分級破碎是20世紀(jì)80年代世界范圍內(nèi)出現(xiàn)的一種新型的破碎技術(shù)，其核心特點是既保證了產(chǎn)品的粒度要求又避免了過粉碎。對于不同粒度組成的入料進行選擇性破碎，符合粒度要求的物料直接通過，只對大于要求粒度的物料進行破碎，所得產(chǎn)品全部滿足粒度要求。
1、分級破碎理論基礎(chǔ)
    被破碎礦塊內(nèi)部存在不同大小和方向的應(yīng)力，在物體破壞之前，這些應(yīng)力只以彈性能形態(tài)儲存，整個應(yīng)力分布狀態(tài)符合總能量最低原理；當(dāng)彈性能的積累達到物體破壞極限后，彈性能和表面能結(jié)合起來也處于最小值。Griffith將表面能的概念應(yīng)用于彈性理論，認為礦塊的實際強度大大低于理論數(shù)值的原因在于其內(nèi)部存在極細微的裂紋。裂紋特性直接影響礦塊破碎后的粒度分布以及破碎過程中的能量消耗。
1.1加載率與能量消耗
    首先，裂紋的存在降低了礦塊的有效強度。礦塊的表觀楊氏模量以及其他彈性模量將依賴于應(yīng)變率。其次，因為裂紋擴展表現(xiàn)為平面特征，所以在稍不完善的各向同性材料中，裂紋擴展將呈現(xiàn)平行裂紋擴展方向響應(yīng)不同于垂直裂紋面方向響應(yīng)的趨勢，從而使一種初始各向同性的材料迅速轉(zhuǎn)變成高度各向異性的材料。最后，從工程學(xué)觀點看（這也許是最重要的），微裂紋擴展最終導(dǎo)致破壞。這意味著礦塊的極限強度強烈依賴于加載速率(圖1)。在準(zhǔn)靜態(tài)加載率條件下，最大或臨界缺陷是引起物體破壞的原因；而在更快的加載率條件下，一個具有有限擴展速度的單一裂紋不足以釋放不斷增加的拉應(yīng)力，于是更多的裂紋必須參加這個過程。
    由圖1知，當(dāng)加載率（可等同于破碎齒的線速度）與物料的極限強度成反比，即加載率低，參與的裂縫數(shù)量少，則物體的極限強度低，所需破碎功耗小。
1.2  動態(tài)破碎中碎塊塊度的預(yù)測
    對巖石及類巖石材料而言，由劇烈的沖擊拉張斷裂所形成的損傷表現(xiàn)為相互交錯的復(fù)雜的裂紋系，它可反映出外張力作用形成的應(yīng)力場的大小及方向。在許多應(yīng)用爆炸或沖擊破碎巖石的作業(yè)中，獲得最合適而又均勻的塊度，正是其主要目的，此外，過程的效率也是很重要的。因此，了解斷裂對于控制裂紋密度及碎塊塊度的影響是必要的。
1. 2.1  固有缺陷對動態(tài)破碎的影響
    在不同大小的拉伸載荷作用下，礦塊中的缺陷被激活并擴展。這些活化缺陷在載荷作用期間擴展，最后互相兼并并導(dǎo)致材料破壞。當(dāng)緩慢加載時，只有那些在低應(yīng)力下活化的缺陷對破碎過程作出實際貢獻。因為在載荷的增加尚不足以使其他缺陷激活之前，這些缺陷的擴展與兼并就已經(jīng)使材料發(fā)生了破壞，由此導(dǎo)致材料破壞應(yīng)力的低門檻值。因為起作用的缺陷數(shù)目較少，所以塊度較大。當(dāng)加載速率大時，在缺陷發(fā)生兼并之前，應(yīng)力已達到較高的水平，使更多的缺陷參與破碎過程，導(dǎo)致塊度更小及材料破壞時的應(yīng)力門檻值也更高。
1.2.2破碎塊度的預(yù)測
2、分級破碎的特點
2.1具有破碎與篩分雙重功能
    分級破碎機特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計保證了破碎過程為強行破碎，破碎輥不退讓，且可根據(jù)不同的人料和產(chǎn)品粒度要求選擇不同破碎齒形，這對于嚴格保證產(chǎn)品粒度是非常重要的。破碎齒螺旋布置在齒輥上，兩輥相對（或相反）運動如旋轉(zhuǎn)的格篩，小于產(chǎn)品粒度要求的物料順利通過，只對大于產(chǎn)品粒度要求的物料進行破碎，從而避免了進入破碎機的物料摻雜破碎的缺點。分級破碎機在工藝布置上采用開路破碎流程，原煤經(jīng)揀矸、除雜后直接進入分級破碎機，可直接生產(chǎn)出合格粒度的產(chǎn)品。與閉路流程相比，極大地簡化了工藝流程，開路破碎節(jié)省了設(shè)備及基建投資。
2.2  嚴格保證產(chǎn)品粒度
    分級破碎設(shè)備一般采用固定中心距對物料進行強行破碎，齒輥的結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)產(chǎn)品粒度要求進行設(shè)計，嚴格控制產(chǎn)品通過的空間尺寸，故能嚴格保證產(chǎn)品粒度，可作為粒度把關(guān)破碎設(shè)備。
2.3  過粉碎率與處理能力
    采用剪切原理，小于要求粒度的物料直接通過，只對大于粒度要求的物料進行破碎，避免了進入破碎機的物料的摻雜破碎，所以具有極低的過粉碎率。同時還可根據(jù)不同的入料粒度組成及破碎比選擇兩破碎輥旋轉(zhuǎn)方向，增加破碎通道，提高處理能力。
2.4分級破碎機的結(jié)構(gòu)性能
    分級破碎機具有整機高度低、內(nèi)力平衡、振動微弱等優(yōu)點，可有效降低對廠房高度和廠房承載強度的要求，有利于工廠的更新改造和減少新建廠房的基建投資。
3、分級破碎技術(shù)發(fā)展趨勢
    (1)高可靠性。作為洗選準(zhǔn)備系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，分級破碎設(shè)備采用開路破碎流程，實現(xiàn)了分級與破碎的雙重功效，但一旦設(shè)備出現(xiàn)問題，整個洗選系統(tǒng)將不能正常運行，因此分級破碎設(shè)備的高可靠性顯得尤為重要。
    (2)設(shè)備大型化。選煤廠大型化和工藝系統(tǒng)簡單化的趨勢要求具有大處理能力的分級破碎設(shè)備與其相適應(yīng)。
    (3)國際化。國際化主要體現(xiàn)在市場和技術(shù)的國際化和制造工藝與標(biāo)準(zhǔn)件選擇的國際化。
4、分級破碎技術(shù)的應(yīng)用
    隨著我國選煤技術(shù)的飛速發(fā)展，選煤廠日趨大型化，其工藝系統(tǒng)也日趨簡化，這就需要大處理量、高可靠性破碎設(shè)備與其相匹配。
    目前，我國采用的大型分級破碎設(shè)備還主要依賴進口，不但購置費用高，而且存在著供貨周期長、配件費用高、售后服務(wù)程序復(fù)雜等問題，亟待國內(nèi)產(chǎn)品達到同樣的性能，以替代進口產(chǎn)品。
    ssc大型分級破碎設(shè)備正是為了適應(yīng)這種日益增長的技術(shù)和市場需求而研究開發(fā)的。新齒型分級破碎機近年來被廣泛使用并取得了良好的使用效果，獲得了巨大的經(jīng)濟和社會效益。在此實踐基礎(chǔ)上，通過深入地研究及總結(jié)，同時借鑒國外的先進經(jīng)驗，煤科總院唐山分院獨立開發(fā)了具有高處理能力、高可靠性、極低過粉碎率的大型分級破碎設(shè)備。
    ssc系列大型分級破碎設(shè)備現(xiàn)已在陽泉、神華、淮南、包頭、鶴崗、七臺河、寧煤、龍口、太原等多處成功應(yīng)用，并且深受用戶歡迎和好評。使用實踐表明，該設(shè)備不但達到了國外同類產(chǎn)品的性能，而且還有很多獨到之處。該設(shè)備采用煤科總院唐山分院多年應(yīng)用的新齒型破碎齒，破碎原煤一次性使用周期為12—18個月。整機主要標(biāo)準(zhǔn)部件均采用國際知名品牌產(chǎn)品，同時采用高強度整體軸承座和多層鋼板焊接的整體機架。使用過程中，該設(shè)備表現(xiàn)出可靠性高、處理能力大、保證粒度好、破碎粒度剛性可調(diào)等優(yōu)點，完全可取代進口產(chǎn)品，從而結(jié)束了我國選煤廠大型分級破碎設(shè)備完全依賴進口的狀況。
4.1產(chǎn)品粒度特性
    粒度特性是分級破碎機最主要的特性之一。因破碎齒型及其布置方式都是根據(jù)粒度要求而特殊設(shè)計的，所以其破碎效率、細粒增量等指標(biāo)較傳統(tǒng)的齒輥破碎機都有了很大的提高（表l~表3）。從表3可看出，與老式齒輥破碎機相比，分級破碎機破碎效率提高了4.3個百分點，細粒增量減少25. 15個百分點。圖3所示為300~0mm混煤破碎前后及300一100mm大塊煤破碎后粒度組成情況。
4.2可靠性及使用壽命
    整機結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計強度高，過載保護系統(tǒng)完善，實際使用過程中表現(xiàn)出極高的可靠性。一般粗碎、中碎時破碎齒的使用壽命可達12一18個月，磨損后可現(xiàn)場堆焊修復(fù)，維修時間短，費用低。細碎齒因齒型較小，采用耐磨性高的合金鋼并經(jīng)表面處理后其使用壽命在10一15個月，可現(xiàn)場維修或更換齒板，方便快捷。
4.3粘濕物料的處理
    分級破碎機采用特殊的自清理機構(gòu)，對粘濕物料的適應(yīng)性強。2PLFX、SSCX系列細粒分級破碎機就是專門為粗精煤再選、動力配煤、水煤漿的原料準(zhǔn)備等破碎作業(yè)而研制的，該類設(shè)備對粘濕煤炭的破碎有極強的適應(yīng)性。
4.4  自動化程度高
    分級破碎機采用多級過載保護裝置，除機械保護裝置外，還配有PLC智能測控系統(tǒng)，對整機運行實時監(jiān)控。破碎機一旦出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，破碎輥將自動反轉(zhuǎn)排出異物，同時報警并關(guān)閉給料系統(tǒng)。另外，還可實現(xiàn)產(chǎn)品粒度組成、關(guān)鍵機械指標(biāo)的在線監(jiān)控等。
5、結(jié)語
    (1)分級破碎機作為一種全新理念的破碎設(shè)備具有簡化工藝流程、結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、嚴格保證產(chǎn)品粒度等優(yōu)點。其破碎效率高，細粒增量小，是煤炭及焦炭等中等硬度以下物料破碎作業(yè)的首選設(shè)備。
    (2)采用較低的加載速率，既有利于減小破碎過程中的能耗，又有利于降低破碎過程中的過粉碎，反映到破碎機參數(shù)設(shè)計上就是采用低線速度和大扭矩。
    (3) SSC系列大型分級破碎機具有可靠性高、處理能力大、保證粒度好、粒度剛性可調(diào)等優(yōu)點。其綜合工藝性能與國外同類產(chǎn)品相當(dāng)，完全可取代進口產(chǎn)品，從而結(jié)束我國選煤廠大型分級破碎設(shè)備完全依賴進口的狀況，使我國的分級破碎技術(shù)達到國際水平。