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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