層壓粉碎技術（又稱料層粉碎技術、層間破碎理論）是當今世界粉碎工程領域中最新型實用的粉碎機械技術之一，更是對三大粉碎理論（即1855年F．Kiek的“體積說”；1867年P．Rittinger的“面積說”和1951年F．C．Bond的“裂縫說”）的綜合繼承和發展。盡管對于層壓粉碎技術的粉碎機理和力學特性仍然還沒有被完全揭示，但應用層壓粉碎技術開發研制的各類粉碎機械，在粉碎工程的工業實際應用中都表現出明顯的優越性。這類新產品與傳統的粉碎設備相比，具有結構簡單、工作可靠、制造容易、維護方便、高效節能和體積小、噪音低等機械特性，并能輕松地實現較大的破碎比和控制過粉碎現象。根據這一技術理論，最早由德國Polysius公司，在1985年設計制造出高壓輥磨機，以后前蘇聯研制成功離心慣性圓錐破碎機；英國和日本研究生產了帶有曲率弧線型“平行區”的細碎顎式破碎機；美國推出了Gyradisc和超重型短頭圓錐破碎。2003年武鋼程潮鐵礦球團車間斥巨資1000萬人民幣，引進了德國Humholdt公司生產的巾1000×250高壓輥磨機，用于超微鐵粉的作業，并取得了良好的效益。
對于層壓粉碎技術的研究和探討，筆者自1999年起就非常重視該項技術理論在產品開發中的應用，并根據具體實際情況，先后設計研制了MPE -100 x250超細碎顎式破碎機、MPC -∮250×150輥式粉碎篩分機，MPC -巾400×250對輥粉碎機和MZ -200圓錐式研磨機等四項新產品，并成功推廣應用于釹鐵硼磁材、稀土曲性合金、冶金專用鐵合金、人造金剛石、金屬氧化物顏料和陶瓷玻璃熔塊料等各類粉碎工程行業。在3—4年時間這類產品形成了100臺左右的批量，刨產值約200多萬元，實現近100萬元的稅利。實踐證明，正是由于層壓粉碎技術的應用，才使得這類產品具備傳統產品所無法比的優良性能，并都帶來了較高的附加值和經濟效益。盡管如此，層壓粉碎技術在粉碎機械產品研發中的應用還只是剛剛開始，如何正確理解、開發、設計和制造新系列產品，實現大型化和產業化，還有許多問題需要在實踐的基礎上不斷地完善和提高，現就有關體會進行淺析探討，以求專家指正。
1、層壓粉碎韻粉碎過程
在以往的破碎粉磨設備的設計中，人們往往只重視單顆粒物料的壓碎、磨碎、劈碎、折碎和擊碎，而忽略了研究物料層中存在的破碎現象，隨著粉碎工程理論研究的深入和實踐技術的提高，人們了解并開始研究層壓粉碎技術。事實上，在現代物料的機械粉碎過程中，單顆粒的粉碎是很少的，即使存在也往往伴隨著大量的層壓粉碎。例如顎式破碎機就是這樣，破碎腔上部，由于物料粒度大，多為單顆粒在顎板反復沖擊、擠壓的作用下破碎；在破碎腔下部，物料粒度較上部小，多呈交錯層狀排列，受到顎扳的反復沖擊、擠壓而破碎，所以，在破碎腔卜．部物料的破碎過程就是層壓粉碎。在對輥機中，由于旋轉軋輥間施加有較大的壓力，使進入破碎區的顆粒間互相緊密接觸，并有效地傳遞力的作用，使機械能量最大限度地轉變為粉碎能量，同時物料的運動是一種強制性的運動，在重力和摩擦力的作用下，物料受到一定的向下的拉力，使物料再次經受擠壓粉碎作用而排出。
層壓粉碎與單顆粒粉碎的根本區別在于：單顆粒粉碎系指物料受到應力作用而發生破碎各自進行的，即不存在物料顆粒間的相互作用力；層壓粉碎為大量顆粒聚集在一起，相互接觸所形成的群體粉碎。層壓粉碎大致可以分為三個階段：
(1) 密實階段：壓力較小時，物料顆粒彼此靠近、擠緊，保持良好的接觸，此時體積變化很大，達到一定的密實程度；
(2) 粉碎階段：壓力不斷增大，密實度繼續增大，顆粒的間隙越來越小，顆粒之間的能量互相傳遞擠壓應力，當應力強度達到顆粒壓碎強度（例如50MPa以上）時，顆粒即開始粉碎過程；
(3)結團階段：壓力在粉碎過程中達到最大時，粉碎概率達到最大值。由于破碎腔越來越小，已碎顆粒猶如粉末一樣產生結團，此時應迅速排出。
事實上層壓粉碎時，顆粒的受力狀態和單顆粒破碎時相差很大。層壓粉碎中的顆粒受力狀態非常復雜，并與許多因素有關，如壓力特性（包括載荷的靜動形式、壓力強度、作用時間等）、料層的粒度組成、料層的堆積結構、顆粒在空間的位置等。而層壓的粉碎效果，除了與料層中顆粒受力狀態有關外，還與物料特性（包括顆粒的力學特性、物理特性及幾何特性等）有關，這里只能是作一點粗略的分析和膚淺的探討。
2、層壓粉碎技術的應用
一般的層壓粉碎是在純壓力作用下進行的，實驗證明：當采用單純的壓力、沖擊和剪壓進行比較時，純壓力具有比沖擊和剪壓更好的粉碎效果。需要指出的是：顎式破碎機的層壓粉碎與對輥機的加壓所形成的層壓粉碎相比有著一定的區別。一方面顎式破碎機的破碎過程是間斷工作的，在壓力存在的同時還存在有一定的沖擊力；另一方面，細碎顎式破碎機所要求的產品粒度多為l ~8 mm，而對輥粉碎機的產品粒度一般都在-1 mm以下，甚至到一100一- 200目。因此，顎式破碎機的層壓粉碎很少存在結團現象，而對輥粉碎機則需要根據物料的特性來調整壓力，控制粉碎產品中的結團現象。
2.1 細碎顎式破碎機中的應用
細碎顎式破碎機的層壓粉碎主要是在排礦口要行成純壓力的破碎行為。眾所周知，顎式破碎機的運動副是典型的四連桿機構，排礦口運動軌跡為近似橢圓的復雜擺動，其動特性由構件的幾何尺寸和位置關系決定。要在排礦口形成有一定效果的純壓力，則必須在破碎腔的下部設計一個特殊曲率弧線的“平行區”。日本的ST型破碎機，是在破碎機下部設計有一同曲率弧型“平行區”；英國的細碎顎式破碎機，是根據“固定容積”原理得到的修正高斯曲線加外擺線型“平行區”。由于我們的設計手段和制造工藝所限，MPE-100×250超細碎顎式破碎機采取了大曲率的活動顎板曲線，與小曲率的固定顎板曲線相吻合的特定“平行區”，并以一種特定的“零支承”形式，形成有效的小位移量的水平位移，以確保純壓力的形成，同時起到均整物料的層壓粉碎作用（如圖l所示）。實踐證明，這種“平行區”所形成的層壓粉碎過程，可有效地把顎式破碎機的排料粒度控制在1~8 mm，而“零支承”傳動結構形式配合負懸掛結構，對確保排料暢通，顎板磨損適中，起到了非常有效的作用。正是由于充分利用了層壓粉碎技術，才有效地解決了顎式破碎機的超細破碎難題。
2.2.2對輥粉碎機主要參數變化規律
(1) 工作壓力對粉碎特性的影響。對輥粉碎機粉碎物料的原理是基于壓應力對料層的作用，因而，壓力對產物的粒度分布特性就具有決定意義的影響。但是，迄今為止，并沒有人建立起任何理論公式來表明二者之間存在的函數關系。用指定粒級的負累積產率的百分量來表示物料細度是常用的方法。試驗發現工作壓力同產物細度這之間的定性關系為：壓力增大，細粒級產率有所增加，但增加的幅度之間不呈比例關系，達到一定壓力值之前，細粒級增加的速度較快，隨著壓力增大，細粒級增加的速度逐漸減小。對于不同的物料，細粒級產率同壓力之間表現出了統一的規律。對相同的壓力來說，給料越細，所吸收的能量就越多，粉碎效果就越好。也就是說，粒度分布對料層的密度過程有顯著的影響，進而影響料層粉碎過程中的能量吸收利用。雖然有現象表明，在較低的壓力作用下，單位質量的物料能耗較少，壓力升高時情況則相反。然而，從另外的角度看，較小壓力下只能產生相對較少的一部分細粒級產晶。最佳的工作狀態對不同的物料和不同的給料粒度顯然是不相同的。
(2)軋輥轉速對粉碎特性的影響。軋輥的轉速和直徑決定了對輥粉碎機的輥面線速度，從幾何學關系可以理論推導出對輥粉碎機的產量與輥面線速度間似乎存在著一種正比關系。但大量的試驗表明，這一結論只是不一定條件下才成立。有跡象顯示，似乎存在一個臨界輥面線速度u。的概念，當輥面速度小于u。時，結論成立；而當輥面速度大干u。時，該結論不成立。在一定的試驗條件’F測得：u。=2.09 m/s。驗證表明：在輥面線速度未達到此臨界速度之前，產量隨之呈正比關系增加，而在u。之后，產量增加的趨勢就變得越來越慢了。
試驗的結果同樣表明：輥面的線速度對粉碎機能耗的影響也是非常明顯的。因為粉碎機的規格一經確定后，輥面的線速度就只能由軋輥的轉速確定。輥面線速度增大，導致單位質量物料所消耗能量降低，到達臨界線速度值附近時，能量消耗達到了最低狀態。當輥面線速度超過臨界值時，比能耗又有上升趨勢。
由此可見，利用層壓粉碎原理設計的粉碎機必須保證破碎機能順利地排出已破碎的物料，否則將會增加破碎過程的能耗，發揮不出層壓粉碎的優勢。換句話講，并不是所有類型的破碎機都適于層壓粉碎全過程的工作狀態。
需要說明的是，國外的層壓粉碎機械設備的壓力系統大都是由油壓系統提供的，其性能穩定可靠，但價格昂貴，維修保養復雜，不太適合中國國情。筆者設計的對輥粉碎機采用的是“多層重疊式組合碟形彈簧”，不但可以允許活動軋輥在較大壓力下所需要的一定位移量，而且可以確保固定軋輥在規定的間隙調整范圍和極限壓力下，具有過載保護能力。過載極限的設定和壓力的調整，則完全取決于所粉碎物料的物性和產品粒度要求。如MPG-∮400×250對輥粉碎機在作陶瓷釉料熔塊粉碎時，通過不斷地摸索和調整軋輥線速度、間隙、碟簧組合形式和過載設定，最終將給料范圍在3—10mm的水淬顆粒料，粉碎至- 40一+80目占63%的成品料，篩上料和過粉碎物料所占比例均未超過20%，有效地保證了對粉碎顆粒分布形態的苛刻要求。大量的試驗情況證明，只有正確地了解、掌握并有針對性地應用好層壓粉碎技術，去指導粉碎機械設備的設計與制造，才能有效地解決粉體工程中的實際疑難問題。
3、結語
層壓粉碎技術作為一項非常專業的技術，有著其相對的學術專業性，在應用其技術開發設計產品時，如何建立相應的力學模型和數學模型，正確分析物料的受力狀況和機械功耗，確定合適的試驗方法，認證明確的試驗結果等方面，都還需要作相應的大量工作。武漢探礦機械廠作為定點生產破碎、研磨等粉碎專用機械設備的專業廠家，應加大先進專業技術的引進，重視基礎理論的消化吸收，做到密切結合工廠實際，堅持科技創新，確保設計開發研制出有一定技術含量和特色的新產品，在為滿足市場需求的同時，更為企業自身帶來優異的經濟效益。
