尽管破碎作业在矿山及其他工业中广泛存在, 但是关于破碎过程的理论知之甚少, 许多破碎设备的设计完全基于实践经验。因为描述破碎过程中所有重要的工艺参数, 从能量输入破碎机到从破碎机输出, 包括设备特性都还是相当复杂的。相关参数很多, 从统计学的观点看, 需要大量的试验数据, 以便提供精确的单个参数影响的信息。
物料破碎是一个历史悠久的话题。早在20世纪50年代, 艾利斯—查尔默斯公司就开始大规模研究破碎机理, 60年代得出具有重大意义的结论。随着研究的深入, 人们熟知了高功率的破碎作业[1], 可以用来改善能源效率和降低生产成本。B. H. Bergstrom在研究单颗粒破碎时发现, 在空气中一次破碎的碎片撞击金属板时明显地产生二次破碎, 一次破碎的碎片具有的动能占全部破碎能量的45%。如能充分利用二次破碎能量, 则可提高破碎效率。也有人指出, 较小的持续负荷比短时间的强大冲击, 更有希望破碎物料。
20世纪80年代, 有人对冲击力与挤压力对颗粒层的破碎效果进行研究后指出:在挤压力和冲击力两种情况下得出的破碎结果比较表明, 就能量利用率而言, 挤压力破碎是比较高的, 其原因是在冲击破碎情况下, 由于冲击力能转化为破碎产品的动能, 从而损失了很大一部分应力能。对于轻轻受力的颗粒层上的挤压应力有微小增加的情况, 当具有最小断裂强度的颗粒被压碎后, 作用在未破碎的颗粒上的力就显著增加, 在颗粒层内尚未出现保护作用之前, 各颗粒随着它们所受到的力的增加, 依它们的强度大小而相继破碎。
对于这种受压的颗粒层, 不应该再继续施力。因为所供给的能量很大部分不是由于颗粒和碎裂产品之间的摩擦, 就是由于碎裂产品间的摩擦而消耗掉的。因此只有不再继续施力, 才能达到颗粒层较好的重复受力, 并在各次施力间使颗粒层能够松散。
能量的供给、颗粒的簇集条件和颗粒间的配比数, 是决定破碎颗粒百分率的主要因素。不仅摩擦所耗的能量, 而且所得到的碎裂产品的动能也是来自外面所提供的剩余能量。这样的能量损失是无法减少的。
我国胡景昆和徐小荷教授研究颗粒的粉碎时得出结论, 静压粉碎效率为100%, 单次冲击效率在35%～40%。为了节约能量, 提高粉碎效率, 应多用静压粉碎, 少用冲击粉碎。Schonert的研究表明, 如果使大批脆性物料颗粒受到50 MPa以上的压力, 就能够由“料层粉碎”节约出可观的能量。目前“料层粉碎”理论已为粉碎界所公认, 根据料层粉碎理论研制的新设备有美国诺得伯格公司的旋盘圆锥破碎机, 俄罗斯的惯性圆锥破碎机等[2]。
用多碎少磨的原则指导研制以料层粉碎原理的新型破碎机是当前的主要方向。1996年第四届全国粉碎工程学术会议上邓跃红、张智铁教授发表了《物料粉碎分形行为的研究》一文[3], 作者认为破碎理论的研究应归结为三个大的方面:①强度理论的研究;②破碎效果的评价;③破碎功耗的研究。长期以来, 粉碎理论的研究主要停留在经验应用和统计推测上, 人们了解粉碎的规律尚不明确、不系统。因而人们期待新理论的出现会给破碎领域带来一次变革。
1982年B. Mandelrot提出分形理论应用在岩石理论研究方面, 而张智铁教授把它应用在破碎理论上。经过研究, 成功地运用了分形理论推导了强度与缺陷分布分维数之间的关系, 建立了粉碎颗粒粒度分布模型, 找到了分维数、分布指数与破碎概率之间的关系, 用颗粒表面分维数Ds, 将3个功耗理论统一起来。
为了优化颚式破碎机工作, 马少健和陈炳辰教授利用实验室小型复摆颚式破碎机, 分别进行单颗粒给料、窄粒级给料和混合粒级给料的破碎试验。研究结果是:①影响颚式破碎机产物粒度特性的因素除物料自身硬度外, 还与给料粒度大小、组成、排矿口尺寸以及破碎腔内物料的松散状态有关;②在颚式破碎机破碎物料时, 无论是料层破碎还是单颗粒破碎, 给料粒度增大, 产物粒度变小, 因此生产中应根据给料粒度选择规格适宜的颚式破碎机和调节排料口尺寸;③料层破碎较单颗粒破碎更能降低破碎产物粒度。因此生产中应尽量维持破碎机破碎腔内适宜的料层, 以减小破碎产物的粒度[4]。
QQ交流群
