Изменение плотности, или относительного объема порошка есть определенная функция напряженного состояния. Поскольку относительное изменение объема ev является скалярной величи­ной, оно может быть функцией только скалярных инвариантов тензора напряжений. Для сжимаемых сред с зернисто-пористой структурой относительное изменение объема определяется изо­тропной составляющей (средним нормальным напряжением Со), т. е. его линейным инвариантом.

Вид функции ev=f(oc) определяется физико-механическими свойствами порошка, размером и формой исходных частиц, параметрами процесса прес­сования, но не зависит от условий (простое или сложное напряженное состояние), при которых величина ос достигает данного значения [239].

Связь между относительным изменением объема и степенью уплотнения материала г выражается зависимостью

ev= 1 — 1/2. (5.52)

Для плотности плитки получим

Рп^рнасДІ—f(Oc)]. (5.53)

Функциональная зависимость f (ас) от параметров прессования наиболее просто определяется при проведении процесса в глухой матрице. Среднее нормальное напряжение при этом выражается как

Ос= [(1+2£)/3]Дуд, (5.54)

где g — коэффициент бокового давления; Руд— давление прессования.

Следовательно, определив для каждого значения Руд величины | и еу, можно по уравнению (5.53) рассчитать рп.

Кривые прессования ev—Руд и зависимость —Руд для ряда порошко­видных удобрений представлены на рис. 5-49 и 5-50. Построение диаграмм прессования и последующая обработка данных показали, что в исследован­ном диапазоне давлений функция f(o0) может быть описана степенным выражением вида

f(cc)=wocn. (5.55)

Значения коэффициентов тип для исследованных материалов представ­лены ниже:

На рис. 5-51 изображены кривые изменения плотности прес­сованных удобрений в зависимости от средних нормальных на­пряжений, рассчитанных по уравнению (5.54). Среднестатистиче­ское отклонение экспериментальных данных от расчетных 4%.

На рис. 5-52 представлены кривые изменения прочности прес­сованных РК-смесей в зависимости от исходной влажности и времени выдержки прессата на воздухе. Наибольшая прочность прессата достигается при влажности 1,7—'1,8%, что подтвержда­ет выводы, сделанные в разд. 5.5.1. В этом интервале влажностей коэффициент внутреннего трения принимает минимальное значе­ние, что и способствует увеличению прочностных связей при од­ном и том же удельном давлении прессования.

Прочность спрессованных образцов возрастает также и с уве­личением длительности их выдерживания на воздухе при нор­мальной температуре. Это объясняется тем, что со временем за­вершаются кристаллизационные процессы в твердофазной систе­ме, что и приводит к образованию дополнительных межчастичных связей [240].

Для оценки непрерывного процесса гранулирования методом прессования выбраны следующие показатели:

производительность валкового пресса по загрузке Qn; эффективность прессования г|п, представляющая собой отно­шение выхода прессованной плитки Qnn к общей производитель­ности по загрузке;

ПрОИЗВОДИТеЛЬНОСТЬ уСТаНОВКИ ПО ТОВарНОМу Продукту Qtob-, плотность спрессованной ленты (прессата) рп; прочность прессата на излом оИз.

Опытно-промышленные исследования позволили установить взаимосвязь показателей эффективности прессования фосфорно - калийных удобрений и параметров прессуемой шихты: влажно­сти, гранулометрического состава, вида нейтрализующей добавки. На рис. 5-53 представлены зависимости показателей работы гра­нуляционной установки от влажности исходного порошка и со­держания в нем частиц размером менее 0,4 мм. Эти зависимости экстремальны, максимум эффективности приходится на влаж­ность шихты 1,8—2,2%.

РИС. 5-49. Взаимосвязь относительного изменения объема ev и удельного давления прессования Руд для различных удобрений:

/ — аммофос; 2 — нитрат аммония;

0 — карбамид; 4 — хлорид калия

РИС. 5-51. Зависимость плотности порошка р от среднего нормального давления ас для различных удобрений:

1 — хлорид калия; 2 — карбоаммофоска; 3 — аммофос; 4 — карбамид

Производительность пресса непрерывно уменьшается при по­вышении влажности шихты до 2,2%, после чего устанавливается постоянной. Высокая производительность при малой влажности не обеспечивает, однако, хорошего выхода товарной фракции из-за снижения эффективности прессования.

С увеличением содержания пыли в шихте производительность пресса и всей установки снижаются, а кривая изменения эффек­тивности прессования имеет характерный максимум при содер­жании фракции менее 0,4 мм — 38%. Влияние дисперсности ших­ты на эффективность прессования обусловлено аэродинамически­ми особенностями порошкообразной шихты. Основным фактором, определяющим предельно допустимую скорость прессования, яв­ляется размер частиц, характеризуемый числом Архимеда. С уве­личением содержания пыли в шихте увеличивается просыпь вследствие уменьшения прочности и плотности прессата.

В зависимости от прочности плиток, поступающих на дробле­ние и рассев, изменяется также и выход товарной фракции для установки гранулирования в целом. Влияние качества плитки на процессы дробления и грохочения будут рассмотрены в гл. 6.

Таким образом, режим прессования минеральных удобрений зависит от их физико-механических свойств и включает следую­щие параметры: давление прессования (200—500 МПа), скорость прокатки (по данным разд. 5.5.1 и 5.5.2), гранулометрический состав и влажность порошка, время выдержки между прессова­нием и дроблением (подбирается экспериментально).

5.5.3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ПРЕССОВАНИЕМ Для получения гранул методом прессования применяют разно­типное оборудование: прессы, дробилки, грохоты, смесители. Ме­ханическое оборудование описано в гл. 6. Что касается прессов,

то для непрерывных процессов используют валковые машины с гладкими или рифлеными валками, гидравлической или механи­ческой системой создания давления. При необходимости устанав­ливают подлрессовыватель и (для удобрений —обязательно) си­стему аспирации.

Отечественная промышленность вальцовых прессов требуемой производительности не выпускает. Эксплуатируемые в туковой промышленности импортные машины имеют характеристики, при­веденные в табл. 5,4. К сведениям о производительности нужно относиться как к ориентировочным, поскольку они даны для раз­личных видов сырья и продукции, отличных по свойствам от ми­неральных удобрений.

Валки прессов обычно изготовляют из легированного чугуна, содержащего около 3% хрома. Наружную поверхность валков закаливают на глубину 18—25 мм, внутренняя полость валка имеет меньшую твердость (для погло­щения ударов и вибраций) [206]. Используют валки специальных конструк­ций, например с обогревом или состоящие из сегментов, стянутых крепежны­ми кольцами. Сегменты можно вынимать и заменять новыми без демонтажа валков.

Преимуществом валковых прессов является их высокая про­изводительность. К их недостаткам относятся металло - и энерго­емкость, сложность обслуживания и ремонтов (в особенности валков), просыпи исходного материала.

Этих недостатков лишены таблетирующие машины, позволяю­щие в малопроизводительных производствах (например, концен­тратов микроэлементов) получать строго дозированные порции (таблетки) продукта с заданными физико-механическими свойст­вами без применения другого оборудования. Таблеточные прессы с механическим приводом делят на ротационные и эксцентрико­вые, а гидравлические машины — на горизонтальные и верти­кальные [206]. Гидравлические прессы обеспечивают значитель­но большие усилия прессования и производительность, чем экс-

центриковые, и меньшие колебания массы таблеток, чем ротаци­онные.

Специальных таблеточных прессов для удобрений пока не из­готовляется, и в туковой промышленности работают в основном механические прессы, предназначенные для таблетирования фар­мацевтических препаратов. При таблетировании получают глав­ным образом цилиндрические брикеты, но возможно изготовление их овальной, прямоугольной и другой конфигурации, формуемой соответствующими пуансонами в одно - и многогнездовых матри­цах. Параметры наиболее широко используемых в туковой про­мышленности таблетирующих машин приведены в табл. 5,5.