粉碎机械(卷名：机械工程)
comminution machine
应用机械力对固体物料进行粉碎作业，使之变为小块、 细粒或粉末的机械。 粉碎机械是破碎机械和粉磨机械的总称。两者通常按排料粒度的大小作大致的区分：排料中粒度大于 3毫米的含量占总排料量50％以上者称为破碎机械;小于3毫米的含量占总排料量50％以上者则称为粉磨机械。有时也将粉磨机械称为粉碎机械，这是粉碎机械的狭义含意。利用粉碎机械进行粉碎作业的显著特征是：能量消耗大，耐磨材料和研磨介质的用量多，粉尘严重，噪声大。
粉碎机械的用途很广。应用粉碎机械可以达到下列几个主要目的：①减小物料的粒度至一定大小，例如磨制面粉，粉碎饲料，磨细颜料、染料和水泥的生、熟料，研磨制备悬浮液的浆料，以及增加物料的流动性、填充性和便于包装、储存、运输等；②将物料粉碎后筛分为不同粒度级别的小块、细粒或粉末，例如为混凝土和筑路工程制备块石、碎石和人造砂，将原煤按用户需要粉碎为中块、小块和煤粉等；③增加物料的表面积以提高其物理作用的效果或化学反应的速度，例如磨碎有待人工干燥的物料以加快其干燥速度，磨细触媒剂和吸附剂以分别加强其触媒效能和吸附作用，将煤块磨成煤粉以提高其燃烧速度和燃烧的完全程度等；④使物料中的不同组分在粉碎后单体分离，以便进一步将其彼此分开，例如将铁矿石粉碎后通过磁选或浮选来获得精铁矿粉，将铅锌矿石粉碎后分选出铅矿粉和锌矿粉等。
简史 在中国，公元前2000多年就出现了最简单的粉碎工具──杵臼。杵臼进一步演变为公元前 200～前100年的脚踏碓（图1）。这些工具运用了杠杆原理，初步具备了机械的雏形，不过，它们的粉碎动作仍是间歇的。最早采用连续粉碎动作的粉碎机械是公元前4世纪由公输班发明的畜力磨(图2)，另一种采用连续粉碎动作的粉碎机械是辊碾（图3）， 它的出现时期稍晚于磨。公元200年之后，中国杜预等在脚踏碓和畜力磨的基础上研制出了以水力为原动力的连机水碓（见连机碓）、连二水磨(图4)、水转连磨等，把生产效率提高到一个新的水平。这些机械除用于谷物加工外，还扩展到其他物料的粉碎作业上。
近代的粉碎机械是在蒸汽机和电动机等动力机械逐渐完善和推广之后相继创造出来的。1806年出现了用蒸汽机驱动的辊式破碎机；1858年，美国的E.W.布莱克发明了破碎岩石的颚式破碎机；1878年美国发展了具有连续破碎动作的旋回破碎机，其生产效率高于作间歇破碎动作的颚式破碎机；1895年，美国的M.F.威廉发明能耗较低的冲击式破碎机。与此同时，粉磨机械也有了相应的发展：19世纪初期出现了用途广泛的球磨机；1870年在球磨机的基础上发展出排料粒度均匀的棒磨机；1908年又创制出不用研磨介质的自磨机。20世纪30～50年代，美国和德国相继研制出辊碗磨煤机、辊盘磨煤机等立轴式中速磨煤机。这些粉碎机械的出现，大大提高了粉碎作业的功效。但是，由于各种物料的粉碎特性互有差异，不同行业对产品的粒度要求也彼此不同，于是又先后创制出按不同工作原理进行粉碎作业的多种粉碎机械，如轮碾机、振动磨、涡轮粉碎机、气流粉碎机、风扇磨煤机、砂磨机、胶体磨等。到70年代初期，已制造出每小时产量为5000吨、最大给料直径达2000毫米的大型旋回破碎机和可将物料磨细到粒度小于0.01微米的胶体磨。
粉碎方法 用机械粉碎固体物料的主要方法有 5种，即挤压、弯曲、劈裂、研磨和冲击(图5)。前4种都是使用静力，最后1种则应用动能。在绝大多数粉碎机械中，物料常在两种以上粉碎方法的综合作用下被粉碎，例如，在旋回破碎机中，主要应用挤压、劈裂和弯曲；在球磨机中，主要应用冲击和研磨。粉碎方法是根据物料的物理特性、料块的大小和所要求的细化程度来选择的。对于坚硬物料，应采用挤压、弯曲和劈裂；对于脆性物料，应采用冲击和劈裂；料块较大时，应采用劈裂和弯曲；料块较小或排料粒度要求很小时，则应采用冲击和研磨。粉碎方法如果选择不当，就会出现粉碎困难或过度粉碎现象，两者都会增大粉碎过程中的能量消耗。
分类 粉碎机械的分类方法有多种，或按结构形式，或按粉碎方法，或按运动速度，或按受力种类，或按细化程度来划分。附表列出了粉碎机械的类别和主要特点。
粉碎比和粉碎系统 粉碎比是指粉碎前后物料粒度的大小变化程度。对于单台粉碎机械来说，它等于给料的最大（或平均）粒度与排料的最大（或平均）粒度之比；对于由多台粉碎机械所组成的粉碎系统来说，它等于最初给料粒度与最终排料粒度之比，或等于各单台粉碎机械的粉碎比的连乘积。当使用破碎机械破碎物料时，粉碎比通常称为破碎比。
当粉碎比要求很大时，粉碎作业往往要在由若干台粉碎机械组成的粉碎系统中来完成。物料在这个系统中经过各台粉碎机械，其粒度逐步减小，最后达到所要求的粒度。在这种粉碎系统中，每个阶段都应选用适当的粉碎机械和粉碎比，在各个阶段之间保持相互配合的生产能力。同时，为减少过度粉碎以提高粉碎效能和降低能耗，还须在每道粉碎作业之后进行筛分或分级。图6是年处理量为500万吨的贫铁矿的粉碎作业系统示意图。
能量消耗和粉碎理论 工、农业生产中的大量粉碎工作消耗的能量很大，但在粉碎作业中，输入粉碎机械中的能量的绝大部分都转化为热而由粉碎机械、循环空气和被粉碎的物料等所吸收，直接用于物料粉碎上的却为量极小：在破碎机械中，一般不超过10％；在粉磨机械中，则常不足1％。因此，为了减少能耗，就必须选取适当的粉碎机械、采用正确的操作方法、规定最佳的粉碎比和单位时间内的产量。在正常的工作条件下，不同细化范围的能耗水平大致如下
粉碎到100毫米 3～4 千瓦小时／吨
粉碎成100～10毫米 5～6 千瓦小时／吨
粉碎成10～0.125毫米 20～30 千瓦小时／吨
粉碎到0.125毫米 100～1000 千瓦小时／吨以一般水泥厂为例，破碎机械的耗电量约占全厂总耗电量的10％，而其粉磨机械的耗电量则占60％左右。因此，在粉碎过程中就必须采取降低过度粉碎的措施，以达到节能的目的。
粉碎理论主要是研究粉碎过程中能耗与细化程度之间的关系。由于粉碎作业是涉及多种因素的极其复杂的过程，在粉碎理论方面尚无公认的统一结论，而只有3种比较重要的假说。
① 德国的P.R.von里特林格尔于 1867年提出的面积假说认为，固体物料粉碎时，能耗与新产生的表面积成正比。其关系式为
式中A为能耗，D1和D2分别为给料和排料的粒度，Q为常数。② 德国的F.基克于1885年提出的体积假说认为，将几何形状相似的同类物料破碎成几何形状也相似的产品时，能耗与被破碎的料块的体积或重量成正比。其关系式为
式中A为能耗，D1和Dn分别为最初给料和最终排料的粒度，C为常数。③ 美国的F.C.邦德和中国的王仁东于1952年提出的裂缝假说认为，将粒度为D1的颗粒群粉碎成粒度为D2的颗粒群时，能耗与
成正比，即
式中K为常数，邦德用10Wi代替它。Wi通常称为邦德功指数，它是物料的抗碎和抗磨的一个参数。裂缝假说还将D-1/2解释为使粒度D的料块破裂开时所产生的裂缝长度的一个量度。因此粉碎能耗也就与料块碎裂时新产生的裂缝长度成正比。这3种假说在实用中都有其局限性，面积假说较适用于排料粒度为0.01～1毫米的粉磨作业，体积假说较适用于排料粒度大于10毫米的粗碎和中碎作业，而裂缝假说则介于两者之间，适用于从中碎到粗粉磨作业的比较广泛的范围内。
参考书目
武汉建筑材料工业学院等编：《建筑材料机械及设备》，中国建筑工业出版社，北京，1980。
G.C.Lowrison，Crushingand Grinding，Butterworth Pr.，London，1974.