1基本概念、粉碎功耗、粉碎方法和设备分类.ppt
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机械工作的基本技术经济指标，粉碎设备性能的 评价指标之一。
பைடு நூலகம்
6.1.2 粉碎级数与粉碎流程
多级粉碎：几台粉碎机串联起来的粉碎过程。 粉碎级数：串联粉碎机的台数。 总粉碎比：原料粒度与最终产品的粒度之比。
总粉碎比与各级粉碎比的关系如下：
i0=i1•i2•i3•i4•…in=D/dn
例题1.(p81)
粉碎流程（p82 图6.1）
2) 雷廷智（Rittinger P.R.）表面积理论
dE=CRdS
E= CR (1/D2-1/D1)
式中：S为物料表面积； E 为粉碎功耗；D1、D2分别为物料粉碎前后的平均粒径；
CR为常数
该学说比较适合粉磨过程。
3) 基尔比切夫和基克（F. Kick）体积理论
此学说认为物体受外力后必然在内部引起应力，随外力增加， 物体的应力及变形亦随之增大。由于物料的体积变形，导致了物 料的粉碎。因而，粉碎物料所作的功与物料的体积成正比。
简单的粉碎流程（a) 开路流程
带预筛分的粉碎流程(b)
带检查筛分的粉碎流程(c) 闭路流程
带预筛分和检查筛分的粉碎流程(d)
开闭路的区别在于粉碎后的粗物料是否再回到粉碎机
循环负荷率：
粗颗粒回料质量与该级破碎（或粉磨）产品 质量之比。
筛分效率（或选粉效率）：
检查筛分（或选粉设备）分选出的合格物料 质量与进该设备的合格物料总质量之比。
材料机械与设备
材料科学与工程专业
主讲：谢玉芬 材料科学与工程学院
第六章 粉体的机械制备
6.1 基本概念
6.1.1 粉碎与粉碎比 粉碎：是固体物料在外力作用下，克服内聚力，
使之颗粒尺寸减小，表面积增加的过程。（定义） 粉碎是一种使大块物料变成小块物料甚至粉末，
并产生新表面的过程。它可分为两个阶段，将大 块物料碎裂成小块称破碎；将小块物料碎裂为细 粉末状物料的加工过程称粉磨。相应的机械分别 称为破碎机械和粉磨机械。
所以粗碎时，体积学说比较适合，细碎（粉磨）时 表面积学说比较适合，裂纹学说比较适合介于两者之 间的情况。三者之间互相补充。
6.2.2 新近粉碎功耗理论
1)田中达夫粉碎理论
由于颗粒形状、表面粗糙度等因素的影响，经典理 论各式中的平均粒径或代表性粒径很难精确测定。而比 表面积测定技术的发展使得用其表示粒度平均情况来的 更加精确。田中达夫提出：比表面积增量对功耗增量的 比与极限比表面积和瞬时比表面积的差成正比。
6.2.1 经典粉碎功耗理论
1) Lewis公式 ：粒径减小所耗能量与粒径的n次方成反比。
dE= －C dD/Dn
（6.7）
式中： E 为粉碎功耗；D为物料的粒径；C、n为常数。
缺陷：随着粉碎过程进行，物料粒度不断减小，其宏观缺陷也减小，强度增大，因 而减小同样的粒度所需的能量是要增加的。即 粗粉碎和细粉碎阶段的比功耗是不同 的。
实际强度≈（10-3～10-2）× 理想强度 （p83 表6.1一些材料的理想强度和实测强度）
材料的实测强度大小与测定条件有关，如试样的尺 寸、加载速度及测定时的介质环境等。
6.1.4.硬度
表示材料抵抗其他物体刻划或压入其表面的能力， （固体表面产生局部变形所需的能量）。这一能量与 材料内部化学键强度以及配位数等有关。
Km=Eb/E
式中 Eb-粉碎标准物料单位电耗， J/t ；E-粉碎风干状态下该物 料的单位电耗，J/t。物料易碎系数愈大，愈易粉碎。
已知某一粉碎机在粉碎某一物料的生产能力Q，利用易碎系数， 可求出这台粉碎机在粉碎另一物料时的生产能力Q1，即
Q1/Q=Km1/Km
Wi越小，物料的易碎性越好
6.2 粉碎功耗理论
粉碎
粗碎 破碎 中碎
细碎
粗磨 粉磨 细磨
超细磨
物料破碎到100mm 物料破碎到30mm 物料破碎到3mm
物料粉磨到0.1mm 物料粉磨到60μm 物料粉磨到≤ 5μm
（小至亚微米）
粉碎度（粉碎比） 粉碎前物料的尺寸D与粉碎后物料尺寸d的比值为 粉碎度（破碎比） i= D/d 上式系指平均粉碎度， 破碎机的公称粉碎比 i公=最大进料口宽度/最大出料口宽度 破碎机i=3～30，粉磨机i=500～1000
无机材料一般以莫氏硬度表示，硬度值越大意味着 硬度越高。
（P84 表6.2典型矿物的莫氏硬度值）
硬度可作为材料耐磨性的间接评价指标，即硬度值 越大者，通常耐磨性也越好。
6.1.5.易碎性
物料粉碎的难易程度。与材料的强度、硬度、密度、结构、水 分、表面情况及形状等有关。
易碎性通常用易碎性系数表示，又称相对易碎系数。
σth=(γE/α)1/2
γ-表面能；E-材料弹性模量；α（R0）-晶格常数（引力和斥 力相等时原子或分子间的距离）
材料分子或原子间作用力与分子或原子间距离的关系
实际强度：由于实际材料不可避免的存在缺陷，从 而使材料在受力尚未达到理想强度前，这些缺陷 的薄弱位置已经达到其极限强度，材料已经发生 破坏。
CB的大小与物料性质与使用的粉碎机类型有关，D1、D2为粉碎前后80％的物料所能通过的筛孔尺寸。
表面积学说、体积学说和裂纹学说可以看成是 Lewis式中常数n=1、2和1.5时积分所得。可以认为是 对Lewis式的具体修正，从不同角度解释了粉碎现象的 某些方面，它们各自代表粉碎过程的一个阶段－－弹 性变形（Kick）、开裂及裂纹扩展（Bond）和形成新 表面（Ritttinger）。
6.1.3.强度
强度： 指材料对外力的抵抗能力，通常以材料破坏时单位 面积上所受的力表示。按受力破坏方式不同可分为：压缩、 拉伸、弯曲和剪切强度等。
理想强度：材料结构非常均匀，没有缺陷时的强度。此时， 原子或分子间的引力源于原子或分子间的化学建。而斥力 源于原子核间的排斥力。引力和斥力的作用使原子或分子 处于平衡位置，理想强度就是破坏这一平衡所需的能量。
E=CK(lg1/D2-lg1/D1)
系数CK与物料的机械性能有关。该学说比较适合粗碎作业。
4) 邦德(Bond)·裂纹理论
邦德认为，粉碎物料时，外力作用的功首先使物体发生变形， 当局部变形超过临界点时即生成裂纹，裂纹形成之后，储在物体 内的形变能使裂纹扩展并生成断面。输入功的一部分转化为新生
表面的表面能，其余部分转变成热损失。 E=CB{(D2)1/2 -(D1)1/2）}
பைடு நூலகம்
6.1.2 粉碎级数与粉碎流程
多级粉碎：几台粉碎机串联起来的粉碎过程。 粉碎级数：串联粉碎机的台数。 总粉碎比：原料粒度与最终产品的粒度之比。
总粉碎比与各级粉碎比的关系如下：
i0=i1•i2•i3•i4•…in=D/dn
例题1.(p81)
粉碎流程（p82 图6.1）
2) 雷廷智（Rittinger P.R.）表面积理论
dE=CRdS
E= CR (1/D2-1/D1)
式中：S为物料表面积； E 为粉碎功耗；D1、D2分别为物料粉碎前后的平均粒径；
CR为常数
该学说比较适合粉磨过程。
3) 基尔比切夫和基克（F. Kick）体积理论
此学说认为物体受外力后必然在内部引起应力，随外力增加， 物体的应力及变形亦随之增大。由于物料的体积变形，导致了物 料的粉碎。因而，粉碎物料所作的功与物料的体积成正比。
简单的粉碎流程（a) 开路流程
带预筛分的粉碎流程(b)
带检查筛分的粉碎流程(c) 闭路流程
带预筛分和检查筛分的粉碎流程(d)
开闭路的区别在于粉碎后的粗物料是否再回到粉碎机
循环负荷率：
粗颗粒回料质量与该级破碎（或粉磨）产品 质量之比。
筛分效率（或选粉效率）：
检查筛分（或选粉设备）分选出的合格物料 质量与进该设备的合格物料总质量之比。
材料机械与设备
材料科学与工程专业
主讲：谢玉芬 材料科学与工程学院
第六章 粉体的机械制备
6.1 基本概念
6.1.1 粉碎与粉碎比 粉碎：是固体物料在外力作用下，克服内聚力，
使之颗粒尺寸减小，表面积增加的过程。（定义） 粉碎是一种使大块物料变成小块物料甚至粉末，
并产生新表面的过程。它可分为两个阶段，将大 块物料碎裂成小块称破碎；将小块物料碎裂为细 粉末状物料的加工过程称粉磨。相应的机械分别 称为破碎机械和粉磨机械。
所以粗碎时，体积学说比较适合，细碎（粉磨）时 表面积学说比较适合，裂纹学说比较适合介于两者之 间的情况。三者之间互相补充。
6.2.2 新近粉碎功耗理论
1)田中达夫粉碎理论
由于颗粒形状、表面粗糙度等因素的影响，经典理 论各式中的平均粒径或代表性粒径很难精确测定。而比 表面积测定技术的发展使得用其表示粒度平均情况来的 更加精确。田中达夫提出：比表面积增量对功耗增量的 比与极限比表面积和瞬时比表面积的差成正比。
6.2.1 经典粉碎功耗理论
1) Lewis公式 ：粒径减小所耗能量与粒径的n次方成反比。
dE= －C dD/Dn
（6.7）
式中： E 为粉碎功耗；D为物料的粒径；C、n为常数。
缺陷：随着粉碎过程进行，物料粒度不断减小，其宏观缺陷也减小，强度增大，因 而减小同样的粒度所需的能量是要增加的。即 粗粉碎和细粉碎阶段的比功耗是不同 的。
实际强度≈（10-3～10-2）× 理想强度 （p83 表6.1一些材料的理想强度和实测强度）
材料的实测强度大小与测定条件有关，如试样的尺 寸、加载速度及测定时的介质环境等。
6.1.4.硬度
表示材料抵抗其他物体刻划或压入其表面的能力， （固体表面产生局部变形所需的能量）。这一能量与 材料内部化学键强度以及配位数等有关。
Km=Eb/E
式中 Eb-粉碎标准物料单位电耗， J/t ；E-粉碎风干状态下该物 料的单位电耗，J/t。物料易碎系数愈大，愈易粉碎。
已知某一粉碎机在粉碎某一物料的生产能力Q，利用易碎系数， 可求出这台粉碎机在粉碎另一物料时的生产能力Q1，即
Q1/Q=Km1/Km
Wi越小，物料的易碎性越好
6.2 粉碎功耗理论
粉碎
粗碎 破碎 中碎
细碎
粗磨 粉磨 细磨
超细磨
物料破碎到100mm 物料破碎到30mm 物料破碎到3mm
物料粉磨到0.1mm 物料粉磨到60μm 物料粉磨到≤ 5μm
（小至亚微米）
粉碎度（粉碎比） 粉碎前物料的尺寸D与粉碎后物料尺寸d的比值为 粉碎度（破碎比） i= D/d 上式系指平均粉碎度， 破碎机的公称粉碎比 i公=最大进料口宽度/最大出料口宽度 破碎机i=3～30，粉磨机i=500～1000
无机材料一般以莫氏硬度表示，硬度值越大意味着 硬度越高。
（P84 表6.2典型矿物的莫氏硬度值）
硬度可作为材料耐磨性的间接评价指标，即硬度值 越大者，通常耐磨性也越好。
6.1.5.易碎性
物料粉碎的难易程度。与材料的强度、硬度、密度、结构、水 分、表面情况及形状等有关。
易碎性通常用易碎性系数表示，又称相对易碎系数。
σth=(γE/α)1/2
γ-表面能；E-材料弹性模量；α（R0）-晶格常数（引力和斥 力相等时原子或分子间的距离）
材料分子或原子间作用力与分子或原子间距离的关系
实际强度：由于实际材料不可避免的存在缺陷，从 而使材料在受力尚未达到理想强度前，这些缺陷 的薄弱位置已经达到其极限强度，材料已经发生 破坏。
CB的大小与物料性质与使用的粉碎机类型有关，D1、D2为粉碎前后80％的物料所能通过的筛孔尺寸。
表面积学说、体积学说和裂纹学说可以看成是 Lewis式中常数n=1、2和1.5时积分所得。可以认为是 对Lewis式的具体修正，从不同角度解释了粉碎现象的 某些方面，它们各自代表粉碎过程的一个阶段－－弹 性变形（Kick）、开裂及裂纹扩展（Bond）和形成新 表面（Ritttinger）。
6.1.3.强度
强度： 指材料对外力的抵抗能力，通常以材料破坏时单位 面积上所受的力表示。按受力破坏方式不同可分为：压缩、 拉伸、弯曲和剪切强度等。
理想强度：材料结构非常均匀，没有缺陷时的强度。此时， 原子或分子间的引力源于原子或分子间的化学建。而斥力 源于原子核间的排斥力。引力和斥力的作用使原子或分子 处于平衡位置，理想强度就是破坏这一平衡所需的能量。
E=CK(lg1/D2-lg1/D1)
系数CK与物料的机械性能有关。该学说比较适合粗碎作业。
4) 邦德(Bond)·裂纹理论
邦德认为，粉碎物料时，外力作用的功首先使物体发生变形， 当局部变形超过临界点时即生成裂纹，裂纹形成之后，储在物体 内的形变能使裂纹扩展并生成断面。输入功的一部分转化为新生
表面的表面能，其余部分转变成热损失。 E=CB{(D2)1/2 -(D1)1/2）}