0、概述
    粉碎工程在當今的經濟和工業生產中占有重要地位，20世紀以來，特別是近年來的主要發展特點有以下幾點。
    (1)國內外一致認識到降低最終破碎產品粒度（即入磨粒度）是粉碎作業增產、節能、降耗的重要途徑，并從工藝上和設備上進行了不懈的努力。國內粉碎工程界概括性地將這一思想歸納為“多碎少磨”。“多碎少磨”成為近幾十年來指導我國粉碎工程領域生產和設備研制的重要工藝原則。與國際上相比，我國粉碎工程領域“多碎少磨”尚有差距，但隨著近20年來的不斷努力，已有了很大進步；
    (2)粉碎理論研究工作繼續發展，突變理論、分形理論、離散數學等方法被引入粉碎理論研究中。球磨過程和介質運動理論以及碎磨功指數方面的研究仍時有報導；
    (3)料層粉碎原理的出現對粉碎工程設備研制和開發產生了巨大影響。新型粉碎設備研制及舊設備優化改進中普遍貫徹這一原理；
    (4)由于礦山選廠實現多碎少磨的關鍵是降低最終破碎產品粒度（即入磨粒度），因此在這一范圍內的科研和開發工作中，破碎設備所占的比重大于粉磨設備，其中又以細碎和超細碎設備的研制和開發占較大比重；
    (5)近年來，超細工業礦物（主要是非金屬礦）市場需求迅速發展，這一領域超細粉磨及其分級工藝及設備發展迅速；
    (6)新的粉碎方法和設備還在不斷涌現，目標是達到更細的產品粒度、獲取更大的破碎比、適應不同的應用范圍、達到更高的效率和使粉碎流程更簡短。
1、理論和試驗研究
    一百多年來，國際粉碎界提出了三個著名的粉碎理論，即面積說、體積說和裂縫說。由于受歷史條件和科研手段的限制，這些理論均建立在動力學、平衡態、連續漸變過程和穩定過程基礎上。但實際上巖石內缺陷的分布是隨機的，粉碎過程是不連續、突變、不可逆、非線形、離散的開放系統。中南大學的張智鐵教授運用突變理論，將物料粉碎過程中狀態演變行為的研究轉化為對系統勢函數的研究，提出了尖點模型和燕尾模型等物料粉碎模型。他從物料系統狀態的失穩和穩定性研究出發，將物料粉碎機理研究推進到非線形熱力學和非線性動力學范疇，選擇超熵作為物料系統的Lyapounov函數來判斷系統的穩定性，闡明了物料粉碎是一個由定態到失穩再到新定態過程的耗散結構。他根據巖石內缺陷的分形特點，運用分形理論推導了強度與缺陷分布維數之間的關系，建立了粉碎顆粒粒度分布模型，找到了分維數、分布指數與破碎概率之間的關系，用顆粒表面分維數Ds將三個功耗理論統一起來。
    Toshio Inoue等運用離散單元法研究球磨機和離心磨機工作過程，對于球磨機，動態模擬介質在不同操作條件下的臨界狀態和磨機內能耗的分布情況。對于離心磨機，用模擬結果優化結構參數，為離心磨機設計提供了參考。G．Glove。等用離散單元法方便地研究和模擬不同球磨機襯板結構形式的磨損規律，分析獲得的磨損數據可用于優化球磨機結構和磨礦工藝參數。離散單元法還有望用于模擬和優化顎式破碎機和圓錐破碎機等設備。
    德國Klausthal技術大學K．Schonert教授等進一步發展料層粉碎理論，提出了交叉交變料層粉碎方法。將石灰石、碳化硅等不同硬度、粒度為- 40um的物料放在一個特制的模具內，用4個壓頭呈十字形安放，從相互垂直的兩個方向交替施加高壓，壓力為100~700 MPa。結果產生了-2~-5um的產品，能耗低于輥壓機。
    以往對球磨機利用率的分析都認為，大部分能量是以熱、振動和聲音等形式消耗，只有不到5%消耗于粒度減小。D．W．Fuerstenau和A一Z．M．Abouzeid提出，根據單一樣品在壓縮負荷或沖擊負荷下，單位能量產生的新生表面積評價球磨效率，以壓縮負荷下單顆粒破碎的平均值0. 02m2/J為效率計算的基準，得出石英的球磨之效率大約為15%。以Bergstrom的單顆粒試驗的計算表面積為參考，鈉鈣玻璃的球磨之效率在15%以內。與單顆粒破碎產生同樣程度的粒度分布所需要的能量相比，分批球磨鈉鈣玻璃的凈效率大約為25%。另外，利用破碎后飛濺的碎塊進行再破碎，可使能量利用率幾乎翻番。采用閉路粉磨流程時，循環負荷從50%增加到500%，能量利用率可提高36 %。
    在進行Bond球磨功指數試驗時，若試驗粒度較細(小于53um），由于篩分效率下降，將造成試驗結果偏大。為此，加拿大Falconbridge公司采用濕式Bond球磨功指數試驗代替標準干式試驗方法。濕式試驗所用設備和介質、設備和工藝參數與標準方法基本相同，但要在磨機簡體內加入lkg水，使礦漿固體體積濃度達到30%。因濕磨效率較干磨高，測、得的功指數須乘以1.3的效率修正系數。
2、破碎
    破碎領域近年來的發展特點歸納為如下幾點。
    (1)在多碎少磨原則指導下，我國礦山選廠最終破碎產品粒度不斷減小。破碎階段是實現多碎少磨的關鍵，主要有兩個途徑：引進國外先進技術裝備和對現有流程及設備進行技術改造；
    (2)料層粉碎原理對設備研制產生了極大影響，產生了以料層粉碎原理工作的輥壓機，其他設備也盡可能利用這一原理；
    多碎少磨原則和料層粉碎原理在破碎領域工藝和設備的發展中發揮了重要作用。多碎少磨從宏觀上即破碎和粉磨兩個階段的關系上發揮著指導作用；而料層粉碎則從微觀上即設備性能優化上發揮著指導作用；
    (3)國外不同行業都有相應的大型先進破碎設備在持續發展，如旋回破碎機、顎式破碎機和圓錐破碎機（礦物加工、石料破碎），輥壓機（建材、礦物加工），反擊式破碎機（建材、石料破碎），齒輥破碎機（煤炭、礦物加工），立式沖擊破碎機（石料破碎）；
    (4)國內不同行業對中小型破碎機進行了大量的研究和開發，特點是品種、結構形式多樣化，目標是滿足不同的用途、獲得更細的產品和達到更高的破碎比。例如慣性圓錐破碎機、細碎型顎式破碎機、立軸錘式破碎機等。少數先進的顎式破碎機也向大型化方向發展，如外動顎顎式破碎機；
    (5)現代先進設備普遍采用計算機優化設計、有限元設計等現代設計方法，采用現代液壓技術、監測技術和計算機自動控制等現代先進技術和新材料；
    (6)新型高效破碎設備使粉碎流程得到簡化，或者使閉路破碎簡化為開路，或者減少破碎段數。
2.1旋回破碎機
    目前世界上最大規格的旋回破碎機是德國Krupp公司制造的63~114英寸(1600~ 2896 mm)旋回破碎機，1997年用于印尼Iriana Jaya的Freeport公司之Grasberg銅礦。
    在具有國際先進水平的初碎旋回破碎機中，最有代表性的是芬蘭Metso集團的新一代Superior MK-Ⅱ旋回破碎機（原屬瑞典Svedala集團）。其主要特點有：(1)采用底部單缸液壓調整排料口系統，能良好地控制產品粒度和補償襯板磨損造成的排料口變化。還可以用于清掃破碎腔，例如在負荷下突然斷電時，可使主軸下降以清除破碎腔內的物料；(2)破碎腔深，生產能力強，襯板壽命長。利用計算機設計的破碎腔形狀使破碎過程達到最佳化，提高了能量利用率，使產品粒度均勻和襯板磨損均勻，襯板表面形狀隨時間的變化小；(3)可通過調整偏心套改變偏心距，從而調整生產能力；(4)采用特重型機架、高強度主軸部件和高性能的支承系統，保證了運轉可靠和整機壽命長；(5)偏心套上部和大齒輪下部裝有平衡配重，用以平衡旋回運動的慣性力，使設備可用于移動式裝備上；(6)小齒輪軸系統為一獨立單元，齒輪齒隙易調整，安裝、維修方便；(7)為便于控制操作，可安裝主軸位置傳感器。為便于維修，可選用上橫梁液壓分離裝置、上橫梁自動潤滑裝置和頂部外殼旋轉裝置；(8)可安裝平衡缸，當主軸偶然向上運動時，使軸瓦和活塞緊密接觸而得到保護。
2.2圓錐破碎機
    近年來，在結構形式上最具代表性的圓錐破碎機仍是瑞典Sandvik集團的液壓圓錐破碎機（原屬瑞典Svedala集團）和芬蘭Metso集團的Symons體系之圓錐破碎機。發展特點是高能化，即達到更高的輸入能量／質量比，目標是獲得更高的破碎比和更細的產品粒度。
    破碎腔形的作用及其研究設計受到重視，普遍在其設計中貫徹恒定破碎特性思想、料層粉碎原理和一機多種腔型的設計，并不斷有新的發展。
    慣性圓錐破碎機原理獨樹一幟，仍處于應用、改進和發展中。滾動軸承支承的圓錐破碎機從分立軸承支承發展到INA集中滾動支承，規格不斷大型化。
    現代自動控制技術起著越來越重要的作用。
2.2.1  液壓圓錐破碎機
    瑞典Sandvik集團的第三代H和S1800系列液壓圓錐破碎機（原屬瑞典Svedala集團）具有國際領先水平[18]，其系列規格為S2800、S3800、S4800、S6800和H2800、H3800、H4800、H6800、H8800。H1800系列液壓圓錐破碎機結構見圖l。它們的傳統特點是陡錐、高擺頻、小偏心距、主軸簡支梁支承形式、底部單缸液壓支承和頂部星型架結構。近年來的發展包括：(1)高能化，大幅度提高了功率／體積（質量）比；(2)采用先進的自動控制系統；(3)S系列有特粗和粗兩種、H系列有特粗到超細7種腔型襯板，使同一臺設備可用于不同給料和產品粒度要求。超細腔形利用了料層粉碎原理；(4)可以簡單地通過轉動偏心套改變偏心距；(5)采用恒定襯板特性( CLP)破碎腔形；(6)采用特殊合金襯板，延長襯板壽命；(7)小齒輪軸系為一整體部件，調整、安裝、維修方便；(8)采用重型主軸，結構堅固；(9)所有檢查和維護都可以從設備上部完成，操作簡捷方便；(10)主軸上端用襯套保護，延長了軸的使用壽命。最新進展是自動控制系統由ASR Plus發展為ASRi。后者的基礎是新的平均峰值壓力運算系統，可以隨著負荷波動造成的破碎力、液壓力和功率之變化，隨時將排料口自動調整到設定值。S系列液壓圓錐破碎機原名為Superior第二段旋回破碎機，與H系列圓錐破碎機的主要區別是給料口較大。H6800液壓圓錐破碎機能力與傳統的7口尺圓錐破碎機相同，而質量僅為后者的1/3左右。H8800液壓圓錐破碎機可以安裝在傳統的7口尺圓錐破碎機的基礎上，但處理能力和輸入功率是后者的約兩倍。該設備在國外用于世界最大的地下銅礦——智利Codelco公司的El Teniente銅礦等礦山。
    近年來，我國各地己應用了數十臺H1800系列液壓圓錐破碎機。江西銅業公司德興銅礦1999年使用了2臺改型前的H8000型產品，2004年增加了2臺H8800型產品。鞍鋼集團公司所屬的齊大山、弓長嶺、大孤山和胡家廟等鐵礦選礦廠自2002年起先后使用了20臺，其中H8800的17臺，H6800的3臺。在齊大山選礦廠，H8800的生產能力是原∮2200 mm圓錐破碎機的2倍，而襯板壽命基本相同，并且顯著節能。太鋼尖山鐵礦、馬鞍山和攀枝花也各使用了1臺H8800液壓圓錐破碎機。
    最新推出的H7800型液壓圓錐破碎機是為取代廣泛應用的老式7口尺Symons圓錐破碎機而開發的，填補了H6800和H8800型設備之間的空缺。其新的特點有：大部分質量在堅實的下殼體上；動負荷很小，不需龐大的基礎；更長的活塞以有效地處理漂流金屬；新的襯板設計使襯板與殼體之間形成多點接觸，而不需使用環氧樹脂或鋅填充縫隙，使襯板更便于拆裝；并采用新的ASRi自動控制系統。第一臺H7800型液壓圓錐破碎機于2004年4月用于智利Mantos Blancos銅礦山。
    芬蘭Metso集團最新推出了GP550型NordbergGP系列底部單缸液壓圓錐破碎機。其最大功率為351 kW，質量為24 t。特點有：(1)特粗型破碎腔最大給料口尺寸為300 mm，可用于第二段破碎；(2)新的優化破碎腔型可具有更高的破碎性能；(3)排料口有較寬的調整范圍，閉邊最大可達50 mm，具有更高的處理能力；(4)專利活塞設計使設備安裝高度只有2.796 m; (5)用于細碎時壓力和功率之間的更好平衡；(6)新型潤滑系統、更大的油泵和新的頂部支承結構提高了工作可靠性；(7)每個襯套具有兩個偏心距，提高了對不同工況的適應能力。