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复合肥挤压造粒技术及工艺
复合肥挤压造粒技术及工艺
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复合肥挤压造粒技术及工艺
王宇航赵玉良崔冬
（中国重型机械研究院有限公司、陕西西安710032）
摘要：
阐述了复合肥造粒技术概况、挤压造粒原理及其影响因素,介绍了挤压机的主要性能参数及挤压造粒法的基本工艺流程，并指出了造粒技术的发展方向。
关键词:
复合肥；挤压造粒；挤压机；工艺流程
Makinggranuletechnologyandprocessofcompoundfertilizer
WANGYu—hangZHAOYu—liangCUIDong
Abstract:
Thispaperelaboratedthegeneralsituationofmakinggranuletechnologyofcompoundfertilizer,theprincipleofpressandmakinggranuleandtheirinfluencefactors。
Italsoproposedthemaintechnologyfunctionofextruderandtheprocessflowofpressandmakinggranule.Furthermore，itpointedoutthedirectionofmakingthegranuletechnology。
KeyWords：
compoundfertilizer;pressandgranule;extruder；processflow
1前言
现代化农业是精耕细作的农业，需要施加各种复合肥。
化肥生产技术在近些年发生了很大的变化，低养分的产品越来越不受欢迎,而高浓度、复合养份肥料成为市场的主流.以前,高浓度养份肥料都是细粉状的，在贮存、运输时原料会分层或结块；另外，粉状肥料施用时，相当多的肥料会被风吹走，或被雨水从植物根部冲走，肥效释放过快,造成很大的浪费.为了克服以上的不足，使粉状肥变成易于运输和使用、并具有缓释功能的颗粒肥,需要使用造粒技术。
复合肥造粒技术由此应运而生并且得到了迅猛的发展。
传统的复合肥造粒采用湿法造粒工艺，湿法造粒工艺也称化学造粒法。
自上世纪30年代以来，化学造粒经历了漫长的发展过程.从最初的向造粒器内物料喷洒水发展到喷硫酸、磷酸或氨溶液，然后再干燥处理。
在干燥过程中，通过化学反应、溶解物结晶、粘合剂固化而达到造粒效果。
湿法造粒工艺能耗高，大部分能量都用于干燥系统,而且有大量的腐蚀性污水排放，污染环境。
与传统的湿法造粒不同,挤压造粒工艺则避免了干燥过程，因而降低了能耗和成本，并且没有污染物排放，是一种节能、环保的造粒工艺.挤压造粒是借助于机械压力而使物料（原则上不起化学反应、并经一定配比的粉料混合物）团聚成型的造粒过程，亦称干法造粒。
干法造粒工艺由于节能、环保，近些年得到了长足的发展。
2复合肥的挤压造粒
挤压造粒法在化肥行业上的应用起始于上世纪50年代对氯化钾造粒的研究，直到80年代初,复合肥的挤压造粒法才得以工业化生产并迅速推广.现在挤压造粒工艺已成为复合肥造粒技术的发展潮流。
2。
1挤压造粒的工作原理
经过配比的混合物料被强制送入一对大小相等、转速相等、相向旋转的挤压辊辊缝之间,在强大的挤压力作用下，物料被挤压成密实的片料。
此片料经破碎、筛分后即可得到所需粒度的颗粒肥料。
其基本工作原理如图1所示。
挤压辊一般呈水平布置,一辊固
图1挤压造粒原理示意图
定、一辊浮动（浮动辊即加压辊，由液压缸加载）,一般辊面上有规则排列的形状、大小一致的凹槽、穴孔或凸起，经过配比的粉状物料从上方均匀连续地加入两辊之间，到达加压角（α）内即进入挤压角β（β=1/2α），物料被强制喂入,一般β=10~15°。
随着辊子的连续旋转，物料被挤压，当处于两辊半径连线成水平位置时，压力达到最大（Pmax），然后压力迅速降低，此时成型物料在回弹力的作用下脱离与辊面的贴合,顺利落下进入下一工序.
2。
2物料的成型机理
挤压过程中物料的成型机理一般为：
物料受到挤压后，其颗粒将进行重排,并排出颗粒间的空气，从而减小物料间的空隙.其过程为：
a、物料的重排；b、碎裂；c、塑性流动三个阶段.这几个阶段不一定是顺序进行的,可能穿插发生。
挤压的结果：
物料的压缩比接近2。
5：
1，气体的去除率在60%以上。
2。
3影响挤压效果的因素
为了得到较好的挤压效果,进料的粒度应是大小不一的，其合适的范围应控制在0。
1~1mm.过细的物料（<0。
1mm）含空气太多,影响成品料片的密实度，而且会对挤压过程产生影响（造成挤压机振动加剧）；过大的物料又需消耗更多的压碎能量。
所以要很好的控制进料粒度。
物料的硬度或塑性影响挤压过程所采用的压力。
有些物料如氯化钾、磷酸二铵及尿素，塑性较好，挤压成粒的效果较好。
而硫酸钾、硫酸氨、磷矿粉的塑性差，不易挤压成粒。
为了达到较好的效果，可配加适量的粘合剂。
尿素、氯化钾或少量的水份均能起到粘合剂的作用.
物料温度的影响.在挤压过程中，粒子间的摩擦会加剧并产生热量而使物料的温度升高。
一般来说，温度升高有利于得到较密实的挤压产物-料片，但过高的温度会带来不利影响，特别是含尿素的配料要避免温度过高，否则会发生粘辊现象。
一般温度要控制在70～80℃之间。
这可借助挤压辊内部通循环冷却水来控制。
3挤压造粒法的主要工艺流程
3。
1简介
图2是挤压造粒系统的简明工艺流程图
图2挤压造粒简明工艺流程图
该系统共由四个部分组成，每部分都有各自的设备及仪表,分别为:
●贮存、计量、混合
●挤压
●破碎、筛分
●修整
物料在各级间的输送由斗提机、皮带或链式输送机来完成。
3。
2贮存、计量、混合
当产品是复合肥时，最好用间歇式混合操作,配方中的各组分原料在称重仓内称重，达到配方要求后，全部加入间歇式混合器中混合。
而单一肥一般是连续计量和混合。
无论是连续还是间歇式混合，混合器的类型必须根据化肥的配方和配方中的组分来决定，为了保障微量元素的颗粒分布均匀,应选用高强度的混合器。
在加入新料时，应将经破碎和筛分后的小颗粒返料在双轴桨式混合器中与新料混合。
一般循环物料与新料比介于1：
1到2：
1之间。
3。
3挤压
混合后的化肥混和物要经过挤压机挤压，通过挤压使物料成型.物料通过一个垂直螺旋加料机加入两个相向旋转的挤压辊之间，在挤压过程中,物料的受压逐渐增大，当辊逢最小时，挤压力达到最大，然后又迅速减小,直到0。
在挤压过程中，混合物料的密度能增大1。
5～3倍，挤压后的产物一般是一块厚5～20mm的板料。
3。
4破碎、筛分
经过挤压机挤压而形成的板料要经过进一步破碎，并通过多级筛分才能得到需要的颗粒尺寸。
通常在挤压机下安装一台板块破碎机，板块料被破碎成若干小的碎片（薄片），薄片易于运送,而且也易于被后续的破碎机破碎.
破碎后的物料在多级筛上被筛分成超大颗粒、产品颗粒和细小颗粒,在最低筛上的细小颗粒经循环回收到混合机中,再进入挤压机挤压成型；而在多级筛上层被滞留的超大颗粒需进一步破碎（二级破碎），然后再继续筛分;产品颗粒则进入修整工序。
3。
5修整
通常情况下，最终成品需经过一到两步的修整。
不规则形状的颗粒有时要经过磨圆滚筒将边角等处磨圆。
在修整过程中产生的细粉应通过筛分（一层筛网）后循环.进一步修整时,一般还要加入结块剂。
经过修整后的成品是在一定粒度范围内的粒状肥（如2~5mm），它们有一定的强度，每个颗粒的组成与所需
的配方相同。
颗粒的强度可以通过化肥专用的测试方法来确定.
4挤压设备
图3所示为中国重型机械研究院
有限公司研制的φ800×340挤压机外
形简图。
该机主要由以下几部分组成：
框
架、挤压辊（动辊、定辊）、主轴承及
轴承座、干油润滑系统、液压系统、
4。
1挤压机简介
挤压过程对挤压造粒至关重要，挤压是通过辊轴式挤压机来实现的。
挤压机是挤压造粒工艺中最核心的设
电控系统、主传动系统及给料系统。
经过计量、配比的混合物料由给
料系统（螺旋给料机）强制喂入两挤压
辊的辊缝中挤压成型。
其中一辊固定、
备。
图3挤压机外形简图
1、框架2、挤压辊3、轴承座4、液压系统5、主传动6、给料系统
一辊浮动，浮动辊即加压辊，由液压系统实现动态加压并确保辊缝保持在要求的范围内，这对保证挤压成型效果非常重要。
名称
比压值（KN/cm）
尿素基NPK
20~40
氯化钾
20～50
NPK
30~80
硫铵
90~100
硝酸钙
60
碳酸钙
20
如果外界异物或过多物料进入辊缝中,泄压阀降压，浮动辊水平移动,使辊缝增大，避免过载。
液压系统还设有充氮的蓄能器,在进料发生变化时，调节辊缝，使辊轴间压力保持恒定，这样才能使产品的质量保持均匀。
主传动系统由主电机、联轴器、齿轮箱组成，若需调节辊轴的转速也可采用变频调速的交流电机,齿轮箱也可采用行星齿轮传动方式。
给料系统一般采用螺旋给料机,螺旋给料机对物料起着加压填塞的作用,使物料在挤压之前就预挤压了。
螺旋给料机一般配备变频调速的驱动机，这可保持给料能力与挤压机能力相匹配。
4.2挤压机主要性能参数
（1）挤压辊宽度与辊径
如前所述，在挤压过程中，物料是由于受到挤压机所施加的压力而成型。
显然，在一定的总压力下,物料受到的压力与挤压辊的宽度相关。
通常肥料工业上使用的挤压辊宽度为150~1500mm（辊宽超过1000mm时，通常会将工作宽度分成相等的两段）.物料在进入两挤压辊的咬入区时，通常会与挤压辊表面产生滑移,但达到某一咬入角后，滑移便不再发生.加大辊径可以改善咬入区的状况，因此加大辊径对挤压效果是有利的.但辊径的加大也会受到加工设备及成本的限制，通常的辊径范围为：
300~1000mm。
（2）压力
表1常用肥料的比压
压力是影响挤压效果的重要因素，由于物料被挤压时，所受到的压力呈动态变化，因此挤压机的压力通常用比压来描述。
比压定义为单位长度上的压力，即作用在挤压辊上的力除以挤压辊的工作宽度。
比压的常用单位为KN/cm。
表1为几种常用肥的比压。
（3）辊缝
挤压辊的辊间间隙即辊缝,决定了料片的厚度,因而也就决定了挤压机的产量.对于一特定的挤压机，有最适宜的辊间间隙，通常辊缝范围为5～20mm。
辊缝要动态稳定在要求的范围内，一般通过液压系统及计算机实行动态监控及调整。
有些挤压机还设定辊缝自动纠偏功能，使挤压辊两端的辊缝值稳定在要求的误差范围内（一般左右辊缝偏差在0.5～5mm内）.
（4）挤压辊转速
转速也是影响产量的一个因素。
大量的工业生产实践表明，挤压辊的转速存在一临界值，即圆周线速度不要超过0.6～0。
8m/s。
因为挤压辊的圆周速度受到物料脱气作用的限制，在物料挤压过程中，会有大量的空气排出，空气的溢出速度和溢出量同转速成正比。
如果转速超过临界值,振动、冲击会加剧，进料会不均匀，料片的强度、密度和颗粒的组成会受到影响。
（5）挤压辊的表面状况
如前所述的挤压滑移现象，对光辊表面通常不能取得良好的挤压效果。
而且辊轴表面光滑时，空气溢出问题就会表现得特别尖锐.因此，在辊轴表面焊有波浪形状的耐磨花纹，这样不但会减少滑移，增加咬入效果,提高挤压效率，还有助于延长辊面的使用寿命及有利于空气的排出。
（6）挤压辊的表面堆焊
挤压机是在高挤压应力下工作,辊轴间的径向力可高达几百吨，因此对辊轴的表面及芯部硬度都有很高的要求，即表面耐磨、芯部要有良好的韧性。
因此为了提高辊面的耐磨性和抗剥落能力,需要采用硬面堆焊工艺。
通常先在光轴上堆焊打底层焊丝，使其与母材充分融合，再堆焊过渡层。
过渡层要具有良好的韧性及抗冲击能力。
在最外层堆焊耐磨层及所要求的辊面花纹，其硬度一般在HRC60左右。
辊面的耐磨堆焊材料要与中间层材料的相容性好，而且还要具有良好的在线堆焊与补焊性能.
（7）液压加载系统
液压系统由液压站、集成阀块、蓄能器、液压缸以及压力表、连接管路等组成。
它提供挤压机稳定的工作压力,吸收因物料挤压而产生的冲击、振动。
同时还可以根据工作需要对系统压力进行调整。
液压系统性能优劣直接影响挤压机产量、设备运转平稳性、使用寿命等各个方面.中国重型机械研究院有限公司研制的φ800×340挤压机液压加载系统主要有以下特点：
●液压系统高度集成化。
挤压机采用几个集成块将所有液压元件高度集成在一起，使系统只在集成块之间采用少量管路连接，而液压元件之间无冗长、杂乱的连接管路，从而简化系统，减少漏油几率，方便系统检修。
●液压缸采用单边各一个大直径的柱塞缸。
左右两边的油缸工作互不影响，通过液压缸的伸缩，实现辊缝和辊间压力的协调、平衡。
当左右辊缝相差太大（△S≥5mm，可调）时，电控系统发出指令，调整液压缸的动作，使左右辊缝恢复到合理的范围之内.
单个液压缸缸径增大，从而减小工作压强,减少系统发生故障的几率.比如：
密封件失效,液压缸漏油等。
●所有阀全部集成在一个集成块上，通过高压软管与液压站、液压缸连接。
中间有蓄能器，用以吸收辊子振动对液压系统的冲击,并在辊缝增大时能快速提高系统压力，使辊缝、压力稳定在要求的范围内。
●液压站采用间歇式工作方式。
当系统压力未达到设定值或需要调整辊缝时,液压泵开始工作;当系统压力达到设定值时，液压泵停止工作，由蓄能器控制系统工作压力。
液压系统中还设置有一次检测元件，检测系统的温度、压力。
检测值连入控制计算机中,使系统自动根据设定的程序进行调整。
5挤压造粒法与其它造粒方法的比较
自上世纪30年代以来，复合肥造粒技术得到了长足的发展,其中挤压造粒技术正逐渐成为发展应用的主潮流.这是由于这种新工艺具有投资省、能耗低、无污染等等诸多优点.
IFDC（国际肥料发展中心）在1987年曾经进行过详细的研究,对一套新建的化肥装置来说,挤压造粒在经济上要优于蒸汽造粒或料浆造粒.对于一年产12万吨的化肥装置，蒸汽造粒的投资要高出挤压造粒20%，而料浆造粒的投资则高出近90%.生产成本上，蒸汽造粒高出3%～5％，料浆造粒高出近12％。
表2所示为几种造粒方法的比较，从表中可以看出，挤压造粒法具有十分明显的优势。
挤压造粒法除具有以上诸多优点外，还特别适用于热敏性物料的造粒。
挤压法还很容易在物料中添加微量元素,添加杀虫剂等农药,这就使复合
表23种造粒方法的比较
技术参数
蒸汽法
料浆法
挤压法
生产过程及操作控制
有化学反应和物理变化,操作过程复杂，有腐蚀
有化学反应和物理变化,操作过程复杂,有腐蚀
只有物理变化,操作过程简单,无腐蚀
产品强度
差,只易短期保存,短距离运输
较好,易粘接，易短期保存
最好，不破不粘，可长期保存,远距离运输
产品肥效
可溶性磷含量减少
可溶性磷含量减少
可溶性磷含量增高
产品调整的灵活性
调整产品需3~5小时
调整产品需10～15小时
调整产品仅需20~40min
原料适应性
有局限
有局限
很广阔
能耗
高
高
低
排放
产生大量的污水
产生大量的污水
仅有少量粉尘，无污水排放
肥在营养成份和功效上实现了多元化。
6结束语
目前我国在复合肥造粒工艺中,仍大量采用蒸汽法、料浆法等化学造粒方法，不仅效率低、能耗高，而且污染环境。
因此应大力推广节能、环保、高效的挤压造粒技术，并使之不
断进步与完善。
参考文献
[1]陈明良朱东明：
复混肥生产技术综述·化肥工业，2002，29卷
［2］李玉峰：
复合肥生产工艺综述，攀枝花学院学报,2002，19卷
[3］赵玉良王宇航等:
大中型辊式挤压成型机传动系统的特点，磷肥与复肥，2010，3期
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