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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 fertilizer WANG Yu-hang ZHAO Yu-liang CUI Dong Abstract: This paper elaborated the general situatio

2、n of making 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 te

3、chnology. Key Words: compound fertilizer; press and granule; extruder; process flow 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

4、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

5、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

6、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()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

7、，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 0.11mm。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，

8、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 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

9、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。

10、 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、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

11、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 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

12、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

13、持在 要求的范围内，这对保证挤压成型效 果非常重要。 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

14、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 名称 比压值 （KN/cm） 尿素基 NPK 2040 氯化钾 205

15、0 NPK 3080 硫铵 90100 硝酸钙 60 碳酸钙 20 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

16、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

17、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

18、 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 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，

19、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

20、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

21、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 2 3 种造粒方法的比较 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、

22、高效的挤压造粒技术，并使之不 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 35 小时 调整产品需 1015 小时 调整产品仅需 2040min 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 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