1、第四章常规木材干燥工艺第四章常规木材干燥工艺常规木材干燥工艺是常规木材干燥室进行木材干燥生产的一个典型的生产工艺，很具有普遍性。常规木材干燥工艺主要包括木材干燥基准、木材干燥过程中的热湿处理条件和木材干燥基准的使用。木材干燥基准是常规木材干燥工艺的核心内容，有的把它称为木材干燥生产的“秘方”。为此，学习和掌握木材干燥基准的有关知识，在木材干燥生产中合理、灵活地运用木材干燥基准，对干燥室的操作者能够合理地使用干燥设备，保证木材干燥生产的正常进行，提高木材干燥质量是很重要的。第一节木材干燥基准木材干燥基准一般简称为干燥基准，同义词叫干燥程序。它是干燥过程各含水率或时间阶段所采用的干燥介质温度（木心
2、温度）和相对湿度的规定程序。影响木材干燥的外部因子有干燥介质的温度、湿度，通过木材表面的气流循环速度和介质的压力；内部因子主要是树种、被干木材的厚度和初始含水率等。我们知道，常规木材干燥室干燥介质的压力是处于常压状态；气流循环速度一般为恒速，若是变速，也是木材含水率降到30%以下时才适当降低风速，与其它因子无关，即气流循环速度可认为是基本不变的因子。同一批被干木材，其树种和厚度必须相同。所以，常规木材干燥室的木材干燥过程基本上就是控制干燥室内干燥介质的温度和湿度与木材实际含水率之间的相互关系。为此，木材干燥基准就是规定对应于被干木材各不同含水率阶段的介质状态参数，即温度和湿度的常规干燥过程的操
3、作程序表。由于干燥室内的干燥介质的相对湿度通常是用干湿球温度计测量的，因此常见的干燥基准主要规定对应于各含水率阶段的干燥介质的干球温度和湿球温度，或干球温度和干湿球温度差。有些比较完善的干燥基准还列出对应的相对湿度及平衡含水率的具体数值，以便于分析比较，也便于在其它场合应用。例如，有的干燥室，尤其是进口的干燥室，用平衡含水率传感器代替湿球温度计，直接测定干燥介质的平衡含水率；也有的低温干燥室等直接用湿度传感器测定介质的相对湿度。一、木材干燥基准的种类1、含水率干燥基准树种或被干木材的厚度不同，干燥的难易程度差别很大；被干木材的用途和干燥质量要求与干燥工艺也有一定的关系，即干燥工艺必须满足树种、
4、被干木材的规格和用途以及其他条件。因此，木材干燥基准通常组成系列，一般干燥条件都是由剧烈逐渐到温和而依次编号排列，并附有根据树种、被干木材的厚度和干燥质量要求选择基准号的推荐表。这种按含水率划分阶段的木材干燥基准，称为含水率干燥基准，是在木材干燥生产中应用最普遍的常规木材干燥基准，使用时必须要测量和知道木材干燥过程的实际含水率变化情况。2、时间干燥基准按照时间来划分干燥阶段的干燥基准称为时间干燥基准。把整个干燥过程所需要的时间分为24个阶段，并按每一时间阶段规定相应的干燥介质温度和湿度。每一时间阶段的干燥时间有的是按占整个干燥时间的百分率时间系数来确定或控制的，有的是确定和表明具体的时间，如8
5、h、12h、24h等。采用前一种方法，必须要知道不同被干木材的树种和厚度在不同的初含水率情况下所需要的干燥时间(h)定额。时间干燥基准是在含水率干燥基准的基础上总结出来的，属于经验性干燥基准。在木材干燥生产中操作者对于某种特定的干燥设备，采用含水率干燥基准在很长的一个时期内或长年累月地干燥同一树种同一规格厚度的木（锯）材，并已取得丰富的实践经验，操作者对被干木材各个含水率阶段分别干燥多少时间已心中有数，只要干燥设备性能稳定、控制条件可靠，只根据干燥时间来掌握，不需要测定木材在干燥过程中的实际含水率变化数据，同样可以得到比较满意的干燥结果。此时，所采用的含水率干燥基准很自然地就演变成了时间干燥基
6、准。在采用时间干燥基准时，干燥室内不需要事先从被干木材中选择和放置含水率检验板，在干燥过程中不用测量被干木材的实际含水率变化。这样做虽然可以简化操作过程，但由于没有干燥过程的信息反馈，干燥设备的操作者往往会出现操作上的盲目性。例如，当蒸汽管路的蒸汽压力不稳定，或干燥室内干燥介质的温、湿度控制不正常时，操作者对干燥过程又心中无数，盲目执行时间干燥基准可能会使干燥工艺不合理，或因干燥条件偏软使被干木材的最终含水率达不到要求，或因干燥条件偏硬而使木材的含水率下降，影响了木材干燥质量等。但是，对于一些产品比较单一、被干木材的树种和规格厚度长期不变化的企业，采用时间干燥基准进行木材干燥生产也是比较普遍的
7、。只要操作者熟悉木材干燥生产技术，生产经验丰富，干燥室的性能比较稳定，而且是干燥易干树种的木材的薄板材，或对干燥质量和产品质量要求不太高时，采用时间干燥基准是可行的。对于新的企业，产品质量要求比较高的，操作者是刚从事木材干燥生产的人员等，一定要采用含水率干燥基准干燥木材。3、干燥梯度基准具有自动检测计算机控制的常规木材干燥室，尤其是国外进口的多采用干燥梯度基准。所谓干燥梯度，是指木材的平均含水率与干燥介质平衡含水率之比。这是木材干燥学上特殊的梯度定义，并非严格意义上的梯度定义。引入这个定义主要是利于木材干燥过程中自动控制参数的确定和便于实现对干燥介质的自动控制，以达到对木材干燥过程的自动控制，
8、其实就是以利于计算机控制系统软件的编制和控制程序的实现。干燥梯度可以直观地反映木材干燥速度的快慢。在常规室干过程中，被干木材含水率的变化和干燥介质的平衡含水率变化都可用电测仪表法进行动态测量，可随时通过计算机求得干燥梯度，并可通过控制干燥介质的温湿度，使干燥梯度维持在一定的范围内。因此，只要根据被干木材干燥的难易程度设定合适的干燥梯度，就可按这个原理控制干燥过程。正规的干燥设备制造者，根据各自的设备特点，都能提供相应的干燥基准和具体的操作说明，但其方法，大同小异。有些自动控制装置并没有将固定的干燥基准储存在微机中，而几乎完全是由设定的参数执行全过程自动控制，即根据基准表推荐的干燥梯度范围、树种
9、类别、干燥强度、初始温度、最终温度、调湿处理时间和木材最终含水率这7个参数来控制干燥过程。使用该方法应注意干燥室内的含水率测量点不能少于3个。控制系统以各测点的含水率平均值作为执行干燥基准的依据。由于木材在干燥过程中的某一段时间内表层会收缩，导致电极探针与木材接触不良而使含水率读数失真。操作者应经常检测各测点的实际含水率读数，如发现偏离太大的失真值，须立即将该点取消，待以后的检测发现读数又恢复正常了再重新输入（干燥后期，木材内层开始收缩，表层受拉状态转变为受压状态，使探针与木材接触又恢复良好，读数恢复正常）。二、木材干燥基准表木材干燥基准表是指导木材干燥生产的重要依据之一。木材干燥生产是木材加
10、工生产中一个相对比较复杂的、关键的环节，国内外对这一生产过程都很重视。为了便于木材干燥生产管理，保证木材干燥质量和干燥周期，我国和其他一些国家相继颁布了适合本国木材干燥生产和木制品加工质量要求的常规木材干燥工艺规程，即制定了木材干燥基准表，这对木材干燥生产具有实际意义。1、有关国家行业木材干燥基准表另外提供，在本书中不做介绍。2、国外木材干燥基准表国外木材干燥基准目前有两种形式：一种是含水率干燥基准；一种是干燥梯度干燥基准。含水率干燥基准有俄罗斯（原苏联）国家标准的三阶段干燥基准和美国、加拿大等国家使用的多阶段含水率干燥基准；德国、意大利、新加坡等国使用干燥梯度干燥基准的比较多一些，但这也不是
11、绝对的。由国外进口的干燥室看出，使用干燥梯度干燥基准的还是比较普遍的，美国和加拿大也有使用这种干燥基准的。无论采用那种干燥基准，都应以被干木材树种的硬度来确定干燥基准。对于含水率干燥基准，每一组硬度的木材树种，可供参考选择的干燥基准相对多一些，比如美国所使用的含水率干燥基准，按硬材和软材划分，供它们各自可参考选用的含水率干燥基准就有120多个，范围比较广。同时对处于软和硬中间性质的木材，可供参考选用的含水率干燥基准也有十几个。三阶段干燥基准选择树种的数量比较少，没有按木材树种的软硬度来区分。而对于干燥梯度干燥基准，每一组硬度的木材树种，可供选择的干燥基准相对少一些。但根据木材树种的硬度不同，所
12、划分的组别比较含水率干燥基准要多一些，一般都分成35个组。三、木材干燥基准的选择方法选择木材干燥基准的主要依据就是被干木材的树种、厚度、初含水率和用途。其中树种和厚度是是选择干燥基准的重要依据。初含水率和用途可以作为选择干燥基准和干燥过程中的参考数据。例1有桦木锯材，厚度25mm，初含水率90%，要求最终含水率为10%。用国内部颁标准的干燥基准。选用国内部多阶段干燥基准：根据已知条件，查木材干燥基准表，因锯材初始含水率大于80%，修改干燥基准的第1、2阶段的含水率，故确定的干燥基准：W%T/t/EMC/%50以上65413.6503067512.330257089.6252075127.320
13、1580156.215以下90204.9例2有蒙古栎锯材，厚度27mm，初含水率50%，要求最终含水率为10%，用于制作家具。用国内部颁标准选择其干燥基准。国内部颁多阶段干燥基准：根据已知条件，查国家木材干燥基准表，故确定的干燥基准为：W%T/t/EMC/%40以上60413.8403062512.530256589.8252070127.5201575156.315以下85204.9例3有水曲柳锯材，厚度23mm，干燥前的初含水率为18%，属于气干才，要求最终含水率为9%，用于制作地板。用国内部颁标准选择干燥基准。选用国内部颁多阶段干燥基准：根据已知条件，查国家木材干燥基准表，故确定的干燥基
14、准为：W/%T/t/EMC/%过渡30h801220-1580156.315以下90204.9四、木材干燥基准的软硬度干燥基准的软硬度说明在一定状态下的干燥介质中从木材内蒸发水分的强度。当木材的树种、规格和其他条件相同时，干湿球温度差较大和气流循环速度较快的干燥基准是硬基准，反之是软基准。同一干燥基准，对于较薄的针叶材适用时，对于较厚的硬阔叶树材可能成为较硬的条件，而使木材受到损伤。在使用某一干燥基准的过程中，当执行基准中某一含水率阶段的温、湿度条件时，如果木材的含水率下降速度过快，而且出现了干燥质量问题，说明干燥基准的这个阶段的温、湿度条件过硬，反之较软。干燥基准的软硬度关系到木材干燥质量。
15、同一干燥基准，对于用途重要的木材可能过硬，对于用途不十分重要的木材可能较软。干燥基准的软硬度影响着木材的干燥周期。在相同条件下，采用硬干燥基准干燥木材比采用软干燥基准干燥木材的时间要短。第二节木材干燥过程中的热湿处理木材在干燥过程中由于吸着水的蒸发或排除引起木材体积的收缩，而这个收缩过程往往很容易使木材产生残余应力，从而导致木材出现干燥缺陷，严重时木材将报废。在木材干燥过程中对被干木材进行必要的热湿处理是减少或基本消除木材中的残余应力、避免木材产生干燥缺陷、保证干燥质量的重要手段之一。一、热湿处理的基本内容和目的木材干燥过程中的热湿处理包括对木材的低温预热、初期处理、中间处理（中期处理）、平衡
16、处理和最终处理（终期处理、终了处理）。1、低温预热对被干木材的低温预热是在初期处理前进行的，目的有两个：其一是对干燥室内的壳体表面和主要设备部件的表面加热，避免在后续的高温、高湿的工作状态下产生凝结水；其二是让木材在干燥室内逐步适应其环境条件，在木材表面被加热的同时，使木材沿厚度方向的温度差异缩小，为木材的初期处理提供方便。2、初期处理对被干木材的初期处理是在低温预热后且在对木材进行干燥前进行的。目的之一是将木材沿厚度方向热透，即让木材的表层温度与心层温度趋于一致，这样可以使木材在进入干燥阶段时能加速内部水分向表层移动；目的之二是防止木材在干燥过程中产生开裂，尤其是产生表面开裂。对木材进行低温
17、预热和初期处理是木材干燥过程中很重要的环节。对于半干材和气干材，低温预热和初期处理可以消除被干木材在气干过程中产生的表面张应力。对于湿材和生材，低温预热和初期处理可以使含水率偏高的木材蒸发一部分，使初含水率趋于平均。低温预热和初期处理还可以降低木材的纤维饱和点和降低木材中水分的粘度，使半干材和气干材的表层毛细管舒张，提高木材中水分的传导性。低温预热和初期处理还可以减少木材在干燥后期发生内裂的几率。3、中间处理木材在干燥过程的前期会产生表面张应力，严重时会造成内裂。中间处理就是为了消除木材在干燥过程中出现的表层张应力和表面硬化而进行的热湿处理，即通过高温、高湿处理，使木材表层充分滋润，基本消除干
18、燥应力和解除表面硬化，防止木材产生内裂，同时还能使表层毛细管舒张并减缓含水率梯度，以利于继续干燥。经中间处理后再转入干燥阶段时，在一定时间内的干燥速度会明显加快，而木材不会受到损伤。4、平衡处理被干木材如果有以下情况，在干燥后期必须对木材进行平衡处理：（1）如果被干木材在干燥前的初含水率差异很大，比如相差20%30%以上时。（2）被干木材的含水率通过检验板检测得知已达到所要求的最终含水率数值时，可能还有一部分木材的含水率尚未完全达到要求，被干木材当时的实际含水率差异很大时。（3）被干木材的含水率通过检验板检测得知已达到所要求的最终含水率数值时，可能还有一部分木材沿其厚度方向含水率的分布还不均匀
19、，内层含水率还偏高时。（4）对被干木材的最终含水率的均匀性要求比较高时。通过对木材进行平衡处理，使已达到最终含水率要求的木材不再被干燥，未达到最终含水率要求的木材将继续干燥，以提高整个材堆最终含水率的干燥均匀度和厚度上含水率分布的均匀度。5、最终处理（终期处理、终了处理）被干木材干燥达到所要求的最终含水率并经过平衡处理之后，无论沿厚度方向的含水率分布是否均匀，其内部都会存在不同程度的残余应力。为消除残余应力，并使沿木材厚度方向的含水率分布比较均匀，需要对被干木材进行必要的热湿处理，这个处理叫做对被干木材的最终处理。国内部颁标准锯材窑干工艺规程中规定，在木材干燥生产中，对于要求干燥质量为一、二、
20、三级材的锯材，必须进行最终调湿处理。二、热湿处理条件的确定方法热湿处理条件是指对被干木材进行热湿处理时所要求的干球温度、湿球温度或平衡含水率的具体数值。国内部颁标准锯材窑干工艺规程中对确定热湿处理条件的方法作了一些具体的说明。1、预热处理温度：应略高于基准开始阶段温度。硬阔叶树材可高于5，软阔叶树材及厚度60mm以上的针叶树材可高至8，厚度60mm以下的针叶树锯材可高于15。湿度：新锯材，干湿球温度差为0.51.0，经过气干的木材，干湿球温度差以使窑内（干燥室内）木材平衡含水率略大于气干时的木材平衡含水率。处理时间：应以木材中心温度不低于规定的介质温度3为准，也可按下列规定估算：针叶树材及软阔
21、叶树材夏季材厚每1cm约1h；冬季木材初始温度低于-5时，增加20%30%。硬阔叶树材及落叶松，按上述时间增加20%30%。预热后，应使温度和湿度逐渐降低到相应阶段基准规定值。2、中间处理温度：高于该干燥阶段温度810，但最高温度不超过100。湿度：按窑内（干燥室内）木材平衡含水率比该阶段基准规定值高5%6%确定。处理时间：参照国家干燥工艺基准表。处理后温度和湿度逐渐降低至干燥阶段基准规定值。3、终了处理（最终处理、终期处理）对要求干燥质量为一、二、三级的锯材，应进行终了高湿处理（最终处理）。含水率差异超过干燥质量规定值的木材，在高湿处理前应先进行平衡处理。温度：高于基准终了阶段58，最高不超
22、过100。湿度：按窑内（干燥室内）木材平衡含水率等于允许的最终含水率最低值确定。平衡处理自最干木材含水率将至允许的最终含水率最低值时开始，在最湿木材含水率将至允许的最终含水率最高值时结束。高湿处理温度与平衡处理温度相同，但湿度按窑内（干燥室内）木材平衡含水率高于终含水率规定值5%6%确定。高温下相对湿度达不到要求时，可适当降低温度。高温处理时间：参照锯材窑干工艺规程。热湿处理条件的确定是根据被干木材的情况，在选择确定了干燥基准的基础上来确定其干球温度、湿球温度或平衡含水率的具体数值。这个问题，对于一些操作者一直都是一个相对比较难的问题。近年来，我们在上述内容的基础上总结一些经验，只要确定了被干
23、木材的干燥基准表，就可以将热湿处理条件确定下来。具体内容是：（1）低温预热：低温预热在初期处理前进行。干球温度：难干材和易干材厚度在50mm以上的锯材，一般控制在3545；易干材厚度在50mm以下的锯材，一般控制在4550。湿球温度：与干球温度差11.5。对于用平衡含水率显示的装置，平衡含水率的数值可控制在16%18%。保持时间：难干材和易干材厚度在50mm以上的锯材，按每厘米厚2.02.5h进行；易干材厚度在50mm以下的锯材，一般按每厘米厚11.5h进行。我国北方地区冬夏季明显，对于保持的时间，夏季可参考选取上限时间，冬季可参考选取下限时间，但也要根据被干木材的具体情况灵活掌握。如果在夏季
24、，有的难干材干燥比较困难，容易出现问题，在初期处理时可以适当延长时间，但不能比规定的总时间（按下限时间计算）超过2h。比如规定初期处理的保持总时间按下限计算为12.5h，适当延长保持时间最多以增加到14.5h为宜，再延长时间对木材不利。(2）中间处理：中间处理一般在木材干燥过程中进行。根据被干木材的情况和对干燥质量的要求不同而中间处理的次数可能要进行多次。对于初含水率大于60%的难干材：40mm厚以下的锯材，可在木材实际含水率将至35%30%和25%20%时各进行一次中间处理；4555mm厚的锯材，可在木材实际含水率降至35%30%、25%20%和15%附近时各进行一次中间处理;60mm厚以上
25、的锯材，可在木材实际含水率降至45%40%、35%30%、25%20%和15%附近时各进行一次中间处理。对于初含水率大于50%的易干材：25mm厚以下的锯材可以不进行中间处理；2545mm厚的锯材，木材的实际含水率降至35%30%时可进行一次中间处理；50mm厚以上的锯材，木材实际含水率降至35%30%、25%20%时各进行一次中间处理。中间处理的温、湿度条件。干球温度：比当时干燥阶段的温度高68，但干球温度的最高值不能超过100。湿球温度：比处理时的干球温度低13。若是平衡含水率装置，可将平衡含水率数值控制在14%16%。保持时间：可参考初期处理的时间。如果中间处理次数在2次以上时，最好从第
26、二次处理开始，将处理时间依次缩短12h。（4）平衡处理：平衡处理在被干木材的实际含水率达到要求时进行。干球温度：比干燥基准最后阶段的温度高58，但最高不超过100。对于难干材中、厚板，或对干燥质量要求较高时，处理温度最好不要超过基准最后阶段的温度。因为此时木材已经有一定程度的表面硬化，而平衡处理时的相对湿度不算很高，在此过程中一部分木材要继续进行干燥，温度太高，很容易引起木材内裂或使木材强度降低。平衡处理时干燥介质的湿度按介质平衡含水率值比要求锯材最终含水率低2%来决定。例如，如果要求锯材干燥到最终含水率为10%，那么平衡处理时干燥介质的平衡含水率应设定为8%.一般情况下，如果干球温度在50以
27、上时，干湿球温度差可以控制在911范围，即湿球温度可以比干球温度低911。如果是平衡含水率装置的，可将平衡含水率数值直接设定为8%即可。平衡处理维持的时间与被干木材初含水率状况的不均匀程度、干燥室的干燥均匀性、含水率检验板在材堆中的位置，以及被干木材的树种、厚度和干燥质量要求等诸多因素有关，不能硬性规定，应以含水率最高的样板和干燥室内干燥速度较慢的部位的含水率及锯材沿厚度上的含水率偏差都能达到要求的最终含水率允许偏差的范围为准。若不能对这些部位和样板进行检测，可凭经验，按每厘米厚度维持26h估计，并在干燥结束后进行检验，以便总结、修正。一般控制在1624h。（5）最终处理（终了处理、终期处理）
28、：最终处理是在木材经过平衡处理以后，或不需要进行平衡处理的木材，其实际含水率达到所要求的最终含水率后进行。干球温度：比干燥基准最后阶段的干球温度高58，但不超过100。湿球温度：比处理时的干球温度低34。若采用平衡含水率装置，可将平衡含水率数值设定为13%14%。保持时间：可参考初期处理的时间，或比初期处理的时间缩短12h。最终处理的效果如何，应以实际检验木材残余应力指标是否符合等级材质量标准的要求为依据。对于干燥后不在锯剖的次要用材等，允许存在一定的残余应力，终了处理可不必过于严格。最终处理注意不能过度，否则容易产生“逆表面硬化”。所谓“逆表面硬化”是在表层长时间吸湿润胀的情况下，内层受到拉
29、伸并发生塑性变化。这样，当表层吸湿的水分干燥后，又会出现表层受拉内层受压的残余应力，同原来的残余应力方向相反。这种由“逆表面硬化”造成的残余应力不易解除，致使干燥质量等级严重下降。第三节木材干燥基准确定示例前面比较具体地介绍了木材干燥基准表和热湿处理条件的确定，从中可以知道，仅有干燥基准表本身还不够，还须配以热湿处理条件。一个完整的木材干燥基准，要能够满足实际木材干燥生产的要求，必须包括干燥基准表本身和在此干燥基准表基础上确定的热湿处理条件这两部分。为便于理解，现举例说明木材干燥基准的确定。一、材干燥工艺条件示例例1有一批25mm的红松锯材，初始含水率大于50%，家具用料，要求最终含水率在9%
30、左右，试确定其包含热湿处理条件在内的该规格红松的木材干燥基准。根据已有的条件，红松属于易干材，不易变形，而且锯材的厚度不大，在制定干燥基准时可以考虑不用进行中间处理。同时，由于它们的初含水率在50%以上，如果在干燥过程中能合理地按干燥基准进行操作，平衡处理也可以不用进行。根据已知条件，参考锯材窑干工艺规程，选择干燥基准，将热湿处理条件及干燥基准填入下表：25mm厚红松木材干燥基准（初含水率：50%，最终含水率：9%左右）含水率阶段/%干球温度/%湿球温度/%平衡含水率/%热湿处理时间热湿处理时机低温预热505018.22.53干燥前初期处理858518.034干燥前40807410.74030
31、85747.5302590756.0252095754.82015100753.215110752.4最终处理100989916.034W当=8%9%表面干燥100753.2812经检查后停机木材冷却3024左右例2有一批60mm厚的樟子松锯材，初始含水率大于50%，家具用料，要求最终含水率在9%左右，试确定其包含热湿处理条件在内的该规格樟子松的木材干燥基准。樟子松属于易干材，但由于是比较厚的锯材，所以在确定热湿处理条件时要考虑进行一次中间处理。平衡处理不用考虑。查锯材窑干工艺规程，选择干燥基准，具体如下表：60mm厚的樟子松木材干燥基准（初含水率：50%，最终含水率：9%左右）含水率阶段/%干球温度/湿球温度/平衡含水率/%
