1、前言
降低入磨粒度，是矿石粉体工程节能降耗的有效手段，也是提高磨机处理能力的有效方法。矿石的超细破碎是降低入磨粒度最直接、最彻底的方法，所以超细破碎的理论和设备是目前国内外研究的热门课题之一。本文结合近期国内外超细破碎研究的文献，较详细地评述了高压辊磨机、惯性
圆锥破碎机、冲击式破碎机等矿山用超细破碎机的研究、开发及应用状况。
2、超细破碎机
2.1高压辊磨机
高压辊磨机是80年代问世，具有新的碎矿理论支撑的一种高效率超细粉碎设备。它采用高压料层粉碎理论，显著的二次破碎获得很高的能量利用率，被称为超细粉碎设备的一场革命。自1985年第一台高压辊磨机在水泥行业应用以来，国内外已有数百台成功地应用于生产之中。由于设备工作压力极高，辊面的磨损成为一个重要问题，近年来，研究者和生产厂家为了将其推广到金属矿山，也开展了大量的试验研究。
在碎矿理论方面，1988年Humbololt Wedag公司的I．B Klymowsky和J．Lirl在研究高压辊磨机的粉碎模型时提出，高压辊磨机模型的核心是描述在具体考虑每个粒级之间能量分布的情况下，料层粉碎中离散粒级群的平衡。认为料层中粒度分布对粉碎的影响是用近似的方法定量的。除了料层粉碎之外，还考虑了辊端的边缘效应以及大于工作间隙的物料的预粉碎。通过研究给出了边缘产品的能量数及粒度分布的评估方法和辊中央与边缘区域之间能量分布的评估方法。1992年姚践谦等人综合散体力学，有限元和破碎理论等多方面的知识，按全新的思路和方法研究了矿岩层压破碎机理，用散体力学建立了破碎腔内料层的散体等效模型，求得了粒间接触力大小和分布以及破碎规律，在新设计的层压破碎试验台上，实验验证了新建力学模型的可行性，揭示了层压破碎的一些新的特性和规律。
1998年王介强、宋守志概述了料层粉碎理论的发展情况，包括粉碎的能耗规律和粉碎的力学理论，提出可采用统计细观损伤力学来研究料层粉碎的动力学过程。
1999年S．摩尔等介绍了高压辊磨机(HP-GR)的特性模型。该模型可描述给定规格、辊速和典型矿样时，高压辊磨机的通过能力，粒度范围和驱动功率。它只需由简单的试验室破碎试验和有限的试验室规模高压辊磨机试验工作程序获得输入数据。模型使用这些数据是为了标定的目的，然后能够按比例放大到理论上任何规模的设备。该研究明确地描述了所谓的边缘效应，并指出高压辊磨机的几何尺寸和工作压力与工作间隙有关，从工作间隙可预计驱动功率，通过量和产品粒度分布。
在实际应用方面，1993年吴建明[2]在介绍粉碎节能理论的基础上，较详细的讨论了德国KruppPolgsius公司的辊压机，德国KHD Humboldt wedag公司的辊压机，美国Fuller公司的辊压机和国内有代表性的合肥水泥研究设计院的辊压机。
1995年徐秉权等人研究了GGT-2型∮500×120高压辊磨机的结构及工作原理，该设备用于处理石灰石时，排矿粒度达到了-4mm80%以上的技术指标，节能效果显著。
1995年俞美、宋宏斌研究了辊压机的粉碎流程及影响辊压机工作可靠性的因素。1997年段玉霞、王素玲等人也研究了辊压机粉碎流程，同时提出了辊压机系统中存在的问题并提出了改造办法。1998年冯国俊等研究了辊压机在氧化铝生产中的应用，矿石的预粉磨，使原料料浆产量有较大提高，解决了因料浆不足影响氧化铝产量的问题，同时对节能、降耗起到了很好的作用。
将辊压机用于粉碎坚硬物料（金属矿石等）的粉碎，也进行了有价值的尝试。1996年东北大学的杨晓明等人研制了∮600×200型岩矿用辊压机，进行了中试和工业试验，结果表明辊压机对铁矿石等坚硬物料的粉碎体现出增产节能的效果。
1997年的第20届国际选矿会议上，德国的N．帕德泽尔特等介绍了高压辊磨机在铜金矿山的第一次应用，结果表明辊压机作为矿石粉碎的一种新型设备，可以取代第三段和部分取代第二段破碎；降低动力消耗；明显减少磨矿成本；提高金属收率。
降低入磨粒度，多碎少磨，甚至以碎代磨是矿石破碎的发展方向，辊压机无疑是一种非常有前途的设备，其显著的节能效果和大幅度的增产将对金属矿山的矿石破碎带来革命的进展。但是这种设备压力极高导致的一系列问题，还需要开展深入而广泛的研究，才有可能实现在金属矿山的广泛应用。
2.2惯性圆锥破碎机
惯性圆锥破碎机是前苏联彼得堡“米哈诺布尔”研制成功的一种超细破碎设备，我国北京矿冶研究总院与该公司合作，引进该设备与技术，并结合我国的实际，使其得到了很大的发展。该设备以其破碎比大，产品粒度细，单位功耗低，应用范围广，可破碎十分坚硬的脆性物料等诸多优点，引起同行业的注意。其结构同其它圆锥破碎机一样，也包括定锥和动锥，均附着耐磨衬板，但它们在破碎原理上与一般的圆锥破碎机大不相同，特别是在破碎力的产生方面，由于离心力的引入，使矿石的破碎更为有效。惯性圆锥破碎机的机体安装于弹性支撑上，破碎锥与电机之间采用无刚性联接，当破碎腔内没有被粉碎的物料时，激振器产生的离心力将迫使破碎锥沿定锥的内表面无间隙地滚动，当破碎腔内有物料时，破碎锥通过物料层滚动。破碎锥的摆动频率远大于偏心圆锥破碎机破碎锥的摆动频率，在破碎过程中，物料在破碎腔内被破碎的次数达几十次，远大于普通的圆锥破碎机。由于附加激振器产生的离心力和强烈的脉冲振动加强了破碎作用。
惯性圆锥破碎机中的物料在破碎机动锥强烈惯性振动条件下，受到预先调定的破碎力作用，可以使料层适当地压实，使物料承受全方位的挤压，实现“料层粉碎”。
惯性圆锥破碎机中物料形成了压实状态的料层，当物料含水含泥重时，会出现堵塞的现象，这一现象目前尚无有效的方式加以避免，导致该设备在金属矿山的应用受到限制。
1997年刘子河、唐威等人对惯性圆锥破碎机的工作原理进行介绍，并从理论和实践上阐述了工作参数对破碎机性能指标的影响，为指导惯性圆锥破碎机的调试与应用提供了可靠的依据。1998年唐威、刘子河等人又介绍了GYP - 600惯性圆锥破碎机在有色金属矿山的工业应用情况，该设备的产品粒度-5 mm占95%，使用后可使破碎系统能耗下降20%，入磨粒度下降40%，产量提高28%。1998年唐威简述了KHⅡ-1750惯性圆锥破碎机的结构原理，介绍了其在杰兹卡兹干金属矿的生产试验情况，并提出了在我国中型选矿厂合理应用该设备的几种方案，其中往破碎腔中加水进行湿式破碎的方案，可以提高生产能力，减少破碎过程的单位能耗，有助于排矿通畅。1999年北京矿冶研究总院罗秀建，详细阐述了惯性圆锥破碎机的结构特点，运动状态，破碎力，破碎原理，研究了排料间隙和偏心静止动量对单位矿石破碎功耗的影响，对产品粒度的影响，同时还介绍了这种设备的应用情况。
惯性圆锥破碎机由于离心力和振动的引入，大大提高了矿石的细碎效果，对于脆性物料的干式破碎，是一种适用性很强的超细破碎设备，但对于含水含泥量大的金属矿山的矿石，必须解决排矿堵塞的问题，才能使设备正常运行，而这一问题的解决方法目前仍处于研究之中。
2.3冲击式破碎机
(1)立式冲击式破碎机
立式冲击式破碎机的结构比较简单，主要由转盘、定子、传动机构和机架构成。转盘在电机的带动下高速转动，矿石给到转盘上，靠转盘表面摩擦力和导向板等的作用，随转盘转动，同时受离心力的作用向外抛射，当离开转盘时几乎达到了转盘边缘的线速度，矿石以此速度冲击于定子上发生粉碎。这种粉碎机粉碎过程强烈，粉碎效率较高，当定子设计合适时，自衬覆盖率高，金属磨损减小，选择性破碎能力强，过金属能力强，受水份的影响小，排矿不堵塞。
1980年德国柏林大学的Brauer教授提出，矿块在转子内二次加速，可使能量最多节省50010，IHC公司和Vander Zanden公司合作根据这- Brauer原理研制了二次加速立式冲击式破碎机-同步破碎机。该破碎机1998年制造完成并进行了试验，结果节能50%左右，破碎比大，产品形状好。
北京矿冶研究院设备研究所与沈阳新光动力机械公司共同研制开发的LCP5立式冲击式破碎机处理能力达15~ 25 t/h，当给矿粒度-35 mm时，排矿（闭路）可达-4 mm，这种设备的转盘转速高达3 446 n/min，转盘直径为550 mm。
1994年王建义、徐兵等人研制的PL立式冲击破碎机，其立轴上装有空心圆锥体叶轮，当立轴高速旋转时，物料进入叶轮，在离心力的作用下抛射出去，可获得极高的冲击速度，且设计有一个较大的环形涡动破碎腔，自衬里作用较强。该设备应用于钢渣、水泥熟料、人工制砂的破碎，取得了较好的效果。
1994年房德鸿等介绍了一种LPM立式破磨机，该设备内部设计有两级破碎腔，两级破碎可使100。250 mm的物料破碎至-4 mm达90%以上，这种物料进入磨机时，可降低磨矿能耗，提高磨机的处理能力，IPM立式破磨机主要作为水泥生料和熟料制备的预粉碎设备。
俞良中于1997年和1998年对立轴锥盘离心磨机的开发与研究和主机设计进行了详细介绍。认为大多数的立轴离心式粉碎机采用高速旋转的平面圆盘为基本元件，对单层平面盘来说，粉碎是一次性的，因此这种设备多用于中、细碎作业，而立轴锥盘心磨机可实现多次破碎，排矿粒度可达到很细的程度。通过主机设计研究，由相似模拟推导的理论计算公式计算所得的主要参数值与实际试验的值十分相近，说明利用散体力学和动力学基本方程推导出的一组相似指标式及相应的计算公式是可靠的，从而使复杂的设计工作变得简单。
1994年曾洪茂、周恩蒲提出了冲击式破碎机通用的冲击速度理论计算公式，并对最大破碎力和平均破碎力之间的关系和冲击时间进行了研究。指出冲击破碎机冲击速度选择应根据破碎机的类型选择不同的冲击速度计算公式。破碎时间小于万分之二秒。最大破碎力是平均破碎力的1.8倍。
(2)其它冲击式破碎机
立轴复合式破碎机与IPM立式破磨机很相似，破碎机为主轴简体式，分上下两层分级破碎，上层为中破碎，下层为细破碎，破碎区是立轴的转辊外圆与筒壁齿板之间构成的圆环破碎腔。上转辊固定有打击板，分布较密，形成较小的破碎腔，以控制被破碎物料达到细破的粒度要求。1996年彭齐伟在介绍设备结构特点的基础上，研究了其结构参数与工艺要求的关系，列出了该设备破碎石灰石和水泥熟料的实测数据。
反击式破碎机也是冲击式破碎机的一种，已经广泛地应用于非金属矿山和化工矿山，由于其击锤头和反击板的磨损问题严重，在大处理量的金属矿山没有得到广泛应用。1998年潘仁和研究该设备的磨损情况，从分析板锤磨耗的主要因素入毛，提出了降低板锤磨耗的对策。1998年王静娟进行了低转速多腔型冲击式破碎机的研制和应用研究，通过腔型设计、转速选择，优化了该设备的结构，且对其应用提出了许多工艺方面的要求。
1998年朱瀛波，应东风介绍了高速冲击式超细粉碎及分级设备的结构及工原理，列举了该成套设备的应用实例及优缺点，该成套设备是我国近年来引进消化吸收国外先进技术的一个例子，可以一定程度地满足国内非金属矿超细粉碎工艺的要求。
冲击式破碎机的共同特点是使矿石具有高的冲击速度或破碎机破碎部件具有高的打击速度，矿石在高的速度下冲击固定壁而破碎或破碎部件以高的打击速度打击矿石而使矿石发生破碎，这一特点带来的一个共同的缺点就是固定壁或打击板磨损严重，对于脆性的非金属矿石如化工原料、水泥生熟料等，基本上可以承受这一磨损问题，而对于硬度大，韧性强的金属矿石，这一磨损是难以承受的，因此，这类设备要在金属矿山广泛推广，必须要解决的问题是磨损。立式冲击式破碎机采用自衬里的方式大大降低了磨损，使其在金属矿山的使用变得有望，但高的转子或转盘转速使设备设计和制作的精度要求高，设备的大型化变得困难，这又成为该类设备在金属矿山应用的另一个难题。
2.4 WF-水冲圆锥破碎机
WF-水冲圆锥破碎机是美国Nordberg公司研制成功的大型超细破碎设备，该设备目前在国外已有厂家工业应用，获得了好的效果。该设备用了金属矿山的矿石破碎时，最终排粒度可达8 mm，且因加水破碎消除了细粒级的“衬垫作用”，大大降低了破碎能耗。我国的云南锡业公司和攀钢集团公司均对这种设备进行过广泛的调研，但认为该设备原理与普通的圆锥破碎机相似，只在加水破碎方面和设备的大型化方面作了改进，细的排矿粒度是由设备的精密制造实现的。该设备结构复杂，价格昂贵，目前在国内尚未见到成功应用的例子。
2.5其它超细破碎设备
1994年范西省介绍了前苏联全苏水泥机械研究所于1990年研制成功的《Bakmac》型环形干燥辊磨机。这种磨机的工作机构是两个作反向旋转的水平磨辊，矿石在两磨辊间受高压而破碎，在磨辊的上部装有百叶格栅的三角形料斗作为给料装置，磨辊和给料装置安装在一个有提升叶片的环形提升圆筒的内部，经破碎的矿石落入提升圆筒内被缓慢提升到磨辊上部倒人给料斗，再从给料斗中进入两磨辊间进行二次破碎，同样被破碎后的矿石再返回受第三、四次的破碎，从而实现了多次破碎，直至达到要求的粒度后被气体带出成为最终的破碎产品。这种磨机与立式圆盘辊磨机相比，单位能耗低25%~40%，单位金属耗量低25%。该设备适合于水泥行业和非金属建材行业的超细粉碎。
1994年宋希敏介绍了一种颚辊破碎机，该设备是将颚式破碎机和对辊破碎机结合在一起而形成的。上部为颚式破碎机，下部为对辊机，采用单电机驱动。该设备破碎比大，高效节能，体积小，重量轻，可作为小型企业的超细破碎设备。
1997年郭东江对BGJ型摆式辊压机进行了设计研究，其意图是在不降低或少降低使用性能的前提下，通过结构优化、采用低成本和适用制造工艺技术等措施，大幅度降低高压辊磨机的造价。通过对传动系统、工作装置、加压装置、进料斗及侧挡板、弹簧的设计，达到了好的技术效果，BGJ630×200型摆式辊压机产量可达20。25 t/h，装机功率为2×30 kW。
1998年郭东江、李永君又研制了一种PBZ系列摆辊式振动破碎机。该设备在双腔回转破碎机的基础上使破碎辊子发生振动，从而提高了破碎效果。PBZ系列摆辊式破碎机生产能力可达55 t/h，出料粒度3～10 mm可调，适用于水泥行业的矿石破碎，对于金属矿山坚硬而大量的矿石，同样需要进一步解决辊子的磨损问题。
1998年西安环太公司技术部介绍了美国JCI公司生产的JCI圆锥破碎机。该设备采用全滚动轴承结构，取代传统的偏心轴与滑动支撑，采用迷宫式密封取代水封结构，提高了机械可靠性及运转平稳性，降低了运转的动力消耗。由于滚动轴承的间隙远小于滑动轴承，故破碎机运转平稳，排矿口的设定值更加精确，使产品粒度下降，当闭合边排矿口调到7.94mm时，产品粒度可达-10mm90%以上，而且设备的处理能力大，适合于金属矿山细碎和超细碎作业。
1998年孙成林介绍了双腔回转破碎机的设备原理、特点及在金属矿、非金属矿与高铝矾士耐火材料方面的应用。该设备由一个安装于偏心轴上的旋转工作辊与辊子两边两个弯曲的破碎腔组成。给入腔中的物料在偏心回转辊的旋转摆动过程中产生压缩、磨剥、劈裂等综合作用而破碎。1998年刘省秋也对回转式破碎机静态啮角进行了分析�；刈狡扑榛τ诰仓棺刺�，分析其啮角的变化特性，建立数学模型，分析最大啮角和最小啮角产生的条件，得出了计算公式，这对回转式破碎机的研制与设计具有理论价值。
1996年张铁华等介绍了1993年由法国FCB公司和意大利布兹(Buzzi)水泥公司联合研制的筒辊磨。该设备的工作部件主要是大简体和小辊筒，两辊筒相同方向转动，物料从卧式安装的大简体给矿端给入，在大简体内表面和小辊筒外表面间被压碎，压碎后的物料靠离心力的作用随大筒体内壁旋转，受物料导向板的作用向排矿端移动一段距离后进入破碎区受第二次破碎，如此循环下去，矿石受多次破碎后从排矿端排出成为产品。1994年和1996年文书明等研制的自循环超细粉碎机原理上与法国FCB公司的筒辊磨相似，但在筒体的支承方式上作了大的改进，加大了筒体的长度，矿石循环破碎的次数增加，压力进一步下降，从而使得自循环超细粉碎机适合于国内的加工制造水平，设备成本大幅度下降。该设备排矿粒度可达-4mm80%以上，当与筛分分级设备闭路碎矿时，最终排矿可达-1mm90%以上．具有取代一段棒磨机的潜力。
3、结语
近年来，超细破碎设备得到了快速发展，高压辊磨机、惯性圆锥破碎机、WF -水冲破碎机、立式冲击式破碎机等在不同的矿山开始工业化应用，但各种设备均存在各自的局限性，离成为一种通用的超细破碎设备还有一段艰难的历程。国内的超细破碎设备研究，多以引进消化为主，还不能完全适应国内矿山的实际需要。结合我国矿石特点和机械加工水平，开发原理先进，结构简单，制造水平要求不高的新型设备，将是今后我国超细破碎设备研究的发展方向。
