50Hz的频率的交流电干燥观察到了在10％至30％之间的明显的能量节省。

在一个优选的实施方案中，将由陶瓷绝缘体的原料组成的挤出的材料棒作为坯件进行预干燥。但本发明也可以毫无问题地转用到其他陶瓷坯件上。挤出的材料棒或毛坯特别是用于陶瓷绝缘体的坯件并且因此具有包括不同的矿物的组成成分，特别是高岭土、长石和粘土。毛坯特别是实心毛坯，其中在电的预干燥之后引入内部轮廓。

在挤压过程之后包含在坯件中的水分取决于具体使用的粘土矿物以及取决于这种粘土矿物的制造过程。对于不同的类型和组成成分，所需的车削湿度也发生变化，并且所述车削湿度还基于相应制造商的经验数值。对于干燥毛坯的情况，优选电预干燥从在18％至21％之间的初始湿度进行到在15％至17％之间的车削就绪的湿度。这里所述百分比数值涉及水关于总重量的相应重量比例。

预干燥适宜地以温度调节的方式进行。为此可以例如在干燥期间连续地测量坯件的温度，并且通过将所施加的电压控制在预先规定的额定值来调节坯件的温度。此外可以预先规定最大值，在达到所述最大值时，中断用于干燥坯件的电路。在达到最小值时，重新使电路闭合。上面所述的方法出于成本的原因是推荐使用的，因为这种方法需要较为简单的传感器和调节器，例如两点调节器。

优选在35℃至45℃之间的值作为预干燥的最高温度，并且对于最低温度选择具有在25℃至35℃之间的值。这里这样预先规定各个数值，使得最低温度的值始终小于最高温度的值。

为了将陶瓷的坯件接入电路中，还优选向坯件端侧上敷设金属垫，从而电流输入面式地进行。金属垫例如可以是铜网或铝箔。

在一个变型方案中，将多个陶瓷坯件串联地接入电路中。对于三相电网(Drehstromnetz)的情况，也可以将多个陶瓷坯件串联地并且分别在三相电网的两相之间接入。

为了实现均匀的并且避免完全干燥风险的电预干燥，坯件用在300V至500V之间的交流电压加载。在所述电压值下，对于毛坯干燥得到几10A的常见电流强度。由此根据本发明可以实现最佳的预干燥结果。

具体实施方式

下面根据几个实施例来说明本发明。

实施例1：

对于总共四个在其长度和在其直径上变化的类型的、相同组成成分的陶瓷绝缘体，分别在施加400V的具有50Hz的频率和具有650Hz的频率的交流电压的情况下实施对实心毛坯的干燥。在压制或拉伸过程之后仍潮湿的毛坯具有20％的湿度。电预干燥分别一直进行到16.5％的湿度。通过透度仪来检查残余湿度。将50Hz干燥的干燥时间和650Hz干燥的干燥时间相互比较。在650Hz干燥时，对于不同的毛坯类型实现干燥时间在40％至65％之间的降低。

实施例2：

将制造成一致的、长度为2340mmm、直径为320mm的实心毛坯连接到400V的交流电压上，以进行电预干燥。在大致一天的干燥时间期间，此时调节到40℃的额定温度，检查流动通过的交流电的电流强度，并由此确定能量消耗。同时观察所得到的残余湿度。在50Hz的频率下和在650Hz的频率下执行电预干燥。

在50Hz的电预干燥时，观察到14.45A的平均电流强度。在650Hz的电预干燥时，平均电流强度为12.60A。在进行时间结束时，在以650Hz进行电预干燥时，毛坯的残余湿度为15.67％，比在50HHz下干燥的毛坯的16.58％的残余湿度低大约1％。在停留时长相同时，对于50Hz干燥总共需要129kWh，相对于此，在650Hz时为106.8kWh。由此，对于以650Hz进行的电预干燥需求减少23 kWh。在不考虑在650Hz时通过更为快速的干燥进一步缩短干燥时间的情况下，这意味着18％的能量节省。

实施例3：

但对于具有另外的长度和另外的直径的、物品编号为12302的实心毛坯多次重复根据实施例2的方法。在50Hz下的电预干燥和在650Hz下的电预干燥的平均能量消耗相互比较。在650Hz的电预干燥中实现了降低30％的能量需求。

实施例4：

对于根据实施例3的实心毛坯，在电预干燥期间，在不同的时间在50Hz、325Hz和650Hz之间进行切换。所施加的电压分别为400V。观察相应的电流强度。

对于50Hz的电预干燥，电流强度从在20％的初始湿度下的36A升高到在16.8％的残余湿度下45A的电流强度。对于325Hz的电预干燥，电流强度从在初始湿度下的35A升高到在残余湿度下43A的电流强度。对于650Hz的电预干燥，电流强度从在初始湿度下的30A升高到在残余湿度下37A的电流强度。

可以看到，由于趋肤效应，电流强度随着频率升高而降低。由于干燥时间同样随着频率升高而降低，实现了所需要的能量需求的明显降低。

Claims (11)

1.一种用于对由陶瓷原料制成的潮湿的坯件进行电预干燥的方法，其中，将所述坯件接入电路中并引导交流电通过所述坯件，其特征在于，引导具有相对于电网频率提高的频率的交流电通过所述坯件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，引导具有大于100Hz的频率的交流电通过坯件。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，引导具有在300Hz到1000Hz之间的频率的交流电通过坯件。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，将由陶瓷绝缘体的原料组成的挤出的材料棒作为坯件进行预干燥。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将实心毛坯作为挤出的材料棒进行预干燥。

6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，电预干燥从在18％至21％之间的湿度进行到在15％至17％之间的湿度。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，预干燥以温度调节的方式进行，其方式是，在干燥期间，检测坯件的温度，并且在达到最高温度时中断电流，以及在达到最低温度时接通电流。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，选择数值在35℃至45℃之间的最高温度，并且选择数值在25℃至35℃之间的最低温度。

9.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过安装在坯件端侧上的金属垫实现电流导入。

10.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，用在300V至500V之间的交流电压对坯件加载。

11.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使用变频器，以提高交流电的频率。