本发明涉及木材加工技术领域，尤其涉及一种利用蒸干炉蒸干木材的方法。
背景技术：
木材的稳定性是木材质量的重要指标，木材不稳定的主要原因是由于未熟化的原生态的木材纤维具有伸缩性：木材纤维失去自身水分会收缩，吸收潮湿环境的水分则会伸张。而木材中的树脂和矿物质不仅增加了木材的密度和韧性，而且在干燥过程中，树脂还会固化或者结晶，能够增加木材的稳定性。因此，在木材进行深加工之前，需要熟化木材纤维，降低其中的水分，同时不能破坏木材纤维以及木材中的树脂及矿物质，从而提高木材的稳定性同时避免破坏木材的韧性，这样木材成品在后期使用中才不会出现变形，开裂等现象。
目前，现有的木材干燥都是采用干热源对木材进行烘干的方法，具体做法是通过热源辐射和热风对流对烘干炉内的木材进行直接加热烘干，或者通过微波直接辐射木材本身使木材内部发热干燥，这类干热源烘干方法存在很多问题：
1)表裂，干热烘干会使木材表面迅速干燥，表面干燥的部分会急剧收缩，而木材内部的水分受热后会膨胀，从而产生木材内外相反的力，所以造成了木材的表裂；
2)内裂，干热烘干很容易在在木材纤维熟化前迅速使木材内的树脂固化或者结晶，固化或者结晶的树脂会将木材中的水路堵死，木材加热后内部水分极度膨胀，将木材撑裂从而造成木材内裂。
3)干热烘干温度难以控制，如果干热烘干的温度控制在80℃以内，不足以将木材纤维熟化，如果干热烘干的温度超过80℃就会将木材纤维脆化，并损伤树脂和矿物质，从而破坏木材纤维的韧性，表裂、内裂的现象更加严重。
虽然现有技术中也有在干热源直接加热烘干木材的过程中向炉内通入水蒸气的做法，但是其中水蒸气的作用都只是用于将炉内环境维持在一定的湿度，从而减少木材内外的含水率差异，能够一定程度上改善加热的均匀性，减少木材的变形，但并不是利用蒸汽作为主要的热源对木材进行加热，蒸汽也不足以将木材纤维蒸熟，其加热方式本质仍然是干热源烘干：即通过高温干热源辐射和热风对流或者微波辐射直接对木材加热，仍然不能解决表裂、内裂以及木材纤维和内部有益成分受到破坏的问题。
技术实现要素：
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种微波木材蒸干方法，单纯依靠水蒸气作为热源干燥木材，在干燥前将木材纤维蒸熟，避免干燥过程中木材变形甚至胀开，且不会破坏木材纤维及木材内部的树脂、矿物质，保证了木材的韧性。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用蒸干炉蒸干木材的方法，所述蒸干炉包括炉体、微波组件、网孔式微波屏蔽器和水槽，所述水槽和所述网孔式微波屏蔽器设置在所述炉体内，所述炉体的底部设置有排水排气口，所述网孔式微波屏蔽器用于阻挡微波直接辐射炉内的木材，所述方法包括如下步骤：
s1：将待蒸干的木材放入所述炉体内，向所述水槽中注水；
s2：启动所述微波组件，利用微波将所述水槽中的水全部加热蒸发成炉内水蒸气；
s3：微波组件继续加热炉内水蒸气，使炉内水蒸气的温度逐渐升高至第一预设温度，在此升温过程中，炉内水蒸气对炉内的木材进行加热，将木材纤维蒸熟并将木材内的部分水分加热成所述第一预设温度的木材内水蒸气；
s4：调低微波组件的功率，将炉内水蒸气温度降低到第二设定温度，所述第二预设温度比所述第一预设温度低3-5℃，在此降温过程中，部分炉内水蒸汽冷凝，冷凝水从所述排水排气口排出，木材内水蒸气从木材内释放到炉内；
s5：调高微波组件的功率，将炉内水蒸气温度再次升高至所述第一设定温度，在此升温过程中，炉内水蒸气受热膨胀，部分水蒸气从所述排水排气口排出，炉内剩余水蒸汽再次对炉内的木材进行加热，将木材内剩下水分中的一部分加热成所述第一预设温度的木材内水蒸气；
重复步骤s4和s5，进行若干个降温和升温过程，直到将炉内木材蒸干到所需含水率。
优选地，所述炉体上设置有通孔，所述微波组件包括微波发生器、波导管和波导板，所述微波发生器设置在所述炉体外，所述波导管一端连通所述微波发生器，另一端穿过所述通孔伸入所述炉体，所述波导板连接于所述波导管另一端。
优选地，所述第一设定温度为70-120℃。
优选地，所述蒸干炉底部设置称重器。
优选地，所述蒸干炉外侧还设置电控器，所述电控器与所述微波组件通讯连接。
本发明利用微波一次性产生的饱和蒸汽，和对蒸汽继续加热后产生的不饱和蒸汽加热木材，降温后木材中水分以饱和蒸汽的形式排出，并利用木材中排出的部分蒸汽作为继续蒸干木材的加热载体，这种单纯利用水蒸气蒸干木材的原理和利用蒸汽膨胀原理将多余蒸汽排除炉外的原理，是现有木材干燥技术不曾利用过的，尽管现有技术中的木材干燥方法中有利用微波参与加热，也有在加热过程中通入蒸汽，但其本质上都仍然是“烘干”木材，与本发明的单纯利用水蒸气“蒸干”木材的原理完全不同。本发明的微波木材蒸干方法具有以下有益效果：
1.本发明的木材蒸干方法，克服了现有技术的偏见，现有技术认为不借助干热源对木材直接加热，单纯只用水蒸气作为直接加热木材的载体，水蒸气反而会增湿木材，是永远也无法将木材干燥的。但是本申请巧妙地利用升温-降温-升温的多次交替过程，通过高温水蒸气把木材中的水分加热为水蒸气，然后降低炉温使木材中的水蒸气释放到炉内，再升高炉温使炉内部分水蒸气膨胀排出，从而实现了木材内的水不断蒸发、释放、排出炉外，最终达到干燥要求。
2.本发明通过高温水蒸汽将木材纤维蒸熟，高温湿热既能够使木材纤维熟化，消除木材纤维的活性和内应力，避免其在后续干燥和使用过程中伸缩，又能够避免高温干热熟化带来的木材纤维脆化的问题。
3.本发明通过高温蒸汽加热木材，能够由外向内将木材纤维逐步蒸透熟化，同时能够使木材内的树脂软化，进而打开木材内水分通路，利于木材内部的水蒸气排出，避免木材被内部蒸汽胀开；而且水蒸气加热不会破坏木材内部的树脂等有益成分。
4.本发明巧妙地利用木材中释放出来的部分水蒸气作为后续加热蒸干木材的加热载体，因此，只需要在最开始在水槽中注入一次水并将水槽内的水用微波一次性全部蒸发完，后续步骤中无需再往水槽中新加水，也无需往炉内继续外通新的蒸汽，整个工艺简单、连续、自动化程度高。
5.本发明利用降温步骤使部分炉内水蒸汽冷凝排出，利用再次升温步骤使多余蒸汽迅速膨胀排出，无需设置专门的排气装置如排气扇，节省了成本。
6.本发明采用网孔式微波屏蔽器屏蔽微波，该设计非常巧妙，既能够方便水蒸气自由出入微波屏蔽器，使微波组件能够在蒸干的整个过程中持续对其水槽产生的蒸汽以及木材中释放的蒸汽进行加热，又能够避免微波直接辐射木材破坏木材的结构。现有技术也有将微波组件设置在炉外但炉内不设置微波屏蔽器的，这种设计中微波会直接辐射木材，木材内部温度会急剧上升，容易造成木材的内裂和炭化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本实施例公开了一种利用蒸干炉蒸干木材的方法，该方法在一蒸干炉内完成对木材的蒸干处理，所述蒸干炉包括炉体、微波组件、网孔式微波屏蔽器和水槽，所述水槽和所述网孔式微波屏蔽器设置在所述炉体内，所述炉体的底部设置有排水排气口。水槽用于一次性注入一定量的水；微波组件用于产生微波将水槽内的水加热蒸发和对炉体内的水蒸气加热；排水排气口可以设置多个，排水和排气兼用。网孔式微波屏蔽器用于在整个蒸干过程中阻挡微波直接辐射炉内的木材。
示例性地，蒸干炉的炉体呈长方体状，其底部设有多个支座，炉体一侧设有木材出入门，另一侧设有注水口；所述炉体内部设有一层保温层，所述炉体的壁设置有若干个通孔，所述微波组件的个数与所述通孔数相同，每个微波组件包括微波发生器、波导管和波导板，微波发生器设置在所述炉体外，所述波导管一端连通所述微波发生器，另一端穿过所述通孔伸入所述炉体，所述波导板连接于所述波导管另一端。网孔式微波屏蔽器罩设于水槽的上方，与炉体内壁一起围成一个空间，波导板位于所述空间内，该空间通过微波屏蔽器的网孔与炉体内的主体空间相连通。具体使用方式为：炉体外的微波发生器产生微波，微波通过波导管导入炉体内，波导板设置为将微波导向水槽，能够通过微波对水槽中的水加热为水蒸气，生成的水蒸气能够通过的网孔进入炉体内的主体空间，主体空间内的水蒸气也能够进入所述围设空间进行加热，也就是说通过微波组件、水槽和网孔式微波屏蔽器的上述设计，该围设空间在阻挡微波散发出去直接辐射炉内的木材的同时，不会影响对围设空间内外的水蒸气都进行加热。当然，上述蒸干炉的组成和结构只是示例性的，本发明采用的蒸干炉其完全可以是其他可替代实现的组成和结构，只要能够实施本发明的微波木材蒸干方法即可。
本发明的微波木材蒸干方法具体包括如下步骤：
s1：将待蒸干的木材放入蒸干炉内，向水槽中注水。
具体地，可以将待蒸干木材装上料车，经由蒸干炉炉体一侧的木材出入门将待蒸干的木材装入蒸干炉内。然后向蒸干炉内的水槽中注入一定量的水，注入水的具体所需重量与装入的木材重量有关。
s2：启动所述微波组件，利用微波将所述水槽中的水全部加热蒸发成炉内水蒸气。
优选地，蒸干炉外侧还设置电控器，所述电控器与所述微波组件通讯连接，通过操作电控器，能够开启和关闭微波组件，还能调整微波组件的功率。具体地，操作电控器启动微波组件，利用微波将所述水槽中的水一次性地全部加热成炉内水蒸气。值得注意的是，通过微波屏蔽器的设置，本实施例中的微波组件能对水槽中的水和炉内的水蒸气进行辐射加热，而不能直接辐射炉内的木材本身。
s3：微波组件继续加热炉内水蒸气，使炉内水蒸气的温度逐渐升高至第一预设温度，在此升温过程中，炉内水蒸气对炉内的木材进行加热，将木材纤维蒸熟并将木材内的部分水分加热成所述第一预设温度的木材内水蒸气。
水槽中的水全部蒸发为水蒸气后，微波组件的微波继续对炉内的水蒸气进行加热，直到将其加热到第一设定温度的高温不饱和水蒸汽，该升温的过程是逐步的，相对缓慢的，需要花费10个小时以上，才能将炉内温度提升到第一预设温度。在此逐步升温过程中，炉内的高温水蒸气由外而内地对炉内的木材进行加热，逐步将木材纤维蒸透熟化并使木材内的树脂软化，同时将木材内的水分加热，部分水分蒸发为木材内水蒸气，木材内的水蒸气继续受热直到与炉温共同达到第一预设温度。该第一预设温度具体跟待干燥的木材的种类有关，其范围优选为70-120℃。一方面，该温度范围内的水蒸气能够使水蒸气达到不饱和状态，也足以将木材纤维由外向内逐步完全蒸透熟化，同时将使木材内的树脂软化，进而打开木材内水分通路，利于木材内部的水蒸气排出，避免木材被内部蒸汽胀开；另一方面，该温度范围内的水蒸气温度不会太高以至于破坏木材纤维及木材内部的树脂、矿物质等有益成分。
s4：调低微波组件的功率，将炉内水蒸气温度降低到第二设定温度，所述第二预设温度比所述第一预设温度低3-5℃，在此降温过程中，部分炉内水蒸汽冷凝，冷凝水从所述排水排气口排出，木材内水蒸气从木材内释放到炉内。
通过操作电控器调低微波组件的功率，将炉内水蒸气温度降低到第二设定温度，所述第二预设温度比所述第一预设温度低3-5℃。在此过程中，一方面，炉内温度首先降低，导致部分炉内水蒸汽会发生冷凝，炉内湿度降低，冷凝水从炉底的排水排气口排出炉外。另一方面，木材内的水蒸气温度不会马上降低，其温度仍然高于炉内水蒸气温度，因此，木材内的水蒸气反过来对炉内水蒸气加热，同时木材内的水蒸气能够以相对饱和的水蒸气的形式从木材内释放到炉内。也就是说，木材中的部分水分被蒸到木材外部了，木材实现了部分的蒸干。
s5：调高微波组件的功率，将炉内水蒸气温度再次升高至所述第一设定温度，在此升温过程中，炉内水蒸气受热迅速膨胀，部分水蒸气从所述排水排气口排出，炉内剩余水蒸汽再次对炉内的木材进行加热，将木材内剩下水分中的一部分加热成所述第一预设温度的木材内水蒸气。
通过操作电控器调高微波组件的功率，利用微波将炉内水蒸气温度再次提升至所述第一设定温度，在此过程中，一方面炉内水蒸气(此时已经包含了从木材中释放出来的水蒸气)受热迅速膨胀，将炉内部分多余的水蒸气从蒸干炉炉底的排水排气口排到炉外；另一方面，炉内仍然会留存一部分水蒸气，且炉内的剩余水蒸气再次变成高温的不饱和水蒸气，作为新的加热载体将木材内剩下水分中的一部分加热成所述第一预设温度的木材内水蒸气，对木材进行新一轮的加热蒸干。
重复步骤s4和s5，进行若干个降温和升温过程，直到将炉内木材蒸干到所需含水率。通过反复的降温和升温操作，逐步将木材内部的多余水分以饱和蒸汽的形式释放到炉内，再将炉内的部分蒸汽迅速膨胀排出炉外，如此经过若干个蒸干循环后，当检测炉内木材的含水率达到蒸干要求后，可以操作电控器关闭微波组件，炉内温度降低至预设温度(如室温)后，打开炉门，取出木材。至于如何判断炉内木材是否达到所需的含水率，本领域有多种常规的成熟检测判断方式。本实施例优选了一种重量对比法，具体做法是，蒸干炉底部蒸干炉底部设置称重器，如将炉体整个放置在磅秤上，磅秤能够显示蒸干炉及其里面放置的木材的总重量。随着蒸干过程的木材的水分逐步被释放排出炉外，称重器的读数会逐渐减小，其读数与木材的含水率是一一对应的。因此，当其读数减小到预设重量时，则认为木材蒸干到预设所需含水率。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。