1 前言

　　入磨粒度的降低，是礦石粉體工程節(jié)能降耗的有效手段，也是提高磨機處理能力的有效方法。礦石的超細破碎是降低入磨粒度最直接、最徹底的方法，所以超細破碎的理論和設備是目前國內(nèi)外研究的熱門課題之一。本文結合近期國內(nèi)外超細破碎研究的文獻，較詳細地評述了高壓輥磨機、慣性圓錐破碎機、沖擊式破碎機等礦山用超細破碎機的研究、開發(fā)及應用狀況。

　　2 超細破碎機

　　2.1 高壓輥磨機

　　高壓輥磨機是具有新的碎礦理論支撐的一種高效率超細粉碎設備。它采用高壓料層粉碎理論，顯著的二次破碎獲得很高的能量利用率，被稱為超細粉碎設備的一場革命。自1985年第一臺高壓輥磨機在水泥行業(yè)應用以來，國內(nèi)外已有數(shù)百臺成功地應用于生產(chǎn)之中。由于設備工作壓力極高，輥面的磨損成為一個重要問題，近年來，研究者和生產(chǎn)廠家為了將其推廣到金屬礦山，也開展了大量的試驗研究。

　　在碎礦理論方面，1988年HumboldtWedag公司的卜BKlymowsLy和J.LinL3j在研究高壓輥磨機的粉碎模型時提出，高壓輥磨機模型的核心是描述在具體考慮每個粒級之間能量分布的情況下，料層粉碎中離散粒級群的平衡。認為料層中粒度分布對粉碎的影響是用近似的方法定量的。除了料層粉碎之外，還考慮了輥端的邊緣效應以及大于工作間隙的物料的預粉碎。通過研究給出了邊緣產(chǎn)品的能量數(shù)及粒度分布的評估方法和輥中央與邊緣區(qū)域之間能量分布的評估方法。1992年姚踐謙等人綜合散體力學，有限元和破碎理論等多方面的知識，按全新的思路和方法研究了礦巖層壓破碎機理，用散體力學建立了破碎腔內(nèi)料層的散體等效模型，求得了粒間接觸力大小和分布以及破碎規(guī)律，在新設計的層壓破碎試驗臺上，實驗驗證了新建力學模型的可行性，揭示了層壓破碎的一些新的特性和規(guī)律。

　　1998年王介強、宋守志[刨概述了料層粉碎理論的發(fā)展情況，包括粉碎的能耗規(guī)律和粉碎的力學理論，提出可采用統(tǒng)計細觀損傷力學來研究料層粉碎的動力學過程。

　　1999年S·摩爾等介紹了高壓輥磨機的特性模型。該模型可描述給定規(guī)格、輥速和典型礦樣時，高壓輥磨機的通過能力，粒度范圍和驅動功率。它只需由簡單的試驗室破碎試驗和有限的試驗室規(guī)模高壓輥磨機試驗工作程序獲得輸入數(shù)據(jù)。模型使用這些數(shù)據(jù)是為了標定的目的，然后能夠按比例放大到理論上任何規(guī)模的設備。該研究明確地描述了所謂的邊緣效應，并指出高壓輥磨機的幾何尺寸和工作壓力與工作間隙有關，從工作間，隙可預計驅動功率，通過量和產(chǎn)品粒度分布。

　　在實際應用方面，1993年吳建明在介紹粉碎節(jié)能理論的基礎上，較詳細的討論了德國KruppPolgsius公司的輥壓機，德國KHDHumboldtwedag公司的輥壓機，美國Fuller公司的輥壓機和國內(nèi)有代表性的合肥水泥研究設計院的輥壓機。

　　1995年徐秉權等人研究了GGT-2型500X120高壓輥磨機的結構及工作原理，該設備用于處理石灰石時，排礦粒度達到了-4mm80％以上的技術指標，節(jié)能效果顯著。

　　1995年俞美、宋宏斌研究了輥壓機的粉碎流程及影響輥壓機工作可靠性的因素。1997年段玉霞、王素玲等人也研究了輥壓機粉碎流程，同時提出了輥壓機系統(tǒng)中存在的問題并提出了改造辦法。1998年馮國俊等研究了輥壓機在氧化鋁生產(chǎn)中的應用，礦石的預粉磨，使原料料漿產(chǎn)量有較大提高，解決了因料漿不足影響氧化鋁產(chǎn)量的問題，同時對節(jié)能、降耗起到了很好的作用。

　　將輥壓機用于粉碎堅硬物料(金屬礦石等)的粉碎，也進行了有價值的嘗試。1996年東北大學的楊曉明等人研制了600X200型巖礦用輥壓機，進行了中試和工業(yè)試驗，結果表明輥壓機對鐵礦石等堅硬物料的粉碎體現(xiàn)出增產(chǎn)節(jié)能的效果。

　　1997年的第20屆國際選礦會議上，德國的N.帕德澤爾特等介紹了高壓輥磨機在銅金礦山的第一次應用，結果表明輥壓機作為礦石粉碎的一種新型設備，可以取代第三段和部分取代第二段破碎；降低動力消耗；明顯減少磨礦成本；提高金屬收率。

　　降低入磨粒度，多碎少磨，甚至以碎代磨是礦石破碎的發(fā)展方向，輥壓機無疑是一種非常有前途的設備，其顯著的節(jié)能效果和大幅度的增產(chǎn)將對金屬礦山的礦石破碎帶來革命的進展。實現(xiàn)在金屬礦山的廣泛應用。

　　2.2 其它沖擊式破碎機

　　立軸復合式破碎機與LPM立式破磨機很相似，破碎機為主軸筒體式，分上下兩層分級破碎，上層為中破碎，下層為細破碎，破碎區(qū)是立軸的轉輥外圓與筒壁齒板之間構成的圓環(huán)破碎腔。上轉輥固定有打擊板，分布較密，形成較小的破碎腔，以控制被破碎物料達到細破的粒度要求。1996年彭齊偉在介紹設備結構特點的基礎上，研究了其結構參數(shù)與工藝要求的關系，列出了該設備破碎石灰石和水泥熟料的實測數(shù)據(jù)。

　　反擊式破碎機也是沖擊式破碎機的一種，已經(jīng)廣泛地應用于非金屬礦山和化工礦山，由于其擊錘頭和反擊板的磨損問題嚴重，在大處理量的金屬礦山?jīng)]有得到廣泛應用。1998年潘仁和研究該設備的磨損情況，從分析板錘磨耗的主要因素入手，提出了降低板錘磨耗的對策。1998年王靜娟進行了低轉速多腔型沖擊式破碎機的研制和應用研究，通過腔型設計、轉速選擇，優(yōu)化了該設備的結構，且對其應用提出了許多工藝方面的要求。

　　1998年朱瀛波，應東風介紹了高速沖擊式超細粉碎及分級設備的結構及工原理，列舉了該成套設備的應用實例及優(yōu)缺點，該成套設備是我國近年來引進消化吸收國外先進技術的一個例子，可以一定程度地滿足國內(nèi)非金屬礦超細粉碎工藝的要求。

　　沖擊式破碎機的共同特點是使礦石具有高的沖擊速度或破碎機破碎部件具有高的打擊速度，礦石在高的速度下沖擊固定壁而破碎或破碎部件以高的打擊速度打擊礦石而使礦石發(fā)生破碎，這一特點帶來的一個共同的缺點就是固定壁或打擊板磨損嚴重，對于脆性的非金屬礦石如化工原料、水泥生熟料等，基本上可以承受這一磨損問題，而對于硬度大，韌性強的金屬礦石，這一磨損是難以承受的，因此，這類設備要在金屬礦山廣泛推廣，必須要解決的問題是磨損。立式?jīng)_擊式破碎機采用自襯里的方式大大降低了磨損，使其在金屬礦山的使用變得有望，但高的轉子或轉盤轉速使設備設計和制作的精度要求高，設備的大型化變得困難，這又成為該類設備在金屬礦山應用的另一個難題。

　　2.3 WF--水沖圓錐破碎機

　　WF-水沖圓錐破碎機是美國Nordberg公司研制成功的大型超細破碎設備，該設備目前在國外已有廠家工業(yè)應用，獲得了好的效果。該設備用了金屬礦山的礦石破碎時，最終排粒度可達8mm，且因加水破碎消除了細粒級的“襯墊作用”，大大降低了破碎能耗。我國的云南錫業(yè)公司和攀鋼集團公司均對這種設備進行過廣泛的調(diào)研，但認為該設備原理與普通的圓錐破碎機相似，只在加水破碎方面和設備的大型化方面作了改進，細的排礦粒度是由設備的精密制造實現(xiàn)的。該設備結構復雜，價格昂貴，目前在國內(nèi)尚未見到成功應用的例子。

　　2.4 其它超細破碎設備

　　1994年范西省介紹了前蘇聯(lián)全蘇水泥機械研究所于1990年研制成功的《Bakmac》型環(huán)形干燥輥磨機。這種磨機的工作機構是兩個作反向旋轉的水平磨輥，礦石在兩磨輥間受高壓而破碎，在磨輥的上部裝有百葉格柵的三角形料斗作為給料裝置，磨輥和給料裝置安裝在一個有提升葉片的環(huán)形提升圓筒的內(nèi)部，經(jīng)破碎的礦石落人提升圓筒內(nèi)被緩慢提升到磨輥上部倒人給料斗，再從給料斗中進入兩磨輥間進行二次破碎，同樣被破碎后的礦石再返回受第三、四……次的破碎，從而實現(xiàn)了多次破碎，直至達到要求的粒度后被氣體帶出成為最終的破碎產(chǎn)品。這種磨機與立式圓盤輥磨機相比，單位能耗低25％-40％，單位金屬耗量低25％。該設備適合于水泥行業(yè)和非金屬建材行業(yè)的超細粉碎。

　　1994年宋希敏介紹了一種顎輥破碎機，該設備是將顎式破碎機和對輥破碎機結合在一起而形成的。上部為顎式破碎機，下部為對輥機，采用單電機驅動。該設備破碎比大，高效節(jié)能，體積小，重量輕，可作為小型企業(yè)的超細破碎設備。

　　1997年郭東江對BGJ型擺式輥壓機進行了設計研究，其意圖是在不降低或少降低使用性能的前提下，通過結構優(yōu)化、采用低成本和適用制造工藝技術等措施，大幅度降低高壓輥磨機的造價。通過對傳動系統(tǒng)、工作裝置、加壓裝置、進料斗及側擋板、彈簧的設計，達到了好的技術效果，BGJ630X200型擺式輥壓機產(chǎn)量可達20-25t/h，裝機功率為2X30kW。

　　1998年郭東江、李永君又研制了一種PBZ系列擺輥式振動破碎機。該設備在雙腔回轉破碎機的基礎上使破碎輥子發(fā)生振動，從而提高了破碎效果。PBZ系列擺輥式破碎機生產(chǎn)能力可達55t/h，出料粒度3-10mm可調(diào)，適用于水泥行業(yè)的礦石破碎，對于金屬礦山堅硬而大量的礦石，同樣需要進一步解決輥子的磨損問題。

　　1998年西安環(huán)太公司技術部介紹了美國JCI公司生產(chǎn)的JCl圓錐破碎機。該設備采用全滾動軸承結構，取代傳統(tǒng)的偏心軸與滑動支撐，采用迷宮式密封取代水封結構，提高了機械可靠性及運轉平穩(wěn)性，降低了運轉的動力消耗。由于滾動軸承的間隙遠小于滑動軸承，故破碎機運轉平穩(wěn)，排礦口的設定值更加精確，使產(chǎn)品粒度下降，當閉合邊排礦口調(diào)到7.94mm時，產(chǎn)品粒度可達-10mm9O％以上，而且設備的處理能力大，適合于金屬礦山細碎和超細碎作業(yè)。

　　1998年孫成林介紹了雙腔回轉破碎機的設備原理、特點及在金屬礦、非金屬礦與高鋁礬士耐火材料方面的應用。該設備由一個安裝于偏心軸上的旋轉工作輥與輥子兩邊兩個彎曲的破碎腔組成。給人腔中的物料在偏心回轉輥的旋轉擺動過程中產(chǎn)生壓縮、磨剝、劈裂等綜合作用而破碎。1998年劉省秋也對回轉式破碎機靜態(tài)嚙角進行了分析。回轉式破碎機處于靜止狀態(tài)時，分析其嚙角的變化特性，建立數(shù)學模型，分析最大嚙角和最小嚙角產(chǎn)生的條件，得出了計算公式，這對回轉式破碎機的研制與設計具有理論價值。

　　1996年張鐵華等介紹了1993年由法國FCB公司和意大利布茲水泥公司聯(lián)合研制的筒輥磨。該設備的工作部件主要是大筒體和小輥筒，兩輥筒相同方向轉動，物料從臥式安裝的大筒體給礦端給入，在大簡體內(nèi)表面和小輥筒外表面間被壓碎，壓碎后的物料靠離心力的作用隨大筒體內(nèi)壁旋轉，受物料導向板的作用向排礦端移動一段距離后進人破碎區(qū)受第二次破碎，如此循環(huán)下去，礦石受多次破碎后從排礦端排出成為產(chǎn)品。1994年和1996年文書明等研制的自循環(huán)超細粉碎機原理上與法國FCB公司的筒輥磨相似，但在筒體的支承方式上作了大的改進，加大了簡體的長度，礦石循環(huán)破碎的次數(shù)增加，壓力進一步下降，從而使得自循環(huán)超細粉碎機適合于國內(nèi)的加工制造水平，設備成本大幅度下降。該設備排礦粒度可達-4mm80％以上，當與篩分分級設備閉路碎礦時，最終排礦可達-1mm90％以上，具有取代一段棒磨機的潛力。

　　3結語

　　近年來，超細破碎設備得到了快速發(fā)展，高壓輥磨機、慣性圓錐破碎機、WF-水沖破碎機、立式?jīng)_擊式破碎機等在不同的礦山開始工業(yè)化應用，尤為突出的是高壓輥磨機在國內(nèi)的超細破碎設備研究，適應國內(nèi)礦山的實際需要。結合我國礦石特點和機械加工水平，開發(fā)原理先進，結構簡單，制造水平要求不高的新型設備，將是今后我國超細破碎設備研究的發(fā)展方向。