复合肥挤压造粒技术及工艺

1、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 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

4、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

5、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

6、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()内即进入挤压角 (=1/2)，物料被强制喂入，一般=1015。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

7、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0.11mm。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

8、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7080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

9、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1.53倍，挤压后的产物一般是一块厚520mm的板料。3.4 破碎

10、、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

11、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25mm)，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800340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

12、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NPK2040氯化钾2050NPK3080硫铵90100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

13、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1501500mm(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

14、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520mm。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

15、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0.55mm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0.60.8m/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

16、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

17、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800340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

18、辊间压力的协调、平衡。当左右辊缝相差太大（S5mm，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