【正文】 生產(chǎn)中、細碎石和砂，也可降低轉(zhuǎn)子的速度而用于粗細石料的整形以提高產(chǎn)品立方體顆粒含量。由于細小的物料顆粒所具有的動能小，破碎的可能性也很小，從而可以避免過粉磨現(xiàn)象的產(chǎn)生。同時產(chǎn)品粒度等級不因機件的磨損而改變，破碎效率也保持恒定。物料的破碎過程是物料顆粒之間的能量交換，從而提高了能量的利用率。破碎過程中，在物料顆粒之間傳遞能量，可使激烈的沖擊摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闇睾偷难心?。設(shè)備內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子出流噴射口側(cè)壁在運轉(zhuǎn)中自形成拋物緊貼自襯層，使設(shè)備部件無磨損。自沖擊破碎機由渦動破碎腔、進料分料裝置、轉(zhuǎn)子旋沖器、動力傳動裝置、機架等組成。石料在工作時實現(xiàn)了不斷破碎——形成石襯與排料一一再破碎的循環(huán)破碎、排料過程。與傳統(tǒng)的沖擊破碎方式不同，自沖擊破碎則是石料與石料之間的沖擊破碎，一部分石料通過高速旋轉(zhuǎn)裝置獲得動能，與另一部分傘狀以瀑落而下的石料沖擊破碎，在破碎腔內(nèi)一部分石料形成自襯式工作部件，使機器本身不受磨損。麥克唐納提出的。（3） 自沖擊破碎理論及自沖擊破碎機自沖擊破碎理論是上世紀(jì)8O年代初，新西蘭BARMAC公司的布賴恩料層石料顆粒之間的相互擠壓，實現(xiàn)了選擇性破碎，使那些強度低的針、片石料在層壓破碎中首先破碎，故能產(chǎn)生優(yōu)粒形含量很高的石料產(chǎn)品(針片狀含量≤15%)。其特征是在破碎室的有效破碎段形成高密度的多個顆粒層，將充足的破碎功作用于石料顆粒群，在充分發(fā)揮層壓破碎的同時充分利用了石料破碎過程中所產(chǎn)生的強大碎片飛動能對相鄰石料進行再破碎，獲得極高的破碎率?；谶@兩個認(rèn)識形成了層壓破碎理論，與傳統(tǒng)的擠壓破碎理論不同，傳統(tǒng)的擠壓破碎認(rèn)為石料的破碎是基于單顆粒發(fā)生在顆粒與襯板之間。為了節(jié)約能量，提高粉碎效率，應(yīng)多用靜壓粉碎，少用沖擊粉碎。也有人指出，較小的持續(xù)負荷比短時間的強大沖擊，更有希望破碎物料。（2） 層壓破碎理論在上世紀(jì)8O年代，人們在研究單顆粒破碎時發(fā)現(xiàn)，在空氣中一次破碎的碎片撞擊金屬板時明顯地產(chǎn)生二次破碎，一次破碎的碎片具有的動能占全部破碎能量的45%。實際運用中，這三大理論各自僅反映粉碎過程的某一階段，互不矛盾。三大理論表達式右邊粒度的表示法，“面積說”采用調(diào)和平均徑；“體積說”采用加權(quán)幾何平均徑；而“裂縫說”采用80%所有通過的方孔篩寬的尺寸來表示。 破碎理論 破碎理論綜述（1） 早期破碎理論19世紀(jì)中葉，許多學(xué)者就粉碎能耗的關(guān)系問題紛紛提出自己的看法，其中最著名的有雷廷格(Rittinger)的“面積說”，基克(Kick)的“體積說”和龐德(Bond)的“裂縫說”，他們的數(shù)學(xué)表達式可以寫成：=rds(Rittinger理論) (11) =kdv(Kick理論) (12)(Bond理論) (13)而這三大理論的表達式，可以統(tǒng)計地由沃克公式表示為： (14)式中C為與物料性質(zhì)及設(shè)備性能有關(guān)的參數(shù),n為與破碎程度有關(guān)的指數(shù),負號表示粉碎消耗能量。破碎、磨礦的節(jié)能降耗成了選礦領(lǐng)域降低成本、增加經(jīng)濟效益的重要手段之一。粉碎是礦物加工中不可缺少的一種工藝過程，粉碎的任務(wù)是提供具有一定粒度、粒度組成和充分解離而又不過粉碎的加工原料，以便下一步的加工、處理和使用。中國礦業(yè)大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第102頁1 緒論現(xiàn)代破碎理論與國內(nèi)破碎設(shè)備的發(fā)展 礦業(yè)是國民經(jīng)濟中的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，它與國民經(jīng)濟的發(fā)展息息相關(guān)。礦物加工是礦業(yè)的一個非常重要的環(huán)節(jié)，它不但要為其他領(lǐng)域提供原材料，而且還要為自身的可持續(xù)發(fā)展提供機遇。當(dāng)今世界礦物加工領(lǐng)域中破碎、磨礦能耗約占整個選礦過程能耗的40%～60% ，據(jù)資料表明，20世紀(jì)90年代以來世界上約12%的電能用于粉碎物料。而破碎理論的成熟是破碎機實現(xiàn)節(jié)能降耗的先決條件，因而破碎設(shè)備的發(fā)展依賴于破碎理論的發(fā)展。當(dāng) n=2時，積分上式得雷廷格公式；令n=，得邦德公式；n=1時的積分結(jié)果即基克公式。他們采用的粒度都是靠經(jīng)驗確定的。對于粗粒物料的粉碎過程，“體積說”比較接近于實際；對于細粒物料，“面積說”與實際過程較吻合；“裂縫說”使用于中等粒度的粉碎過程。如能充分利用二次破碎能量則可提高破碎效率。同時在對沖擊力與擠壓力對顆粒層的破碎效果進行研究后得出結(jié)論：靜壓粉碎效率為100%，單次沖擊效率為35%～40%。如果使大批脆性物料顆粒受到50MPa以上的壓力，就能夠由“料層粉碎”節(jié)約出可觀的能量。層壓破碎認(rèn)為石料顆粒的破碎不僅發(fā)生在顆粒與襯板之間，同時也大量發(fā)生在顆粒與顆粒之間。即便是比較大的排料口間隙也能大量生產(chǎn)細粒產(chǎn)品。顎式破碎機是在這一理論的指導(dǎo)下應(yīng)運而生的代表性破碎設(shè)備 。巴特立和吉姆傳統(tǒng)的沖擊破碎機是靠旋轉(zhuǎn)的板錘直接沖擊石料，對石料破碎并給石料破碎所需動能，板錘在破碎石料的過程中自己也在快速消耗。石料自襯保護了易損零部件，而本身又是被破碎物料。破碎過程是一種選擇性破碎，石料產(chǎn)品針片狀含量可≤1O%。石料通過給料裝置進入轉(zhuǎn)子中心，轉(zhuǎn)子高速回轉(zhuǎn)，中心石料受離心力作用而飛濺，像子彈一樣，與另一部分以傘狀瀑落方式分流而下，在和轉(zhuǎn)子周圍環(huán)形石料相碰擊而產(chǎn)生第一次“石打石”自破碎，并共同飛濺到反擊石襯環(huán)上而產(chǎn)生第二次“石打石”自破碎(如圖11)。石料在相互打擊后，又會在轉(zhuǎn)子與殼體之間破碎腔內(nèi)再次作回轉(zhuǎn)弧的回流運動，而形成多次“石打石”自破碎。顆粒受到阻力，在消耗能量的同時被擊碎，直到能量全部消耗掉為止，最后脫離破碎腔，經(jīng)排料口排出。自沖擊破碎機最顯著的特點主要表現(xiàn)在破碎發(fā)生在石料與石料之間，使設(shè)備的磨損損耗大大降低，減少了維修次數(shù)，延長了設(shè)備使用壽耗大大降低，減少了維修次數(shù)，延長了設(shè)備使用壽命。破碎機的內(nèi)部本身形成空氣流通系統(tǒng)，因此它對周圍的環(huán)境污染很小。自沖擊破碎機選擇性破碎，可生產(chǎn)優(yōu)形粒料，是一種高能量利用率設(shè)備。 圖11 破碎理論的發(fā)展隨著礦產(chǎn)資源大量的開采利用，有色冶金、黑色冶金、化工、輕工等礦產(chǎn)資源日趨貧化，開采量大幅增加，建材、路、橋、壩用到的礦石量也迅猛增大。據(jù)統(tǒng)計，粉碎作業(yè)的耗電占到選礦廠總耗電量的50％以上。為此，探索物料粉碎狀態(tài)與能量消耗之間的內(nèi)在聯(lián)系，指導(dǎo)制造更有利于粉碎、更節(jié)能的粉碎設(shè)備對降低能耗、節(jié)約能源有重要的理論研究價值和重大的現(xiàn)實意義。1867年，學(xué)者P．R．Von Rittinger提出了一個嶄新的概念——破碎理論。之后，很多學(xué)者在這方面做出了重大貢獻。它是研究粉碎理論的重要手段。（2） 羅辛拉姆勒爾方程式1933年，羅辛（Rosin）(Rammler)發(fā)表粉煤的粒度特性方程式如下： (17)式中 —x粒度的重量百分率； —它的篩下積累； —篩上積累； b與n—參數(shù)，b與n都反映物料的均勻性。（3） 高丁梅洛伊方程式（Meloy），從理論上導(dǎo)出此式。對于這樣的破碎模型，用概率論導(dǎo)出： (18)式中: —小于x的積算重量百分率； r—無因次的參數(shù)； —最大粒度。此學(xué)說的物理基礎(chǔ)表達式為: (110)式中 —產(chǎn)生新表面所需的功。式(110)是面積學(xué)說的物理基礎(chǔ)表達，概念雖然清楚，但工程上無法計算應(yīng)用。再設(shè)Q為被破碎礦塊的總質(zhì)量，如果δ為單位體積的礦石質(zhì)量，那么在總質(zhì)量Q的礦石中含有直徑為D的礦塊數(shù)是: (111)取物理基礎(chǔ)表達式(110)的微分式: (112)由(111)可以列出破碎礦石質(zhì)量為Q的礦石所需的功如下: (113)設(shè)為給礦直徑, 為破碎產(chǎn)物直徑,式(112)在和限內(nèi)積分得到: (114)式(114)中,比例系數(shù)目前無法確定的,因為它是產(chǎn)生單位新表面積得功耗,由于破碎中的聲損失能和光輻射能等破碎能無法確定,故用于產(chǎn)生新生表面積得能也是不知道的, 無法確定,故很難用式(114)來計算破碎消耗的功。 由于給礦和產(chǎn)品都是混合粒群,不是單一尺寸的礦塊,故應(yīng)當(dāng)用平均粒度做計算。設(shè)是礦塊的平均直徑，是礦塊中個別粒度的直徑, 是個別粒級的質(zhì)量百分率。以此為基礎(chǔ)，提出了著名的體積學(xué)說，即使幾何相似的同種物料，粉碎成形狀相同的產(chǎn)品，所需的功與它們的體積或質(zhì)量成正比。此時的能量消耗只與粉碎比有關(guān)，與粒徑大小無關(guān)。—比例系數(shù),即產(chǎn)生一個單位體積變形所需的功按照推導(dǎo)面積功耗學(xué)說計算式的辦法,推導(dǎo)體積功耗學(xué)說的計算式為: (119) 同樣，無法確定，但消去可做相對比較，同樣的方法可以確定，式（119）中的給礦粒度及產(chǎn)品粒度是加權(quán)幾何平均粒度： （120）（6） 1952年，得出一個經(jīng)驗公式： （121）式中：W—將一短噸（）粒度為F的給礦破碎到產(chǎn)品粒度為P所耗的功； —邦德功指數(shù),即將理論上無限大的粒度破碎到80%可以通過篩孔寬時所需的功。 P—產(chǎn)品的80%能通過的方篩孔的寬, 。即物料在破碎前一定要有超過某種程度的變形，而且一定要有裂紋，在此前提下，他提出了著名的裂縫學(xué)說：破碎物料所消耗的能量與物料的直徑或邊長的平方根成反比。將上式積分，則： (126)式中，D為物料粉碎前的粒度，mm；d為物料粉碎后的粒度，mm。對整個粉碎過程來講：①開始階段即彈性變形階段，由于體積的變化更為顯著，而遵循Kick法則；②粉碎的中間階段即開裂、裂縫擴展階段，遵循Bond法則；③最終階段即斷裂形成新表面的階段，細粉碎過程中表面積的增加更為突出，遵循Ritting—er法則。在低破碎比, ；中等破碎比時，；高破碎比時， Rittinger的面積學(xué)說較好。于是，根據(jù)脆性物料的尺寸效應(yīng)及韋布爾的統(tǒng)計推斷，列出破碎一塊直徑為D。假定接連破碎x次，每次破碎比為2，總破碎比為R，最終產(chǎn)品為d，則如果粒子為正方體，每顆正方體的粒子在三個方向裂開所學(xué)的能量為 ，于是經(jīng)過x次破碎所需的總能量為： (128)式中：r—偏差指數(shù)；D—物料未破碎前的直徑，mm；K—與變形能有關(guān)的系數(shù)，kW／mm。粉碎是否有極限，若有，極限是多少。由于微塑性變形的影響，顆粒會發(fā)生鍛焊或焊合作用而相互聚合長大，使顆粒變粗。于是出現(xiàn)了極限表面理論。如取，上式的近似式為： (130)（Harris）提出修正式： (131)此處的a和n是二參數(shù)。當(dāng)不考慮此種影響時，為0，上式即與雷廷格公式相同。 1962年，發(fā)現(xiàn)不僅存在極限比表面積，也有塑性變形，還因機械的活化作用使石英無定形式，綜合考慮這些影響，列出粉碎石英所需能量公式： (133)式中：K—粉碎機械的效率；—輸入粉碎機的比有用能量，；e—比彈性形變能，；—比塑性形變能，；A,C—標(biāo)志粉體形狀的系數(shù)； S—產(chǎn)物的比表面積；，—粉碎開始時的和達到粉碎極限時的比表面積，；l—無定形層的厚度，cm；—比表面自由能。：“除非足夠的能量密度給予粒子，不可能發(fā)生破碎”。脆性物料的裂縫擴展迅速，所需能量只能由所儲形變能提供。但三種功耗學(xué)說的公式，都未反映此情況。這顯然不合理，也是亟待修正的。認(rèn)為粉碎是一個不可逆的熱力學(xué)過程，并把該過程作為一個物理化學(xué)過程來研究，以此為基礎(chǔ)建立了熱力學(xué)能量平衡方程式： (136)式中：—被粉碎物料能的增加量，J； —粉碎介質(zhì)內(nèi)能的增加量，J； Q—總的熱損失，J。他認(rèn)為：如果物質(zhì)的兩個原子相互作用力是f，原子間的距離為r時，它的粉碎功為。 破碎理論存在的不足及發(fā)展前景三個著名的粉碎功耗學(xué)說在長期的工業(yè)實踐中起著重要的指導(dǎo)作用，但他們各有側(cè)重。每個理論都有各自的適用范圍，從這個角度講，他們都具有一定的片面性。在一定條件下物料粉碎的能耗與產(chǎn)品粒度之間的關(guān)系符合實際情況。物料顆粒的大小對粉碎所需的能量是不相同的。這一點，在三大破碎理論所建立的功耗數(shù)學(xué)模型中均未反映。物料粉碎的細度是有限的，不可能無限地粉碎下去。即能量的微量增量將引起物料粉碎的微量增量?？傊?，破碎理論經(jīng)過100多年的發(fā)展與完善，在粉碎領(lǐng)域起著重要的指導(dǎo)作用。為此，尋求更合理、更準(zhǔn)確、更能反映實際粉碎狀態(tài)的破碎理論已迫在眉睫。物料在變形、破碎過程中始終不斷與外界交換著物質(zhì)和能量。因此，在考察物料的變形、破碎時，所研究的并非是一個孤立系統(tǒng)或封閉系統(tǒng)，而是一個開放系統(tǒng)，這就需要采用非平衡熱力學(xué)的研究方法。在特定的外載條件下，外載提供的機械能、熱能等能量與物料的內(nèi)能達到一種動態(tài)平衡，物料將處于某一定態(tài)。一般來說，物料內(nèi)能將隨外力的增大而升高。但在外力不是很大的情況下，物料所處定態(tài)偏離平衡態(tài)不是很遠，屬于線性非平衡區(qū)，稱為亞穩(wěn)定態(tài)，而將初始平衡態(tài)稱為穩(wěn)定態(tài)。而且微缺陷的尺寸、數(shù)量均