從古老的石磨到當(dāng)今流行的電力粉碎機(jī),物料粉碎工藝歷經(jīng)了幾千年的歷史。我國到了晉代,就發(fā)明了用水力作為動(dòng)力的水磨,極大地推動(dòng)了食品和飼料工業(yè)的發(fā)展。
粉碎機(jī)械(英文名稱comminution machine),是破碎機(jī)械和粉磨機(jī)械的總稱,這兩者通常安排料粒度的大小作區(qū)分:排料粒度大于3毫米的含量占總排料量50%以上者稱為破碎機(jī)械;小于3毫米的含量占總排料量50%以上者則稱為粉磨機(jī)械。有時(shí)也將粉磨機(jī)械稱為粉碎機(jī)械,這是粉碎機(jī)械的狹義含意。
在中國,公元前兩千多年就出現(xiàn)了最為簡(jiǎn)單的粉碎工具一杵臼。杵臼進(jìn)一步演變?yōu)楣?00 -前100年的腳踏碓。這些工具運(yùn)用了杠桿原理,初步具備了機(jī)械的雛形,不過,它們的粉碎動(dòng)作仍是間歇的。
最早采用連續(xù)粉碎動(dòng)作的粉碎機(jī)械是公元前四世紀(jì)由公輸班發(fā)明的畜力磨,另一種采用連續(xù)粉碎動(dòng)作的粉碎機(jī)械是輥碾,它的出現(xiàn)時(shí)期稍晚于磨。公元二百年之后,中國杜預(yù)等在腳踏碓和畜力磨的基礎(chǔ)上研制出了以水力為原動(dòng)力的連機(jī)水碓、連二水磨、水轉(zhuǎn)連磨等,把生產(chǎn)效率提高到一個(gè)新的水平。這些機(jī)械除用于谷物加工外,還擴(kuò)展到其他物料的粉碎作業(yè)上。
近代的粉碎機(jī)械是在蒸汽機(jī)和電動(dòng)機(jī)等動(dòng)力機(jī)械逐漸完善和推廣之后相繼創(chuàng)造出來的。1806年出現(xiàn)了用蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的輥式破碎機(jī);1858年,美國的布萊克發(fā)明了破碎巖石的顎式破碎機(jī);1878年美國發(fā)展了具有連續(xù)破碎動(dòng)作的旋回破碎機(jī),其生產(chǎn)效率高于作間歇破碎動(dòng)作的顎式破碎機(jī);1895年,美國的威廉發(fā)明能耗較低的沖擊式破碎機(jī)。
與此同時(shí),粉磨機(jī)械也有了相應(yīng)的發(fā)展,19世紀(jì)初期出現(xiàn)了用途廣泛的球磨機(jī);1870年在球磨機(jī)的基礎(chǔ)上,發(fā)展出排料粒度均勻的棒磨機(jī);1908年又創(chuàng)制出不用研磨介質(zhì)的自磨機(jī)。二十世紀(jì)30~50年代,美國和德國相繼研制出輥碗磨煤機(jī)、輥盤磨煤機(jī)等立軸式中速磨煤機(jī)。這些粉碎機(jī)械的出現(xiàn),大大提高了粉碎作業(yè)的功效。但是,由于各種物料的粉碎特性互有差異,不同行業(yè)對(duì)產(chǎn)品的粒度要求也彼此不同,于是又先后創(chuàng)制出按不同工作原理進(jìn)行粉碎作業(yè)的多種粉碎機(jī)械,如輪碾機(jī)、振動(dòng)磨、渦輪粉碎機(jī)、氣流粉碎機(jī)、風(fēng)扇磨煤機(jī)、砂磨機(jī)、膠體磨等。
到了70年代初期,已制造出每小時(shí)產(chǎn)量為5000噸、最大給料直徑達(dá)2000毫米的大型旋回破碎機(jī),和能將物料磨細(xì)到粒度小于0.01微米的膠體磨。用機(jī)械粉碎固體物料的主要方法有五種,即擠壓、彎曲、劈裂、研磨和沖擊。前四種都是使用靜力,最后一種則應(yīng)用動(dòng)能。在絕大多數(shù)粉碎機(jī)械中,物料常常在兩種以上粉碎方法的作用下被粉碎,例如,在旋回破碎機(jī)中,主要應(yīng)用擠壓、劈裂和彎曲;在球磨機(jī)中,主要應(yīng)用沖擊和研磨,粉碎方法是根據(jù)物料的物理特性、料塊的大小和所要求的細(xì)化程度來選擇的。對(duì)于堅(jiān)硬物料,應(yīng)采用擠壓、彎曲和劈裂;對(duì)于脆性物料,應(yīng)采用沖擊和劈裂;料塊較大時(shí),應(yīng)采用劈裂和彎曲;料塊較小或要求排料粒度很小,則應(yīng)采用沖擊和研磨。粉碎方法如果選擇不當(dāng),就會(huì)出現(xiàn)粉碎困難或過度粉碎現(xiàn)象,兩者都會(huì)增大粉碎過程中的能量消耗。