Этапы полного цикла Параметры ВТО Категории режимов Полное оглавление Таблица 1. Этапы полного цикла камерной сушки пиломатериалов Этап Температура Психрометрическая разность Критерий завершения Начальный прогрев На 5°C выше I ступени (лиственница, твердые лиственные); на 8°C (мягкие хвойные и лиственные); max 100°C 0,5-1,5°C Разность t среды и t центра доски не более 3°C Сушка (I ступень) По таблице режимов По таблице режимов Влажность древесины 30% Сушка (II ступень) По таблице режимов По таблице режимов Влажность древесины 20% Промежуточная ВТО На 8°C выше II ступени (max 100°C) 1,0-2,0°C Деформация зубцов гребенки 3-4% Сушка (III ступень) По таблице режимов По таблице режимов Достижение конечной влажности Конечная ВТО (I стадия) На 8°C выше III ступени (max 100°C) 1,0-2,0°C Увлажнение поверхности Конечная ВТО (II стадия) / Охлаждение Снижение до 40°C — Деформация зубцов гребенки не более 2% Примечание: параметры приведены согласно ГОСТ 19773-84. Переходные влажности 30% и 20% — стандартные значения для низкотемпературного процесса. Таблица 2. Параметры влаготеплообработки по видам Вид обработки Когда проводится Температура Психр. разность Контроль качества Промежуточная ВТО Переход со II на III ступень +8°C к предыдущей ступени (max 100°C) 1,0-2,0°C Деформация зубцов 3-4% Конечная ВТО (стадия увлажнения) При достижении конечной влажности +8°C к последней ступени (max 100°C) 1,0-2,0°C Увлажнение поверхности Конечная ВТО (кондиционирование) После увлажнения Снижение до 40°C — Деформация зубцов не более 2% Скорость охлаждения по ГОСТ 19773-84 (п. 6.6): мягкие хвойные породы — 5-13°C/ч; другие породы — 3-10°C/ч. Чем толще материал, тем медленнее охлаждение. Таблица 3. Категории режимов камерной сушки Категория Обозначение Сохранение свойств Область применения Мягкие режимы М Полное сохранение прочности, цвета, состояния смолы Экспортные пиломатериалы, ответственные конструкции Нормальные режимы Н Сохранение прочности, возможно незначительное изменение цвета Товарные пиломатериалы общего назначения Форсированные режимы Ф Сохранение прочности на изгиб, растяжение, сжатие; снижение прочности на скалывание до 20% Пиломатериалы для изделий без силовых нагрузок Обозначение режима: номер группы толщин + буква категории. Пример: 3-Н — нормальный режим для III группы толщин (32-40 мм). Содержание статьи Технологический процесс камерной сушки Начальный прогрев древесины Ступенчатая сушка по режимам Влаготеплообработка: промежуточная и конечная Кондиционирование и охлаждение Методы контроля процесса Практические рекомендации Технологический процесс камерной сушки Камерная сушка древесины представляет собой управляемый технологический процесс удаления влаги из пиломатериалов в специальных паровоздушных камерах периодического действия. Согласно ГОСТ 19773-84, стандарт распространяется на пиломатериалы толщиной до 100 мм из сосны, ели, кедра, пихты, осины, липы, тополя, березы, ольхи, а также на материалы толщиной до 75 мм из лиственницы, бука, клена, дуба, ильма, ореха, ясеня, граба. Полный цикл камерной сушки включает последовательность технологических операций: начальный прогрев материала, собственно сушку по ступеням режима, промежуточную влаготеплообработку (при необходимости), конечную влаготеплообработку, кондиционирование и охлаждение. Каждый этап имеет конкретные параметры сушильного агента и критерии завершения. Параметры сушильного агента Режим сушки характеризуется тремя основными параметрами: температурой t, степенью насыщенности φ и психрометрической разностью Δt = t - tм, где tм — температура смоченного термометра психрометра. Эти параметры изменяются по ступеням в зависимости от текущей влажности древесины. Режим сушки в камере периодического действия строится на ступенчатом изменении состояния паровоздушной смеси. Переход между ступенями осуществляется при достижении древесиной определенной переходной влажности. Для низкотемпературного процесса стандартные значения переходной влажности составляют 30% (переход с I на II ступень) и 20% (переход со II на III ступень). Вернуться к навигации Начальный прогрев древесины Начальная влаготеплообработка проводится непосредственно после загрузки камеры и служит для быстрого равномерного прогрева материала до температуры первой ступени режима. Влажность древесины на данном этапе не должна изменяться — задача состоит исключительно в выравнивании температуры по сечению пиломатериала. Параметры начального прогрева Согласно ГОСТ 19773-84 (п. 6.2), температуру паровоздушной смеси во время прогрева поддерживают выше температуры по начальной ступени режима сушки: для древесины лиственницы и твердых лиственных пород — на 5°C, для древесины мягких хвойных и мягких лиственных пород — на 8°C. Максимально допустимая температура составляет 100°C. Психрометрическую разность в период прогрева устанавливают в диапазоне 0,5-1,5°C, что соответствует высокой относительной влажности воздуха (98-100% при влажности древесины более 25% и 90-92% при влажности 25% и менее). Такие условия предотвращают подсыхание поверхности до полного прогрева материала. Критерий завершения прогрева Прогрев проводят до момента, когда разность между температурой среды tс и температурой древесины в центре доски tц, измеренная термопарой, достигнет 3°C. При отсутствии возможности измерения температуры древесины допускается определять продолжительность прогрева расчетным путем: 1-3 часа на каждый сантиметр толщины в зависимости от породы и начальной температуры материала. Интенсификация прогрева Для ускорения процесса при сушке мягких хвойных пород толщиной до 50 мм нормальными режимами и до 75 мм форсированными режимами допускается повышение температуры среды во время прогрева на дополнительные 5-7°C сверх регламентированных значений. Однако во всех случаях температура среды не должна превышать 100°C. Вернуться к навигации Ступенчатая сушка по режимам После завершения начального прогрева приступают к собственно сушке материала. Низкотемпературный процесс предусматривает использование влажного воздуха с температурой на первой ступени ниже 100°C. Параметры режима — температура, степень насыщенности и психрометрическая разность — устанавливаются по таблицам стандарта в зависимости от породы, толщины и назначения пиломатериалов. Переходная влажность и смена ступеней Переход с первой ступени режима на вторую производят при достижении древесиной влажности 30%, со второй на третью — при влажности 20%. С каждой следующей ступенью снижается влажность среды и повышается её температура, что обеспечивает постепенное увеличение интенсивности сушки. Влажность материала определяют по ГОСТ 16588-91 с использованием электровлагомера (рабочий метод для влажности 7-28%) либо контрольным сушильно-весовым методом. В процессе сушки влажность контролируют взвешиванием закладываемых в штабель контрольных образцов или дистанционными приборами. Особенности при отклонении от номинальных условий Если регламентируемая таблицами режимов температура не может быть достигнута по техническим причинам, допускается проведение сушки при более низкой температуре, но с обязательным поддержанием заданной степени насыщенности сушильного агента. Соответствующую фактической температуре психрометрическую разность определяют с помощью справочной психрометрической таблицы. Допуск по конечной влажности При отклонениях заданной конечной влажности от табличных предельных значений на величину до ±2% (при максимальном значении влажности не более 22%) предусмотренные параметры сушильного агента не изменяются. Процесс сушки прекращают при достижении древесиной в камере заданной средней конечной влажности. Вернуться к навигации Влаготеплообработка: промежуточная и конечная Влаготеплообработка (ВТО) представляет собой обработку древесины в среде повышенной температуры и влажности. Цель процедуры — снятие или уменьшение остаточных внутренних напряжений, возникающих при неравномерном высыхании различных слоев материала. Различают промежуточную и конечную ВТО. Промежуточная влаготеплообработка Промежуточная ВТО назначается для пиломатериалов повышенной толщины (40-80 мм в зависимости от породы) и проводится при переходе со второй ступени режима на третью. Во время обработки температуру среды поддерживают на 8°C выше температуры предыдущей ступени, но не более 100°C, психрометрическую разность устанавливают равной 1,0-2,0°C. Продолжительность промежуточной обработки должна обеспечивать снижение внутренних напряжений до уровня, при котором деформация зубцов силовой гребенки, выпиленной из контрольного образца, составляет 3-4% после выравнивания влажности. Допускается уменьшать продолжительность обработки или не назначать её, если контрольными опытными сушками установлено, что при этом не наблюдается появление внутренних трещин. Конечная влаготеплообработка Конечную ВТО проводят при достижении материалом заданной средней конечной влажности. Обработка подвергается пиломатериалы, высушиваемые до эксплуатационной влажности и подлежащие в дальнейшем механической обработке. Процесс осуществляется в две стадии. Первая стадия: увлажнение На первой стадии осуществляют увлажнение поверхности пиломатериала при повышенной температуре путем впуска в камеру пара или распыленной горячей воды при включенных калориферах, работающих вентиляторах и закрытых приточно-вытяжных каналах. Температуру среды поддерживают на 8°C выше температуры последней ступени режима сушки, но не более 100°C, психрометрическую разность — 1,0-2,0°C. Вторая стадия: подсушка и охлаждение На второй стадии проводят подсушку пиломатериала при одновременном его охлаждении. Температуру в камере постепенно снижают до 40°C путем открытия сначала приточно-вытяжных каналов, затем дверей камеры. Скорость охлаждения зависит от породы: для мягких хвойных пород — 5-13°C/ч, для древесины лиственницы и других пород — 3-10°C/ч. При этом чем толще пиломатериалы, тем меньше скорость охлаждения. Критерий качества конечной ВТО Продолжительность стадий увлажнения и подсушки устанавливается такой, чтобы у силовой секции, выпиленной из контрольного образца по окончании обработки и выдержанной для выравнивания влажности, зубцы силовой гребенки имели относительную деформацию изгиба не более 2%. Древесина с такими показателями считается практически свободной от остаточных напряжений. Вернуться к навигации Кондиционирование и охлаждение Кондиционирование выполняют для выравнивания влажности древесины по объему досок и штабеля. Операция особенно необходима при повышенных требованиях к качеству сушки. Температуру в камере устанавливают на 5°C выше последней ступени режима, состояние воздуха — соответствующее равновесной влажности, равной требуемой конечной влажности древесины. Режимы охлаждения по породам Скорость охлаждения определяется породой древесины. Согласно ГОСТ 19773-84 (п. 6.6), для пиломатериалов из древесины мягких хвойных пород температуру снижают со скоростью 5-13°C в час, для пиломатериалов из древесины других пород — 3-10°C в час. Общий принцип: чем больше толщина материала, тем меньше должна быть скорость охлаждения. Резкое охлаждение толстых пиломатериалов может привести к появлению новых внутренних напряжений из-за неравномерной усадки поверхностных и центральных слоев. Завершение процесса Охлаждение продолжают до достижения температуры древесины 30-40°C. После этого материал выгружают из камеры и направляют на выдержку в помещение цеха для окончательной стабилизации влажности и релаксации остаточных напряжений перед дальнейшей обработкой. Вернуться к навигации Методы контроля процесса Контроль параметров сушильного процесса осуществляется комплексом методов и приборов. Состояние сушильного агента в камере поддерживают системами автоматического регулирования и контролируют дистанционными психрометрами. Согласно ГОСТ 19773-84 (п. 2.4), режимы для хвойных пород предназначены для камер со скоростью циркуляции агента в штабеле от 1,0 до 2,5 м/с. Контроль влажности древесины Начальную влажность пиломатериалов определяют по ГОСТ 16588-91. Рабочий метод с использованием электровлагомера применяют для материала с влажностью от 7 до 28% — он не требует вырезки образцов. Контрольный сушильно-весовой метод применяют при любой влажности, а также при решении спорных вопросов. В процессе сушки влажность проверяют взвешиванием контрольных образцов, закладываемых в штабель перед загрузкой камеры. Контрольные образцы выпиливают из характерных досок партии, взвешивают с точностью до 1 г и размещают в различных зонах штабеля для получения репрезентативных данных. Контроль внутренних напряжений Остаточные внутренние напряжения устанавливают по силовым секциям (гребенкам). Секцию выпиливают поперек волокон из контрольной доски рядом с секцией влажности. На секции выполняют пропилы, образующие зубцы гребенки. После выдержки для выравнивания влажности измеряют деформацию зубцов. Деформация не более 2% — древесина практически свободна от напряжений (после конечной ВТО) Деформация 3-4% — допустимый уровень после промежуточной ВТО Деформация более 5% — требуется дополнительная влаготеплообработка Автоматизация контроля Современные сушильные камеры оснащаются автоматическими системами регулирования, которые поддерживают заданные параметры среды, фиксируют отклонения и протоколируют процесс. Датчики температуры и влажности размещаются как в воздушном пространстве камеры, так и непосредственно в штабеле для контроля состояния материала. Вернуться к навигации Практические рекомендации Выбор категории режима Для товарных пиломатериалов общего назначения применяют нормальные режимы (Н). Мягкие режимы (М) назначают при необходимости сохранения естественного цвета древесины, что актуально для экспортных пиломатериалов и столярных изделий. Форсированные режимы (Ф) используют, когда допускается снижение прочности до 20% на скалывание — это материалы, не испытывающие силовых нагрузок в эксплуатации. Ограничения высокотемпературных режимов Сушку высокотемпературными режимами (с использованием перегретого пара выше 100°C) применяют только когда допустимы снижение прочности и потемнение древесины. Не рекомендуется сушка этими режимами пиломатериалов для изделий и сооружений, подвергаемых силовым нагрузкам. Особенности сушки еловых пиломатериалов При сушке мягкими режимами еловых пиломатериалов применяют режимы, регламентируемые для предшествующей группы толщин. Например, для еловой доски толщиной 32 мм и конечной влажности 18-22% выбирают режим, предназначенный для толщины 22-25 мм (режим 2-М вместо 3-М). Это связано с особенностями анатомического строения еловой древесины. Формирование штабеля Пиломатериалы укладывают на сухие калиброванные прокладки из древесины хвойных или лиственных пород. Согласно ГОСТ 7319-80, межрядовые прокладки изготавливают толщиной 22 или 25 мм и шириной от 30 до 50 мм с влажностью не более 22%. Прокладки располагают строго вертикально одна над другой для обеспечения равномерного прижима. Между рядами штабеля формируют прослойки для циркуляции сушильного агента. Однородность загрузки В одну камеру загружают пиломатериалы, однородные по характеристикам: одной породы, одной толщины, одной группы начальной и конечной влажности. При необходимости сушки материалов разной характеристики во время нахождения в камере двух партий поддерживают тот из режимов, по которому предусмотрена меньшая психрометрическая разность. Вернуться к навигации Часто задаваемые вопросы Как определить момент перехода между ступенями режима? Переход между ступенями осуществляется при достижении древесиной установленной переходной влажности. Для низкотемпературного процесса стандартные значения: 30% (переход с I на II ступень) и 20% (переход со II на III ступень). Влажность контролируют взвешиванием контрольных образцов, заложенных в штабель, или электровлагомером по ГОСТ 16588-91. Зачем нужна промежуточная влаготеплообработка? Промежуточная ВТО снижает внутренние напряжения, накопившиеся за первые две ступени сушки. Она обязательна для пиломатериалов толщиной 40-80 мм, так как в толстом материале градиент влажности между поверхностью и центром выше, что создает опасность внутренних трещин. Критерий качества — деформация зубцов силовой гребенки 3-4% после выравнивания влажности. Какова допустимая скорость охлаждения для разных пород? Согласно ГОСТ 19773-84 (п. 6.6), для пиломатериалов из древесины мягких хвойных пород температуру снижают со скоростью 5-13°C в час, для пиломатериалов из древесины других пород — 3-10°C в час. Общее правило: чем толще материал, тем медленнее должно быть охлаждение для предотвращения новых внутренних напряжений. Чем отличается конечная ВТО от кондиционирования? Конечная ВТО предназначена для снятия остаточных напряжений путем увлажнения поверхности при повышенной температуре с последующим охлаждением. Кондиционирование — операция выравнивания влажности по объему материала. Оно проводится при температуре на 5°C выше последней ступени и состоянии воздуха, соответствующем равновесной влажности, равной заданной конечной влажности древесины. Когда применяют форсированные режимы сушки? Форсированные режимы (Ф) назначают, когда допускается снижение прочности древесины на скалывание до 20% и возможное потемнение. Прочность на изгиб, растяжение и сжатие сохраняется. Такие режимы применяют для пиломатериалов, не предназначенных для изделий с силовыми нагрузками: упаковочная тара, погонажные изделия, элементы отделки. Как контролировать остаточные напряжения в древесине? Остаточные напряжения определяют по силовым секциям (гребенкам). Из контрольной доски выпиливают поперечную секцию толщиной 10-12 мм, на которой делают продольные пропилы, формирующие зубцы. После выдержки для выравнивания влажности измеряют отклонение зубцов от вертикали. Деформация не более 2% соответствует качественной конечной ВТО; более 5% — требуется дополнительная обработка.