关于今后我国木材干燥技术发展问题的几点思考

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http://www.chinaccm.com 2003-12-11 16:57 [关键词]木材干燥技术
    中国木材干燥研究会将于明年在内蒙举行“第八届全国木材干燥学术讨论会”
，这是新世纪伊始我国木材干燥学术界对发展我国木材干燥事业的一次重要会议，
它将研究今后我国木材干燥技术发展的方向，特别是在全球经济一体化和我国加入
WTO后，我国木材干燥工业如何应对国际木材干燥业的挑战，使我国的木材干燥业
在国际木材干燥业中获得应有的大国地位.日前中国木材干燥研究会征求此次会议
的议题的意见，我不揣浅陋，提出以下看法，供业内人士参考.

　　一、 我国的木材干燥业应立足以“本国资源为主，国外资源为辅”的材料来
源格局来考虑我国木材干燥的装备和工艺的开发和研究.

　　我国在下一世纪木材资源将进行国际化配置，考虑到我国在下世纪的初叶仍为
一发展中国家和我国目前面临的急迫的生态危机，在今后的十至二十年内，我国的
木材来源应为：

　　大量的工业速生材如各类松、杉、杨、桉树、橡胶木等；

　　少量的来自于天然林的木材，其中包括南方的混交阔叶林木材如枫香、木荷等
难干木材；

　　少量的进口阔叶材如美国阔叶材、欧洲阔叶材和非洲及南美洲的阔叶材；

　　少量的进口针叶材如北美加拿大、俄罗斯、智利、新西兰等的松、杉类木材.

　　我国的木材供需缺口甚大，估计到2010年将达到1亿立方米.如果全部从国际市
场来填满，一是国际市场的供应能力是否能满足，二是耗用的外汇恐非国力所能承
担.所以我认为上述这些进口材只能是少量的，大约在每年1000万至2000万立方米
左右.我国木材的主要来源还是要靠本国资源来解决，而根本的出路在于用人工林
木材代替天然林木材，基本满足国民经济对木材的需求.

　　改革开放以来我国木材干燥的设备制造已有长足的发展，已能制造各种类型的
干燥窑如蒸汽、热水、除湿、真空、炉气等干燥窑，但是这些干燥窑的配备无论在
数量上还是在比例上（如大量适用于工业速生材快速干燥的高温窑较少）都不能适
应我国木材来源格局将要发生的新变化.另一方面，我国干燥设备在自动控制和含
水率在线测定的水平等方面也远落后于发达国家.

　　在国内的主要树种木材方面，我国已制定了较为完善的干燥基准.近年来对工
业速生材的干燥特性和干燥工艺也进行了研究，但是对各种工业速生材的工业化干
燥作业尚未有更具操作性的工艺，对进口材的干燥特性知之甚少，工艺研究也不够
成熟和不成系统.

　　因此，为适应今后我国木材来源格局的变化，我国木材干燥工业应重新配置对
设备和工艺的研究布局.这可能是一个战略意义的考虑.

　　二、我国木材干燥设备的开发研究应以“热水及蒸汽干燥窑为主，除湿及真空
与其它型式为辅”的开发战略

　　热水与蒸汽干燥窑由于其干燥温度较高、宜于快速调节，所以适用面广，特别
适用以大批量的工业速生材干燥，也适用于阔叶材的干燥.值得指出的是，热水干
燥窑有很大的发展潜力.新西兰采用在热水炉中把热水增压至1.0MPa的方法，可以
使热水温度提高到158℃，成为过热水，相当于0.5 MPa的蒸汽.这样热水干燥窑就
完全可以替代蒸汽干燥窑，而且它有投资小，安全性好的优点.

　　除湿干燥窑可以作为大容量的预干窑（如120立方米/窑以上）的主要型式，充
分发挥除湿干燥在高含水率阶段效率较高的特点，而且由于热泵的设备投资较高，
但作为大容量的干燥窑，这种缺点得以克服.

　　真空干燥窑可以作为难干阔叶材的专用设备，也能扬其所长.但建议开发研制
较大容量的真空窑，如国外已开发出120立方米/窑的真空干燥窑.

　　至于其它因地制宜的各种型式的干燥窑，只要符合实际情况，有良好的经济效
益，也是可行的，可以作为辅助的手段.

　　三、 我国木材干燥工艺的研究应以“工业速生材干燥工艺研究为主，并加强
各类进口材和南方阔叶材的干燥工艺研究

　　我国木材来源将以工业速生材为主，这就必然要求我国的木材干燥业对这种材
料的干燥提供科学、实用的干燥工艺.这种工艺必须建立在对工业速生材干燥特性
的充分把握的基础之上.我国木材干燥的研究机构如中国林科院和南京林业大学等
高等院校已在这方面做了卓有成效的工作.但是，由于我国的工业速生材有我国各
地域立地条件殊异和培育的差异性，木材结构和材性的变异使这一方面的研究急待
进一步深入.

　　各类进口材特别是热带木材有其复杂的木材结构，材性也十分复杂，它的干燥
工艺不穷其工，难以把握.南方混交林的阔叶材材性诡异，也是需要投以大量人力
和时间进行研究的.在这里，特别要强调利用高新技术手段来提高研究水平的问题
.如利用CT技术、声学技术、计算机技术等.

　　四、 利用高新技术，提高我国木材干燥设备及工艺水平

　　木材干燥工业是一传统产业，利用高新技术进行改造，使其成为现代产业是当
今新经济时代的要求.

　　木材干燥设备在结构上可以利用成组技术，进行模数化的设计与制造，如组装
式的模数化结构，快速安装；窑体材料实施轻型化、高保温、气密性强等；又如气
流组织可以利用计算机进行模拟，进一步改进风机的结构，实施风道的最优化设计
；控制系统可以利用传感技术，实施含水率的在线高精度测定，并与计算机连接，
实施自动控制，并进一步利用网络技术，进行多窑远程控制等.

　　木材干燥工艺可以利用专家系统与人机对话，来实施干燥基准的最优化等；根
据材堆平均含水率和单块板的含水率的变异来优化干燥过程等.

　　总之，利用高新技术的手段使干燥工艺真正成为可以定量的技术，而不是过份
依赖经验的技艺.

　　五、 培养一支高素质的技术队伍，全面提高木材干燥工业从业人员的素质

　　木材干燥工业要能成为现代产业，最重要的是有一支高素质的技术队伍和高素
质的从业人员.

　　高素质的技术队伍要通过对现有人才的培养，要加强大学本科木材加工专业《
木材干燥学》的修订工作，要使这本教材全面、系统地反映国际国内木材干燥的技
术进展；要加强研究生的培养工作，要求研究生能利用高新技术手段来研究和开发
木材干燥技术.

　　对生产工人要进行专业培训，并设立如日本的“木材干燥士”一类的资格认定
，资格认定必须通过全国统一考试，实行技能合格上岗制度等.

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一、预干设备Pre-drying Equipment：500m3——2000m3 保持木材颜色，减少木材降等，将木材干燥到运输含水率30％—20％，使运输中不会发生木材蓝变和霉变，消除木材生长应力，减少木材变形、开裂。It can keep timber color and grade. Reduce moisture content to 20%-30%(suitable for transportation). Remove growing stress. Prevent from distortion and checking.

二、常规干燥设备Regular Drying equipment: 40m3——200m3 干燥能力大，干燥均匀，可消除木材生长应力，干燥应力和干燥残余应力，具有松木脱脂，木材杀虫、杀菌，木材热处理等功能，适合干燥各种板方材。High drying capacity, and even drying quality. Alleviate timber growing stress, drying stress and drying residual stress. Pine degreasing ,insect and bacteria killing. Heat treatment. Suitable for all kinds of timbers.

三、袖珍型干燥设备Compact Drying Equipment：5m3——20m3 体积小，投资少，操作简单，干燥灵活，具备出口包装木材热处理功能。Small outer dimension and less investment. Easy to handle. Heat treatment for export of package.

四、压板式真空干燥设备Pressure Plate Vacuum Drying Equipment：1m3——10m3 占地面积小，可移动，干燥速度快，操作简单，干燥合格利用率高，干燥成本低，流动资金占用少等特点，设备具有干燥，消除木材应力，压平，定型等功能。Less premise. Movable and fast dying speed. Easy operation. Good drying quality. Low drying cost. Much less float capital. Stress eliminating and timber flattening and molding.

五、恒温恒湿平衡设备Constant Temperature & Humidity Equipment：500m3——2000m3 装载量大，木料、半成品可随时进出，相对湿度控制精确，稳定，平衡木材湿度，完全消除木材的残余应力，防止干料回潮。High loading quantity. Precise and stable humidity control. Remove residual drying stress fully. Prevention from re-humidification.

六、木材蒸煮设备Timber Steaming Equipment：20m3——60m3 装窑简便，操作简单，设备投资小，处理周期短，软化木材，减少色差，具有消除木材生长应力，物理性改变木材颜色的功能，减少干燥时产生的缺陷，缩短干燥周期。Easy to load and handle. Small investment. Short period of treatment. Timber softening same color keeping. Stress removing. Physical color changing. Shorten drying period and keep from drying defects.

七、木材熏蒸热处理设备Timber Fuming and Heating Treatment Equipment：装载量大，熏蒸均匀度好，密封性好，操作简单，控制准确，精度高，完全符合国家进出口检疫检验标准技术要求。High loading quantity. Even quality. Easy operation. Precise control. Complying with the standard of National Import & Export Inspection Bureau.

干燥技术发展有限公司拥有木材干燥设备新技术开发实验室、干燥基准制订实验室，为结构设计、工艺设计、干燥基准和工艺制定提供可靠数据，公司可根据客户要求进行部件加工、设备制造、安装、调试、培训、设备维护保养、干燥技术支持一条龙服务，汇集了北京林业大学和木材干燥学方面的专业人士，广结广大的业内同仁，通过合作和参与使产品系列多元化，管理简单直接化，提高了品牌形象，团队凝聚力更加牢靠。产品注重细节，从材料的采购，配件的选配标准要求严格，加工、组装、检验、安装、验收程序化，从材料入厂到设备出厂全部由电脑网络管理，从而保证了木材干燥设备系列产品的品质、性能、标准无论在国内或国外都是一致的。 (end)

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我国木材干燥技术的创新与发展前景（微波木材干燥技术）一）木材干燥的责任与地位　 我国木材资源的浪费，大多数是由于湿材未经干燥处理，或处理不当，致使木材降等甚至失去了使用价值。木材干燥处理的目的在于：(1)防止木材的变形开裂；(2)提高木材的力学强度，改善物理性能；(3)防止木材腐朽虫蛀；(4)减轻木材的重量。　 从以上所述可以看出，木材干燥业的责任在于改善木材的使用性能并提高它的利用率。同时由于木材干燥是能耗最大的工序，因此无论从产品质量或从经济效益的角度来看，干燥作业都是木制品生产中举足轻重的关键性环节之一。二）木材干燥技术的现状 1）木材干燥业的发展潜力巨大　 据有关专家估计，我国现有设备年干燥能力约400万立方米材，只占2000年需干燥锯材的17%左右，而中等发达国家的干燥设备能力，可达所需干燥量的30%，美国则高达60%。这说明我国干燥设备的能力与发达国家、中等发达国家相差甚远，同时也说明我国木材干燥工业的发展潜力很大。 2）干燥能耗偏高，对环境的污染不容忽视　 我国现有的各种干燥设备中，蒸汽干燥占80%以上。而炉气和直火式烟气干燥则在小型企业中较多。蒸汽干燥以锅炉作供热设备，我国工业锅炉及其管网的平均热效率只有60%，同时蒸汽干燥的进、排气热损失较大，约占蒸汽热能的40%，此外还有墙体大门等的散热损失，故使蒸汽干燥的一次能源利用率一般低于30%。干燥能耗高，不仅使产品成本增加，而且使锅炉与干燥室排出的烟尘与废气增多，从而增加了这些有害物质对大气的污染。以年干燥能力为1万立方米材的蒸汽干燥车间为例，约需配4吨/h的锅炉一台，它每小时排出的有害物质为：烟尘量约40kg、CO2：1900立方米、SO2：45立方米，还有少量的NO2，这些物质是造成大气温室效应、酸雨和臭氧破坏的主要因素。据有关资料报道，在全球监测网上，对40个颗粒污染最严重的城市排序中，沈阳、西安、北京、上海和广州进入前10名。由于能源对环节的贡献率可达70%~80%，故木材干燥的节能问题必须予以重视。 3）陈旧简陋的设备较多，干燥的降等损失严重　 目前我国多数中小型（尤其小型）木材加工厂，干燥设备陈旧简陋，操作人员素质低、多数未经专业培训，导致由于干燥不当而引起的木材降等损失相当严重，一般大于20%，其中约5%的木材则完全失去使用价值。据不完全统计，全国这类设备的年干燥总量在100万立方米左右，以降等20%计，每立方米材的降等损失按50元计，则直接经济损失在1000万元以上。以5%木材失去使用价值计，则浪费的森林资源在5万立方米以上。然而，微波干燥设备造型美观，操作简单，大大降低了设备及人为所造成的损失，从而提高了木材产品的质量。三）微波干燥木材原理木材微波干燥是一项新技术，具有加热均匀、干燥速度快、不走形、质量好，有利于连续化和自动化生产一系列优点。 木材微波干燥与传统烘干木材设备不同，它是一种频率为300MHZ至300GMHZ,其对应的波长为MM至DM（10 -10M）的数量级，比光波、红外线的波长长、属高频段的电磁波。我国对工业微波加热设备常用的固定专用频率有两种：915MHZ和2450MHZ。微波具有电磁波的诸如反射、透射、和干涉、衍射、偏振，以及伴随着电磁波的能量传输等波动特性；物料的积极性分子如水分子在电磁场中以915MHZ和2450的频率重复变化排列、转化和释放能量起到加热和干燥的目的。微波加热物料内外同时进行，具有即时加热的特点，没有热惯性现象，因此干燥过程中易于控制；且没有噪音和有害气体排放，属于环保干燥技术，简易的说，就是微波透过物料内部被所含的水份和木材本身吸收直接加热。由于物料的表面水份的蒸发，因此，物料内部温度高于表面。使物料内部形成向外的压力差，加速了水份的表面迁移，所以微波干燥木材的速度远大于对流干燥速度快20 –30倍。比远红外和蒸气干燥能耗降低25%以上。 微波干燥物料可使木材内部的温度高于60℃，使用物料中寄生的虫卵很快杀灭、达到防蛀、防霉的作用。对于各种不同性质的木材要先取合适的微波加热速度，达到最佳的工艺条件，可获得最佳的效益。四）微波烘干设备与经济效益设备结构：微波烘干设备结构内壁材料选择304不锈钢板材料制作。外层加保温隔热材料进行保温，有利于能源的充分利用和节能。设备外层采用折弯钢板喷塑处理。设备底部有进风气孔，以便进气。设备顶部配置排湿气孔，以作排出潮气，备有排湿风扇更有利于将微波烘干炉内的潮湿气体排出。促进木材的烘干处理。微波操作系统：电气操作系统安装在操作控制仪表面板上，集中操作与控制微波能设备，实现对微波能设的操作与监测，仪表面板上配置操作开关，功率选择按钮调节微波。时间设定器，供用户操作时选择加热时间。安装功率监视表随机观察微波加热设备稳定性。同时还配置温度显示方便监督温度的变化。操作位安装保护性急停开关，保障在运行时因故障时安全停机。经济分析如下：通常用户在选择设备时往往只考虑设备投资如何节省。殊不知设备投资相对于被加工木材的价值来说只是"小菜一碟"。年产2000m3，性能良好的设备投资一般需要20万元，但2000m3木材的价值有时高达1000万元。良好的设备加上合理的自动控制，使木材干燥的成品率较手工操作的简易设备提高5%已是不争的事实，这5%成品率的提高意味着每年50万元的节约，单从这一点来看，花20万元添置性能良好的设备要比花10万元购买简易设备合算得多。例如：微波烘干设备初步设计为40kw/h，增加辅助耗能估算为50kw/h来进行分析：木版规格：长=930mm，宽=160mm，厚=130mm 烘干方法：采用堆积法。堆积要求：1）木材规格要统一、一致，不可混杂； 2）木材含水率要大致相同； 3）材质要求统一； 4）堆放侧边要平齐； 5）木材的芯材和边材要分开放置，芯材放置在中间偏上部，边材厚度在40mm~50mm范围则可以自身作为垫板。堆放要求：木材平放置每块板之间距离间隔=20mm~30mm ，每层放置10块板材，第二层要求转位90℃放置，同放置10块木材；一直堆积11层。每层物料到微波内壁间距离=250mm~300mm累积总数=10x11=110块木版。堆放体积计算总量：每块木材体积=960x160x130=0.0194（立方米）堆积体积=0.0194x110=2.134（立方米）堆放木材所占高度空间=130x11=1430mm 微波烘干室（窑）内部空间尺寸参数为：（长x宽x高）=2500x1600x1700mm 物料中含水重量： 初步设定木材初始含水率=60% 木材终止含水率=12% 设定木材基本密度=0.4t /立方米微波设备一次处理量=2立方米估算物料中含水总重量=1000x0.4（0.6-0.12）x2 =384Kg （水）设备每小时耗能50kw/h，处理烘干每炉木材板料，耗时2小时，每次启动一次总耗电100Kw/h，即100度电。分析（1）如果每度电费用模拟0.5元/每度电价，计算100度电总费用=50元，；每炉所处理板材料总数量=55块木板，每块木板材料处理均摊费用=50/55=0.9元分析（2）如果每度电费用模拟0.4元/每度电价，计算100度电总费用=40元，；每炉所处理板材料总数量=55块木板，每块木板材料处理均摊费用=40/55=0.73元分析（3）如果每度电费用模拟0.3元/每度电价，计算100度电总费用=30元，；每炉所处理板材料总数量=55块木板，每块木板材料处理均摊费用=30/55=0.54元分析（4）如果每度电费用模拟0.25元/每度电价，计算100度电总费用=25元，；每炉所处理板材料总数量=55块木板，每块木板材料处理均摊费用=25/55=0.45元以上是经济分析对比要按各地地区供电价格及供电避开用高峰情况来对比加以分析。怎样能提高经济效益，取得回报，如何利用电能最有利因素综合考虑进行技术性的投入与决策，这还是要结合实际的生产需要作出适合的选择。

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二、常用木材干燥技术状况
由于真空、高频、微波及太阳能干燥等所占分额均小于 3% ，本文着重介绍常规和除湿干燥现状。
1．常规干燥
（ 1 ）应用概况 所有的木材干燥方法中常以蒸汽为热媒的常规干燥，由于具有性能稳定，工艺成熟，干燥容量大，干燥质量较好，易操作等优点，目前在世界各国的木材干燥设备中仍占主导地位。以炉气为能源的常规干燥，在我国南方非采暖地区的中小型木材厂中占有相当的比例，由于它能处理木废料，又能降低干燥成本，故受到一些干燥量不太大的工厂的欢迎。土法建造的烟气干燥室，在环境要求不高的地区仍较盛行。热水为热源的常规干燥，由于热水锅炉的价格比蒸汽锅炉低得多，故在一些不需要高温干燥，且干燥量不大的工厂的应用有上升的趋势。
（ 2 ）我国与国际先进水平的差距 我国在常规干燥设备的设计方面与国际水平相当，主要的差距在于：①检测与控制系统的精度差，可靠性差。主要是平衡含水率（相对湿度）与木材含水率的测试误差大。②蒸汽阀、疏水器等零配件质量差，合格率低。国产蒸汽阀合格率仅 30% 左右，使蒸汽泄漏严重，能耗大。③干燥室热力计算粗放。④设备加工粗糙，造型不美观。⑤干燥窑密封性和保温性能差，有些干燥室散热损失高达 20% 。⑥干燥设备市场无序竞争，以降价吸引用户导致产品质量下降。
2．除湿干燥
（ 1 ）应用概况 除湿干燥由于节能效果显著、干燥质量好、用电作能源不污染环境，技术比较成熟，目前已成为常规干燥之后处于第二位的干燥技术，在加拿大、日本、意大利及美、英、法等国木材干燥设备中，已占有相当大的比例。我国自 1980 年后开始引进国外的除湿机，逐渐可以独立设计制造。 20 世纪 90 年代后，我国除湿机的制造和应用有了较大的发展。据粗略的估计，我国正在应用的除湿机的总干燥能力约占全国总干燥能力的 1/10 。除湿干燥机的国产设备大约占 70% 左右。
从整体来看，我国除湿干燥机的生产水平与国外尚有一定差距，但从设计水平来看，我国某些产品的性能已达到国际水平，如北京林业大学设计的 RCG 系列中温、高温双热源除湿机，由于它在制冷剂过冷方式，热泵进风系统的设计及二次风补充方式等方面有创新，使除湿机的节能率提高 15%~20% ，而制造成本则降低 5%~10% 。
（ 2 ）存在问题 除湿干燥温度低，干燥周期长，目前常用的制冷工质为 R22 和 R1426 。两者相应的干燥室温度分别为低于 50 ℃和 65 ℃，而常规干燥的最高工作温度一般在 80~90 ℃。除湿干燥要比常规干燥周期长 1/3 到 1/2 。单纯的除湿干燥一般用电加热作辅助热源，除湿机只能回收干燥室排气的热量。干燥室的升温依靠电加热器，电耗高。故除湿干燥在电力紧张、电价高的地区节能不省钱。大部分木材加工企业的节能意识差，对除湿干燥节能的原理不太了解。
四、木材干燥的理论研究动态概况
1．历届木材干燥学术会议情况
木材干燥的理论研究是木材干燥技术创新的基石。我国木材干燥的理论研究起步较晚，大约在 20 世纪 70 年代末开始， 1984 年召开了含有木材干燥的木材保护学术会议，自 1987 年召开全国第一届木材干燥学术会开始，每两年召开一次学术会， 2005 年 10 月将召开第十次全国木材干燥学术会，共出论文集 7 本（其中 1~2 届和 3~4 届为合订本），收集的论文近 500 篇。
2．木材干燥理论研究成果简介
纵观近 20 年来我国历届木材干燥学术会和各林业院校等杂志上发表的论文，可大致看出木材干燥理论研究所涉及的内容。①木材渗透性的研究。②木材干燥过程中水分迁移特性与迁移机理。③木材干燥的数学模型与热质传递的研究。④木材干燥特性与工艺的研究。⑤木材干燥的应力、变形与应力检测。⑥各种木材干燥新技术及组合干燥技术。
五、结束语
从木材干燥的国内外发展趋势看，常规干燥在目前乃至今后相当长一段时间仍占主导地位。除湿、真空、微波与高频以及太阳能干燥等都将在各自的适用范围有一定程度的发展。各种组合干燥是今后发展的重点。而木材干燥的规模化、专业化、现代化都是今后发展的方向之一。木材干燥业的发展潜力很大，孕育着巨大的市场。同时木材干燥技术的发展将对干燥理论的研究提出更高的要求，二者相辅相成，共同发展。

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我国木材干燥技术概况(1)北京林业大学 张璧光

木材干燥是保障家具及其他木制品质量的重要工序，因为木材含水率在纤维饱和点（ 30% 左右）以下时，木材在空气中会发生干缩与湿胀现象。若木质制品的木材（锯材）未经合格的干燥处理，当与湿度大的空气接触时就会发生湿胀，导致地板翘起和家具的门、抽屉关不上的现象；相反当这些家具置于湿度低的空气中时，就会发生干缩，导致木质门、窗有缝隙，接榫松脱和开裂、变形。只有将木材干燥到规定的含水率（其数值与用途和使用地区有关）后，制作的家具与其他木制品才能保障在长期使用过程中的尺寸稳定性。 一、常用的人工木材干燥方法 木材干燥分为天然干燥（简称气干）和人工干燥两大类。目前已很少单纯用气干法。已实现工业化的常用人工木材干燥方法包括：常规干燥、高温干燥、除湿干燥、太阳能干燥、真空干燥、高频干燥，微波干燥及烟气干燥等。其中常规干燥是指以常压湿空气作干燥介质以蒸汽、热水、炉气或热油作热源，间接加热空气，干燥介质温度在 100 ℃以下。高温干燥指干燥介质温度在 100 ℃以上，其干燥介质可以是常压过热蒸汽，也可以是湿空气，但以常压过热蒸汽居多。 除湿干燥（又称热泵干燥）与常规干燥的干燥介质相同，都是湿空气，二者区别在于空气的降湿方式。常规干燥空气是采用开式循环，换气热损失比较大。除湿干燥时，湿空气经过除湿机的制冷系统，冷却脱湿—加热—再回到干燥室，进行空气的闭式循环。湿空气脱湿时放出的热量，依靠制冷工质回收，用于加热空气，故除湿干燥的节能效果比较明显，它与蒸汽干燥相比，其节能率一般在 40% 以上。

高频和微波干燥都是以湿木材作电介质，在交变电磁场的作用下使木材中的水分子高速频繁的转动，水分子之间发生摩擦而生热，使木材从内到外同时加热干燥。这两种干燥方法的特点是干燥速度快，木材内温度场均匀，残余应力小，干燥质量较好。高频与微波干燥的区别是前者的频率低、波长较长，对木材的穿透深度较深，适于大断面的厚木材。微波干燥的频率比高频更高（又称超高频）但波长较短，其干燥效率比高频快，但木材的穿透深度不及高频干燥。

木材太阳能干燥一般是利用太阳能直接加热空气，依靠风机使空气在太阳能集热器和干燥室材堆之间循环。一般有温室（暖房）型和集热器型两种。前者将集热器与干燥室做成一体，后者则将集热器和干燥室采取分体式布置。其容量较温室型大，布置也灵活。太阳能干燥由于受气候条件限制，常与炉气、蒸汽、热泵等联合干燥。

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我国木材干燥业正在蓬勃发展，木材干燥工业与干燥设备市场欣欣向荣。但在我国木材干燥业在工业化、产业化、现代化发展过程中，也存在诸多问题。　　20世纪80年代起，我国木材干燥科技工作者在木材干燥技术规范上做了大量工作，其中一个重要方面，就是制订了一系列的国家及行业技术标准，这些标准为我国木材干燥设备市场进行技术规范提供了基本依据。但是由于宣传不够，信息交流不畅，广大基层对标准与规范不甚了解，有些根本不知；有的片面执行；有的充耳不闻，我行我素，引起市场上的技术混乱，影响产品质量的提高与商家的信誉，损害使用单位的利益，引起不必要的纠纷。
　　据了解，由于没有技术规范，木材干燥诉讼案件日益增多，主要有3类：一是干燥设备纠纷，包括设备、装配、材料等的规格和性能参数，干燥设备的验收内容，自控装置精度对干燥质量的影响，干燥设备技术产权等；二是干燥质量纠纷；三是概念模糊的协议条文引起的纠纷。
　　由于木材干燥设备销售合同一般只注明产品型号、容量、壳体材料、控制装置、数量、价格等，极少涉及木堆循环风速及风速分布，介质最高温度，介质升温速度及温度分布，干燥室保温、密闭、防腐蚀性能，能源消耗，干燥质量，干燥成本等技术经济指标。同时，干燥设备制造企业也很少制订本企业某种型号产品的企业标准，因而给产品验收带来困难，也往往因此引起纠纷。有些企业研制出的新产品，既未经过一定时间的生产试验，也很少进行技术鉴定，即投入批量生产，致使产品质量得不到保证。
　　国家标准《锯材干燥设备性能检测方法》中，对常规、除湿、真空、太阳能干燥设备的主要性能及其检测方法都有具体规定，但供需双方大多没有遵照执行。如果能将我国主要类型木材干燥设备进行定型化、标准化和系列化，然后按照设备类型制定国家、行业或企业标准，具体规定各种类型设备应该达到的技术经济指标，就可使供需双方有据可循，使木材干燥设备市场走向科学管理的轨道。
(国际经贸消息报)

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竹材干燥是竹材工业化利用不可缺少的一个重要环节。由于竹材本身各向异性的特点及其固有的节间组织,如干燥不好势必造成开裂等各种缺陷现象发生。因此,为使竹材资源得以合理高效利用,积极开展竹材的基础理论研究和应用研究十分必要和重要。
1　竹材干燥特性和吸湿膨胀特性
    竹材干燥特性主要是指竹材干燥过程中的水分移动特性、干缩变形情况、干燥缺陷及其形成原因、竹材构造特性对干燥的影响、竹材内含物对干燥的影响等。Walter L iese[ 3～6 ]研究了竹材的生物学特性和利用特性(化学、物理和力学) 。研究结果表明:竹材干燥不同于木材干燥,竹材一开始干燥即发生收缩,含水率达40%时停止收缩, 40%以下时也可能继续收缩,但主要在径向。王建和[ 7 ]测定了竹材胶合板用竹片(毛竹)胀缩的变化规律:径向大于弦向大于纵向;有竹节处大于无竹节处;竹片含水率和密度相关,且随竹龄和立地条件不同呈较大差异;竹片宜采用热风气流循环干燥,以保持其平整。由于温度和湿度随自然环境而变化,所以一般情况下很难保持竹秆的含水率稳定。
    K TWu[ 8 ]对孟宗竹圆竹高温干燥下的抗裂特性的影响因素进行了研究,结果显示:温度对圆竹的抗裂性能影响显著。许斌[ 9 ]采用端部加压压注法,使毛竹在高含水率状态下,压注进水溶性无机盐、高分子化合物以及防虫剂等,对竹材进行了防裂和防虫处理,结果表明:该种处理对圆竹防裂有一定效果。
    孙照斌等[ 10 ]对云南典型的材用丛生竹———龙竹(Dendrocalam us giganteus)的干燥特性进行了研究,比较了100 ℃和60 ℃ 2种温度下竹材干燥速度、干缩率、变形情况以及竹材在纵向、径向、弦向3 个方向上干燥速度的大小。结果表明:高温干燥较低温干燥速度快,但竹材干缩率较大,变形较大;竹材无节部位径向干缩率大于弦向干缩率;竹材节子部位径向干缩率小于弦向干缩率;相同方向上,节子部位干缩率小于无节部位干缩率;无节试件在单位时间内纵向干燥速度较弦向和径向快,而有节试件在单位时间内径向干燥速度较纵向和弦向快。
    竹材吸湿膨胀特性主要是指竹材从周围湿空气中吸着水分并产生膨胀的特性。竹材吸湿性会导致竹材尺寸不稳定,还可能伴随着变形,影响竹材的利用。周芳纯[ 11 ]在其论著中对36种竹材的吸水膨胀特性进行了阐述。竹材的吸水速度与公定容积重成正比,与浸水时间成反比。竹材吸水后,长度、宽度、厚度和体积都会产生膨胀,其膨胀率与吸水量有密切关系。烘干后再浸水的竹材的膨胀率比气干的竹材低,膨胀速度也较慢。有关竹材吸湿膨胀特性的研究目前报道较少。
2　竹材干燥方法和干燥工艺
    竹材干燥通常采用自然干燥法和窑干法。
    王连钧[12 ]经试验认为,竹黄干燥温度在105 ℃以内为宜。杜复元等[ 13 ]报道了机制竹凉席生产中竹篾条的干燥工艺,并对几种专用干燥室进行了比较,结论是:竹篾条可以实现高温(80 ℃)快速干燥,采用连续升温、分段加大热风风量的干燥基准,终含水率达到8. 0%时,干燥周期为14 h。
    张齐生[ 14 ]在对竹集成材和竹地板生产工艺的论述中,阐述了竹片干燥的工艺:竹片经过蒸煮或炭化后,其含水率一般较为接近,可达35%～50% ,由于竹片纤维排列整齐,厚度较小,在对流干燥过程中不会产生像木材那样的扭曲变形和开裂现象。因此竹材干燥工艺比木材干燥要简单得多,既不需要喷蒸加湿,也不需要用复杂的温度曲线来控制。一般采用60～70 ℃左右的温度连续干燥72～84 h,含水率即可以达到10%以内。但不宜采用超过70 ℃的温度,否则竹片会因干燥速度过快而产生翘曲变形。定型干燥采用热压法,竹片在适当的压力条件下进行加温和排湿,并间歇地使压力解除,让竹片排湿和自由收缩,以加快竹片的水分蒸发和防止由于干缩应力而产生的横向开裂。
    伊松林等[ 15 ]对竹材地板干燥工艺做了初步研究,结论为:在保证竹片干燥质量的前提下,漂煮片(白片)不出现不均匀的浅褐色斑点的临界温度为60 ℃,炭化片不出现严重干缩的临界温度为55 ℃,并提出了竹片时间干燥基准。
    张勤丽[ 16 ]提出竹片在粗刨后需进行蒸煮处理,以除去部分抽提物,蒸煮时间为3～4 h,竹片干燥温度不宜超过75 ℃,且不能升温太快。热压后的竹材地板在冷却过程中易产生翘曲变形,需放入冷压机中,使其在受约束的情况下冷却定型,以保证地板平整。
    台湾吴学旦[ 17 ]对台湾产经济竹种人工干燥进行了研究,结论为:圆竹竹壁厚度不同,其干燥速度不同,应按竹壁厚度分组干燥。打通圆竹竹节节隔可加快干燥速度,且能减少表面开裂。
    山之内清等[ 18 ]研究了毛竹的干燥。用2种干燥基准对毛竹圆竹和竹片进行干燥试验,一种初期干球温度为45 ℃,末期干球温度为70 ℃;另一种初期干球温度为60 ℃,末期干球温度为70 ℃。结果表明:除去竹青和竹黄的竹片干燥速度较未除去竹青和竹黄的竹片快;圆竹除去竹节后干燥速度加快;第2种基准干燥时,圆竹有节隔和无节隔开裂时的含水率不一致,有节隔在较高含水率时(29. 4%～47. 5% )开裂,无节隔则在低含水率(6. 9%～23. 3% )时开裂。
    Sharama[ 19 ]对印度的9个竹种的气干和窑干的试验结果显示:就整竹干燥而言,窑干与气干相比,竹秆表面更易开裂、内裂和变形,故不适于整竹干燥。黄竹极易干燥,有时干燥开始时表面有细小裂缝,但随后愈合;印度刺竹干燥时无大
的变化,成熟竹秆干燥较慢; B. ham litonii竹干燥快,效果好;牡竹干燥时间长,成熟竹材干燥结果令人满意。圆竹气干干燥时,竹节部分易产生变形和皱缩(非成熟材) ,厚的成熟材表面易表裂、端裂和皱缩;各种圆竹气干约需要1. 5～3. 5个月,时间长短取决于竹壁厚度。对圆竹窑干工艺的研究结果表明,即使在温和干燥条件下( 35 ℃～40 ℃) ,圆竹也不可采用窑干工艺,主要是窑干时圆竹表裂、皱缩和变形比气干更严重。
    台湾K TWU[ 8 ]研究了高温干燥对竹材抗裂性能的影响。对圆竹试材采用高温干燥,当温度从60 ℃升到120 ℃时,竹材(桂竹)没有出现开裂现象。原因是高温干燥降低了竹材内部细胞特别是软组织细胞的强度,使竹材产生皱缩,应力得以释放,从而不至于产生表面开裂。台湾林弘基[ 20 ]研究了竹材干燥温度对竹材机械性质的影响。对圆竹试材分别采用60 ℃、80 ℃、100 ℃和120 ℃ 4种单一干燥基准进行干燥处理,结果表明:竹材各项强度随干燥窑温升高而增加,且上段>中段>下段,麻竹在80 ℃时强度最大。
    翁文增[ 21 ]经实验认为,竹材干燥(指生产竹胶合板的竹单板、竹篾捆、生产竹地板的竹片)应采用中低温慢速干燥,温度不能超过70 ℃,否则会导致硬度过高而难以加工; 相对湿度可以低些;不必进行中间处理,应进行终了处理,竹片干燥的时间控制在2. 5～3 d效果较好,而竹篾捆的干燥需3～4 d。竹材干燥与木材干燥的不同之处主要是装堆。

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3　干燥设备     盛炳华和张克安[ 22 ] 设计了竹片干燥定型机,解决了胶合板生产过程中竹片的干燥和定型问题。干燥定型机的作用是,使竹片达到规定的含水率和表面平整性标准,为再经过组坯和热压而成的竹胶合板提供合格的竹片。该机除能连续生产以满足生产效率外,还可适应不同长度、不同厚度竹片的需要,使不同规格的竹片都能达到干燥定型标准,在10余个竹材胶合板企业使用了多年,基本解决了胶合板生产过程中竹片的干燥和定型问题。据使用效果看,其定型能力优于干燥能力。     张齐生[ 14 ]在《中国竹材工业化利用》一书中也阐述了竹片干燥定型方法和定型设备。对于4mm以下的竹片,可在该机上一次完成竹片预干燥和定型干燥的操作,但对厚竹片仍需预干燥和定型干燥2道工序。     目前在实际生产中,大部分企业所用竹材干燥设备与木材干燥窑相同,但容量相对较小,一般采用20～40 m3 的小型干燥窑[ 21 ] 。 4　竹材干燥相关参数     在对竹材进行干燥处理和建立竹材干燥传热传质模型时,涉及到竹材的一些物理性质参数,如竹材比热、导热系数、导温系数、竹材的纤维饱和点、平衡含水率、玻璃化转变温度等。国内一些学者对这些参数进行了测定和研究。周芳纯[ 11 ]在其论著中对竹材的比热、导热系数和导温系数进行了总结:绝干竹材的比热基本上不受竹种和容重的影响,平均为0. 327 kCal/ ( kg·℃) ,气干竹材平均为0. 41 kCal/ ( kg·℃) ,竹材比热随含水率的增加而增大。竹材是由竹材物质、水分和空气组成的。竹材物质的导热系数为0. 25～0. 34 kCal/ (m·h·℃) ;水分的导热系数为0. 5 kCal/ (m·h·℃) ,空气的导热系数为0. 02 l kCal/ (m ·h ·℃) 。取竹材气干密度639 kg/m3 ,竹材比热0. 41 kCal/ ( kg·℃) ,导热系数0. 154 4 kCal/ (m·h·℃) ,则竹材导温系数为5. 89 ×10- 4m2 /h[一般木材导温系数为5 ×10- 4 m2 /h左右(徐永吉, 1994) ]。     夏经国[ 23 ] 测定竹材断面板导热系数为0.180 2 w / (m·℃) 。吴舒辞等[ 24 ]采用闪光法和比较法及直线法分别测量了毛竹竹材沿垂直竹纤维方向的几个热力学特性参数:热扩散率A、比热Cp 及竹材密度Q, 并根据公式K =418.68ACpQ得出导热系数K。结果表明:毛竹的比热Cp、导热系数K均在70 ℃附近取得最大值,即在温度70 ℃附近,毛竹竹材具有最好的传热性。这一结果对竹材的热处理加工具有指导意义,如在70 ℃附近对其进行干燥时,因其导热系数较高,热量容易渗透到材质内部,使内外得到均匀干燥,能够较好地保证干燥质量,同时因热量利用充分,从而节省能耗。     1998年台湾有用无损伤法测竹材纤维饱和点的研究报道, 3种竹材上、中、下3段的纤维饱和点不同,总平均值分别为15% ～28%、15% ～25%、13%～23%。周芳纯著[ 11 ]《竹类培育和利用》中提及竹材的纤维饱和点为30% ～35% ,辉朝茂和杨宇明[ 25 ]在《材用竹资源工业化利用》一书中依据木材学纤维饱和点计算的公式,由测得的体积绝干干缩率和公定容重,按纤维饱和点=体积绝干干缩率/公定容积重,计算了云南7种(龙竹、野龙竹、甜龙竹、油勒竹、黄竹、巨龙和锡金)竹材的纤维饱和点为14%～26. 81% ,竹种和段位之间纤维饱和点的差异较大,下段高于中段、上段,油勒竹的纤维饱和点最高( 26. 81%) ,黄竹的最低(15. 23% ) , 7个竹种纤维饱和点的总平均值为22. 33%。     关明杰[ 26 ]用干缩法、抗弯弹性模量法和热重分析法测定了3种丛生竹(龙竹、黄竹、甜竹)及毛竹的纤维饱和点。干缩法、抗弯弹性模量法测定纤维饱和点,应用了竹材性质转化点的含水率作为纤维饱和点的定义,这一定义所测出的纤 维饱和点随竹材部位、竹龄、竹青和竹黄的有无而有差异。干缩法变异范围在13. 94% ～50.34% ,抗弯弹性模量法变异范围在29. 85% ～42.55%。热重法测得毛竹20 ℃时纤维饱和点为32. 32%。前2种方法都无法明确界定细胞腔中自由水完全蒸发的状态。通过热重分析,可精确地确定自由水完全蒸发时竹材的含水率,即纤维饱和点。可见纤维饱和点的数值随不同的测定方法有较大出入。     姜志宏[ 27, 28 ]分别对毛竹的平衡含水率和竹质人造板的平衡含水率进行了测试研究,结果表明:未干燥毛竹的平衡含水率与100 ℃ ±3 ℃干燥到绝干的毛竹的平衡含水率相差约3%。     江敬艳[ 29 ]用动态法和差示扫描热量法测定了绝干毛竹竹材木素的玻璃化转变温度, 2种方法所测定的数值有一定差距。竹青热软化温度在208. 3 ～211. 3 ℃,竹肉在198. 7 ℃,竹黄在217. 8 ℃。竹材热塑性会随温度升高而提高。对 一定含水率竹材的热软化温度尚需进一步测定,它对确定竹材软化弯曲工艺参数有重要意义。 5　结语     国内外有关竹材干燥方面的研究目前报道较少,特别是对竹材干燥过程中的水分移动特性、竹材干燥过程中的应力应变、竹材的渗透性、竹材干燥机理及塑性变定机理的研究基本是空白,需要深入研究以期提高竹材干燥技术水平和竹材利用率,生产出更多的高附加值产品,增加企业的经济效益和社会效益。竹材干燥特性和干燥机理的研究对竹材应用研究的发展有积极的推动和促进作用,可为竹材各种性能与加工利用关系的研究工作,如竹材干馏技术、防护处理、药剂处理、染色和胶合加工工艺等提供理论依据,并对实际生产提供理论指导。

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木材干燥工艺技术的制定

来源：国际木工机械网 作者:佚名

关于木材烘干过程工艺技术的制定 我国国土辽阔，木材品种多，各地区气候条件差异大，要求木材烘干的终水份也不尽相同，特别是不同的木材品种，也有不同的用途，而各设备生产厂生产各种形式的烘干设备又有较大的差异，各厂家也是不同的烘干工艺，这样便给木材干燥企业带来了不同的操作，也带来不同的烘干效果。对此，对一台设备、一个品种而言，确定木材烘干工艺，优为重要，现以常规干燥的室干工艺为典型，以我厂列管式木材干燥机XHS—80型为例（80立方），浅谈我们对木材烘干工艺技术制定的干燥基准的一些看法：     一、干燥前准备     1、同一材堆，选材规格和品种应尽量相同。规格的不同将导致不同的烘干结果，锯材厚的终水份偏高，锯材薄的终水份偏低。不同木材品种也导致不同的结果，通常针叶材易干、阔叶材难干，故选材应尽量选取相同品种或相接近的品种，以避免木材出烘终水份有较大的差异。     2、装材不管哪一种设备，哪种方法装材（人工装材、叉车装材或轨车装材）都力求统一隔条，以保证室内材堆均匀通风，不出现死角。如用叉车装材，每小单元规格要统一，小单元的堆放既要考虑气流均匀流过各层板面，使之充分进行热交换，又要考虑小单元间的合理通道，使之达到最佳效果。干燥室使用前要进行全面的检查，包括炉体、设备的试运转、引烟机、循环风机必须处于完好状态，运转无杂音，备好燃料，检查用水用电设备等。     二、制定干燥基准表要达到高质量的干燥效果，又要使经济的投入最小，产生最大的经济效益，木材干燥企业必须制定干燥基准表（也叫干燥操作规程及要点），才能达到最佳的状态。木材干燥是一个较为复杂的工艺过程，木材规格多、品种多、各用途不一，各企业需要根据自身的条件编制出合理的干燥基准和合理的干燥工艺，通过实施制定的干燥工艺，实现木材的最佳干燥，干燥基准是根据干燥时间和木材含水率的变化而编制的干燥介质温度和湿度变化的程序表，在实际干燥过程中，正确执行这个程序，便可以合理地控制木材的干燥过程，从而保证木材的干燥质量。下表为上海金泰木业公司用我厂列管式烘干设备80立方炉烘干40mm厚柞木的干燥基准：　 　 40mm柞木含水率干燥基准含水率(%) 干球温度(℃) 干湿球温差(℃) 平衡含水率(%) 40以上 60 3 15 30~40 62 4 14 25~30 65 7 11 20~25 70 10 9 15~20 75 15 6 15以下 85 20 5 40mm柞木时间干燥基准时间(h) 干球温度(℃) 干湿球温差(℃) 相对湿度(%) 72(预热10h) 60 5 78 72 65 10 65 72 75 15 50 72(平衡处理10h) 85 20 40

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在家具生产中经常出现３个木材干燥问题：一是沿海地区的家具生产企业，已经将木材干燥到合格水分，但在家具制作过程中，由于空气湿度大，空气中的水分又会浸入木材内，使木材回潮，这样制作出的家具难免会出现问题；二是在干燥板、枋等木料时，表面水分已经达到合格含水率，但中心部位水分偏高，在下料成部件以后，发现有一部分部件水分是合格的，而另一部分水分仍然偏高，这样制作的家具也同样会出现问题；三是一些企业直接购买的干燥木材，这些木材有的从国外进口，有的在国内购买，但在制作家具时发现含水率偏高。这些问题都会给厂家带来经济损失。
怎样解决这些问题呢？
一般我们在干燥木材时，每批干燥的木材量都在几十或上百立方米，当这些木材从炉里取出后，需要几天或更长的时间来加工成家具，如遇到潮湿天气，空气中的水分由表及里渗透，浸入木材中而形成返潮。要解决这样的问题，就要求干燥出来的木材尽快使用，在没有形成回潮以前将其用完，这样只有小批量干燥，即：根据生产的需要，每天干燥出适量木材，并在较短时间内完成木工制作和油漆工作，使家具材质保持在合格含水率。也就是说，需要有一种既适量（能满足每天生产），又能在较短时间内完成干燥的办法。
如对下料成形的半成品直接进行干燥，那对干燥设备的要求就比较高。干燥时木材如果变形较大，半成品就不能使用，另外由于木材含水率高低不一、偏差较大，用一般干燥方法很难将这些水分平衡下来。因此，我们需要一种能干燥这种半成品，并使木材在干燥过程中不会形成开裂和变形等问题的设备。
出口家具一般都装在集装箱内运输，天气炎热时，集装箱内的温度可高达６０℃以上，没有处理好的家具很容易造成变形、开裂。
以上这些问题都可采用一个方法来解决——“微波干燥”。在将上述木材下料成各种形状的半成品后，用微波干燥的方式进行就完全能够解决：
１、将木材之间高低不一的水分均匀起来，并干燥到合格含水率。用微波干燥，木材自身整体生热可消除干燥过程中的温度梯度及含水率梯度，木材整体的温度基本相同，水分由内向外同时排出，使木材的膨胀收缩系数基本一致，这样木材在干燥过程中可最大限度避免变形、开裂等损失，能提高木材的成材率。用微波干燥木材时，含水率高的木材吸收微波能量多，水分降低快，而含水率低的木材吸收微波能量少，水分降低慢。
２、每次处理量小、速度快，一天可处理２－３批。这样处理好的木料能够及时“消化”，不会造成吸潮而使本来干燥好的木材水分回升。
３、这样干燥木材成本低，一般干燥每立方米木材费用为３０－５０元。
４、直接干燥半成品，可免去对边角废料的干燥。一般细木制作中的边角余料（即无用材）约占使用材的４０％左右，制成半成品后再干燥，就可节省这些无用材的干燥能源。另外，先下料再干燥使木材中原有的缺陷不再扩展，可提高木材的利用率１５－２０％。可见，微波干燥能节约大量木材、能源，其经济效益十分显著。
５、对木材进行定型处理，能彻底消除木材内应力。制成的木制品不会再出现变形、开裂，可提高木制品的质量，使制成的家具在遇到较高温时不会出现变形。
６、能确保干燥木材的颜色不变，用传统方法干燥木材会使颜色加深。
因此，解决家具生产厂家所关心的三个问题，采用微波干燥技术是行之有效的，其方便、快捷和高质量的干燥会给家具生产企业带来更高的质量和更好的经济效益。

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物质在微波场中受到来自各个方向的微波的作用，微波具有穿 透到物质内部的功能，微波的这种穿透性使得微波在对物质进行干燥时能使被干燥物质表里一致，几乎没有温度梯度，因而微波技术 应用于木材、药材、丸剂、粉剂的干燥以及化工的膨化于燥具有独特的优势，能够解决常规方法所无法解决的干燥问题，达到比常规 方法好的干燥效果。
  微波干燥木材有以下五方面的优越性。
(1)速度快 实践表明，从8mm厚的薄板到50mm的方料， 含水从35％一40％干燥到20％左右，其干燥时间约需10～26min， 速度为传统蒸汽烘干工艺的20～30倍。
(2)效率高 微波的穿透性使得物料在微波场中直接受微波作 用，因而干燥效率高。通过对各类树种木材的干燥试验，在其规格 基本相同的条件下，得出以下结果：
①各类树种木材的脱水率都在lkg／kW·h左右或略为超过；
②同一种木材在其厚度规格相同的情况下，脱水率也大约为 lkg／kW·h；
③同一种木材沿纤维方向长短不同，干燥效果有明显差别， 纤维长度短提水率高，反之，则提水率低。
(3)质量好 由于微波具有强烈渗透性和加热性等特点，木材在干燥过程中，木板的表里之间、两端和中间纤维的收缩比较一致，所以开裂和变形小，微波干燥木材的利用率至少可以提高 5％。
(4)微波干燥木材的同时，可灭杀木材内的蛀虫及各种细菌。
(5)微波干燥木材不受自然条件的影响，无需占用很大的 场地。
4．6．1．2 微波烘干设备的特点
(1)产品由多个独立的小功率微波源组合而成。
(2)各独立的微波源无需大型电磁和水循环系统，降低了制造 成本。
(3)多腔体和多微波源的组合，使工作段场强分布均匀，保证 了良好的加工质量。
(4)由于功率分散，使出口端场强不大，泄漏相对于大功率场 强易于控制。
(5)多腔体多微波源的结构，使产品的维修和零部件的更换简 单而方便，即使在个别微波源不工作的情况下，整机仍能正常运 行，避免了因停机而导致的停产损失。
(6)磁控管的使用寿命可长达1000—15000h左右。
(7)腔体及外壳采用不锈钢材料制成，长期使用，只需更换少 量电器元件，维护、保养费用低。

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我国国土辽阔，木材品种多，各地区气候条件差异大，要求木材烘干的终水份也不尽相同，特别是不同的木材品种，也有不同的用途，而各设备生产厂生产各种形式的烘干设备又有较大的差异，各厂家也是不同的烘干工艺，这样便给木材干燥企业带来了不同的操作，也带来不同的烘干效果。对此，对一台设备、一个品种而言，确定木材烘干工艺，优为重要，现以常规干燥的室干工艺为典型，以我厂列管式木材干燥机XHS—80型为例（80立方），浅谈我们对木材烘干工艺技术制定的干燥基准的一些看法：
一、干燥前准备
1、同一材堆，选材规格和品种应尽量相同。规格的不同将导致不同的烘干结果，锯材厚的终水份偏高，锯材薄的终水份偏低。不同木材品种也导致不同的结果，通常针叶材易干、阔叶材难干，故选材应尽量选取相同品种或相接近的品种，以避免木材出烘终水份有较大的差异。
2、装材
不管哪一种设备，哪种方法装材（人工装材、叉车装材或轨车装材）都力求统一隔条，以保证室内材堆均匀通风，不出现死角。如用叉车装材，每小单元规格要统一，小单元的堆放既要考虑气流均匀流过各层板面，使之充分进行热交换，又要考虑小单元间的合理通道，使之达到最佳效果。
干燥室使用前要进行全面的检查，包括炉体、设备的试运转、引烟机、循环风机必须处于完好状态，运转无杂音，备好燃料，检查用水用电设备等。
二、制定干燥基准表
要达到高质量的干燥效果，又要使经济的投入最小，产生最大的经济效益，木材干燥企业必须制定干燥基准表（也叫干燥操作规程及要点），才能达到最佳的状态。
木材干燥是一个较为复杂的工艺过程，木材规格多、品种多、各用途不一，各企业需要根据自身的条件编制出合理的干燥基准和合理的干燥工艺，通过实施制定的干燥工艺，实现木材的最佳干燥，干燥基准是根据干燥时间和木材含水率的变化而编制的干燥介质温度和湿度变化的程序表，在实际干燥过程中，正确执行这个程序，便可以合理地控制木材的干燥过程，从而保证木材的干燥质量。
下表为上海金泰木业公司用我厂列管式烘干设备80立方炉烘干40mm厚柞木的干燥基准：

40mm柞木含水率干燥基准

含水率(%)	干球温度(℃)	干湿球温差(℃)	平衡含水率(%)
40以上	60	3	15
30~40	62	4	14
25~30	65	7	11
20~25	70	10	9
15~20	75	15	6
15以下	85	20	5

40mm柞木时间干燥基准

时间(h)	干球温度(℃)	干湿球温差(℃)	相对湿度(%)
72(预热10h)	60	5	78
72	65	10	65
72	75	15	50
72(平衡处理10h)	85	20	40

三、干燥基准编制方法：
在制定干燥基准时，要了解木材的性质和干燥特性，如密度、干缩系数、干缩性等，再参照相同性能（或相同类型木材特性），结合经验制定，一般步骤如下：
1、根据测试拟干木材性质、干燥特性，参考与其相近木材的干燥基准，通过分析和比较制定出被干木材的初步干燥基准。
2、初步的干燥基准在实验室条件下进行多次小试，将各个含水率阶段的分层含水率的结果绘成含水率梯度曲线，并注明各个阶段发生的干燥缺陷的性质和数量。
3、根据小试结果进行统计和分析，对初步干燥基准进行重新修订。
4、比较几次试验的结果，将干燥缺陷最小，含水率梯度最大的曲线设为标准曲线。
5、根据含水率标准曲线确定干燥基准各含水率阶段的介质的状态参数，确定为初步应用干燥基准，进行生产性试验。
6、如果生产性试验成功，就可认为初步应用干燥基准是合理的，并在生产上继续考察和修改，最终确定为该树种和规格的干燥基准。

广东省惠州市西湖木材干燥设备厂

木材干燥技术开发部

谭继雄  陈国庭

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作者：韩宇林 韩宁
随着木材干燥技术的13趋完善，以往一些检测精度低、检测参数不完整的木材干燥窑测控产品已不能适应客户的需求，同时早期的木材干燥控制系统又出现了不能与新工艺紧密结合的问题。基于上述原因，哈尔滨宇达电子技术有限公司充分开展与高校的技术合作，开发了新型木材干燥窑自动检OH,0控制系统。

1系统功能概述

木材干燥控制系统主要功能如下。

①1路温度检测，1路湿球检测；②6点木材含水率巡检，可剔除不合理测点，可求平均含水率；③可设定升／降温速度，根据设定进行升／降温控制；④提供加热、排潮、喷蒸自动(手动)开／关量控制；⑤提供温／湿度阀值、超前关阀、超温报警等参数设置及控制；⑥提供风机2h自动换向(时间进程由LED光柱条指示)、延时启动及手动控制；⑦提供排潮执行器开启角度指示(LED光柱条指示)；⑧提供与上位机通讯，将测量得到的含水率、温度、湿度等参数数据传到上位机存储。

2系统硬件设计

主机系统是以MCS一51单片机为核心构成的现场仪表，主要完成木材含水率、温度和湿球的信号处理放大，采样保持，对采集数据计算、暂存和显示，并应用 PID控制算法，通过预先设定的各个阀值来达到控制窑内木材含水率的目的。

系统硬件框图如图1所示，温度和湿球的测量传感器采用PTl00；LED数字显示驱动芯片采用MAX7219，可方便地对每位LED进行单独控制；通信方式采用串行数据方式；A／D转换芯片采用12位高速模数转换芯片MAX97。

                               
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单片机的输出为1TrL电平，而电脑串口为RS232电平，因RS232通讯距离受限制，不宜于长距离数据传送，所以通讯时采用RS485接口标准。设计时分别选用 RS485／TrL电平转换芯片MAX482，RS232／RS485电平转换模块ADAN4520。单片机通讯端口为RXD、TXD， Pc机端选用COMl口或COM2口，波特率为9600b／s，通讯介质选用双绞线。

3系统软件设计

3．1 MCS一51单片机与上位机通讯协议

串口通讯受环境影响有一定的误码率，因此设计合适的帧结构十分重要。

数据帧的内容包括起始字节、本机地址字节、数据字节、校验和字节及结束字节，如表1所示。起始字节为“*”字符，其数值为0x2A；结束字节为“!”，其数值为0x21；本机地址字节为预先设定的传输此数据帧的控制器地址，范围是O-0xFF；数据帧为当前控制器测量得到的数据，依次为含水率、温度和湿球参数，共三个字节；校验和采用CRC校验方法，占用一个字节。

                               
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3．2 Mcs一51单片机程序设计

MCS一51单片机初始设定串口于接收状态，若收到 PC机发出的控制指令，首先检测地址字节与本机是否相符，若不符则丢弃该指令，若相符则转入相应程序进行处理，发送数据后再次进入接收模式，进行数据采集、测量结果显示，并等待串口再次中断。图2为串口中断服务子程序的流程图。

                               
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3．3 PC机程序设计

PC机的监控程序主要涉及人机界面的设计和实现以及数据的存储和处理。采用微软公司的Visual c++开发软件编写程序，使用其提供的控件MScomm实现串行通信，利用事件驱动方式从串口接收数据，并将得到的数据保存到数据库中。可对多个控制器进行实时监测。控制软件大致可分为串口通信模块、数据库处理模块和显示模块，能实现以下四个功能：

①数据读取：实时采集干燥控制器测量的数据，并对数据进行处理，实现数据共享。
②实时画面显示：根据选定的方式实时地显示检测数据处理的结果，并对画面动态更新。
③参数设定：根据实时采集的数据与标准值的比较结果或人工设定，输出对干燥控制器的控制参数。
④历史数据库查询：将整个生产周期的数据存人数据库．可以随时回放、杏询和打印。 (

qimingxing

关键词〗 时间短 　合格率高  
　　涉及本项技术的干燥室部分已在中国国家知识产权局申请专利。 　　木材干燥是实践性较强的应用科学学科之一。在保证干燥质量的前提下，尽量提高干燥速度来达到降低能量消耗和提高生产效率之目的，是人们不断追求和探索的目标。
　　近年来，随着我国进口木材的增多，东南亚、南美洲和非洲的数十个树种大量进入了国内市场。这些木材的材质好，色泽漂亮，是生产红木家具和实木地板的理想原料。但是，有些树种因材质硬，容积重大，纹理复杂，在干燥过程中易产生扭曲、翘曲、开裂等缺陷，而且干燥时间也很长。直接影响着企业生产效率和经济效益。现将初含水率５０％以上的各种木材干燥到含水率８－１４％所用时间及耗电费用简述如下：
　　１、气干密度１ｇ／ｃｍ３以上的木材，如：黑檀、红檀、柚檀、龙凤檀、金丝红檀、云香、砂木、铁木、金车木、香船木、大理豆、双柱豆等十多种木材，即使干燥２３ｍｍ厚的地板料，亦需用２４－２８天。如果干燥较厚的家具材，不仅干燥时间更长，而且极易产生干燥缺陷。所以用这些木材生产家具的较少。
　　２、气干密度０．８５－０．９９ｇ／ｃｍ３的木材，如：钻石檀、玉檀、黄檀、金檀、金影檀、红檀、黑紫檀、黄稍木、紫芯木、富贵木、蚁木、抽木王、拉帕乔、山揽木、甘巴豆、孪叶苏木、香脂木豆、南美花梨等近２０多种木材；干燥２３ｍｍ厚的地板料要用１４－１８天。如果干燥厚度大的家具材，大都需要４０－５０天。
　　３、气干密度０．８４ｇ／ｃｍ３以下的木材，如：菠萝格、海棠木、铁苏木、四籽木、沙比利、康派斯、黄金檀、龙脑香、樱桃木、水曲柳、核桃揪、枫木、桦木、榉木、柞木、红豆、臭椿、锥栗、板栗、木荷、刺槐、楠木等２０多种木材，干燥厚度较大的家具材，需要３０－４０天；干燥２０－３０ｍｍ厚的板材需要９－１５天。由上述的４０多种木材之干燥情况可看出：较厚的家具材平均需要４０天左右；２０－３０ｍｍ厚的板材平均需要１４天左右。如果两种规格材用量各半，则平均干燥时间为２７天。根据干燥窑配备的动力，可推算出每干燥１ｍ３木材平均需要耗电１６２度。每度电费按０．９元计，则干燥每立方米木材所需电费为：０．９×１６２＝１４５．８０（元）。此外，目前还存在着干燥盲点。例如大条椅靠背处的万字弯板，大都是未经人工干燥的。其原因是它在锯解成型前是厚１８０ｍｍ以上的特大方材，无法干燥得内外均匀而又保持不开裂，锯解成型后再干燥更易开裂变形。所以都是经一段自然干燥后就使用了。这对产品质量长期稳定是没有保证的。
　　为了解决上述问题，笔者研究试验出一种新的干燥基准，经过一年多的实际应用，新基准与通用基准比较，具有如下的优势和特点：
　　（１）干燥时间短，平均只用原干燥时间的５５％。
　　（２）合格率高，即使干燥扭转纹木材，合格率也达到９８％以上。
　　（３）木材干燥后残余应力小，能保证产品质量稳定。
　　（４）可以干燥锯解成型的家具异型构件，如椅子靠背、弯板、弯型扶手等。
　　（５）适用于世界各地产的所有木材。凡具有蒸气喷蒸功能的干燥窑均可采用。
　　（６）在干燥过程中，风机有２０％的时间是停着的，再因干燥时间缩短，总的耗电量降低５０％以上。
　　（７）干燥锯解成型的异型构件，所用的时间只相当于未锯解厚板材的１／３。因此，这一项的电耗权相当于原来的１６．５％。
　　以年干燥能力２０００ｍ３木材的企业为例，应用新基准可获如下效益：
　　（１）因干燥时间缩短，年干燥能力可提高到３６００ｍ３，可节省电费为：０．９元×１６２（度）×３６００（ｍ３）×５０％＝ ２６．２４４（万元）。
　　（２）１立方米木材的干燥利润按５０元计算，因提高干燥能力而增加的利润为：５０元×１６００（ｍ３）＝８（万元）。
　　两项加起来等于３４．２４４万元（还不包括干燥异型材所节省的电费）。由此可见，企业在不增加投资的情况下，只因采用了新基准；年干燥能力即可提高１６００ｍ３，增加利润３４．２４４万元以上。其经济效益是十分可观的。

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木材干燥工序是木材加工中极为重要的一环,不仅消耗能源多,工序周期长,而且干燥质量直接关系到后续加工及最终产品质量。近年来随着技术的进步,微波干燥在木材干燥中的应用发展较快。与常规对流干燥相比,微波干燥具有干燥速度快、对环境友好等优点。我国科技工作者在木材微波干燥领域做出了许多有意的探索和尝试,特别是在微波干燥设备、连续干燥工艺,以及木材在微波电磁场作用下的介电特性等方面取得了显著的成绩[ 1-2 ] 。但目前微波干燥在应用方面也还存在一些问题,与传统能源相比,微波干燥耗电量大,干燥成本较高。
    本研究采用适当间歇的方式对木材进行微波加热干燥,旨在探寻既可保证木材干燥质量,又能提高微波能利用率的方法。
1 　材料与方法
1.1 　材料
    试材为马尾松( Pi nus massoni nana) ,采自广西柳州速生人工林。试验时将木材锯制成规格为100mm ×100 mm ×45 mm(长×宽×厚) 的试件,其初含水率为37 %～47 %。
1.2 　方法
    用环氧树脂和铝箔封闭试件的端面和两个侧面,使能量和水分沿着木材的厚度方向传递。封闭前后称质量,确定树脂的质量;待树脂充分固化后,再称取试件的初始质量;然后将试件置于微波炉内的托盘(材料为聚四氟乙烯) 上,通过与托盘相连的传感器,实现对微波干燥过程中试件质量的实时检测。
    微波辐射方式有6 种:连续辐射,辐射1 min 停1min ,辐射1 min 停2 min ,辐射2 min停1 min ,辐射1min 停4 min 和辐射4 min 停1 min 。辐射功率均为600 W。
    当试件在每个辐射周期的质量减少量明显呈下降趋势时,停止微波辐射。称取试件干燥后的质量,再将其放入温度为(103 ±2) ℃的烘箱中烘至绝干。根据试件的绝干质量,计算其在干燥各个阶段的含水率,绘制干燥曲线。每一个试件重复试验一次。
2 　试验装置
    试验所用的微波干燥装置原理如图1 所示,主要有质量连续实时检测系统、微波加热系统(家用微波炉改造而成) 和数据采集系统构成。质量连续实时检测系统由托盘4 和质量传感器5 组成;微波加热系统由微波炉2 和稳压器7 构成。微波炉(松下变频微波炉,型号:NN2K5540MF) 的额定功率为1 000 W ,微波功率设置共为5 档。

                               
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3 　结果与分析
3.1 　木材微波干燥过程
    图2 是微波干燥过程中典型的干燥速率2时间曲线。从图中可以看出,根据木材干燥速率的变化,微波干燥过程可以分成3 个阶段:加速段、恒速段、减速段。木材吸收的微波能大致可以分为两部分:一部分用于蒸发木材中的水分,另一部分用于提高湿木材的温度。

                               
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    在加速段,微波辐射能量主要用来升高木材的温度,用于蒸发水分的能量较少;在恒速段,木材吸收的微波辐射能主要用来蒸发木材中的水分,木材的温度基本维持不变。
    由于在微波干燥过程中,木材得到热量不需要经历“漫长”的对流换热和热传导过程,微波能以电磁波的形式直接穿透到木材的内部,并通过电磁场与水分子、木材的极化分子(主要为羟基) 间的直接相互作用,能瞬间将电磁能转化为热能,使木材的温度迅速升高,水分快速迁移和蒸发[3 ] 。因此,加速段在干燥过程中所占的比例较小,而恒速段在整个干燥过程中
所占的比例非常大,这与常规干燥中恒速段比例小,甚至不存在的特点,形成了鲜明的对比。
    在干燥的后期,木材中的水分已经大部分排除完毕,此时,辐射的微波能除了少部分用于蒸发木材中残余的水分外,大部分的能量被用来提高木材的温度,干燥速率逐渐下降。
3.2 　微波辐射方式对木材干燥速率和微波能利用效率的影响
    由图3 可以看出,当微波连续辐射时,木材的干燥时间明显缩短,干燥速率显著增加。这是因为在辐射功率相同时,辐射的时间越长,木材吸收的热量越多,温度升高的速率越大,水分蒸发的速度越快; 另外,木材内部快速的水分蒸发使细胞内形成更高的压力,与外界形成更大的总静压力差,促使木材内部水分向表面迁移的速率大大加快[426 ] 。在这两方面的共同作用下,木材的干燥速率随着单位时间内微波辐射能的增加而增加。

                               
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    　从图3 中还可以看出,间歇输入微波能时,木材内含水率随干燥时间呈明显的梯状变化。当输入微波能时,木材内含水率明显下降;当停止微波辐射时,木材内的含水率缓慢下降。这是因为即使停止微波辐射,木材内的温度仍然很高,水分在热能的作用下缓慢地向外移动。
    试验结果还表明,木材含水率在纤维饱和点以上时,其平均干燥速率和水分蒸发效率,均比在纤维饱和点以下时要高。根据木材中水分的存在状态和Dent 水分吸着理论,木材中存在自由水、水蒸汽和吸着水。由于吸着水被吸着在木材细胞壁中的初级和次级吸着点上,其热力学性质与自由水、水蒸汽的热力学性质存在差异,如具有较高的束缚能,其水分的迁移能力弱等[7 ] 。因此,与自由水相比,排出单位质量的吸着水,需要较长的时间和更多的微波能。
      由表1可看出,6种辐射方式下木材的平均干燥速率由大到小的顺序为:连续辐射,辐射4 min 停1min ,辐射2 min 分钟停1 min ,辐射1 min 停1 min ,辐射1 min 停2 min ,辐射1 min 停4 min ;说明单位时间内输入的微波能越多,干燥速度越快。
   

                               
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    6 种辐射方式下的水分蒸发效率由大到小的顺序为:辐射1 min 停2 min ,辐射1 min 停4 min ,连续辐射,辐射2 min 停1 min ,辐射4 min 停1 min ,辐射1 min 停1 min 。由此可知,采用间歇辐射干燥木材时,使输入的微波能与木材升温和水分蒸发所消耗的能量相匹配,不仅可以提高微波能的利用效率,达到节能的目的;同时,还可使成材内部的水分有足够的
时间移动到成材表面,减小成材横断面上的含水率梯度,防止表层和内部的不均匀收缩。
4 　结论
    1) 微波连续干燥过程可以分为3 个阶段:加速段、恒速段和减速段,其中恒速段所占比例较大。
    2) 在微波干燥过程中,木材含水率在纤维饱和点以上时的平均干燥速率和水分蒸发效率,比其在纤维饱和点以下时高。
    3) 在本试验条件下,采用间歇式,辐射1 min 停2 min 对木材输入微波能,微波能利用率最高。