层压粉碎技术（又称料层粉碎技术、层间破碎理论）是当今世界粉碎工程领域中最新型实用的粉碎机械技术之一，更是对三大粉碎理论（即1855年F．Kiek的“体积说”；1867年P．Rittinger的“面积说”和1951年F．C．Bond的“裂缝说”）的综合继承和发展。尽管对于层压粉碎技术的粉碎机理和力学特性仍然还没有被完全揭示，但应用层压粉碎技术开发研制的各类粉碎机械，在粉碎工程的工业实际应用中都表现出明显的优越性。这类新产品与传统的粉碎设备相比，具有结构简单、工作可靠、制造容易、维护方便、高效节能和体积小、噪音低等机械特性，并能轻松地实现较大的破碎比和控制过粉碎现象。根据这一技术理论，最早由德国Polysius公司，在1985年设计制造出高压辊磨机，以后前苏联研制成功离心惯性圆锥破碎机；英国和日本研究生产了带有曲率弧线型“平行区”的细碎颚式破碎机；美国推出了Gyradisc和超重型短头圆锥破碎。2003年武钢程潮铁矿球团车间斥巨资1000万人民币，引进了德国Humholdt公司生产的巾1000×250高压辊磨机，用于超微铁粉的作业，并取得了良好的效益。
对于层压粉碎技术的研究和探讨，笔者自1999年起就非常重视该项技术理论在产品开发中的应用，并根据具体实际情况，先后设计研制了MPE -100 x250超细碎颚式破碎机、MPC -∮250×150辊式粉碎筛分机，MPC -巾400×250对辊粉碎机和MZ -200圆锥式研磨机等四项新产品，并成功推广应用于钕铁硼磁材、稀土曲性合金、冶金专用铁合金、人造金刚石、金属氧化物颜料和陶瓷玻璃熔块料等各类粉碎工程行业。在3—4年时间这类产品形成了100台左右的批量，刨产值约200多万元，实现近100万元的税利。实践证明，正是由于层压粉碎技术的应用，才使得这类产品具备传统产品所无法比的优良性能，并都带来了较高的附加值和经济效益。尽管如此，层压粉碎技术在粉碎机械产品研发中的应用还只是刚刚开始，如何正确理解、开发、设计和制造新系列产品，实现大型化和产业化，还有许多问题需要在实践的基础上不断地完善和提高，现就有关体会进行浅析探讨，以求专家指正。
1、层压粉碎韵粉碎过程
在以往的破碎粉磨设备的设计中，人们往往只重视单颗粒物料的压碎、磨碎、劈碎、折碎和击碎，而忽略了研究物料层中存在的破碎现象，随着粉碎工程理论研究的深入和实践技术的提高，人们了解并开始研究层压粉碎技术。事实上，在现代物料的机械粉碎过程中，单颗粒的粉碎是很少的，即使存在也往往伴随着大量的层压粉碎。例如颚式破碎机就是这样，破碎腔上部，由于物料粒度大，多为单颗粒在颚板反复冲击、挤压的作用下破碎；在破碎腔下部，物料粒度较上部小，多呈交错层状排列，受到颚扳的反复冲击、挤压而破碎，所以，在破碎腔卜．部物料的破碎过程就是层压粉碎。在对辊机中，由于旋转轧辊间施加有较大的压力，使进入破碎区的颗粒间互相紧密接触，并有效地传递力的作用，使机械能量最大限度地转变为粉碎能量，同时物料的运动是一种强制性的运动，在重力和摩擦力的作用下，物料受到一定的向下的拉力，使物料再次经受挤压粉碎作用而排出。
层压粉碎与单颗粒粉碎的根本区别在于：单颗粒粉碎系指物料受到应力作用而发生破碎各自进行的，即不存在物料颗粒间的相互作用力；层压粉碎为大量颗粒聚集在一起，相互接触所形成的群体粉碎。层压粉碎大致可以分为三个阶段：
(1) 密实阶段：压力较小时，物料颗粒彼此靠近、挤紧，保持良好的接触，此时体积变化很大，达到一定的密实程度；
(2) 粉碎阶段：压力不断增大，密实度继续增大，颗粒的间隙越来越小，颗粒之间的能量互相传递挤压应力，当应力强度达到颗粒压碎强度（例如50MPa以上）时，颗粒即开始粉碎过程；
(3)结团阶段：压力在粉碎过程中达到最大时，粉碎概率达到最大值。由于破碎腔越来越小，已碎颗粒犹如粉末一样产生结团，此时应迅速排出。
事实上层压粉碎时，颗粒的受力状态和单颗粒破碎时相差很大。层压粉碎中的颗粒受力状态非常复杂，并与许多因素有关，如压力特性（包括载荷的静动形式、压力强度、作用时间等）、料层的粒度组成、料层的堆积结构、颗粒在空间的位置等。而层压的粉碎效果，除了与料层中颗粒受力状态有关外，还与物料特性（包括颗粒的力学特性、物理特性及几何特性等）有关，这里只能是作一点粗略的分析和肤浅的探讨。
2、层压粉碎技术的应用
一般的层压粉碎是在纯压力作用下进行的，实验证明：当采用单纯的压力、冲击和剪压进行比较时，纯压力具有比冲击和剪压更好的粉碎效果。需要指出的是：颚式破碎机的层压粉碎与对辊机的加压所形成的层压粉碎相比有着一定的区别。一方面颚式破碎机的破碎过程是间断工作的，在压力存在的同时还存在有一定的冲击力；另一方面，细碎颚式破碎机所要求的产品粒度多为l ~8 mm，而对辊粉碎机的产品粒度一般都在-1 mm以下，甚至到一100一- 200目。因此，颚式破碎机的层压粉碎很少存在结团现象，而对辊粉碎机则需要根据物料的特性来调整压力，控制粉碎产品中的结团现象。
2.1 细碎颚式破碎机中的应用
细碎颚式破碎机的层压粉碎主要是在排矿口要行成纯压力的破碎行为。众所周知，颚式破碎机的运动副是典型的四连杆机构，排矿口运动轨迹为近似椭圆的复杂摆动，其动特性由构件的几何尺寸和位置关系决定。要在排矿口形成有一定效果的纯压力，则必须在破碎腔的下部设计一个特殊曲率弧线的“平行区”。日本的ST型破碎机，是在破碎机下部设计有一同曲率弧型“平行区”；英国的细碎颚式破碎机，是根据“固定容积”原理得到的修正高斯曲线加外摆线型“平行区”。由于我们的设计手段和制造工艺所限，MPE-100×250超细碎颚式破碎机采取了大曲率的活动颚板曲线，与小曲率的固定颚板曲线相吻合的特定“平行区”，并以一种特定的“零支承”形式，形成有效的小位移量的水平位移，以确保纯压力的形成，同时起到均整物料的层压粉碎作用（如图l所示）。实践证明，这种“平行区”所形成的层压粉碎过程，可有效地把颚式破碎机的排料粒度控制在1~8 mm，而“零支承”传动结构形式配合负悬挂结构，对确保排料畅通，颚板磨损适中，起到了非常有效的作用。正是由于充分利用了层压粉碎技术，才有效地解决了颚式破碎机的超细破碎难题。
2.2.2对辊粉碎机主要参数变化规律
(1) 工作压力对粉碎特性的影响。对辊粉碎机粉碎物料的原理是基于压应力对料层的作用，因而，压力对产物的粒度分布特性就具有决定意义的影响。但是，迄今为止，并没有人建立起任何理论公式来表明二者之间存在的函数关系。用指定粒级的负累积产率的百分量来表示物料细度是常用的方法。试验发现工作压力同产物细度这之间的定性关系为：压力增大，细粒级产率有所增加，但增加的幅度之间不呈比例关系，达到一定压力值之前，细粒级增加的速度较快，随着压力增大，细粒级增加的速度逐渐减小。对于不同的物料，细粒级产率同压力之间表现出了统一的规律。对相同的压力来说，给料越细，所吸收的能量就越多，粉碎效果就越好。也就是说，粒度分布对料层的密度过程有显著的影响，进而影响料层粉碎过程中的能量吸收利用。虽然有现象表明，在较低的压力作用下，单位质量的物料能耗较少，压力升高时情况则相反。然而，从另外的角度看，较小压力下只能产生相对较少的一部分细粒级产晶。最佳的工作状态对不同的物料和不同的给料粒度显然是不相同的。
(2)轧辊转速对粉碎特性的影响。轧辊的转速和直径决定了对辊粉碎机的辊面线速度，从几何学关系可以理论推导出对辊粉碎机的产量与辊面线速度间似乎存在着一种正比关系。但大量的试验表明，这一结论只是不一定条件下才成立。有迹象显示，似乎存在一个临界辊面线速度u。的概念，当辊面速度小于u。时，结论成立；而当辊面速度大干u。时，该结论不成立。在一定的试验条件’F测得：u。=2.09 m/s。验证表明：在辊面线速度未达到此临界速度之前，产量随之呈正比关系增加，而在u。之后，产量增加的趋势就变得越来越慢了。
试验的结果同样表明：辊面的线速度对粉碎机能耗的影响也是非常明显的。因为粉碎机的规格一经确定后，辊面的线速度就只能由轧辊的转速确定。辊面线速度增大，导致单位质量物料所消耗能量降低，到达临界线速度值附近时，能量消耗达到了最低状态。当辊面线速度超过临界值时，比能耗又有上升趋势。
由此可见，利用层压粉碎原理设计的粉碎机必须保证破碎机能顺利地排出已破碎的物料，否则将会增加破碎过程的能耗，发挥不出层压粉碎的优势。换句话讲，并不是所有类型的破碎机都适于层压粉碎全过程的工作状态。
需要说明的是，国外的层压粉碎机械设备的压力系统大都是由油压系统提供的，其性能稳定可靠，但价格昂贵，维修保养复杂，不太适合中国国情。笔者设计的对辊粉碎机采用的是“多层重叠式组合碟形弹簧”，不但可以允许活动轧辊在较大压力下所需要的一定位移量，而且可以确保固定轧辊在规定的间隙调整范围和极限压力下，具有过载保护能力。过载极限的设定和压力的调整，则完全取决于所粉碎物料的物性和产品粒度要求。如MPG-∮400×250对辊粉碎机在作陶瓷釉料熔块粉碎时，通过不断地摸索和调整轧辊线速度、间隙、碟簧组合形式和过载设定，最终将给料范围在3—10mm的水淬颗粒料，粉碎至- 40一+80目占63%的成品料，筛上料和过粉碎物料所占比例均未超过20%，有效地保证了对粉碎颗粒分布形态的苛刻要求。大量的试验情况证明，只有正确地了解、掌握并有针对性地应用好层压粉碎技术，去指导粉碎机械设备的设计与制造，才能有效地解决粉体工程中的实际疑难问题。
3、结语
层压粉碎技术作为一项非常专业的技术，有着其相对的学术专业性，在应用其技术开发设计产品时，如何建立相应的力学模型和数学模型，正确分析物料的受力状况和机械功耗，确定合适的试验方法，认证明确的试验结果等方面，都还需要作相应的大量工作。武汉探矿机械厂作为定点生产破碎、研磨等粉碎专用机械设备的专业厂家，应加大先进专业技术的引进，重视基础理论的消化吸收，做到密切结合工厂实际，坚持科技创新，确保设计开发研制出有一定技术含量和特色的新产品，在为满足市场需求的同时，更为企业自身带来优异的经济效益。
