木材干燥工艺是保证木材干燥质量的关键。目前我国木材干燥多以常规蒸汽干燥为主。从木材干燥技术发展方向来看,除湿干燥因木材干燥质量好而具有广阔的应用前景,但因其干燥温度低、干燥周期比较长,应用尚不够普遍。我国目前的除湿干燥设备主要是中温型,其最高供风温度不超过60度,也没有比较系统的干燥工艺。
GRCT干燥系统是一种以高温热泵除湿为主。以太阳能干燥为辅的组合干燥系统。其特点是节能。干燥质量优于常规蒸汽干燥,适合于干燥厚板和硬阔叶树材。由于高温热泵除湿干燥的最高供风温度仅有75度左右,比常规蒸汽干燥的温度偏低,且该系统的某些工艺性能尚不够成熟,因此,必须研究和开发适合GRCT组合干燥系统的干燥工艺。为该项技术的推广使用提供技术依据。
本试验是在RCG3OG高温热泵除湿干燥机性能试验的基础上,对水曲柳、锻木、柞木、红松、白松、落叶松及杨木等常规树种木材进行了GRCT组合干燥,对其干燥工艺性能进行了总结。本文以4cm厚杨木和3.8cm厚落叶松锯材的干燥过程为例,阐述了GRCT组合干燥的工艺过程和木材干燥质量的检测情况。
GRCT组合干燥工艺过程
试材
杨木 试验饭尺寸:400cm*(20--35)cm*4cm;平均初含水率为34.9%;要求含水率范围为34.9%;要求终含水率为12%,含水率范围为10%--14%。
落叶松 试验板尺寸:400cm*(22--32)cm*3.8cm,平均初含水率为34.2%;要求终含水率为12%,含水率范围为10%~14%。
1.2干燥基准
GRCT组合干燥工艺的初期干燥基准是在总结中温型除湿干燥工艺的基础上。参考常规蒸汽干燥工艺,经过多次调整后确定。落叶松和杨木的干燥基准
见表1。
表1 杨木和落叶松干燥基准
|
含水率/% |
干球温度/度 | 干、湿球温度差/度 | ||
| 杨木 | 落叶松 | 杨木 | 落叶松 | |
| >40 | 52 | 50 | 2.0 | 2.0 |
| 40-35 | 54 | 52 | 4.0 | 4.0 |
| 35-30 | 57 | 55 | 6.0 | 6.0 |
| 30-25 | 60 | 58 | 8.0 | 8.0 |
| 25-20 | 64 | 62 | 11.0 | 10.0 |
| 20-15 | 78 | 66 | 14.0 | 13.0 |
| <15 | 74 | 72 | 18.0 | 17.0 |
1.3干燥过程
杨木与落叶松木材从开始干燥到出窑历时均为8d整。干燥过程主要分为:升温预热。干燥和终了处理三个阶段。
升温预热阶段 介质的相对湿度约为95%,预热温度保持lOh,然后将温度降到基准的第3个阶段进行干燥处理。
干燥阶段 当被干木材的含水率降至30%和20%时进行两次调湿处理,处理的介质条件为:温度高于当时基准温度4C;,相对湿度应和木材当时含水率相平衡,保持时间取2h/cm(板厚)。
终了处理阶段 当木材的终含水率达到要求时,将介质湿度调至60%,保持6h,然后降温至常温。
2木材干燥质量的检测
木材干燥质量按国家锯材干燥标准GB6491-86检测。
2.1干燥锯材终含水率、含水率分布及分层含水率偏差的测定
每次干燥结束后,在材堆的不同部位选取27块板材,对其终含水率、含水率分布进行检测,并计算出分层含水率偏差。试材的检测位置及检测结果见表2和表3。
由表2可见,杨木木材的终含水率为11.7%,达到了用材要求;在第30层右前位置的分层含水率偏差最大,为2.8%,达到国家干燥质量二级标准;材堆整体终含水率分布偏差为2.6%,说明材堆整体终含水率分布比较均匀。表3中落叶松木材的终含水率为11.6%,达到了用材的要求;在第30层中前位置的分层含水率偏差最大,为2.9%,达到干燥质量二级标准;材堆整体终含水率分布偏差为3.1%,材堆整体终含水率分布亦比较均匀。
表2 杨木终含水率、含水率分布检测结果
| 含水率测点位置 | 终含水率/% | |||||||
| 测点层 | 测点部位 | 检验板所在层次 | 样板部位 | 锯材在材堆中位置 | ||||
| 前部 | 中部 | 后部 | 前部 | 中部 | 后部 | |||
| 第30层 | 左 | 1 | 11.7 | 10.3 | 10.2 | 12.6 | 11.0 | 10.8 |
| 2 | 14.4 | 12.4 | 11.9 | |||||
| 3 | 11.7 | 10.2 | 10.3 | |||||
| 中 | 1 | 11.9 | 11.9 | 11.0 | 12.8 | 12.6 | 11.4 | |
| 2 | 14.5 | 13.9 | 12.3 | |||||
| 3 | 11.9 | 12.0 | 10.9 | |||||
| 右 | 1 | 11.9 | 12.1 | 11.1 | 12.8 | 12.6 | 11.6 | |
| 2 | 14.6 | 13.8 | 12.7 | |||||
| 3 | 11.8 | 12.0 | 11.0 | |||||
| 第20层 | 左 | 1 | 12.0 | 10.4 | 10.2 | 12.5 | 10.9 | 10.7 |
| 2 | 13.6 | 11.9 | 11.8 | |||||
| 3 | 11.9 | 10.4 | 10.1 | |||||
| 中 | 1 | 12.0 | 10.9 | 10.2 | 12.9 | 11.4 | 10.4 | |
| 2 | 14.6 | 12.4 | 10.8 | |||||
| 3 | 12.1 | 10.9 | 10.2 | |||||
| 右 | 1 | 12.1 | 11.8 | 10.7 | 12.9 | 12.3 | 11.3 | |
| 2 | 14.5 | 13.4 | 12.2 | |||||
| 3 | 11.8 | 12.0 | 11.0 | |||||
10 层
第
左
1
11.8
10.2
10.2
12.3
10.5
10.3
2
13.4
11.2
10.5
3
11.7
10.1
10.2
中
1
12.0
11.4
10.8
11.9
11.2
2
14.4
13.0
12.0
12.8
3
12.0
11.4
10.8
右
1
11.7
11.1
10.2
12.2
11.5
10.5
2
13.3
12.3
11.1
3
11.6
11.1
10.2
注:杨木试材终含水率平均值为11.7%
2.2 可见干燥缺陷的检测
每次干燥结束后,选取27块板材。迸行可见干燥缺陷的检测,从检测结果(见表4)来看,干燥质量达到一级标准。
2.3 干燥应力的检测
干燥应力的检测结果见表5。
从干燥应力检测结果来看,杨木的平均应力指标为1.44%,最大为2.1%,最小为0.6%;落叶松的平均应力指标为1.47%,最大为2.2%,最小为0.9%,均达到干燥质量二级标准。
表3 落叶松终含水率、含水率分布检测结果
| 含水率测点位置 | 终含水率/% | |||||||
| 测点部位 | 检验板所在层次 | 样板部位 | 锯材在材堆中位置 | |||||
| 前部 | 中部 | 后部 | 前部 | 中部 | 后部 | |||
| 第30层 | 左 | 1 | 11.6 | 10.1 | 10.0 | 12.5 | 10.8 | 10.6 |
| 2 | 14.3 | 12.4 | 11.9 | |||||
| 3 | 11.6 | 10.0 | 10.0 | |||||
| 中 | 1 | 12.0 | 11.9 | 10.6 | 13.0 | 12.6 | 11.1 | |
| 2 | 14.9 | 13.9 | 12.2 | |||||
| 3 | 12.1 | 12.0 | 10.5 | |||||
| 右 | 1 | 12.2 | 12.1 | 10.5 | 13.1 | 12.5 | 11.0 | |
| 2 | 15.0 | 13.8 | 12.1 | |||||
| 3 | 12.2 | 12.0 | 10.4 | |||||
| 第20层 | 左 | 1 | 12.0 | 10.3 | 9.9 | 12.5 | 10.8 | 10.5 |
| 2 | 13.6 | 11.9 | 11.8 | |||||
| 3 | 12.0 | 10.2 | 9.9 | |||||
| 中 | 1 | 12.0 | 10.9 | 9.9 | 12.9 | 11.4 | 10.1 | |
| 2 | 14.6 | 12.4 | 10.5 | |||||
| 3 | 12.1 | 10.9 | 9.9 | |||||
| 右 | 1 | 12.2 | 11.8 | 10.5 | 13.1 | 12.3 | 11.0 | |
| 2 | 14.9 | 13.4 | 12.0 | |||||
| 3 | 12.3 | 11.8 | 10.5 | |||||
| 第10层 | 左 | 1 | 11.6 | 9.8 | 9.9 | 12.1 | 10.2 | 10.0 |
| 2 | 13.2 | 11.0 | 10.2 | |||||
| 3 | 11.6 | 9.8 | 9.9 | |||||
| 中 | 1 | 12.2 | 11.5 | 10.6 | 13.0 | 12.0 | 11.0 | |
| 2 | 14.6 | 13.1 | 11.8 | |||||
| 3 | 12.2 | 11.5 | 10.6 | |||||
| 右 | 1 | 11.7 | 11.1 | 9.9 | 12.2 | 11.5 | 10.2 | |
| 2 | 13.3 | 12.3 | 10.8 | |||||
| 3 | 11.7 | 11.1 | 9.9 | |||||
注:落叶松试材终含水率平均值为11.6%
表4 干燥锯材可见干燥缺陷的检测结果
| 木材树种 | 弯曲/% | 开裂/% | 皱缩 | 炭化 | 表面严重变色 | |||
| 顺弯 | 横弯 | 翘弯 | 内裂 | 纵裂 | ||||
| 杨木 | 0.2 | 0.4 | 1.8 | 无 | 4 | 无 | 无 | 无 |
| 落叶松 | 0.2 | 0.2 | 0.9 | 无 | 2 | 无 | 无 | 无 |
3 GRCT组合干燥的干燥基准
通过对几年来工艺试验的总结,确定了几个常用树种的GRCT组合干燥是可行的,但并非最佳的干燥基准,有待于今后的进一步完善。
表5 杨木和落叶松木材的干燥应力指标统计
| 层数 | 位置 | S/mm | S1/mm | ^S/mm | Y/mm | ||||
| 杨木 | 落叶松 | 杨木 | 落叶松 | 杨木 | 落叶松 | 杨木 | 落叶松 | ||
| 30 | 前 | 40.0 | 38.0 | 37.0 | 35.2 | 3.0 | 2.8 | 1.5 | 1.4 |
| 中 | 39.5 | 36.5 | 35.9 | 33.5 | 3.6 | 3.0 | 1.8 | 1.5 | |
| 后 | 39.5 | 37.5 | 35.3 | 33.1 | 4.2 | 4.4 | 2.1 | 2.2 | |
| 20 | 前 | 39.0 | 38.5 | 37.8 | 36.7 | 1.2 | 1.8 | 0.6 | 0.9 |
| 中 | 38.5 | 37.0 | 36.5 | 34.8 | 2.0 | 2.2 | 1.0 | 1.1 | |
| 后 | 39.5 | 37.5 | 36.5 | 33.7 | 3.0 | 3.8 | 1.5 | 1.9 | |
| 10 | 前 | 40.0 | 38.0 | 38.6 | 36.2 | 1.4 | 1.8 | 0.7 | 0.9 |
| 中 | 38.5 | 36.5 | 34.9 | 33.7 | 3.6 | 2.8 | 1.8 | 1.4 | |
| 后 | 39.0 | 37.0 | 35.0 | 33.2 | 4.0 | 3.8 | 2.0 | 1.9 | |
注:2个树种的应力检验片的齿长均为100mm
表6 GRCT组合干燥基准(材厚40mm)
| W/% | 柞木 | 水曲柳 | 杨木 | 落叶松 | 椴木 | 白松 | ||||||
| T/度 | */% | T/度 | */% | T/度 | */% | T/度 | */% | T/度 | */% | T/度 | */% | |
| >40 | 46 | 88 | 48 | 88 | 52 | 89 | 50 | 88 | 52 | 89 | 54 | 89 |
| 40-35 | 48 | 82 | 50 | 83 | 54 | 79 | 52 | 78 | 54 | 84 | 56 | 84 |
| 35-30 | 51 | 73 | 53 | 73 | 57 | 71 | 55 | 70 | 57 | 74 | 59 | 75 |
| 30-25 | 54 | 61 | 56 | 66 | 60 | 63 | 58 | 63 | 60 | 67 | 62 | 68 |
| 25-20 | 58 | 51 | 60 | 56 | 64 | 54 | 62 | 57 | 64 | 58 | 66 | 58 |
| 20-15 | 62 | 43 | 64 | 47 | 68 | 46 | 66 | 48 | 68 | 49 | 70 | 50 |
| <15 | 66 | 40 | 68 | 41 | 74 | 39 | 72 | 40 | 72 | 40 | 76 | 40 |