0、概述
粉碎工程在当今的经济和工业生产中占有重要地位，20世纪以来，特别是近年来的主要发展特点有以下几点。
(1)国内外一致认识到降低最终破碎产品粒度（即入磨粒度）是粉碎作业增产、节能、降耗的重要途径，并从工艺上和设备上进行了不懈的努力。国内粉碎工程界概括性地将这一思想归纳为“多碎少磨”。“多碎少磨”成为近几十年来指导我国粉碎工程领域生产和设备研制的重要工艺原则。与国际上相比，我国粉碎工程领域“多碎少磨”尚有差距，但随着近20年来的不断努力，已有了很大进步；
(2)粉碎理论研究工作继续发展，突变理论、分形理论、离散数学等方法被引入粉碎理论研究中。球磨过程和介质运动理论以及碎磨功指数方面的研究仍时有报导；
(3)料层粉碎原理的出现对粉碎工程设备研制和开发产生了巨大影响。新型粉碎设备研制及旧设备优化改进中普遍贯彻这一原理；
(4)由于矿山选厂实现多碎少磨的关键是降低最终破碎产品粒度（即入磨粒度），因此在这一范围内的科研和开发工作中，破碎设备所占的比重大于粉磨设备，其中又以细碎和超细碎设备的研制和开发占较大比重；
(5)近年来，超细工业矿物（主要是非金属矿）市场需求迅速发展，这一领域超细粉磨及其分级工艺及设备发展迅速；
(6)新的粉碎方法和设备还在不断涌现，目标是达到更细的产品粒度、获取更大的破碎比、适应不同的应用范围、达到更高的效率和使粉碎流程更简短。
1、理论和试验研究
一百多年来，国际粉碎界提出了三个著名的粉碎理论，即面积说、体积说和裂缝说。由于受历史条件和科研手段的限制，这些理论均建立在动力学、平衡态、连续渐变过程和稳定过程基础上。但实际上岩石内缺陷的分布是随机的，粉碎过程是不连续、突变、不可逆、非线形、离散的开放系统。中南大学的张智铁教授运用突变理论，将物料粉碎过程中状态演变行为的研究转化为对系统势函数的研究，提出了尖点模型和燕尾模型等物料粉碎模型。他从物料系统状态的失稳和稳定性研究出发，将物料粉碎机理研究推进到非线形热力学和非线性动力学范畴，选择超熵作为物料系统的Lyapounov函数来判断系统的稳定性，阐明了物料粉碎是一个由定态到失稳再到新定态过程的耗散结构。他根据岩石内缺陷的分形特点，运用分形理论推导了强度与缺陷分布维数之间的关系，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将三个功耗理论统一起来。
Toshio Inoue等运用离散单元法研究球磨机和离心磨机工作过程，对于球磨机，动态模拟介质在不同操作条件下的临界状态和磨机内能耗的分布情况。对于离心磨机，用模拟结果优化结构参数，为离心磨机设计提供了参考。G．Glove。等用离散单元法方便地研究和模拟不同球磨机衬板结构形式的磨损规律，分析获得的磨损数据可用于优化球磨机结构和磨矿工艺参数。离散单元法还有望用于模拟和优化
颚式破碎机和圆锥破碎机等设备。
德国Klausthal技术大学K．Schonert教授等进一步发展料层粉碎理论，提出了交叉交变料层粉碎方法。将石灰石、碳化硅等不同硬度、粒度为- 40um的物料放在一个特制的模具内，用4个压头呈十字形安放，从相互垂直的两个方向交替施加高压，压力为100~700 MPa。结果产生了-2~-5um的产品，能耗低于辊压机。
以往对球磨机利用率的分析都认为，大部分能量是以热、振动和声音等形式消耗，只有不到5%消耗于粒度减小。D．W．Fuerstenau和A一Z．M．Abouzeid提出，根据单一样品在压缩负荷或冲击负荷下，单位能量产生的新生表面积评价球磨效率，以压缩负荷下单颗粒破碎的平均值0. 02m2/J为效率计算的基准，得出石英的球磨之效率大约为15%。以Bergstrom的单颗粒试验的计算表面积为参考，钠钙玻璃的球磨之效率在15%以内。与单颗粒破碎产生同样程度的粒度分布所需要的能量相比，分批球磨钠钙玻璃的净效率大约为25%。另外，利用破碎后飞溅的碎块进行再破碎，可使能量利用率几乎翻番。采用闭路粉磨流程时，循环负荷从50%增加到500%，能量利用率可提高36 %。
在进行Bond球磨功指数试验时，若试验粒度较细(小于53um），由于筛分效率下降，将造成试验结果偏大。为此，加拿大Falconbridge公司采用湿式Bond球磨功指数试验代替标准干式试验方法。湿式试验所用设备和介质、设备和工艺参数与标准方法基本相同，但要在磨机简体内加入lkg水，使矿浆固体体积浓度达到30%。因湿磨效率较干磨高，测、得的功指数须乘以1.3的效率修正系数。
2、破碎
破碎领域近年来的发展特点归纳为如下几点。
(1)在多碎少磨原则指导下，我国矿山选厂最终破碎产品粒度不断减小。破碎阶段是实现多碎少磨的关键，主要有两个途径：引进国外先进技术装备和对现有流程及设备进行技术改造；
(2)料层粉碎原理对设备研制产生了极大影响，产生了以料层粉碎原理工作的辊压机，其他设备也尽可能利用这一原理；
多碎少磨原则和料层粉碎原理在破碎领域工艺和设备的发展中发挥了重要作用。多碎少磨从宏观上即破碎和粉磨两个阶段的关系上发挥着指导作用；而料层粉碎则从微观上即设备性能优化上发挥着指导作用；
(3)国外不同行业都有相应的大型先进破碎设备在持续发展，如旋回破碎机、颚式破碎机和圆锥破碎机（矿物加工、石料破碎），辊压机（建材、矿物加工），反击式破碎机（建材、石料破碎），齿辊破碎机（煤炭、矿物加工），立式冲击破碎机（石料破碎）；
(4)国内不同行业对中小型破碎机进行了大量的研究和开发，特点是品种、结构形式多样化，目标是满足不同的用途、获得更细的产品和达到更高的破碎比。例如惯性圆锥破碎机、细碎型颚式破碎机、立轴锤式破碎机等。少数先进的颚式破碎机也向大型化方向发展，如外动颚颚式破碎机；
(5)现代先进设备普遍采用计算机优化设计、有限元设计等现代设计方法，采用现代液压技术、监测技术和计算机自动控制等现代先进技术和新材料；
(6)新型高效破碎设备使粉碎流程得到简化，或者使闭路破碎简化为开路，或者减少破碎段数。
2.1旋回破碎机
目前世界上最大规格的旋回破碎机是德国Krupp公司制造的63~114英寸(1600~ 2896 mm)旋回破碎机，1997年用于印尼Iriana Jaya的Freeport公司之Grasberg铜矿。
在具有国际先进水平的初碎旋回破碎机中，最有代表性的是芬兰Metso集团的新一代Superior MK-Ⅱ旋回破碎机（原属瑞典Svedala集团）。其主要特点有：(1)采用底部单缸液压调整排料口系统，能良好地控制产品粒度和补偿衬板磨损造成的排料口变化�；箍梢杂糜谇迳ㄆ扑榍�，例如在负荷下突然断电时，可使主轴下降以清除破碎腔内的物料；(2)破碎腔深，生产能力强，衬板寿命长。利用计算机设计的破碎腔形状使破碎过程达到最佳化，提高了能量利用率，使产品粒度均匀和衬板磨损均匀，衬板表面形状随时间的变化�。�(3)可通过调整偏心套改变偏心距，从而调整生产能力；(4)采用特重型机架、高强度主轴部件和高性能的支承系统，保证了运转可靠和整机寿命长；(5)偏心套上部和大齿轮下部装有平衡配重，用以平衡旋回运动的惯性力，使设备可用于移动式装备上；(6)小齿轮轴系统为一独立单元，齿轮齿隙易调整，安装、维修方便；(7)为便于控制操作，可安装主轴位置传感器。为便于维修，可选用上横梁液压分离装置、上横梁自动润滑装置和顶部外壳旋转装置；(8)可安装平衡缸，当主轴偶然向上运动时，使轴瓦和活塞紧密接触而得到�；ぁ�
2.2圆锥破碎机
近年来，在结构形式上最具代表性的圆锥破碎机仍是瑞典Sandvik集团的液压圆锥破碎机（原属瑞典Svedala集团）和芬兰Metso集团的Symons体系之圆锥破碎机。发展特点是高能化，即达到更高的输入能量／质量比，目标是获得更高的破碎比和更细的产品粒度。
破碎腔形的作用及其研究设计受到重视，普遍在其设计中贯彻恒定破碎特性思想、料层粉碎原理和一机多种腔型的设计，并不断有新的发展。
惯性圆锥破碎机原理独树一帜，仍处于应用、改进和发展中。滚动轴承支承的圆锥破碎机从分立轴承支承发展到INA集中滚动支承，规格不断大型化。
现代自动控制技术起着越来越重要的作用。
2.2.1 液压圆锥破碎机
瑞典Sandvik集团的第三代H和S1800系列液压圆锥破碎机（原属瑞典Svedala集团）具有国际领先水平[18]，其系列规格为S2800、S3800、S4800、S6800和H2800、H3800、H4800、H6800、H8800。H1800系列液压圆锥破碎机结构见图l。它们的传统特点是陡锥、高摆频、小偏心距、主轴简支梁支承形式、底部单缸液压支承和顶部星型架结构。近年来的发展包括：(1)高能化，大幅度提高了功率／体积（质量）比；(2)采用先进的自动控制系统；(3)S系列有特粗和粗两种、H系列有特粗到超细7种腔型衬板，使同一台设备可用于不同给料和产品粒度要求。超细腔形利用了料层粉碎原理；(4)可以简单地通过转动偏心套改变偏心距；(5)采用恒定衬板特性( CLP)破碎腔形；(6)采用特殊合金衬板，延长衬板寿命；(7)小齿轮轴系为一整体部件，调整、安装、维修方便；(8)采用重型主轴，结构坚固；(9)所有检查和维护都可以从设备上部完成，操作简捷方便；(10)主轴上端用衬套�；ぃ映ち酥岬氖褂檬倜�。最新进展是自动控制系统由ASR Plus发展为ASRi。后者的基础是新的平均峰值压力运算系统，可以随着负荷波动造成的破碎力、液压力和功率之变化，随时将排料口自动调整到设定值。S系列液压圆锥破碎机原名为Superior第二段旋回破碎机，与H系列圆锥破碎机的主要区别是给料口较大。H6800液压圆锥破碎机能力与传统的7口尺圆锥破碎机相同，而质量仅为后者的1/3左右。H8800液压圆锥破碎机可以安装在传统的7口尺圆锥破碎机的基础上，但处理能力和输入功率是后者的约两倍。该设备在国外用于世界最大的地下铜矿——智利Codelco公司的El Teniente铜矿等矿山。
近年来，我国各地己应用了数十台H1800系列液压圆锥破碎机。江西铜业公司德兴铜矿1999年使用了2台改型前的H8000型产品，2004年增加了2台H8800型产品。鞍钢集团公司所属的齐大山、弓长岭、大孤山和胡家庙等铁矿选矿厂自2002年起先后使用了20台，其中H8800的17台，H6800的3台。在齐大山选矿厂，H8800的生产能力是原∮2200 mm圆锥破碎机的2倍，而衬板寿命基本相同，并且显著节能。太钢尖山铁矿、马鞍山和攀枝花也各使用了1台H8800液压圆锥破碎机。
最新推出的H7800型液压圆锥破碎机是为取代广泛应用的老式7口尺Symons圆锥破碎机而开发的，填补了H6800和H8800型设备之间的空缺。其新的特点有：大部分质量在坚实的下壳体上；动负荷很小，不需庞大的基础；更长的活塞以有效地处理漂流金属；新的衬板设计使衬板与壳体之间形成多点接触，而不需使用环氧树脂或锌填充缝隙，使衬板更便于拆装；并采用新的ASRi自动控制系统。第一台H7800型液压圆锥破碎机于2004年4月用于智利Mantos Blancos铜矿山。
芬兰Metso集团最新推出了GP550型NordbergGP系列底部单缸液压圆锥破碎机。其最大功率为351 kW，质量为24 t。特点有：(1)特粗型破碎腔最大给料口尺寸为300 mm，可用于第二段破碎；(2)新的优化破碎腔型可具有更高的破碎性能；(3)排料口有较宽的调整范围，闭边最大可达50 mm，具有更高的处理能力；(4)专利活塞设计使设备安装高度只有2.796 m; (5)用于细碎时压力和功率之间的更好平衡；(6)新型润滑系统、更大的油泵和新的顶部支承结构提高了工作可靠性；(7)每个衬套具有两个偏心距，提高了对不同工况的适应能力。
