1、復合肥擠壓造粒技術及工藝王宇航 趙玉良 崔冬(中國重型機械研究院有限公司、陜西 西安 710032)摘要：闡述了復合肥造粒技術概況、擠壓造粒原理及其影響因素，介紹了擠壓機的主要性能參數及擠壓造粒法的基本工藝流程，并指出了造粒技術的發(fā)展方向。關鍵詞： 復合肥； 擠壓造粒； 擠壓機；工藝流程Making granule technology and process of compound fertilizerWANG Yu-hang ZHAO Yu-liang CUI Dong Abstract: This paper elaborated the general situation of mak

2、ing granule technology of compound fertilizer, the principle of press and making granule and their influence factors. It also proposed the main technology function of extruder and the process flow of press and making granule. Furthermore, it pointed out the direction of making the granule technology

3、.Key Words: compound fertilizer; press and granule; extruder; process flow1 前言 現代化農業(yè)是精耕細作的農業(yè),需要施加各種復合肥?；噬a技術在近些年發(fā)生了很大的變化,低養(yǎng)分的產品越來越不受歡迎,而高濃度、復合養(yǎng)份肥料成為市場的主流。以前, 高濃度養(yǎng)份肥料都是細粉狀的,在貯存、運輸時原料會分層或結塊；另外,粉狀肥料施用時,相當多的肥料會被風吹走,或被雨水從植物根部沖走,肥效釋放過快,造成很大的浪費。為了克服以上的不足,使粉狀肥變成易于運輸和使用、并具有緩釋功能的顆粒肥,需要使用造粒技術。復合肥造粒技術由此應運而生并且得

4、到了迅猛的發(fā)展。傳統的復合肥造粒采用濕法造粒工藝，濕法造粒工藝也稱化學造粒法。自上世紀30年代以來, 化學造粒經歷了漫長的發(fā)展過程。從最初的向造粒器內物料噴灑水發(fā)展到噴硫酸、磷酸或氨溶液，然后再干燥處理。在干燥過程中，通過化學反應、溶解物結晶、粘合劑固化而達到造粒效果。濕法造粒工藝能耗高，大部分能量都用于干燥系統，而且有大量的腐蝕性污水排放，污染環(huán)境。與傳統的濕法造粒不同，擠壓造粒工藝則避免了干燥過程，因而降低了能耗和成本，并且沒有污染物排放，是一種節(jié)能、環(huán)保的造粒工藝。擠壓造粒是借助于機械壓力而使物料(原則上不起化學反應、并經一定配比的粉料混合物)團聚成型的造粒過程，亦稱干法造粒。干法造粒工

5、藝由于節(jié)能、環(huán)保，近些年得到了長足的發(fā)展。2 復合肥的擠壓造粒擠壓造粒法在化肥行業(yè)上的應用起始于上世紀50年代對氯化鉀造粒的研究，直到80年代初，復合肥的擠壓造粒法才得以工業(yè)化生產并迅速推廣?，F在擠壓造粒工藝已成為復合肥造粒技術的發(fā)展潮流。2.1 擠壓造粒的工作原理經過配比的混合物料被強制送入一對大小相等、轉速相等、相向旋轉的擠壓輥輥縫之間，在強大的擠壓力作用下，物料被擠壓成密實的片料。此片料經破碎、篩分后即可得到所需粒度的顆粒肥料。其基本工作原理如圖1所示。擠壓輥一般呈水平布置，一輥固圖1 擠壓造粒原理示意圖定、一輥浮動(浮動輥即加壓輥，由液壓缸加載)，一般輥面上有規(guī)則排列的形狀、大小一致的

6、凹槽、穴孔或凸起，經過配比的粉狀物料從上方均勻連續(xù)地加入兩輥之間，到達加壓角()內即進入擠壓角 (=1/2)，物料被強制喂入，一般=1015。隨著輥子的連續(xù)旋轉，物料被擠壓，當處于兩輥半徑連線成水平位置時，壓力達到最大（Pmax），然后壓力迅速降低，此時成型物料在回彈力的作用下脫離與輥面的貼合，順利落下進入下一工序。2.2 物料的成型機理擠壓過程中物料的成型機理一般為：物料受到擠壓后，其顆粒將進行重排，并排出顆粒間的空氣，從而減小物料間的空隙。其過程為：a、物料的重排；b、碎裂；c、塑性流動三個階段。這幾個階段不一定是順序進行的，可能穿插發(fā)生。擠壓的結果：物料的壓縮比接近2.5：1，氣體的去除

7、率在60%以上。2.3 影響擠壓效果的因素為了得到較好的擠壓效果，進料的粒度應是大小不一的，其合適的范圍應控制在0.11mm。過細的物料(0.1mm)含空氣太多，影響成品料片的密實度，而且會對擠壓過程產生影響(造成擠壓機振動加劇)；過大的物料又需消耗更多的壓碎能量。所以要很好的控制進料粒度。物料的硬度或塑性影響擠壓過程所采用的壓力。有些物料如氯化鉀、磷酸二銨及尿素，塑性較好，擠壓成粒的效果較好。而硫酸鉀、硫酸氨、磷礦粉的塑性差，不易擠壓成粒。為了達到較好的效果,可配加適量的粘合劑。尿素、氯化鉀或少量的水份均能起到粘合劑的作用。物料溫度的影響。在擠壓過程中，粒子間的摩擦會加劇并產生熱量而使物料的

8、溫度升高。一般來說，溫度升高有利于得到較密實的擠壓產物料片，但過高的溫度會帶來不利影響，特別是含尿素的配料要避免溫度過高，否則會發(fā)生粘輥現象。一般溫度要控制在7080之間。這可借助擠壓輥內部通循環(huán)冷卻水來控制。3 擠壓造粒法的主要工藝流程3.1 簡介圖2是擠壓造粒系統的簡明工藝流程圖圖2 擠壓造粒簡明工藝流程圖該系統共由四個部分組成，每部分都有各自的設備及儀表，分別為： 貯存、計量、混合 擠壓 破碎、篩分 修整物料在各級間的輸送由斗提機、皮帶或鏈式輸送機來完成。3.2 貯存、計量、混合當產品是復合肥時，最好用間歇式混合操作，配方中的各組分原料在稱重倉內稱重，達到配方要求后，全部加入間歇式混合器

9、中混合。而單一肥一般是連續(xù)計量和混合。無論是連續(xù)還是間歇式混合，混合器的類型必須根據化肥的配方和配方中的組分來決定，為了保障微量元素的顆粒分布均勻，應選用高強度的混合器。在加入新料時，應將經破碎和篩分后的小顆粒返料在雙軸槳式混合器中與新料混合。一般循環(huán)物料與新料比介于1：1到2：1之間。3.3 擠壓混合后的化肥混和物要經過擠壓機擠壓，通過擠壓使物料成型。物料通過一個垂直螺旋加料機加入兩個相向旋轉的擠壓輥之間，在擠壓過程中，物料的受壓逐漸增大，當輥逢最小時，擠壓力達到最大，然后又迅速減小，直到0。在擠壓過程中，混合物料的密度能增大1.53倍，擠壓后的產物一般是一塊厚520mm的板料。3.4 破碎

10、、篩分經過擠壓機擠壓而形成的板料要經過進一步破碎，并通過多級篩分才能得到需要的顆粒尺寸。通常在擠壓機下安裝一臺板塊破碎機，板塊料被破碎成若干小的碎片（薄片），薄片易于運送，而且也易于被后續(xù)的破碎機破碎。破碎后的物料在多級篩上被篩分成超大顆粒、產品顆粒和細小顆粒，在最低篩上的細小顆粒經循環(huán)回收到混合機中，再進入擠壓機擠壓成型；而在多級篩上層被滯留的超大顆粒需進一步破碎（二級破碎），然后再繼續(xù)篩分；產品顆粒則進入修整工序。3.5 修整通常情況下，最終成品需經過一到兩步的修整。不規(guī)則形狀的顆粒有時要經過磨圓滾筒將邊角等處磨圓。在修整過程中產生的細粉應通過篩分(一層篩網)后循環(huán)。進一步修整時,一般還要

11、加入結塊劑。經過修整后的成品是在一定粒度范圍內的粒狀肥(如25mm)，它們有一定的強度，每個顆粒的組成與所需的配方相同。顆粒的強度可以通過化肥專用的測試方法來確定。4 擠壓設備圖3所示為中國重型機械研究院有限公司研制的800340擠壓機外形簡圖。該機主要由以下幾部分組成：框架、擠壓輥(動輥、定輥) 、主軸承及軸承座、干油潤滑系統、液壓系統、4.1 擠壓機簡介擠壓過程對擠壓造粒至關重要，擠壓是通過輥軸式擠壓機來實現的。擠壓機是擠壓造粒工藝中最核心的設電控系統、主傳動系統及給料系統。 經過計量、配比的混合物料由給料系統(螺旋給料機)強制喂入兩擠壓輥的輥縫中擠壓成型。其中一輥固定、備。圖3 擠壓機外

12、形簡圖1、框架 2、擠壓輥 3、軸承座 4、液壓系統 5、 主傳動 6、給料系統一輥浮動，浮動輥即加壓輥，由液壓系統實現動態(tài)加壓并確保輥縫保持在要求的范圍內，這對保證擠壓成型效果非常重要。名稱比壓值（KN/cm）尿素基NPK2040氯化鉀2050NPK3080硫銨90100硝酸鈣60碳酸鈣20如果外界異物或過多物料進入輥縫中，泄壓閥降壓， 浮動輥水平移動，使輥縫增大，避免過載。液壓系統還設有充氮的蓄能器，在進料發(fā)生變化時，調節(jié)輥縫，使輥軸間壓力保持恒定，這樣才能使產品的質量保持均勻。主傳動系統由主電機、聯軸器、齒輪箱組成，若需調節(jié)輥軸的轉速也可采用變頻調速的交流電機，齒輪箱也可采用行星齒輪傳動

13、方式。給料系統一般采用螺旋給料機，螺旋給料機對物料起著加壓填塞的作用，使物料在擠壓之前就預擠壓了。螺旋給料機一般配備變頻調速的驅動機，這可保持給料能力與擠壓機能力相匹配。4.2 擠壓機主要性能參數 (1) 擠壓輥寬度與輥徑如前所述，在擠壓過程中，物料是由于受到擠壓機所施加的壓力而成型。顯然，在一定的總壓力下，物料受到的壓力與擠壓輥的寬度相關。通常肥料工業(yè)上使用的擠壓輥寬度為1501500mm(輥寬超過1000mm時，通常會將工作寬度分成相等的兩段) 。物料在進入兩擠壓輥的咬入區(qū)時，通常會與擠壓輥表面產生滑移，但達到某一咬入角后，滑移便不再發(fā)生。加大輥徑可以改善咬入區(qū)的狀況，因此加大輥徑對擠壓效

14、果是有利的。但輥徑的加大也會受到加工設備及成本的限制，通常的輥徑范圍為：300 1000mm。(2) 壓力 表1 常用肥料的比壓壓力是影響擠壓效果的重要因素，由于物料被擠壓時，所受到的壓力呈動態(tài)變化，因此擠壓機的壓力通常用比壓來描述。比壓定義為單位長度上的壓力，即作用在擠壓輥上的力除以擠壓輥的工作寬度。比壓的常用單位為KN/cm。表1為幾種常用肥的比壓。(3) 輥縫擠壓輥的輥間間隙即輥縫，決定了料片的厚度，因而也就決定了擠壓機的產量。對于一特定的擠壓機，有最適宜的輥間間隙，通常輥縫范圍為520mm。輥縫要動態(tài)穩(wěn)定在要求的范圍內，一般通過液壓系統及計算機實行動態(tài)監(jiān)控及調整。有些擠壓機還設定輥縫自

15、動糾偏功能，使擠壓輥兩端的輥縫值穩(wěn)定在要求的誤差范圍內（一般左右輥縫偏差在0.55mm內）。(4) 擠壓輥轉速轉速也是影響產量的一個因素。大量的工業(yè)生產實踐表明，擠壓輥的轉速存在一臨界值，即圓周線速度不要超過0.60.8m/s。因為擠壓輥的圓周速度受到物料脫氣作用的限制，在物料擠壓過程中，會有大量的空氣排出，空氣的溢出速度和溢出量同轉速成正比。如果轉速超過臨界值，振動、沖擊會加劇，進料會不均勻，料片的強度、密度和顆粒的組成會受到影響。(5) 擠壓輥的表面狀況如前所述的擠壓滑移現象，對光輥表面通常不能取得良好的擠壓效果。而且輥軸表面光滑時，空氣溢出問題就會表現得特別尖銳。因此，在輥軸表面焊有波浪

16、形狀的耐磨花紋，這樣不但會減少滑移，增加咬入效果，提高擠壓效率，還有助于延長輥面的使用壽命及有利于空氣的排出。(6) 擠壓輥的表面堆焊擠壓機是在高擠壓應力下工作，輥軸間的徑向力可高達幾百噸，因此對輥軸的表面及芯部硬度都有很高的要求，即表面耐磨、芯部要有良好的韌性。因此為了提高輥面的耐磨性和抗剝落能力，需要采用硬面堆焊工藝。通常先在光軸上堆焊打底層焊絲，使其與母材充分融合，再堆焊過渡層。過渡層要具有良好的韌性及抗沖擊能力。在最外層堆焊耐磨層及所要求的輥面花紋，其硬度一般在HRC60左右。輥面的耐磨堆焊材料要與中間層材料的相容性好，而且還要具有良好的在線堆焊與補焊性能。(7) 液壓加載系統液壓系統

17、由液壓站、集成閥塊、蓄能器、液壓缸以及壓力表、連接管路等組成。它提供擠壓機穩(wěn)定的工作壓力，吸收因物料擠壓而產生的沖擊、振動。同時還可以根據工作需要對系統壓力進行調整。液壓系統性能優(yōu)劣直接影響擠壓機產量、設備運轉平穩(wěn)性、使用壽命等各個方面。中國重型機械研究院有限公司研制的800340擠壓機液壓加載系統主要有以下特點： 液壓系統高度集成化。擠壓機采用幾個集成塊將所有液壓元件高度集成在一起，使系統只在集成塊之間采用少量管路連接，而液壓元件之間無冗長、雜亂的連接管路，從而簡化系統，減少漏油幾率，方便系統檢修。 液壓缸采用單邊各一個大直徑的柱塞缸。左右兩邊的油缸工作互不影響，通過液壓缸的伸縮，實現輥縫和

18、輥間壓力的協調、平衡。當左右輥縫相差太大（S5mm，可調）時，電控系統發(fā)出指令，調整液壓缸的動作，使左右輥縫恢復到合理的范圍之內。單個液壓缸缸徑增大，從而減小工作壓強，減少系統發(fā)生故障的幾率。比如：密封件失效，液壓缸漏油等。 所有閥全部集成在一個集成塊上，通過高壓軟管與液壓站、液壓缸連接。中間有蓄能器，用以吸收輥子振動對液壓系統的沖擊，并在輥縫增大時能快速提高系統壓力，使輥縫、壓力穩(wěn)定在要求的范圍內。 液壓站采用間歇式工作方式。當系統壓力未達到設定值或需要調整輥縫時，液壓泵開始工作；當系統壓力達到設定值時，液壓泵停止工作，由蓄能器控制系統工作壓力。液壓系統中還設置有一次檢測元件，檢測系統的溫度、壓力。檢測值連入控制計算機中，使系統自動根據設定的程序進行調整。5 擠壓造粒法與其它造粒方法的比較自上世紀30年代以來，復合肥造粒技術得到了長足的發(fā)展，其中擠壓造粒技術正逐漸成為發(fā)展應用的主潮流。這是由于這種新工藝具有投資省、能耗低、無污染等等諸多優(yōu)點。IFDC(國際肥料發(fā)展中心)在1987年曾經進行過詳細的研究，對一套新建的化肥裝置來說，擠壓造粒在經濟上要優(yōu)于蒸汽造?；蛄蠞{造粒。對于一年產12萬噸的化肥裝置，蒸汽造粒的投資要高出擠壓造粒20%，而料漿造粒