第二节 油菜籽的轧坯

轧坯就是利用机械的作用，将油料由粒状轧成片状的过程。

一、轧坯的目的和要求

轧坯的目的在于破坏油料的细胞组织，增加油料的表面积，缩短油脂流出的路程，有利于油脂的提取，也有利于提高蒸炒效果。

油料籽仁由无数细胞组成，油料细胞的表面是一层由纤维素及半纤维素组成的比较坚韧的细胞壁，油脂和其他物质包含在细胞壁中，要提取细胞内的油脂，就必须破坏其表面的细胞壁，破坏油料的细胞组织。轧坯时可以利用机械外力的作用破坏油料的细胞组织，破坏部分细胞的细胞壁。油料碾轧的愈薄，细胞组织破坏的也愈多，油脂提取效果愈好。轧坯使油料由粒状变成片状，减小了其厚度，增大了表面积，在溶剂浸出取油时料坯与溶剂的接触表面增大，油脂的扩散路程缩短，有利于提高浸出速度和深度。油料被轧制成薄的坯片后，在蒸炒过程中有利于水分和温度的均匀作用，蒸炒效果提高。对于生坯直接浸出取油，只有用轧坯来破坏油料细胞组织并保证浸出所需要的料坯结构，因此，轧坯效果在很大程度上决定了浸出取油的效果。对于压榨取油和预榨取油轧坯厚薄没有像生坯直接浸出取油那样严格，因为压榨前料坯蒸炒过程的湿热作用和压榨过程的压力和发热作用能使油料细胞进一步破坏。

对轧坯的要求是料坯薄而均匀，粉末度小，不露油。无论压榨法取油还是浸出法取油，料坯厚度对出油率都有很大影响。

对于不同油料和不同制油工艺，要求料坯的适宜厚度有所不同。高油分油料的料坯应厚些，低油分油料的料坯厚度应薄些，直接浸出工艺的料坯应薄些，预榨浸出或膨化浸出的料坯可厚些。要求轧坯厚度为菜籽0.35mm以下。料坯粉末度控制在7.874目/cm筛的筛下物不超过3%。在轧坯时，还需防止高油分油料的受轧出油，避免由于辊面带油而造成轧辊的吃料困难和料坯粘辊现象。

二、轧坯原理

轧坯时，油料受到轧坯机轧辊施加的机械外力作用，由粒状变为片状。轧辊对料粒施加外力的形式和大小是由轧辊的形式及两辊间的圆周速度决定的。

（一）光面辊的辗轧作用

轧坯机工作时，被轧物料的粒子从轧坯机的喂料斗落入两轧辊之间的空隙，受到物料与辊面之间的摩擦力作用被拉入和顺次通过轧辊中心线的工作缝隙，在此过程中，物料受到轧辊施加的机械碾压作用而发生变形，成为薄的坯片。轧辊对料粒辗轧作用的程度，随两个轧辊圆周速度的比值而变化。如果两个轧辊的圆周速度相同，光面轧辊的碾轧作用如图4-2 （1）所示，则物料在工作缝隙中只受到挤压作用，产生弹性变形和塑性变形而形成薄片；如果两个轧辊的圆周速度不同，如图4-2 （2）所示，物料不仅受到挤压作用，而且还受到搓碾和剪切作用。这时物料粒子的两边分别受到以不同速度运动的辊面的摩擦力作用，使料粒内部在某一平面或某些平面发生了位移。两辊圆周速度的差异愈大，粒子受到的剪切作用和搓碾作用愈强烈，粉碎的粒子也愈多。当物料通过两辊之间距离最小处以后，轧辊工作面对物料的作用就停止了，物料与辊面脱离了接触，落入轧坯机下部被送走或进入下一对轧辊的缝隙中。

（二）带槽辊的辗轧作用

如果轧辊表面带有槽纹，辗轧的机理就比上述情况复杂得多，因为这时出现了槽纹对物料产生的多种力的作用。所谓槽纹，是指在轧辊表面加工成许多沟槽时所形成的凸出部分。槽纹对轧辊轴线有一定的斜度，并具有各种不同的形状。其截面形状有锐角、圆角或梯形等几种。槽纹的形状、角度、倾斜度和密度（即单位圆周辊长上的槽纹数）等，对轧辊给予被轧物料的作用会产生重大影响。

当一对轧辊以相同的圆周速度旋转时，辊面上对称的槽纹尖端对于被轧物料产生了劈裂和挤压作用，带槽辊的碾轧作用如图4-3 （1）所示。槽纹尖端嵌入物料粒子而产生弹性和塑性变形。槽纹对粒子的压力与槽纹的高度、尖端的角度有关。槽纹越高，尖端的角度越大，对粒子的压力也就越大。

当两轧辊以不同的圆周速度旋转时，两轧辊面上的槽纹作相对运动，对于其中的物料粒子来说，就好像慢辊上的槽纹起阻止粒子向下运动的作用，而快辊上的槽纹对粒子产生了剪切力和冲击作用。在辗轧范围以内，料粒除了在两辊之间受到挤压作用外，运动着的槽纹还会使被它所切裂的部分从粒子上脱离下来，带槽辊的碾轧作用如图4-3（2）所示。被轧粒子在槽纹作用下所受到的剪切、冲击作用力的大小，是随着轧辊的直径（或辗轧路程长短）、快慢辊的转速比、轧辊圆周上单位长度内的槽纹数量和被轧粒子直径的增大及轧辊间隙的减小而增大的。

实际上，用于油料轧坯的轧辊并不是采用上述形式的带槽辊，通常是使辊面上局部带有齿槽的槽纹辊，以便辊子吃料并起一定的破碎作用。

（三）轧辊啮入物料的条件

料粒在轧辊工作缝隙中与轧辊表面相接触时，粒子的重量压在轧辊上，粒子受到辊面对它的反作用力，同时粒子又受到辊面与粒子之间产生的摩擦力。轧辊的啮入条件如图4-4所示。设球形物料粒子M进入两轧辊间的工作范围时，分别与两轧辊上的A、A₁点相接触，粒子对轧辊的作用力为F₁，按辊面的法线方向指向辊子中心。辊面对粒子的反作用力为F₂，与F₁方向相反，大小相等。现将A点与辊子中心O的连线同两辊中心连线OO₁之间的夹角称作啮入角，用α表示。如果要使粒子在轧辊工作范围内所受到的辊面对它的摩擦力能够克服轧辊对它的向上推力，而被拉入轧辊工作缝隙进行轧坯，就必须使拉力大于推力。即：

式中F₂——轧辊对粒子的法向正压力；

f——粒子与轧辊表面的摩擦因数；

α——粒子对于轧辊的啮入角；

φ——粒子对于辊面的摩擦角。

即，轧辊啮入粒子进行轧坯的工作条件：啮入角α必须小于摩擦角φ。因此，料粒在辊面上的摩擦系数越大，即摩擦角越大，则被轧辊拉入工作缝隙的力越大，物料受轧条件就越好。同样，轧辊的直径越大，进入轧辊间的粒子直径越小，轧辊间的缝隙越大，则啮入角就越小，物料受轧条件也就越好。当然轧辊间的缝隙受轧坯厚度的限制，通常都是很小的。一般啮入角α=4°30′～5°30′。

在轧坯机的实际工作过程中，轧辊啮入物料的条件要复杂得多。因为实际工作时，同时有很多料粒进入缝隙，粒子在缝隙中所占的位置也不同，实际啮入角将增大，啮入条件也将随之变化。此外，由于物粒的含水量和含油率不同以及轧坯过程中少量油脂分离出来留在辊面上，都会使粒子与辊面之间的摩擦力发生变化，因此实际啮入条件与理论啮入条件有较大的差异。

三、油料在轧坯过程中的变化

油料在轧坯过程中，由于受到轧辊施加的机械外力作用，不仅在外形、大小、厚薄等方面发生了变化，同时在油料内部也发生一系列的物理、化学和生化变化。

（一）油料轧坯时结构状态的变化

1. 细胞组织的破坏

油料在轧坯时，大量细胞的细胞壁由于受到挤压和撕裂作用而遭到破坏，而细胞内部结构也会受到不同程度的破坏。细胞组织破坏的数量和程度取决于轧坯的方法和油籽的物理性质。轧坯过程轧辊施加的外力越大，料坯轧的愈薄，细胞破坏的数量就越多，破坏的程度也愈深。但油籽的不同组织对轧辊所施加的外力有着不同的抵抗强度，所以在轧坯时油籽的不同组织所发生的破坏程度也各不相同。一些部分可能因为所受外力超过了它的强度，因而遭到破坏，而其他部分在该外力作用下可能仍然保持完整。

油料细胞的直径很小而轧坯后的料坯厚度是其细胞直径的10倍以上。因此，即使经过最细的轧坯，许多油料细胞仍可能保留完整。对于低含油料坯，细胞的这种破坏程度可能已经满足了浸出取油的要求，但是对于高含油料坯，细胞的这种破坏程度远不能满足直接浸出取油的要求，因此，高含油料坯需要经蒸炒和压榨进一步破坏细胞组织，才能进行浸出。

油籽抵抗外力作用的强度大小也随油籽的水分和温度而变化。油籽的水分愈低，其弹性愈大，油籽水分愈高，其塑性就愈大。干燥的油籽有显著的脆性，受压时容易成为粉末，而经过湿润的油籽可塑性高，受压时易成片状。当高水分油籽受轧时，由于高水分及分离出的一些油脂的作用，把坯片黏结起来，使生坯从轧辊出来时呈很薄的带状。油籽的温度愈低，其弹性越大，可塑性越小；反之，其弹性愈小，可塑性愈大。这就要求在轧坯之前，对受轧的油籽或仁进行温度和水分的调节，使其具备最适宜的受轧温度和水分，从而保证受轧物料所必需的塑性。

2. 粒子表面的增大和生坯自由表面能的积聚

油籽经轧坯后，由粒状变成片状，其表面积增大。同时，由于油籽的生理结构受到破坏，原来隐藏在内部的面大量地暴露出来变成了外表面。当细胞结构和原生质被破坏时，原来隐藏在细胞里面的大量的糊粉粒从破坏的细胞原生质中脱离出来，其表面与相应的原生质界面都暴露出来，此外，有巨大表面的原生质凝胶结构也破裂而暴露出来。因此，生坯的外表面急剧增大，其一部分内表面随之变成了外表面。

粒子表面存在着自由分子力场，因而粒子表面也就集聚着自由的表面能。当粒子受轧成坯片时，随着其表面的急剧增大，生坯具有的表面能也将相应地急剧增加。

3. 油脂部位的变化

在轧坯过程中，随着油料细胞结构的破坏，存在于细胞质凝胶结构中的油脂会大量地分离出来。分离出来的油脂由于受到生坯巨大的表面分子力场作用，被生坯表面所吸附，不会与生坯分离而流出。轧坯时油料细胞破坏的愈多、破坏程度愈深，分离出来的油脂就愈多，生坯表面所吸附的油脂也就愈多。在未被破坏的细胞内部的油脂仍以原有的状态存在。此外，还有一些油脂可能保留在被破坏的油体原生质的碎片中。

（二）轧坯时的化学和生物化学变化

1. 化学变化

轧坯时油籽内部物质发生的化学变化主要是蛋白质的变性。引起蛋白质变性的原因主要是粒子受轧辊的机械作用和摩擦发热作用。当然，由于轧坯时间很短，所以这种化学变化不会很大。此外，轧坯后生坯表面的增大和部分油脂暴露于生坯的表面，会使生坯所含油脂更容易被氧化。

2. 生物化学变化

在很短的轧坯过程中，生物化学变化不会很明显，但轧坯作用为以后的生物化学变化创造了条件。轧坯后细胞原生质结构受到破坏，生坯表面积增大，大量油脂附着在生坯的表面，这些变化都为油籽的呼吸作用及酶的作用提供了良好的条件，结果使生坯的稳定性较籽仁的稳定性大大降低。因此，轧制后的生坯应及时转入下道工序。试验和生产实践都证明，生坯停留时间的长短，直接影响到浸出毛油的酸价、非水化磷脂含量及色泽等多项质量指标。

四、轧坯设备

轧坯设备可分为直列式轧坯机和平列式轧坯机两类。直列式轧坯机有三辊轧坯机和五辊轧坯机两种，平列式轧坯机有单对辊轧坯机和双对辊轧坯机两种。直列式轧坯机由于其辊面压力和生产能力较小，在新建油厂已很少使用。目前油厂应用最多的是平列式的单对辊轧坯机。单对辊轧坯机如图4-5所示。各种类型的轧坯机，其结构和工作原理都基本相同。主要由喂料装置、轧辊、辊距调节装置、刮刀、挡板、机架及传动装置所组成。

（一）喂料装置

喂料装置的作用是保证在整个轧辊长度上的均匀下料和进行流量调节。它由旋转的喂料辊、料斗及控制闸门组成。喂料辊上有粗而宽的长槽，当它不断转动时，可将油料均匀地喂入轧辊。

（二）轧辊

轧辊是轧坯机的主要工作构件，分光面辊和槽纹辊两种。绝大多数轧坯机的轧辊是光面辊，槽纹辊仅用于立式轧坯机最上面的一个轧辊和双对辊轧坯机的上对辊。轧辊的结构如图4-6所示。它由辊体和辊轴依靠热压冷缩紧配合连接在一起。轧辊的直径较大，为了减轻重量、节省钢材和减少动力消耗，常将轧辊做成空心的，辊体壁厚一般为100～150mm。轧辊在工作时对油料进行强烈的挤压，并与油料相摩擦，容易受到损坏。因此要求辊体具有足够的强度和刚度，平衡性能好，表面耐磨。轧辊一般采用高强度的合金铸钢和铸铁以及微量金属作材料，用冷铸法或双金属离心浇铸法制成。辊面外层为白口层，硬层深度为20～50mm，辊面硬度可达50～60HRC。轧辊内层为灰铸铁。轧辊的两端面通常作成倒角或梯形，以与挡板贴切配合防止漏料，并且可以减轻辊边的应力集中，防止轧辊工作时由于操作不当等原因引起的掉边现象。

直列式轧坯机的轧辊依次垂直重叠排列，相邻轧辊的中心线不在同一垂直面上，采用交错排列，两垂直面相距25mm左右，以便于轧辊进料。平列式轧坯机的轧辊水平放置并相对转动，形成一个或两个轧辊工作缝隙而进行轧坯。

（三）轧距调节装置

轧距调节装置的作用是改变两辊间的工作间隙，以调整坯片的厚度；将轧辊压紧，保证辊面必要的工作压力；当两辊间进入大块坚硬的杂质时，可自动拉大两辊间距，以免损坏轧辊。轧距调节装置有弹簧式和液压式两种。直立式轧坯机的轧辊是垂直重叠排列的，靠轧辊自身的重量顺次接触在一起，当物料通过轧辊工作缝隙时，轧辊将产生向上跳动的现象。为了控制跳动幅度和控制所轧料坯厚度，在轧坯机第一辊的两端轴承座上设置了弹簧轧距调节装置，利用弹簧的压紧力将轧辊逐次向下压紧，从而使所有轧辊都处于压紧的工作状态。

采用弹簧式轧距调节装置的平列式轧坯机，其辊轴随轴承座分别装置在两边机架的滑轨内，旋动调节螺母可使连接在两轴承座上的螺杆前后移动，以改变两辊间的工作间隙，调节适当后用锁紧螺母锁紧。调节弹簧的压紧螺母可调节两辊间的压紧程度。当轧辊间进入大的硬杂时，弹簧压缩，辊间距扩大，防止轧辊受到较大损坏。

弹簧式紧辊装置在调节轧距时必须停机，调节时不方便，产生的压紧力也受到一定的限制（轧辊总压力为20～25kN），不能满足工艺上较高的要求。目前大型轧坯机都采用液压紧辊装置。液压紧辊轧坯机即利用液压系统的压力来代替弹簧压力进行轧距调节的一种新型轧坯机。

液压紧辊轧坯机如图4-7所示。它主要由电磁振动喂料机构、液压紧辊系统、液压控制刮料机构、油泵、轧辊和机架等部件所组成。电磁振动喂料机构是依靠电磁振动器的高频振动作用，使物料连续、均匀地喂入到两轧辊的缝隙中。液压紧辊系统由油泵、油缸、活塞、连杆及轧距调节螺杆等组成。轧辊间距的调整是通过调整油缸活塞行程来实现的。调整时将活塞缓慢收缩，使两辊相接触，此时锁定活塞螺母以固定其行程。停用时将油缸活塞伸出，从而两辊离开。动、定辊之间的最小间隙由油缸活塞行程来保证，防止两辊相撞。根据制油工艺的要求，可以调节液压系统的压力，从而改变轧坯机的辊间压力，辊间压力最大可达1400MPa。轧辊工作时，当达到规定的油缸压力后，油泵能自动停止进油，而当油缸压力降到一定限度时，油泵能自动启动向油缸供油，以保证轧辊工作的恒定压力。此过程通过电气控制系统来完成，从而保证自动控制液压紧辊的稳定操作。轧辊上的刮料刀也是通过液压系统来控制的，它平时不接触辊面，当需要刮料时，刮刀即在液压油缸及活塞的控制下自动靠拢辊面进行刮料，刮料后又能与辊面脱离，以避免刮刀长期紧贴辊面而造成刮刀和辊面的磨损。

液压紧辊轧坯机的进退辊、两辊间压力调节、异物掉入辊间后轧辊瞬间脱开及刮刀对辊面的刮料等动作都由液压系统来实现，其显著特点是辊间压力大而稳定，轧制的坯片薄而结实、粉末度小，调节灵活方便，设备处理量大等。

（四）刮刀和挡板

轧辊底部装有刮料的刮板，其作用是把粘附在轧辊上的料坯及时地刮落下来，保持辊面的光滑。刮刀通常依靠弹簧或重锤与杠杆的作用，使其和辊面保持经常接触的状态。在轧辊两端的上半部装有挡板，其作用是防止从轧辊两端跑料，造成一些油料漏轧。

（五）机架及轴承

轧坯机的机架由一个坚固厚实的机座（或称底板）以及两侧可装拆的支架（或称墙板）组成。在两侧墙板中间沿轧辊轴承的调节移动方向开一长槽，以垂直或水平放置轧辊轴承座并使轴承座可以在其内移动。轴承一般采用滑动轴承，以承受较大的负荷，也可采用滚子轴承。

（六）传动装置

直立式轧坯机的传动一般是由单台电机通过三角带轮带动若干轧辊转动，再依靠辊间的摩擦作用带动其他轧辊以相反方向转动。对辊轧坯机的传动通常采用两台电机分别通过三角带带动轧辊轴转动，也可以采用单台电机通过三角带带动主动辊轴转动，主动辊轴再通过齿轮带动从动辊轴转动。双对辊轧坯机的传动，可通过若干对链轮及链条进行传动。

五、影响轧坯效果的因素

（一）油料的性质

对轧坯效果影响较大的油料性质主要有含油量、含水量、含壳量、含杂量、粒度、温度、可塑性等。进入轧坯机的油料必须经过严格的除杂，不得含有硬杂，否则将造成轧辊表面损伤，甚至造成轧辊掉边的严重事故。未经严格清选除杂的油料不得直接送入轧坯机。油料粒度必须符合轧坯的要求并保证轧辊对其有足够小的啮入角。同时，要求油料粒度均匀一致，以保证轧坯后的料坯基本均匀。对于大颗粒油料在轧坯前必须经过适当的破碎，否则会造成轧辊不吃料或设备生产能力降低。

要将油料轧成薄而坚韧的坯片，油料必须有适宜的弹塑性。油料温度、含油量、含水量、含壳量直接影响其弹塑性。对可塑性较差的油料必须在轧坯前进行适当的软化，使其机械性能符合轧坯的最佳要求。

在轧坯过程中，油料受轧辊的外力作用而发生变形，油料抵抗外力作用的能力（或弹塑性）随油料水分而变化。干燥油籽有很显著的脆性，轧制成的坯片上有很多裂痕，稍加压力即容易粉碎。潮湿油籽具有很大的可塑性，受压时易成片状。当油籽水分含量高时，在轧辊的作用下会分离出部分油脂使坯片粘结起来，形成很薄的带状。当油籽水分含量很高时，在轧辊的作用下会形成出油，使油料与轧辊之间的摩擦力减小，甚至会使轧坯操作停止。在轧坯和其后的运输过程中，坯片可能损耗1%的水分。

油料抵抗外力作用的能力也随温度而变化。温度愈低，油料的弹性越大，可塑性越小。反之，可塑性愈大。随着温度的提高，油料可塑性增加，且所含油脂的黏度降低，在轧坯时更容易出油。

油料含油量对轧坯质量产生很大影响，轧坯时油料受到轧辊压力的作用，油脂被挤压出来，并附着在新生的坯片表面。当油料含油量很高，且坯片又轧制的很薄时，被挤压出的大量油脂润滑辊面，使轧坯机产量降低，甚至无法工作。

油料籽仁中若含过多的坚硬外壳，在轧坯时会因外壳有较高的抵抗外力作用的能力而使辊间缝隙增大，造成轧坯质量的降低或质量的不稳定。

（二）轧坯设备

轧坯设备的形式、结构、机械性能、轧辊质量等对轧坯效果产生很大影响。如直列式轧坯机和平列式轧坯机对油料碾轧的次数不同，轧坯效果就不同。轧辊的辊面形式、轧辊速比等对油料的作用形式产生影响，因此所轧制的坯片质量就不同。轧辊的紧辊方式不同，辊面压力就不同，轧坯效果产生差异。轧辊的辊径、圆度、辊面硬度、辊面平整度等不仅对轧坯质量产生影响，而且也对轧坯机的运行、使用寿命及动力消耗产生影响。轧辊的转速和轧辊直径影响到轧坯的时间和轧坯机的动力消耗。轧辊转速一般根据轧坯时所需的辊面线速度来决定。根据经验，小直径轧辊的辊面线速度为3.5～4.5m/s，大直径轧辊的辊面线速度为5～6m/s，液压紧辊轧坯机的辊面线速度为10～11m/s。与之对应的轧辊转速约为150～300r/min。

（三）轧坯操作

轧坯时油料的流量必须均匀稳定，油料必须均匀分布在整个辊面上。油料流量过大会造成轧坯机的堵塞；流量太小或断料，会因轧辊空转而造成轧辊相互碰撞，损伤轧辊表面甚至造成轧辊掉边。在辊面上的下料不均会造成轧辊表面的不均匀磨损，形成马鞍形辊和圆台形辊，由此造成轧坯厚薄不一致并且很容易形成轧辊掉边的现象。轧辊未松开前，不得空转，若受条件限制不能松开，也应尽量缩短空转时间。为防止由于断料后轧辊空转而造成轧辊的损坏，有些轧坯机装置了低料位报警装置，当料斗中存料高度低于规定的位置时，喂料辊自动停转，轧辊电机停电并报警显示。

为了经常保持轧辊表面较高的平整度及相互平行度，必须让刮刀保持良好的工作状态，彻底清除粘附在辊面上的生坯。根据辊面的磨损情况，定期磨辊。

要经常检查整个轧辊长度上料坯的厚薄均匀情况。若厚薄不均，应检查轧辊两端的松紧是否一致或轧辊长度上辊径是否一致。无论是弹簧紧辊或液压紧辊，都要求轧辊两端的缝隙和压力大小一致，以保证料坯质量。还应经常检查轧辊两端挡板的密封情况，防止油料的漏轧。