巨尾桉人工林小径桉木常规干燥工艺优化

陈桂丹，陈松武，刘晓玲，林家纯，罗玉芬，蒙芳慧，陈 艳

（广西壮族自治区林业科学研究院 广西木材资源培育质量控制工程技术研究中心，广西南宁 530002）

桉树（Eucalyptusspp.）为桃金娘科（Myrtaceae）桉属植物，生长迅速，干形通直，出材量高，轮伐期短，是我国种植面积较大的速生人工林树种，主要栽培品种有尾叶桉（E.urophylla）及巨桉（E.grandis）与尾叶桉的杂交品种巨尾桉（E.grandis×E.urophylla）和尾巨桉（E. urophylla×E. grandis）[1-4]。桉树木材生长应力大，易开裂变形，多为5 ～10年生的短周期小径材，多用于生产胶合板、刨花板和纤维板，实木利用率低[5-7]。将小径桉木制成锯材，加工成指接板，用于生产木门、地板和家具等产品，边角余料可用于生产刨花板和纤维板，可有效解决桉木尺寸稳定性问题，提高桉木综合利用率及产品附加值。

因自身特殊的生长特性，桉木属于典型的难干材，桉木的干燥技术是其实木加工利用的关键，也是最难攻克的一项技术[8-9]。近年来，不少学者对桉木干燥技术开展了相关研究。陈松武等[10]采用百度试验法对不同树龄巨尾桉无性系广林9号（E.grandis×E.urophyllaGLGU9）木材的干燥特性进行研究并制定了干燥基准，结果显示随巨尾桉树龄增加，木材开裂现象减少；唐日俊等[11]对15年生巨尾桉木材干燥基准进行研究，在进行25 ～30 mm 厚巨尾桉锯材干燥时，初期干湿球温差不宜过大，后期干燥温度不宜过高，能有效减少干燥缺陷；王喜明等[12]对比了尾巨桉、尾圆桉（E.urophylla×E.tereticornis）和大花序桉（E.cloeziana）3 种桉树人工林木材的干燥皱缩特性，结果显示尾巨桉木材较尾圆桉和大花序桉木材更容易发生皱缩；Llic[13]在-20 ℃对王桉（E.regnans）木材进行预冻处理，研究表明预冻处理能有效降低木材皱缩；林兴昌[14]研究预蒸煮对巨尾桉木材性能的影响，结果表明水热化学预蒸煮处理可有效降低木材的差异干缩，减少干燥变形等缺陷的产生；孔璐璐等[15]探究最佳的巨尾桉汽蒸预处理工艺，结果显示巨尾桉气干含水率和汽蒸温度分别为50%和100 ℃时，汽蒸效果最佳，能有效防止后续干燥过程中干燥缺陷的产生。上述研究多在实验室开展。本研究依托企业的原材料和干燥设备，进行堆垛方式和干燥基准的优化对比试验，研究成果能更好地指导企业生产。

木材的干燥方法很多，常规干燥因其技术成熟、操作简便、干燥特性易掌握、适应性强、装材量大和干燥速度快等诸多优势占主导地位。目前，国内木材干燥生产所采用的干燥设备80%以上为常规设备，以顶风机型最多，约占98%以上[16]。木材加工企业对桉木锯材进行干燥时，多根据操作工的经验进行干燥基准设定，主要采用较保守的常规低温干燥工艺，存在部分干燥工艺参数不科学的问题，干燥效率不高。笔者团队在对木材加工企业开展实地技术调研和跟踪测试的基础上，对巨尾桉人工林小径桉木锯材常规干燥工艺进行优化，以期为桉木锯材干燥生产提质增效、节能减排及高附加值实木利用提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

材料取自广西某木材加工企业，品种为巨尾桉无性系广林9号，6年生；木段小头直径14 cm以下，长度约2 m，锯制加工成640 mm×44 mm×38 mm（长×宽×厚）规格的锯材，大棚内气干至含水率为40%～50%后装窑干燥。

1.2 试验设备

干燥设备为企业定制的以蒸汽为热源的顶风机型强制循环干燥窑，窑内尺寸为8.5 m（宽）×7.4 m（深）×4.1 m（高），干燥锯材的容积约为60 m3，锅炉系统的饱和蒸汽经由蒸汽管路系统送至干燥室，配置顶风式风机4个，运行风速约为1.5 m/s，采用智能仪表型半自动控制系统，通过干球和湿球温度控制干燥工艺。

1.3 试验方法

1.3.1 企业干燥工艺

材堆以锯材自身为层间隔条，隔条间距约300 mm，锯材间留空隙，共15 层。每单元小材堆长约1.3 m，宽约1.3 m，高约1.2 m（包括垫板），端部不齐平。装窑时，高度方向上装3个单元小材堆，每垛高约3.6 m，宽度方向上每排放置5 垛，深度方向上放置4排；材堆在窑内均匀分布放置，材堆与材堆间隔约30 cm。

该企业采用低温干燥方式进行干燥。干燥初期干球温度为43 ℃，后期干球温度升至56 ℃，干湿球温度差最大为13 ℃；干燥过程中未进行中间处理；在含水率为25%～20%阶段提高窑内相对湿度（表1）。

表1 企业干燥基准Tab.1 Drying schedule in enterprise

1.3.2 优化干燥工艺

以锯材自身为层间隔条，锯材间留空隙，单元小材堆长度和宽度尺寸与企业材堆保持一致，高度增加至约1.3 m，以减少材堆顶部的气流损失；采用齐头堆积法，锯材两端的隔条与锯材外侧齐平，保持层内与层间锯材外端部对齐，材堆两侧整齐垂直；进窑材堆数与企业干燥生产时一致，但材堆与材堆连接摆放，尽量减少材堆间的空隙；在深度方向，相邻两排材堆相互错开[17]（图1）。在材堆顶部，选取部分小材堆用塑料打包带打包压紧。

图1 相邻两排材堆相互错开示意图Fig.1 Diagram of two adjacent rows of wood stacks stagger⁃ing each other

采用百度试验法对6年生巨尾桉无性系广林9号木材的干燥特性进行研究。该木材的内裂和截面变形较严重（表2）。在制定干燥基准时，干燥初期的温度不宜过高，且需缓慢升温，以减少初期开裂和截面变形现象；需控制干燥初期的干湿球温度差，不宜过大，减少内裂产生；待干燥中后期木材相对稳定后，加大升温幅度和干湿球温度差，提高干燥速度。

表2 巨尾桉无性系广林9号木材干燥缺陷等级Tab.2 Drying defect grades of E.grandis×E.urophylla GLGU9 specimen

结合百度试验法研究结果，并利用实验室小型干燥窑进行小试试验，制定优化干燥基准（表3）。该基准设定了干燥过程中预热阶段、中间处理、平衡处理和终了处理等不同阶段的工艺条件；干燥初期和后期的干球温度及干湿球温度差均比企业干燥基准有所提高；在含水率降至35% 和20%时，分别进行中间处理；检验板含水率最低的达到8%时，开始进行平衡处理，检验板含水率最高的达到12%时结束；终了处理时间为温度和湿度到达设定值后持续10 h。

表3 优化干燥基准Tab.3 Optimized drying schedule

1.3.3 干燥质量检测

依据LY/T 1068-2012[18]，在材堆中放置6 块无明显缺陷的检验板；依据GB/T 6491-2012[19]，测定检验板初含水率和绝干质量。干燥过程中，定时将检验板取出称重，并推算实际含水率，记录干燥缺陷变化情况。干燥结束后，根据GB/T 6491-2012[19]，进行干燥质量检测。

1.4 数据处理

对各检验板干燥质量进行检测后，依据GB/T 6491-2012[19]计算平均终含水率、干燥均匀度、厚度上的含水率偏差、残余应力及各可见干燥缺陷质量指标值，再进行干燥质量等级评定。根据优化工艺中干燥窑内干球和湿球温度及锯材含水率随时间的变化，绘制干燥过程曲线图。

2 结果与分析

2.1 干燥质量对比分析

采用企业干燥工艺进行干燥，锯材由初含水率45.50%干燥至终含水率9.76%，共耗时210 h（8.75天），平均干燥速率为0.17%/h。采用优化后的干燥工艺进行干燥，锯材由初含水率47.30%干燥至终含水率9.14%，共耗时178 h（7.42天），平均干燥速率为0.21%/h，比企业干燥工艺的平均干燥速度高出23.53%；含水率＞30%阶段，平均干燥速率为0.23%/h，含水率≤30%阶段，平均干燥速率为0.19%/h，整个干燥过程中干燥速率较平稳（图2）。优化干燥工艺采取材堆紧密相连、相邻两排材堆相互错开的进窑方式，同时增加材堆高度，有效防止循环空气仅从材堆间的空隙流过而未经过材堆，减少热量损失；优化干燥基准提高了干燥后期的干球温度和干湿球温度差，加快锯材水分蒸发，有效提升干燥速率。

图2 优化工艺干燥过程曲线Fig.2 Drying curves in optimized drying process

采用企业干燥工艺和优化干燥工艺两种不同工艺生产的锯材，除最终含水率为二级外，其他指标均达到一级要求，翘弯、内裂和皱缩现象均未产生（表4）。采用优化干燥工艺，锯材残余应力和纵裂明显低于企业干燥工艺，优化前后的残余应力值分别为0.6%和0.3%，优化前后的纵裂值分别为3.7%和2.5%，主要是由于优化干燥工艺的材堆堆积采用齐头堆积法，并保持各锯材端部齐平，且在干燥过程中进行两次中间处理，能有效减少开裂缺陷，并降低残余应力，提高出材率，缓解后期木材加工变形。

表4 不同干燥工艺锯材干燥质量Tab.4 Drying qualities of sawn timbers with different drying processes

2.2 不同高度位置锯材干燥质量对比分析

采用优化工艺干燥后，统计干燥窑内高度方向上材堆上、中和下3个部位锯材的干燥质量指标（表5）。不同部位锯材的干燥质量指标有差异，但无明显变化规律。

表5 不同高度位置锯材干燥质量Tab.5 Drying qualities of sawn timbers at different heights

续表4 Continued

2.3 压紧处理对锯材干燥质量的影响

对材堆顶部用塑料打包带进行打包压紧处理锯材与未进行打包压紧处理锯材的弯曲缺陷进行对比分析。进行压紧处理锯材的顺弯、横弯和扭曲缺陷指标值分别为0.30%、0.29%和0.42%，未进行压紧处理锯材的上述3 项缺陷指标值分别为0.38%、0.39%和0.54%。进行压紧处理后，锯材的弯曲变形指标有所降低，说明压紧处理对于减少锯材弯曲变形缺陷有一定效果。

3 结论

针对企业在进行人工林小径桉木锯材干燥时采用的原有干燥工艺，从堆积方式和干燥基准两方面进行干燥工艺优化。优化后的干燥工艺将平均干燥速度提高了23.53%，干燥效率提升明显；干燥质量检测指标均满足GB/T 6491-2012 对二级锯材的技术要求；干燥锯材的纵裂较企业工艺干燥生产有所减轻，干燥质量改善明显。

在采用优化工艺干燥时，窑内上、中和下部材堆的锯材干燥质量随高度位置变化无明显变化规律；材堆顶部采取压紧处理可减少干燥锯材弯曲变形缺陷的产生。

企业在进行人工林小径桉木锯材干燥时，可在堆积装窑时尽量保持材堆各锯材端部齐平，在干燥窑深度方向采取相邻两排材堆相互错开的方式堆放，材堆顶部进行压紧或压重处理；在制定常规干燥基准时，针对桉木易开裂变形的木材特性，采用软基准工艺，干燥生产过程中可进行两次中间处理，干燥后期适当提高干燥温度和干湿球温度差。该工艺可有效提高桉木干燥效率和干燥质量，实现节能降耗的同时提高出材率，有利于干燥锯材的进一步加工利用。