粉碎機械:破碎機械和粉磨機械的總稱-中文百科頻道

定義

粉碎機械（Comminution Machine）是應用機械力對固體物料進行粉碎作業，使之變為小塊、細粉或粉末的機械。粉碎機械是破碎機械和粉磨機械的總稱。兩者通常安排料粒度的大小作大緻的區分：排料中粒度大于3毫米的含量占總排料量50%以上者稱為破碎機械；小于3毫米的含量占總排料量50%以上者則稱為粉磨機械。有時也将粉磨機械稱為粉碎機械，這是粉碎機械的狹義含意。

産品特點

利用粉碎機械進行粉碎作業的特點是能量消耗大、耐磨材料和研磨介質的用量多，粉塵嚴重和噪聲大等。

作用

應用粉碎機械可以減小物料的粒度至一定大小；增加物料的表面積，以提高其物理作用的效果或化學反應的速度；使物料中的不同組分在粉碎後單體分離，以便進一步将其彼此分開等。

例如，磨制面粉、粉碎飼料、磨細顔料和水泥的生熟料，研磨制備懸浮液的漿料，以及增加物料的流動性、填充性；磨碎有待人工幹燥的物料，以加快其幹燥速度，磨細觸媒劑和吸附劑，以分别加強其觸媒效能和吸附作用，将煤塊磨成煤粉，以提高其燃燒速度和燃燒的完全程度等；将鐵礦石粉碎後，通過磁選或浮選來獲得精鐵礦粉，将鉛鋅礦石粉碎後分選出鉛礦粉和鋅礦粉等。

分類

(1)氣流磨利用蒸汽、空氣或其他氣體以一定壓力噴入機體内，産生高速旋轉的渦流。機體内的物料顆粒随氣流高速旋轉，并在旋轉過程中顆粒與顆粒之間發生碰撞、沖擊和研磨，使物料粉碎磨細。

(2)球（棒）磨機物料在一回轉的并填裝有研磨體的筒體内，筒體在回轉過程中将研磨體和物料提升到一定高度後抛落下來，研磨體對物料有較大沖擊與研磨，緻使物料粉碎。

(3)碾磨機碾磨機又稱盤磨機，從結構上可分為圓盤固定型和圓盤轉動型兩大類。物料由加料口均勻加入，由于離心力的作用，物料在磨盤的邊緣，在彈簧壓力（或離心力）和磨本身産生的重力作用下，将物料擠壓和研磨，使物料粉碎磨細。

(4)振動磨在一個振動的筒體内裝有磨介及物料，振動的筒體在一個近似橢圓的軌迹上進行快速振動。筒體的振動使磨介及物料呈懸浮狀态，并産生小的抛射沖擊作用，磨介與物料産生研磨作用，使物料粉碎磨細。

(5)無介質磨機物料進入磨機後，由提升闆把物料提升到一定的高度，然後自由下落，産生沖擊作用，物料間的相互摩擦産生磨剝作用。同時物料因粒、塊大小的不同，大塊物料與楔形襯闆撞擊，由于楔形襯闆的反擊作用，防止物料産生軸向大小塊的偏析，從而大塊物料也能得到均勻分布。自排料端沿下面返回的粗料，也同新加進磨機的料塊一樣，均勻地落于筒體底部中心，然後向兩邊擴散。大塊和細粒物料在筒體底部沿軸向運動的方向正好相反，于是産生粉磨作用，是物料粉碎磨細。無介質磨機又稱自磨機。

發展曆史

在中國，公元前兩千多年就出現了最簡單的粉碎工具——杵臼。杵臼進一步演變為公元前200～前100年的腳踏碓。這些工具運用了杠杆原理，初步具備了機械的雛形，不過，它們的粉碎動作仍是間歇的。

最早采用連續粉碎動作的粉碎機械是公元前四世紀由公輸班發明的畜力磨，另一種采用連續粉碎動作的粉碎機械是輥碾，它的出現時期稍晚于磨。公元二百年之後，中國杜預等在腳踏碓和畜力磨的基礎上研制出了以水力為原動力的連機水碓、連二水磨、水轉連磨等，把生産效率提高到一個新的水平。這些機械除用于谷物加工外，還擴展到其他物料的粉碎作業上。

近代的粉碎機械是在蒸汽機和電動機等動力機械逐漸完善和推廣之後相繼創造出來的。1806年出現了用蒸汽機驅動的輥式破碎機；1858年，美國的布萊克發明了破碎岩石的颚式破碎機；1878年美國發展了具有連續破碎動作的旋回破碎機，其生産效率高于作間歇破碎動作的颚式破碎機；1895年，美國的威廉發明能耗較低的沖擊式破碎機。

與此同時，粉磨機械也有了相應的發展，19世紀初期出現了用途廣泛的球磨機；1870年在球磨機的基礎上，發展出排料粒度均勻的棒磨機；1908年又創制出不用研磨介質的自磨機。二十世紀30～50年代，美國和德國相繼研制出輥碗磨煤機、輥盤磨煤機等立軸式中速磨煤機。

這些粉碎機械的出現，大大提高了粉碎作業的功效。但是，由于各種物料的粉碎特性互有差異，不同行業對産品的粒度要求也彼此不同，于是又先後創制出按不同工作原理進行粉碎作業的多種粉碎機械，如輪碾機、振動磨、渦輪粉碎機、氣流粉碎機、風扇磨煤機、砂磨機、膠體磨等。

到了70年代初期，已制造出每小時産量為5000噸、最大給料直徑達2000毫米的大型旋回破碎機,和可将物料磨細到粒度小于0.01微米的膠體磨。

工作方法

用機械粉碎固體物料的主要方法有五種，即擠壓、彎曲、劈裂、研磨和沖擊。前四種都是使用靜力，最後一種則應用動能。在絕大多數粉碎機械中，物料常在兩種以上粉碎方法的作用下被粉碎，例如，在旋回破碎機中，主要應用擠壓、劈裂和彎曲；在球磨機中，主要應用沖擊和研磨。

粉碎方法是根據物料的物理特性、料塊的大小和所要求的細化程度來選擇的。對于堅硬物料，應采用擠壓、彎曲和劈裂；對于脆性物料，應采用沖擊和劈裂；料塊較大時，應采用劈裂和彎曲；料塊較小或排料粒度要求很小時，則應采用沖擊和研磨。粉碎方法如果選擇不當，就會出現粉碎困難或過度粉碎現象，兩者都會增大粉碎過程中的能量消耗。

粉碎機械的分類方法有多種，或按結構形式或按粉碎方法，或按運動速度，或按受力種類，或按細化程度來劃分。

粉碎能耗

理論概述

粉碎理論主要是研究粉碎過程中能耗與細化程度之間的關系。由于粉碎作業是涉及多種因素的極其複雜的過程，因此在粉碎理論方面尚無公認的統一結論，而隻有三種比較重要的假說，分别是：

德國的裡特林格爾于1867年提出的面積假說，認為固體物料粉碎時，能耗與新産生的表面積成正比；德國的基克于1885年提出的體積假說，認為将幾何形狀相似的同類物料破碎成幾何形狀也相似的産品時，能耗與被破碎的料塊的體積或重量成正比；美國的邦德和中國的王仁東于1952年提出的裂縫假說。

這三種假說在實用中都有其局限性，面積假說較适用于排料粒度為0.01～1毫米的粉磨作業，體積假說較适用于排料粒度大于10毫米的粗碎和中碎作業，而裂縫假說則介于兩者之間，适用于從中碎到粗粉磨作業的比較廣泛的範圍内。

圍的能耗水平

粉碎到100毫米3～4千瓦小時/噸

粉碎成100～10毫米5～6千瓦小時/噸

粉碎成10～0.125毫米20～30千瓦小時/噸

粉碎到0.125毫米100～1000千瓦小時/噸

計算公式

①德國的P.R.von裡特林格爾于1867年提出的面積假說認為，固體物料粉碎時，能耗與新産生的表面積成正比。其關系式為式中A為能耗，D1和D2分别為給料和排料的粒度,Q為常數。

② 德國的F.基克于1885年提出的體積假說認為，将幾何形狀相似的同類物料破碎成幾何形狀也相似的産品時，能耗與被破碎的料塊的體積或重量成正比。其關系式為

式中A為能耗，D1和Dn分别為最初給料和最終排料的粒度，C為常數。

③ 美國的F.C.邦德和中國的王仁東于1952年提出的裂縫假說認為，将粒度為D1的顆粒群粉碎成粒度為D2的顆粒群時，能耗成正比，即式中K為常數，邦德用10Wi代替它。Wi通常稱為邦德功指數，它是物料的抗碎和抗磨的一個參數。裂縫假說還将D解釋為使粒度D的料塊破裂開時所産生的裂縫長度的一個量度。因此粉碎能耗也就與料塊碎裂時新産生的裂縫長度成正比。

這3種假說在實用中都有其局限性,面積假說較适用于排料粒度為0.01～1毫米的粉磨作業,體積假說較适用于排料粒度大于10毫米的粗碎和中碎作業，而裂縫假說則介于兩者之間，适用于從中碎到粗粉磨作業的比較廣泛的範圍内。

粉碎比

粉碎比是指粉碎前後物料粒度的大小變化程度。對于單台粉碎機械來說，它等于給料的最大粒度與排料的最大粒度之比；對于由多台粉碎機械所組成的粉碎系統來說，它等于最初給料粒度與最終排料粒度之比，或等于各單台粉碎機械的粉碎比的連乘積。當使用破碎機械破碎物料時，粉碎比通常稱為破碎比。

當粉碎比要求很大時，粉碎作業往往要在由若幹台粉碎機械組成的粉碎系統中來完成。物料在這個系統中經過各台粉碎機械，其粒度逐步減小，最後達到所要求的粒度。在這種粉碎系統中，每個階段都應選用适當的粉碎機械和粉碎比，在各個階段之間保持相互配合的生産能力。同時，為減少過度粉碎以提高粉碎效能和降低能耗，還須在每道粉碎作業之後進行篩分或分級。

工、農業生産中的大量粉碎工作消耗的能量很大，但在粉碎作業中，輸入粉碎機械中的能量的絕大部分都轉化為熱而由粉碎機械、循環空氣和被粉碎的物料等所吸收，直接用于物料粉碎上的卻為量極小：在破碎機械中，一般不超過10%；在粉磨機械中，則常不足1%。因此，為了減少能耗，就必須選取适當的粉碎機械、采用正确的操作方法、規定最佳的粉碎比和單位時間内的産量。

以一般水泥廠為例，破碎機械的耗電量約占總耗電量的10%，而其粉磨機械的耗電量則占60%左右。因此，在粉碎過程中就必須采取降低過度粉碎的措施，以達到節能的目的。