CN114007750A - 用于粉碎的设备、系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于将固体颗粒材料逐渐破碎成更细尺寸颗粒的辊式破碎机。它具有多个间隔开的破碎级，这些破碎级布置成使得颗粒流动路径在辊的外周表面之间从一个破碎级连续行进到下一个破碎级，这些辊可调节地彼此移动不大于来自该破碎级的期望最大颗粒尺寸的横向距离。当固体颗粒材料流在每对辊之间通过时，流动路径所遇到的预定横向距离可被控制为具有足够可操作窄的尺寸，以便仅向以预选固体颗粒材料的该尺寸范围的恰好最大尺寸颗粒施加足够的压缩破碎力，并且单层颗粒流从中通过，以最小化该级的能量消耗。

Description

用于粉碎的设备、系统和方法

技术领域

本发明总体涉及粉碎，更具体地，涉及使用辊式破碎机的粉碎。本公开涉及辊式破碎设备的设计以及用于在破碎颗粒材料比如矿石时优化这种设备中能量使用的方法。然而，也公开了具有可重复运动破碎元件的其他类型的破碎机。

背景技术

目前可用的粉碎设备用于将原矿矿体破碎至低于(minus)100μm的颗粒最大尺寸，通常需要使用多级破碎和研磨，这通常需要顺序使用不同类型的破碎和研磨机的组合。可以选择典型的粉碎机，例如颚式破碎机、锥式破碎机、辊式破碎机、锤式破碎机等，因为它们设计成在一定范围的颗粒最大尺寸内操作，用于进料输入和产品输出。

装置组合的使用也可能需要使用中间分类分离设备，例如除去研磨期间产生的超细颗粒的积累。装置组合也可能需要使用循环流，以确保在矿石材料可进入另一类型的粉碎设备之前颗粒被充分破碎到选定的产品最大尺寸。

在大多数粉碎机中，很少或没有控制颗粒的破碎。倾向于多个颗粒桥接两个破碎元件之间的间隙(例如颚式破碎机中相对的钳口，或双辊式破碎机中反向旋转的辊)，然后这些桥接颗粒中的每个在破碎步骤中断裂。然后，使用设备后分类装置(比如筛网或旋风分离器或空气分选机)将某些颗粒向前引导以进一步处理，并引导那些需要回收的颗粒向上游返回以进一步破碎。以这种方式进行的粉碎不可避免地导致大部分材料的过度研磨，也就是说，颗粒尺寸实际上低于有效释放有价值矿物所需的最小产品最大尺寸。

将颗粒悬浮在空气或水中的分选机受到密度选择和颗粒尺寸选择的影响，导致密度较高的相进一步过度研磨，而密度较低的相研磨不足。结果，相当多的能量浪费在过度研磨的材料中，导致在能量使用方面的成本高于实现期望的释放尺寸所需的成本。

需要一种改进的粉碎系统，该系统能够通过在受控的步骤序列中应用尺寸减小来克服这些限制，从而实现所需的最大的最大尺寸，同时将低于所需释放尺寸的材料的产生减到最小。

发明内容

在第一方面，公开了一种用于将固体颗粒材料逐渐破碎成更细尺寸颗粒的辊式破碎机的实施例，该辊式破碎机包括：多个间隔开的破碎级，这些破碎级布置成使得在使用过程中，所述颗粒的流动路径从一个破碎级连续行进到下一个破碎级；每个破碎级包括辊对，每个辊安装成绕细长轴线旋转运动，所述辊对的每个辊连同其各自的驱动传动机构代表位于支撑件处的功能单元；以及

在破碎级中的辊的相应外周表面可调节地彼此可移动地分开不大于来自该破碎级的期望最大颗粒尺寸的预定横向距离，所述横向距离与流动路径对齐，并且垂直于在使用中被接收到辊对上并被吸入辊对之间的固体颗粒材料的流动方向；

其中，当连续推进通过破碎级时，流动路径遇到的预定横向距离可调节为以在大于1且小于2的范围内的预选数值比(也称为“破碎比”)相对小于先前破碎级中的预定横向距离；并且

所述破碎级中的辊可以至少与位于任何先前破碎级中的辊相同或更快的旋转运动速率操作。

在一些实施例中，预选数值比在1.2至1.5的范围内，并且在进一步的具体实施例中，它在1.25至1.33的范围内。换句话说，预选数值比是通过先前级的横向距离除以当前级的横向距离的相对度量来计算的。本公开中每个破碎级之间使用的这种数值比(或破碎比)与发明人在实验室测试中建立的单个颗粒破裂所需的最小破碎比一致。

辊式破碎机可以处理大尺寸颗粒的进料，该进料经过一系列破碎级，在一示例性实施例中，这些破碎级布置成竖直堆。在一这样布置中(在本说明书的图示中稍后示出)，破碎级的每个部件的支撑件是四边开放框架结构的形式，破碎级的各种部件(例如单独的功能单元、马达等)可以固定地附接到该框架结构上。通过将多个框架叠置并通过紧固件等将它们连接，形成竖直堆。

在进一步的实施例中，代替开放的框架，用于每个功能单元的支撑件可以其他形式存在，例如具有必要孔的平面基板，在使用中流动路径被引导通过该孔，并且相应基板具有一些其他装置(例如腿、凸缘或其他突起)，用于以固定的空间关系彼此直接连接，或者可替代地紧固到外骨架类型的结构上。

在堆的一些实施例中，每个破碎级包括一对彼此平行定向布置的圆柱形辊，在每个辊对之间具有横向距离(或“流动路径”，或“流动路径间隙”，或“辊间隙宽度”，或“辊间隙”或“辊隙”)，该距离被定义为当连续通过堆时各个辊对的外围圆柱形表面之间的距离，具体地，如果堆相对于周围地面竖直布置则是沿向下方向。在一示例性实施例中，辊式破碎机布置有类似的破碎级堆，但其中当远离进料固体颗粒材料进入堆的点移动到堆中时，横向距离或辊间隙尺寸变得稳定地更小。当破碎机在使用时，辊间隙的这种逐渐顺序减小为固体颗粒(例如矿石)的逐渐分级的尺寸减小提供了基础。

在整个说明书中，当使用术语“堆”时，它指的是多个前述破碎级，这些破碎级彼此相邻放置并且在功能上互连以形成刚性结构。

在使用中，固体缓慢通过，例如经由合适的进料器入口装置，比如振动进料器，到达辊式破碎机的第一破碎级中最上面的一对辊上。用于破碎的进料固体颗粒材料进入每对辊之间的预定横向距离是以非常特殊的方式进行的。颗粒沿着辊对的长度分布，从而形成单一均匀分布的材料层。该层不应比最大的颗粒厚，也不应有颗粒堆积在其他颗粒上，从而在进入间隙时可以桥接并堆积成床。这样的进料表示被定义为“单层”。

在所公开的方法中，进料颗粒材料(以具有相对较大最大尺寸的颗粒流的形式)作为单层进入形成机器的第一破碎级的辊对中。第一对辊的间隙布置成对那些颗粒的最大尺寸提供足够程度的压缩，以仅在单次断裂事件中有效地使它们破碎，但不会引起子代的二级破碎。也就是说，破碎的碎片不应再破碎，这是初级破碎事件的结果。断裂的颗粒通常形状不规则，一定程度的细颗粒生成是不可避免的。断裂颗粒不应被压缩到在破碎过程中被其他颗粒支撑或限制的程度。最后，单层进料必须建立到足够的程度，以防止在辊之间形成颗粒填充床，使得颗粒桥接间隙，然后在床破碎条件下破碎。

在整个说明书中，当使用术语“最大尺寸”时，它指的是存在于进料中的固体颗粒的最小宽度大于该破碎级的预定横向距离，并且可以指以破碎级之一的特定尺寸。

使用这种一次初级颗粒破碎技术进行破碎提供在单个级中减小尺寸的最节能技术，而不是在颗粒床的单次冲击中施加大量能量(也称为“床破碎”)。

通过以单个颗粒破碎配置操作，来自第一破碎级的一次破碎产品固体然后将进入随后的破碎级，其中在相应的下一组辊之间存在不同(较小)预定横向距离，以此类推，直到颗粒离开破碎级序列的最后一个。在每种情况下，在破碎级中的所述辊对之间的预定横向距离布置成向进入该级的最大尺寸那些颗粒提供足够程度的压缩，以便仅一次有效地破碎它们，但不引起子代的二级破碎(床破碎)，即不再次破碎作为初级破碎事件结果的破碎碎片。

对于合格的粗颗粒，该方法中每个破碎级之间使用的破碎比范围从高于1.0(无破碎比)到更常见的1.5。如本文中关于单个颗粒破碎更详细描述，破碎比可以高于1.1，并且应该优选低于1.4，以便保持该过程的能量效率。例如，破碎比可以取决于被破碎的材料的断裂性质，并且对于相同材料的不同最大尺寸可以不同，使得装置中每个级的最佳破碎比可以不同于先前级。子代颗粒倾向于破碎至小于母体颗粒尺寸的一半，因此在仍保持单层条件的同时，以稍高的破碎比操作，效率损失很小，其可能是可行的。该扩展工作范围的最大值将是小于约2的破碎比。每个辊对之间的间隙在垂直于颗粒流动路径的方向上是可调节的，并且在与1.0和2.0之间的每个级之间所需的破碎比相当的范围内。用于逐渐单次颗粒断裂破碎的这种在大于1和小于2的范围内的小破碎比明显低于任何已知现有技术破碎机中使用的数值比，在典型的高压磨辊(HPGR)机器中，该数值比可高达40。

在一些实施例中，位于所述或每个破碎级中的辊对之间的预定横向距离处于相应的竖直对齐，使得在使用中，从中穿过的颗粒的所述流动路径也是竖直的，并且破碎级中的辊对的外周表面相对于彼此水平地可调节移动。

在一些其他实施例中，所述预定横向距离可以不竖直对齐，然而颗粒固体可以通过适当形状的斜槽、通道或弯管流到下一对连续辊正上方的区域上。

在一些替代实施例中，位于所述或每个破碎级中的辊对之间的预定横向距离相对于竖直成相应的角度对齐，从中穿过的颗粒的所述流动路径也成不同于竖直定向的角度，并且破碎级中的辊对的外周表面相对于彼此可调节地移动。

在一些实施例中，功能单元中的辊的相应外周表面水平可调节地彼此隔开预定横向距离，因此彼此共面，尽管在其他配置中，辊可以偏移，这取决于对颗粒固体通过机器的流动路径的方向的要求(例如功能单元可以在成角度堆中)。

本说明书涉及破碎机堆的竖直实施例，但本申请旨在覆盖所有这样的布置。由于颗粒在每组渐进辊之间的加速，辊可以以一定角度甚至水平地逐渐对齐，因为重力加速度对每组辊之间的颗粒轨迹和速度的影响与颗粒速度的增加相比减小了。

辊破碎级通常可以彼此竖直堆叠，但在某些情况下，其他布置也是可能的和优选的。颗粒的速度由辊的圆周速度驱动，并由通过辊的气流辅助。以这种方式，沿着典型的辊堆，颗粒速度可以增加超过20m/s。因此，辊级之间的重力加速度效应对级之间的颗粒转移的贡献越来越小。有鉴于此，当颗粒沿着堆向下行进时，堆可以朝向水平对齐倾斜。

来自第一破碎级的破碎颗粒流然后进入每个后续的破碎级，其中在相应辊组之间保持较小的间隙，以此类推，直到颗粒离开破碎级序列的最后一个。

在一些实施例中，通过使用连续辊对的逐渐增加的操作切向速度促进固体颗粒材料通过布置成在可旋转辊对之间具有逐渐减小的预定横向距离的多个破碎级的运动。每个连续组辊需要比先前组辊更高的圆周速度，以补偿间隙尺寸的减小和颗粒堆积密度的变化。因此，当颗粒通过辊时，它们的速度增加，并且在最终的辊级处，潜在的高颗粒速度是可能的。

在每个破碎级，正确的辊速和该破碎级的辊对之间的间隙布置和保持，以便：

a)在该破碎级保持颗粒单层；

b)对进入该级的最大尺寸那些颗粒提供足够程度的压缩，以便仅对最大尺寸颗粒进行单颗粒破碎，以及

c)保持最终辊间隙的最大颗粒占有率，以达到可接受的生产率，但不违反单颗粒破碎的要求。

尽管每个辊的旋转运动速率通常由其旋转速度(每单位时间的转数)来测量，但它是切向速度，即在辊的相应外周表面确定的线速度，这是被破碎的颗粒的相关物理条件。

辊的旋转运动速率由马达传递，马达通过驱动传动机构连接到相应的辊上。因此，无论是使用相同尺寸直径的辊还是逐渐变小尺寸直径的辊，当连续地通过破碎级堆时，以稳定更高的圆周(或切向)速度操作辊对有助于使相同量的进给矿材料通过每个辊对之间稳定更小的横向距离(或流动路径间隙，或辊间隙宽度)，直到所有破碎的材料离开机器。

随着顺序破碎级中每组辊之间的横向距离减小，注意到圆周(或切向)速度的增加与横向距离不是线性的。

在一些实施例中，被送入破碎级的最大尺寸固体颗粒材料的颗粒尺寸减小取决于岩石的辊隙角。辊隙角是通过辊对中心的水平线和辊上固体颗粒接触点之间的夹角。临界辊隙角是固体颗粒夹在辊对之间时不会滑动的最大角度。确保岩石被夹在辊之间的角度小于临界辊隙角，可以消除或最小化岩石颗粒在辊之间被吸入时在辊上的滑动。然后，辊隙角和矿石硬度可以决定提供给辊的所需扭矩。在一些实施例中，为了保持所需的辊隙角，辊的直径可以在破碎级的序列中逐渐减小。

通常，通过量(例如诸如每小时吨的量)由进入每对辊之间的横向距离的进料固体材料的堆积密度决定。堆积密度由矿石密度和固体颗粒的体积填料决定(固体颗粒之间存在空隙率/空体积)。随着被破碎颗粒的最大尺寸减小，这些颗粒的堆积密度预计将稳步增加(更细尺寸分布将导致更好的填充和更高的堆积密度)。

最终，实验表明，本发明的多辊式破碎机能够处理固体颗粒材料(例如80mm以下的原矿)的进料，并以连续的方式将其破碎至最终产品尺寸为负100μm，对再循环或分级流的需求最小。由于采用了一系列单颗粒破碎步骤来将颗粒破碎程度最小化，因此该机器能够以节能的方式在单次通过中实现这一功能。具有较少的分类步骤也意味着不会出现其他因素的影响，例如分离介质(通常是水，有时是空气)中颗粒的颗粒密度和浮力。例如，具有正确研磨尺寸并因此从矿石中的脉石材料中释放出来的致密颗粒可能与较大颗粒(例如通过使用重力分离装置)错误地分类，导致那些致密颗粒被再循环到研磨过程中，并因此经受不必要的再研磨和能量浪费。

在一些实施例中，破碎级中的驱动传动机构各自独立地连接到相应的马达驱动器。

在一些实施例中，辊式破碎机可操作地连接到控制系统，该控制系统布置成在使用中调节以下中的至少一个：

(i)位于破碎级中的辊对之间的预定横向距离，以及

(ii)位于破碎级中的辊对中每个辊的旋转运动速率。

在一些实施例中，位于破碎级的辊对之间的预定横向距离的调节是通过其至少一个以下部件的相对位移来实现的：功能单元；可操作地连接到功能单元的辊的部件；或者至少一个所述功能单元的辊。在这些的一些形式中，所述或每个部件的相对位移可以通过使用安装在其上的电动驱动器来实现，其通过控制装置可操作连接到控制系统。在一些示例中，破碎级的这些部件可能会滑动，甚至分离，然后可能发生远离另一个辊的相对横向位移。

在一些实施例中，预定横向距离在使用中可由距离测量传感器测量，其还通过信号传输装置可操作地连接到控制系统。在使用中的此一形式中，控制系统从用于距离测量传感器的信号传输装置获取输出信号，并向用于电动驱动器的控制装置提供输入信号，以调节所述部件的相对位移，从而调节辊对之间的预定横向距离。

在一些实施例中，对破碎级的所述部件相对于该破碎级的相对位移的调节布置成提供辊对之间的预定横向距离调节至其20％以内的可操作精度。

在一些实施例中，辊的旋转运动速率可通过使用运动传感器来可操作地测量，其还通过信号传输装置可操作地连接到控制系统。在本发明的一些实施例中，在使用中，马达驱动器在破碎级可操作地连接到辊驱动传动机构，所述驱动传动机构和马达驱动器通过控制装置可操作地连接到控制系统。

在使用中的一些实施例中，控制系统在使用中从用于运动传感器的信号传输装置获取输出信号，并且向用于辊驱动传动机构和/或马达驱动器的控制装置提供输入信号，以调节破碎级的辊对中的所述辊的旋转运动速率。在一些实施例中，在任何一个所述破碎级中的辊对中的每个辊可以相应另一个辊的5％以内的切向速度操作。

作为这些连接的结果，在使用中的一些实施例中，控制系统从用于运动传感器的信号传输装置获取输出信号，并且向用于辊驱动传动机构和/或马达驱动的控制装置提供输入信号，以调节破碎级的辊对中的所述辊的旋转运动速率。在一些实施例中，在使用中，在任何一个所述破碎级中的辊对中的每个辊可以相应另一个辊的5％以内的旋转运动速率操作。

在一些实施例中，辊的外周表面由硬化材料制成。因为破碎机的任何级中的每对辊只需要进行小程度的尺寸减小，所以与例如预期进行类似颗粒尺寸减小的可比现有技术的破碎设备(例如锥式破碎机)相比，预计每个辊上的磨损率也将更小。此外，由于在使用中置于辊上的负载力可能比辊式破碎机设备的常规设计中所需的负载力低约一个数量级，因此使用硬化辊(即具有极其坚硬的外部涂层材料)也可以进一步将本设备的寿命延长约一个数量级。

在一些替代实施例中，辊的整个主体由硬化材料制成。

在一些实施例中，破碎机在使用中可操作成破碎从中通过的预定流速的固体颗粒材料。

当机器运行使得只有那些大于预定横向距离的颗粒被破碎，并且每个破碎事件代表单颗粒破碎而不是床破碎时，这使得这种分级破碎装置本质上是节能的。辊对之间的预定横向距离布置成向最大尺寸的进料颗粒提供恰好足够的压缩以导致颗粒破碎，并且与设计成在辊上的高法向压缩载荷下操作的其它已知辊式破碎机相比，需要辊上的最小可行法向压缩载荷。通过在每个破碎级使用正确校准的预定横向距离，并且通过将固体颗粒材料缓慢地进给至机器(例如作为单层)，可以使用细长破碎辊通过破碎机获得连续进料流。

本公开的设备中的颗粒破碎的控制与已知的现有技术的破碎设备形成对比，在现有技术的破碎设备中，对哪些颗粒破碎很少或没有控制，并且对于它们而言床破碎是常态，导致大部分材料被过度研磨到的尺寸低于所需最小产品尺寸(例如从矿石中释放矿物)和相当大的能量浪费。此外，由于这种颗粒尺寸控制，为了将某些颗粒再循环回上游以进一步破碎，潜在地减少了与破碎机相关的设备后分类装置的需求，从而进一步节约了能源成本。因此，本公开的设备可以实现能量使用的显著节省，同时应用有效矿物释放所需的最小破碎度。

在第二方面，公开了一种用于将固体颗粒材料逐渐破碎成更细尺寸颗粒的辊式破碎机的实施例，该辊式破碎机包括：

-多个间隔开的破碎级，这些破碎级布置成使得在使用过程中，所述颗粒的流动路径从一个破碎级连续行进到下一个破碎级；

-每个破碎级包括辊对，每个辊安装成绕细长轴线旋转运动，所述辊对的每个辊连同其各自的驱动传动机构代表位于支撑件处的功能单元；以及-在破碎级中的辊的相应外周表面可调节地彼此可移动地分开不大于来自该破碎级的期望最大颗粒尺寸的预定横向距离，所述横向距离与流动路径对齐，并且垂直于在使用中被接收到辊对上并被吸入辊对之间的固体颗粒材料的流动方向；

其中，当连续推进通过破碎级时：

-流动路径遇到的预定横向距离可调节为等于或小于任何先前破碎级中的预定横向距离；

-调节破碎级的至少一个以下部件相对于该破碎级的相对位移：功能单元，可操作地连接到功能单元的辊的部件；或者辊布置成提供辊对之间的预定横向距离调节至其20％以内的可操作精度；并且

-所述破碎级中的辊可以与位于任何先前破碎级中的辊相同或更快的旋转运动速率操作。

在一些实施例中，所述功能单元的相对位移的调节布置成提供辊对之间的预定横向距离调节至其10％以内的可操作精度。

在一些实施例中，第二方面的辊式破碎机的特征可以与第一方面公开的特征不同。

高精度使得甚至可以保持非常小的预定横向距离，使得辊保持平行。随着辊之间的距离变小，每个连续的破碎级所需的精度将增加。

在第三方面，公开了一种用于将固体颗粒材料逐渐破碎成更细尺寸颗粒的辊式破碎机的实施例，该辊式破碎机包括：

-多个间隔开的破碎级，这些破碎级布置成使得在使用过程中，所述颗粒的流动路径从一个破碎级连续行进到下一个破碎级；

-每个破碎级包括辊对，每个辊安装成绕细长轴线旋转运动，所述辊对的每个辊连同其各自的驱动传动机构代表位于支撑件处的功能单元；以及-在破碎级中的辊的相应外周表面可调节地彼此可移动地分开不大于来自该破碎级的期望最大颗粒尺寸的预定横向距离，所述横向距离与流动路径对齐，并且垂直于在使用中被接收到辊对上并被吸入辊对之间的固体颗粒材料的流动方向；

其中，当连续推进通过破碎级时：

-流动路径遇到的预定横向距离可调节为等于或小于任何先前破碎级中的预定横向距离；

-在任何一个所述破碎级中的辊对中的每个辊可以相应另一个辊的5％以内的切向速度操作；并且

-所述破碎级中的辊布置成可以与位于任何先前破碎级中的辊相同或更快的旋转运动速率操作。

在一些实施例中，在任何一个所述破碎级中的辊对中的每个辊可以相应另一个辊的2％以内的切向速度操作。

在一些实施例中，第三方面的辊式破碎机的特征可以与第一方面公开的特征不同。

在第四方面，提供了一种用于将固体颗粒材料逐渐破碎成更细尺寸颗粒的辊式破碎机的实施例，该辊式破碎机包括多个间隔开的破碎级，这些破碎级布置成使得在使用过程中，所述颗粒的流动路径从一个破碎级连续行进到下一个破碎级，每个破碎级包括：

-辊对，每个辊安装成绕细长轴线旋转运动，所述辊对的每个辊连同其各自的驱动传动机构代表位于支撑件处的功能单元；以及

-在每个破碎级中的辊的相应外周表面可调节地彼此可移动地分开与流动路径对齐并且垂直于在使用中被接收到辊对上并被吸入辊对之间的流动方向的预定横向距离；

其中，当连续推进通过破碎级时：

-流动路径遇到的预定横向距离可调节为等于或小于任何先前破碎级中的预定横向距离；以及

-所述破碎级中的辊可以与位于任何先前破碎级中的辊相同或更快的切向速度操作；并且

其中，对于通过辊式破碎机的预选固体颗粒材料，每个破碎级中的所述预定横向距离布置成具有足够可操作窄的尺寸，以提供以预选固体颗粒材料的该特定尺寸范围的恰好最大尺寸颗粒的充分压缩破碎。

在一些实施例中，每个破碎级中的所述预定横向距离布置成具有足够可操作窄的尺寸，以抑制横跨其形成以预选固体颗粒材料的该特定尺寸范围的多个颗粒床。

在一些实施例中，第四方面的辊式破碎机的特征可以与第一方面公开的特征不同。

在第五方面，公开了一种用于将固体颗粒材料破碎成更细尺寸颗粒的粉碎系统的实施例，该系统包括：

-粉碎机，其中布置有多个间隔开的粉碎级，使得在使用过程中，所述颗粒的流动路径从一个粉碎级连续行进到下一个粉碎级；

-每个粉碎级包括辊对，辊安装成绕细长轴线旋转运动，所述辊对的每个辊连同其各自的驱动传动机构代表功能单元；以及

-在粉碎级中的所述辊的相应外周表面可调节地彼此可移动地分开不大于来自该粉碎级的期望最大颗粒尺寸的预定横向距离，所述横向距离与流动路径对齐，并且垂直于在使用中被接收到辊对上并被吸入辊对之间的固体颗粒材料的流动方向；

所述粉碎级布置成使得在使用中：

-调节粉碎级中的辊的旋转运动速率，使得切向速度等于或快于位于先前破碎级中的辊的切向速度；以及

-粉碎级的预定横向距离小于先前粉碎级的预定横向距离；

其中，所述破碎系统进一步包括：

-感测装置，其测量指示被施加以在粉碎级中操作所述或每个功能单元的能量的物理参数；以及

-控制器，其产生信号以控制粉碎级中的功能单元的至少一个部件，将从中穿过的颗粒流保持在规定值，和/或最小化所述粉碎级中的总能量消耗。

在一些实施例中，粉碎级中的功能单元的至少一个特性是可控制的，用于将从中穿过的颗粒流保持在规定值，和/或最小化所述粉碎级中的总能量消耗，该特性选自包括以下的组：

-辊对中的所述或每个辊的旋转运动速率；以及

-辊对中的每个辊之间的预定横向距离的宽度。

在一些实施例中，粉碎级中的功能单元的每个辊的旋转运动速率可被控制，用于以便抑制横跨其形成以固体颗粒材料的特定尺寸范围的多个颗粒床，并保持从中穿过的单层颗粒流，从而最小化在该级中的能量消耗。

在一些实施例中，在粉碎级中的功能单元的每个辊之间的预定横向距离可被控制为具有足够可操作窄的尺寸，以向以预选固体颗粒材料的该特定尺寸范围的仅最大尺寸颗粒恰好施加足够的压缩破碎力，而不是它们的子代，并且在这样做时，抑制横跨其形成多个颗粒床，并保持从中穿过的单层颗粒流，从而最小化在该级中的能量消耗。

在一些实施例中，流动路径遇到的预定横向距离可调节为以在大于1且小于2的范围内的预选数值比相对小于先前破碎级中的预定横向距离。

在一些实施例中，指示被施加以操作使用中的粉碎级中的所述或每个功能单元的能量的物理参数是旋转扭矩，并且感测装置是扭矩计。

在一些实施例中，指示使用中的粉碎级中的辊对之间的预定横向距离的物理参数是辊部件的外周表面之间的位移，并且感测装置是距离测量传感器。

在第六方面，公开了一种用于将固体颗粒材料破碎成更细尺寸颗粒的粉碎系统的实施例，该系统包括：

-粉碎机，其中布置有多个间隔开的粉碎级，使得在使用过程中，所述颗粒的流动路径从一个粉碎级连续行进到下一个粉碎级；

-每个粉碎级包括辊对，辊安装成绕细长轴线旋转运动，所述辊对的每个辊连同其各自的驱动传动机构代表功能单元；以及

-在粉碎级中的所述辊的相应外周表面可调节地彼此可移动地分开不大于来自该粉碎级的期望最大颗粒尺寸的预定横向距离，所述横向距离与流动路径对齐，并且垂直于在使用中被接收到辊对上并被吸入辊对之间的固体颗粒材料的流动方向；

所述粉碎级布置成使得在使用中：

-调节粉碎级中的辊的旋转运动速率，使得切向速度等于或快于位于先前破碎级中的辊的切向速度；以及

-粉碎级的预定横向距离小于先前粉碎级的预定横向距离；

其中，所述破碎系统进一步包括：

-感测装置，其测量指示被施加以在粉碎级中操作所述或每个功能单元的能量的物理参数；以及

-控制器，其产生信号以控制粉碎级中的功能单元的至少一个部件，将从中穿过的颗粒流保持在规定值，和/或最小化所述粉碎级中的总能量消耗。

在一些实施例中，粉碎级中的功能单元的至少一个特性是可控制的，用于将从中穿过的颗粒流保持在规定值，和/或最小化所述粉碎级中的总能量消耗，该特性选自包括以下的组：

-辊对中的所述或每个辊的旋转运动速率；以及

-辊对中的每个辊之间的预定横向距离的宽度。

在一些实施例中，粉碎级中的功能单元的每个辊的旋转运动速率可被控制，用于以便抑制横跨其形成以固体颗粒材料的特定尺寸范围的多个颗粒床，并保持从中穿过的单层颗粒流，从而最小化在该级中的能量消耗。

在一些实施例中，在粉碎级中的功能单元的每个辊之间的预定横向距离可被控制为具有足够可操作窄的尺寸，以向以预选固体颗粒材料的该特定尺寸范围的仅最大尺寸颗粒恰好施加足够的压缩破碎力，而不是它们的子代，并且在这样做时，抑制横跨其形成多个颗粒床，并保持从中穿过的单层颗粒流，从而最小化在该级中的能量消耗。

在一些实施例中，流动路径遇到的预定横向距离可调节为以在大于1且小于2的范围内的预选数值比相对小于先前破碎级中的预定横向距离。

在一些实施例中，指示被施加以操作使用中的粉碎级中的所述或每个功能单元的能量的物理参数是旋转扭矩，并且感测装置是扭矩计。

在一些实施例中，指示使用中的粉碎级中的辊对之间的预定横向距离的物理参数是辊部件的外周表面之间的位移，并且感测装置是距离测量传感器。在一些实施例中，粉碎系统还包括在将固体颗粒材料进给到粉碎机中之前管理和保持这种材料的流动特性的均匀性的步骤。在此一形式中，保持流动特性的均匀性的步骤包括使用堆积固体处理设备，其处理与过大材料、潮湿和颗粒材料的预分离有关的问题。

在一些实施例中，粉碎系统还包括在粉碎机的操作过程中，使用灰尘和细颗粒提取设备从多个位置分离这种产品。此一个示例性形式是在剩余的进料进入粉碎机之前，通过从固体颗粒材料的进料流中筛选来除去至少一些天然存在的细颗粒的步骤。

在第七方面，公开了一种将固体颗粒材料破碎成更细尺寸颗粒的方法的实施例，该方法包括以下步骤：

-使多个辊对中的辊绕相应的平行细长轴线旋转，以及

-通过多对横向间隔开的可旋转辊对中的每对之间的间隙连续供应固体颗粒材料，其中每对限定破碎级，

-每辊对的辊之间的所述间隙已被选择成通过最大尺寸固体颗粒材料与该对的辊的旋转表面接触来仅破碎最大尺寸固体颗粒材料；

其中，在固体颗粒材料的运动方向上的上游辊对的辊之间的间隙大于在固体颗粒材料的运动方向上的至少一个连续下游辊对的辊之间的间隙，从而固体颗粒材料在移动通过连续辊对的辊之间的间隙时被破碎成更细颗粒。

在一些实施例中，该方法可以包括选择性地调节辊对之间的间隙的步骤。

在一些实施例中，该方法可以包括以与上游辊对相同或更快的速度旋转下游辊对的步骤。

在一些实施例中，该方法可以包括选择辊对的数量和辊对之间的横向间隙的尺寸，使得以最大尺寸固体颗粒材料的少于30重量％的固体颗粒材料穿过每对辊，从而给出逐渐顺序研磨过程。

在前述方法的一些实施例中，固体颗粒材料是开采的矿石。

在任何这些方面的一些实施例中，供给待破碎或粉碎的颗粒固体颗粒材料流的步骤包括引入颗粒固体流，其不超过形成单层所必需的量。

如已经所述，在整个说明书中，当使用术语“单层”时，它指的是固体颗粒的特定最大尺寸的布置，在使用中，该固体颗粒被进给到在破碎级中的两个辊之间的预定横向距离中，其中该横向距离布置成使得发生足够的压缩以有效地破碎尺寸大于横向距离的固体颗粒，并且该固体颗粒穿过所述横向距离而不会引起子代的二级破碎，即不会由于初始破碎事件而导致破碎碎片的再次破碎(即不会床破碎)。

当结合附图时，本公开的方面、特征和优点将从以下详细描述中变得显而易见，附图是本公开的一部分，并且通过示例的方式示出了所公开的任何发明的原理。

附图说明

附图有助于理解将要描述的各种实施例：

图1是辊式破碎设备的侧视示意图，说明了破碎辊的工作原理—示出为单个破碎级辊对。

图2示出了破碎辊的三级子组的操作原理。

图3示出了具有初级堆和天然细料堆的典型装置的侧视图。

图4示出了设备基本布局的平面图。

图5示出了具有分开的初级堆的典型装置的侧视图。

图6示出了带有偏移和分开的二级堆的典型装置的侧视图。

图7示出了带有偏移和分开的二级堆的典型装置的平面侧视图。

图8示出了带有两个初级堆和两个天然细料堆的装置的平面图。

图9提供了小型15级辊堆的投影图的详图。

图10提供了用于小型15级辊堆的单个破碎级模块的投影图的详图。

图11是实验室辊测试装置的照片。

图12示出了铜矿石的渐进产品尺寸分布图和产品样品照片。

图13示出了铁矿石的渐进产品尺寸分布图和产品样品照片。

图14示出了实验室测试的七种矿石的进料和产品尺寸分布图。

图15示出了锌矿石的产品尺寸与来自处理相同进料的生产球磨机产品的对比图。

图16示出了铜矿石的产品尺寸与来自处理相同进料的生产碾磨回路的调查产品的对比图。

图17是在实验室压应力仪中捕捉单颗粒断裂的照片。

图18示出了单颗粒破碎试验的结果的图。

图19示出了单颗粒破碎试验的能量结果汇总图。

图20给出了不同破碎比下破碎级数和所需的总尺寸减小之间的关系图。

图21给出了比较装置和SAG球磨机回路的产品尺寸以及相关的尺寸回收区的图。

表1提供了23级辊堆配置和主要操作参数的示例。

表2给出了沿装置辊的典型预期载荷范围的计算。

表3给出了沿HPGR辊的典型预期载荷范围的计算。

具体实施方式

本公开涉及用于破碎颗粒固体的粉碎机的特征，例如来自矿山的初级破碎的矿物矿石，其在使用中通常通过重力送入和送出机器。本公开还涉及一种操作和控制粉碎机的方法，以使消耗的能量最小化，同时仍然实现必要的尺寸减小。由于其构造，与粉碎领域中的其他已知设备相比，该机器可操作成最小化固体颗粒的过度研磨。

参考附图，图1所示的设备包括形式为辊式破碎机的多级粉碎机的单级。在实践中，多级辊式破碎机包括多个这样的粉碎或破碎级，每个位于支撑件上并且布置用于将固体颗粒材料逐渐粉碎成更细尺寸颗粒。例如，在图3和图5所示的实施例中，机器包括多个破碎级，其水平定向并彼此堆叠，使得在使用中，固体颗粒从一个级连续向下行进到下一个级，直到离开机器。

在图1所示的双轴辊式破碎机设备的单级中，有一对细长辊(以横截面示出)形式的可移动粉碎元件，每个安装成围绕它们各自的细长轴线连续、重复地旋转运动。每个辊的尺寸(宽度、长度)与所述辊对中的另一个相似。

有许多方法可以引起辊的旋转运动。在一形式中，每个辊连接到相应的驱动传动机构，以使辊能够绕其自身的细长轴线旋转，并且每个驱动传动机构在使用中又连接到马达驱动器，以提供旋转能量，如将很快描述。驱动传动机构和辊安装在开放框架结构形式的支撑件上，或者安装在箱体的壁处，或者安装在一些其他类型的机器外壳或结构上。

在图1所示的单个破碎级中，每个细长辊装配有扭矩传感器，以能够测量辊绕其自身细长轴线旋转所需的能量。在机器启动之前，辊对的外周表面彼此分开预定横向距离，其首先由机器操作者考虑待破碎固体颗粒材料、破碎级数和其他物理因素来确定。在使用机器期间，通常通过激光距离传感器可以监测每个破碎级的预定横向距离。如果待破碎固体颗粒材料作为单层进料，该预定横向距离(或“辊隙”)成为粉碎级产生的破碎颗粒的最大颗粒尺寸。

在图2所示的多级辊式破碎机中，连续堆叠的破碎级中的辊对之间的预定横向距离(“辊隙”)与固体颗粒材料的流动路径竖直对齐，固体颗粒材料在使用中被接收到辊对上并被吸入辊对之间，如代表颗粒在重力影响下下落的路径的流动流所示。在多级机器的进一步实施例中，堆内的辊隙可以不对齐，但在这种情况下，斜槽或导管或类似的静态或振动装置可以用于引导固体颗粒流从最上面的破碎级排出，并到达下一个连续破碎级中辊上方的区域。

重要的是，在每个破碎级中，该辊对的外周表面能够彼此分开预定横向距离，其首先由机器操作者在破碎操作开始之前确定。预定横向距离是可调节地移动的，使得操作者可以决定它是等于还是小于其中当连续通过堆时的先前级中的预定横向距离。在某些情况下，对于非常难破碎的固体颗粒材料，辊隙可能会非常小或逐渐减小，所有破碎级都需要将床破碎/二级破碎的情况降至最低。在其他情况下，固体可能非常容易从最初的初级破碎进料尺寸破碎，以达到目标尺寸范围，因此一些较低的破碎级甚至可能不需要使用。

用于操作所公开的方法的设备的描述

本节提供了多级辊式破碎装置满足所公开方法的要求所需的总体描述和一组更详细的特征。替代配置是可能的。

这种多级辊堆装置的基本特征公开如下：

该装置通常包括至少六个顺序级的水平对置辊对，每对以相同的圆周速度旋转(但不同于其他辊对)，并由适当的轴承、轴承座系统和刚性框架支撑。

·图1示出了顶部对的示意图，进料作为单层1从进料器进入，通过反向旋转辊3的间隙2以生产产品4。

·图2示出了全部辊堆中的3级辊子组的颗粒流和辊安装原理。这示出了每个级的流动方向5、刚性安装框架6、固定辊轴承7和可移动辊轴承8。

·大多数应用需要超过12个这样的级。

·每个辊破碎级必须位于紧邻先前级，以使每级的辊平行于或近似平行于先前级，并使颗粒流从一级到下一级的距离最小。如果满足这些要求，破碎级可以布置为独立的模块或位于外部框架中，或者可以采用这些布置的组合。

·每个破碎级应由盖密封，以防止灰尘流出或外部气流或其他因素对单层的干扰。

图3中侧视图所示的破碎机(以及图4中操作布局的平面图)可以对固体颗粒进行破碎和尺寸分离，例如已经被初级破碎机预破碎至<80mm标称最大尺寸的原矿。矿石在输送机上输送，然后通过振动筛分离器和分配器装置，以产生<3mm天然细粒的底流和包含矿石固体主要粗粒成分的溢流。然后，两股矿石流各自通过单独的辊破碎级堆。如图5所示，主堆布置成通过使–80mm+3mm固体颗粒材料通过12个单独的辊破碎级来破碎其，该辊破碎级实际上包括6个级的初级堆，然后来自初级堆的底流被进给到两个平行操作的二级堆的顶部，每个二级堆包括6个辊破碎级。

双平行二级堆的原因是为了保持一定的固体材料通过量。如果相同重量的固体材料将连续通过机器，但变窄的辊式破碎机间隙(以实现颗粒尺寸减小)导致处于后研磨级的破碎机辊对之间的横截面积减小，那么对于能够流过机器的相同吨位的(更细)固体颗粒，横截面积将需要增加。在图6和图7所示的实施例中，交错输送器系统将来自破碎级初级堆的产品分成两个流，每个流用于平行的二级破碎堆，其具有较小的辊直径以及这些辊对之间较小的预定横向距离(尺寸逐渐变小的“辊隙”)。发明人的计算表明，这种类型的机器(即平行的二级破碎堆中的两个流)可以处理每小时2000吨的固体通过量，同时在仅仅23个辊破碎级中实现尺寸从<80mm最大尺寸减小到<200μm(或<0.2mm)。

在图3和5中使用12个辊破碎级仅是为了说明的目的，可以使用任何数量的破碎级和辊对，尽管布局的原理将保持不变。提到的固体颗粒材料进料速率也是说明性的，根据待破碎固体的具体性质，可以考虑更多或更少的量。使用两个平行的二级堆也说明了该示例的通过量，并且可以有更多的二级堆，这取决于诸如所需的颗粒研磨粒度的细度、固体硬度、堆积密度等因素。

在其他实施例中，将进料分成初级堆和天然细料，随后使用连接在一起的初级堆和一个或多个二级堆进行破碎的方法可以随着设计迭代而变化。例如，可能不需要多个二级堆。另一方面，可用的工作高度空间可能是限制，在这种情况下，可能有一个破碎级主堆，后面是一个或多个二级堆以及一个或多个三级堆。

图2所示的机器包括固定框架支撑件，例如最终为辊对的定位和操作提供支撑的箱体，以及影响辊旋转的它们各自的驱动传动装置。每个破碎级具有相邻的水平共面的双轴辊对，其中辊对的每个辊在直径和长度方面是另一个辊的尺寸孪生体。这些对从固定框架的顶部向下布置成堆。如图3所示，前三个破碎级(最上面级)具有尺寸相同的辊对。在堆的下三个连续级(中间水平级)，辊对的直径小于紧接在它之前的前三个破碎级的辊直径。这种相同的模式在破碎机的所有12个级中持续。

其他布置在其他实施例中是可能的，例如每个辊对小于紧接在前的辊对，这可能是有益的，取决于固体类型和其他因素，但当然，对于所示的说明性示例，这意味着机器操作者将需要保持12个不同的辊直径尺寸作为备件。

预计在实践中，破碎辊的长度可以在4至6米的范围内，但这仅是示例性的，并且可变化以适应应用。还可以预期的是，对于辊直径在堆的各个破碎级逐渐减小的那些实施例，前几个破碎级的示例性辊直径约为2米，最后几个破碎级的示例性辊直径约为0.3米，这当然可以改变以适应应用。

每对中的辊都具有与辊中心轴线对齐的圆形、圆柱形外周表面。如图所示，每对中的每个辊在空间上布置成同轴和水平共面，尽管当然其他布置也是可能的，例如水平偏移的辊。在使用中，每级中的辊对的每个辊分别被支撑成在相互相反的方向上朝向辊间隙自由旋转，辊间隙位于辊外周表面之间，并且固体颗粒材料被吸入并压碎到辊之间的辊间隙中。

如前面针对图3所示的实施例所述，当移动通过破碎级堆时，顺序破碎级中的辊的直径逐渐减小。也可以有其它实施例，其中当移动通过破碎级堆时，顺序破碎级中的辊的直径基本相同。然而，在所有实施例中，已经发现，辊的圆周(或切向)速度有助于使相同量的给矿材料通过每个辊对之间稳定较小的横向距离(或“流动路径间隙”，或“辊间隙”宽度)。也就是说，当沿着竖直布置的破碎级堆顺序向下行进(或者实际上顺序通过具有另一定向的破碎级堆)直到被破碎的材料离开机器时，辊切向速度的增加有助于颗粒材料(或单层)在每个破碎级的辊对上均匀分布(或散布)。

辊的旋转运动速率是由传递辊绕其细长轴线的旋转角速度的马达来传递的。因此，在例如图3所示的使用直径逐渐变小的辊的布局的示例性机器中，辊对的切向速度的逐渐增加可以仅通过以至少相同的角速度操作所有辊来实现，尽管在实践中，当移动通过破碎级堆时，通过在后面的破碎级中增加马达驱动器和驱动传动机构的速度，更有可能使用更高的角速度。

然而，在始终使用基本相同直径的辊的示例性机器中，辊对的切向速度的逐渐增加只能通过当辊移动通过破碎级时以增加的角速度操作辊来实现，通常通过增加马达驱动器和驱动传动机构在破碎级上的速度来实现。

为了开始粉碎机的操作，操作者将进行初始调节，以设定每个破碎级中辊之间的预定横向距离，通常各级间以渐进的方式减小，或者至少在堆中的不同点处逐步减小。当进入该级的那些颗粒的最大尺寸的足够压缩程度能够有效地仅一次破碎它们，并且从该破碎级产生期望的最大颗粒尺寸时，确定预定横向距离。这可以通过先前的测试工作来确定，这将在本说明书的后面更详细地讨论。

为了在辊对之间保持用于破碎的单层材料，在大多数情况下，操作者需要将辊的可调节运动速率设置为至少与堆中的各个破碎级相同或通常逐渐增加到更快的速度。单层控制可通过控制辊切向速度而不是辊隙宽度来实现。

当完成这些步骤，并且辊马达在破碎级被启动时，颗粒固体材料流可以通过振动进料器或斜槽缓慢地被送入第一破碎级，在此颗粒被散布到最上面的一对辊上。

每个圆柱辊的圆形端面在那里具有短轴突起，横截面为圆形，并且与所述端面的中心点对齐，因此与辊的旋转中心轴线对齐。这些端轴突起中的每个可安装在轴承座处，轴承座本身可安装在驱动传动机构的腔或凹部中，并且所述或每个端轴突起可操作地连接到驱动传动机构的其余部分。辊、其端轴承座及其驱动传动机构当联接在一起时在使用中形成功能单元。在使用中，轴承有助于圆柱辊随着其驱动传动机构绕其中心轴线的轴向旋转，以响应马达驱动器的转动。

一旦在辊的所述或每个端轴突起和用于该辊的驱动传动机构之间建立了可操作连接，为了致动辊的轴向旋转，就需要与马达驱动器可操作连接。有许多方法来实现此。一个破碎级中的两个驱动传动机构可以通过公共传动系连接到单个马达驱动器，并且可以有齿轮箱来调节一个或两个辊的旋转，以使得能够以相同的旋转运动速率或不同的旋转运动速率操作。在另一布置中，在多个破碎级中发现的两个驱动传动机构可以通过公共传动系连接到单个马达驱动器。在另一布置中，如图4所示的实施例所示，在所有破碎级中，每个辊驱动传动机构分别连接到独立的直接驱动马达，即每个辊一个马达。

功能单元(所述对的每个辊及其各自的驱动传动机构)位于支撑框架处，以在那里可旋转地支撑辊。在破碎级中，这两个功能单元中的至少一个可相对于另一个移动，以允许独立的操作者调节和设置所述预定横向距离。

例如，为了补偿辊的磨损，或者为了设定两个辊之间的辊间隙，破碎机可以使一个辊的轴线在横向方向上移动，从而变得更靠近该对中另一个平行辊的轴线(例如通过调节组合辊和驱动组件的位置)。

图4中所示的一个辊及其辊驱动传动机构可在侧向朝向或远离相应的另一功能单元移动。通过使用安装在功能单元和机器支撑框架上的液压活塞来完成位移，该液压活塞可操作地连接到控制系统，并且当展开时，可以将功能单元滑动分开。

在其他实施例中，该功能也可以通过使用一组枢转臂将每个功能单元安装到机器支撑框架上来实现。这些臂可以用液压保持器设置成分开固定的距离以将它们保持就位。可替代地，每个辊安装可以具有连接到公共液压系统的独立液压保持器。

在使用液压机构的破碎机中，在任何一组辊过载的情况下，液压流体可被快速排出。例如，如果不易碎的物体例如钢片进入系统，也希望辊能够被快速释放以打开辊间隙。

在粉碎机的其他实施例中，在任何单个级中，粉碎元件对可以是安装有一个或两个能够围绕相应轴线连续重复运动的元件的其他形式，例如相对的颚式破碎机板，其中至少一个可以重复地朝向和远离另一个颚板移动，例如围绕相应枢转轴线摆动运动。在这种示例中，所述或每个颚式破碎机板可以连接到其相应的驱动传动机构(例如通过肘节板)，以使其能够重复枢转，从而打开和关闭板之间的间隙，以破碎和释放通过其间的固体颗粒材料。

本文公开的新型设备的物理特征及其操作基础设施可以包括：

操作控制系统

·PLC控制系统用于通过从传感器获取反馈输入来管理辊转速和辊对之间的预定距离，这些传感器测量辊扭矩、辊负载、辊表面状况、成对的两个辊之间的间隔距离等。

·例如，PLC控制系统可以连续监控，然后对辊表面之间的预定横向距离(即辊隙)进行调整/调节。可以通过自动致动一个或两个辊(及其相应的辊驱动传动机构)的横向运动以及手动超越来改变辊对中的辊的接近度。

·PLC控制系统还可以连续监控，然后根据需要调整/调节辊的转速，以及调节固体颗粒的输入速率以进行破碎(例如通过控制振动给料器的速率和振动)。PLC控制系统的功能是在辊对上保持单层进料固体颗粒，同时最大化机器中被破碎的固体材料的通过量。

·PLC控制系统还可以监测和控制驱动组件外壳中滚柱轴承的温度，并自动重新润滑驱动组件中的滚柱轴承。

通用机器结构

·机器的模块化结构允许在单个堆中添加任何所需数量的破碎级，或者可以堆叠多个级，这些堆可以并排放置，并通过底部到顶部的固体输送系统连接，使得设备不会变得过高。在任何情况下，与常规破碎机技术相比，这些堆更有效地利用了有限的占地面积；

·机器通过侧壁为辊本身提供容易侧面入口，以方便辊的变更和替换；

·机器具有防尘外壳，用于辊对/破碎级堆，还具有一个或多个抽吸/气体提取连接，用于破碎室内部的除尘，以去除空气中的灰尘和细粒。连接可以位于设备周围的关键点，以提供粉尘抑制并在生产时去除精细的最终产品(名义上为负250μm，但取决于应用)。

固体颗粒进料输入

·固体颗粒通过振动配料斜槽或振动辊进料器或撒布机送入机器。

辊

·辊可以具有不同的材料质量，比如硬度和耐用性，根据机器设计用于破碎的任何产品的要求进行调整，甚至可能包括各种辊表面波纹形式和尺寸；以及

·在使用期间，通过激光检测器测量对辊表面的磨损进行评估。然后为了补偿辊的磨损，破碎机可使一个辊的轴线在横向方向上移动，从而变得更靠近该对中另一个平行辊的轴线(例如通过调节组合辊和驱动组件的位置)。

试验部分

试验验证-设备

实验室规模的破碎机如图11所示构造。机器仅使用三个辊的缩减组进行操作，因此为了在12级破碎过程上产生结果，被破碎的示例性固体颗粒材料被多次输送通过该机器。每次通过后，相应辊对之间的预定横向距离则减小，以匹配如果所有12个破碎级布置在连续竖直堆中所需使用的预定横向距离。

通过量计算：

通过量和能量计算见表1。这给出了所述直径、长度和速度的辊的固体通过量。允许两个堆，以最小化竖直高度，并允许将进料分配到颗粒尺寸范围较细端的更多组辊。

以下参数是可测量的：

通过量＝辊切向速度×进料堆积密度

辊切向速度＝辊直径×π×每秒转数

进料堆积密度在固体颗粒流在辊隙处进入每个破碎级时被计算；

给定体积的进料堆积密度＝给定体积中所有颗粒的质量/给定体积。

这些参数可以针对一系列进料固体颗粒(例如矿物矿石)和操作条件进行试验测量。该数据提供输入能量和最终子代的细节，以便提供恰好足够的能量来破碎颗粒。所使用的能量是颗粒尺寸的强函数，并且随着所需尺寸的减小而迅速增加。这在这里给出的渐进尺寸减小计算中有所说明。

每组辊的能量消耗＝质量流量(吨/小时)×大于预定横向距离的进料比例×断裂比能量(kWh/t)。

试验数据

许多矿石已经在实验室设备中进行了测试。结果示出为三个辊每次通过后的渐进尺寸分布，旁边有最终产品的照片。图12示出了铜矿石的结果，图13示出了铁矿石的结果。

总之，这些结果说明了设备的可行性，也说明了建议的窄产品尺寸是可能实现的。通过5(pass 5)与通过4(pass 4)的重叠是由于在通过4之后从进料中移除最终产品(-250μm)的步骤。

能耗数据以每吨被破碎至最终产品尺寸的固体材料的kWh为单位。对于生产中通常需要15.5kWh/t的锌矿石，达到产品尺寸P80(80％的产品通过给定尺寸)＝95μm所需的能量为2.2kWh/t，或者达到P80＝170μm为1.8kWh/t。图15提供了当从相同的进料尺寸分布开始时对于相同锌矿石所实现的新辊磨产品尺寸与从常规破碎机已知的现有技术结果的比较。就所需的最终产品尺寸而言，从相同的磨机进料尺寸分布开始，达到研磨产品的最大尺寸所需的能量分数在该相同矿石的典型生产磨机的要求的11.6％至14％的范围内。

结论

已经呈现了粉碎技术的细节，其包括新的创新。该技术解决了破碎过程中固体颗粒材料过度研磨的问题，这种改进的最终结果是相应地降低了能耗。本文公开的粉碎机比常规破碎机技术具有许多优点：

-它可以处理大尺寸颗粒的进料，并为逐渐分级减少颗粒尺寸提供基础。例如，它可以在单个连续机器中将小于80mm最大尺寸的初级破碎矿石降低到最终产品尺寸负100μm(0.1mm)和窄粒度谱；

-它具有破碎级，其布置为向颗粒提供足够程度的压缩，从而仅一次有效地破碎它们，但不会引起二级破碎(即不会在颗粒床的单次冲击中施加大量能量)。这使得这种分级破碎装置本质上是节能的。通过供给单层颗粒，只有大于间隙尺寸的颗粒被破碎，并且每个破碎事件是单个颗粒破碎，而不是床破碎。

-当机器布置成提供前述的颗粒破碎控制时，它避免将大部分材料过度研磨至低于所需最小产品尺寸的尺寸(例如从矿石中释放矿物)。该特征还可以最小化(但也许不能消除)对空气分级机的需求，以去除过度研磨过程中产生的超细颗粒。

-当机器布置成对颗粒破碎具有良好的控制时，这也意味着对与破碎机相关的后设备分类装置的需求可能更少，以便将粗未破碎颗粒再循环回到上游用于进一步破碎，这反过来提供了进一步的能量成本节约。

-在最小化颗粒破碎的机器中，辊上的正常压缩载荷被最小化，从而限制了其磨损和破碎的可能性。

-因此，它可以大幅减少能源使用。发明人预计，当在单个连续机器中将小于80mm最大尺寸初级破碎矿石减小到最终产品尺寸负100μm(0.1mm)时，该新型机器可以使用常规生产破碎和碾磨设备的不到20％的能量。

因此，所公开的方法和设备从根本上不同于现有的粉碎设备，因为它通过受控的级顺序实现了大的总体尺寸减小到约100μm的精细最终颗粒尺寸，其中在每个级施加接近最小的破碎能量。该方法最小化每吨产品消耗的总能量，保证最大的最终颗粒最大尺寸并且最小化超细材料的生产。试验证实了理论预测，即所提出的方法可以实现常规粉碎设备的约15-20％的能量消耗，并提供改进的尺寸分布(图15和图16)。所提出的方法和设备可应用于必须以最小的能量消耗将硬质材料减小到细颗粒尺寸的任何过程。

由于破碎比和所需辊级数之间的反比关系，对于相同的总体尺寸减小(定义为最大进料颗粒和最大产品颗粒之间的尺寸差)，使用这种低破碎比自动需要使用比任何现有技术装置中更多的破碎级。典型的现有技术辊式破碎机包括1-5个辊级，而这种方法最好使用20个以上的破碎级，典型的尺寸从80mm减小到200μm(见表1中的示例)。因此，在应用的破碎比和级数之间存在直接的权衡，这会影响设备的财务可行性，需要通过低破碎比平衡能效和具有更多级破碎的成本的设计。图20说明了这种关系，示出了当将破碎比从1.5改变到1.25时，对于1000的总尺寸减小，破碎比的选择如何可将辊的级数从17改变到34。

此外，每组辊的间隙必须被设定并控制在严格的范围内，以提供所需的减小程度。例如，对于比期望更小的间隙，20％相对误差将破碎比从有利的1.25增加到1.5的期望操作范围之外。10％相对误差会将破碎比转换至1.38，恰好在所需效率的上限内，而5％相对误差会将破碎比保持在1.31，这在所需的有效操作范围内。然而，如果误差导致更宽间隙，20％相对误差将导致设置1.25的破碎比为1(即没有破碎)。此外，一个级的误差会影响下一个级，导致下一个级的破碎比随之增加或减少。因此，一级破碎比为1将导致下一级破碎比为1.56(如果间隙设置没有误差)。基于这种类型分析，得出的结论是，20％相对误差是绝对最大可接受的，误差在5％以内是非常理想的。

以这种方式进行的多级、最小减小、单颗粒破碎将最小法向压缩载荷传递给辊。这与设计成在辊上的高法向压缩载荷下操作的其他已知辊式破碎机形成对比。每个辊上的精确载荷是被破碎材料、颗粒最大尺寸、破碎比和任何时刻被压缩的颗粒数量的函数。图18和图19给出了试验数据，说明了每个颗粒断裂事件所需的力和能量的大小。如表2和表3的计算所示，这些数字比床破碎状态下所需的数字低达两个数量级。较低力状态提供了所公开的方法独有的若干优点。每个辊级可以设计成施加较低力，并且由于断裂机构主要是压缩性的，因此磨损作用最小，这降低了辊上的磨损率。较低力使得能够使用较长辊，而这种辊不会经历过大的偏转。综上所述，这些优点使得所公开的装置能够经济地实现比一般考虑或简单计算所预期的更高的通过率，并且使用比以前认为经济的更多破碎级。

通过在每个破碎级中保持进入装置的正确进料速率、正确的辊速度和辊之间的正确横向距离，可以通过破碎机获得连续的单层颗粒流。以这种方式对颗粒破碎的控制与已知的现有技术的破碎设备形成对比，在现有技术的破碎设备中，很少或没有对哪些颗粒破碎的控制，并且对于其而言床破碎是常态。这又导致所公开的装置实现约80％的能量降低，产生非常精确、直接可控的最终产品最大尺寸，并生成小于所需最小产品尺寸的精细颗粒的显著更低部分(例如从矿石释放矿物)。此外，由于这种颗粒尺寸控制，对与破碎机相关的后设备分类装置的需求可能更少，从而进一步节省能量和资本成本。

·所用的机构必须允许高度的精度，一旦设定，应可以保持间隙具有相同的精度，从而使辊保持平行。对于每个连续的破碎级，所需的精度将增加。在实践中，这可以通过安装在滑块或枢轴系统上的辊来实现，尽管手动间隙调节例如通过螺纹装置也是令人满意的。作为控制系统的一部分的致动器驱动的调节是理想的，因为它能够实时调节和优化每个间隙。可以使用合适的传感器来精确测量例如辊的每个端部的间隙，以向间隙调节机构提供反馈。

·理想地(但不一定)，应保护每个辊对免受过载条件或异物进入机器时的物理损坏。在一实施例中，这包括间隙释放机构，其当在任何辊对中检测到过大的压缩力时被触发，然后该机构释放所有辊级中的辊。

·每个辊对将被驱动，以在每个破碎级实现每个辊的特定圆周速度，其与期望的总体机器通过量、每个破碎级之间的破碎比、颗粒流通过装置时的填充密度变化以及级之间的材料去除程度(如灰尘或细颗粒去除)一致。在实践中，该计算将为每个级中的辊操作设定速度范围。表1给出了23级装置的该计算示例，其实现了从80mm到200μm的整体尺寸减小。

·辊可以任何方式驱动，以便在该范围内实现精确的速度控制，并允许将所需的动力和扭矩传递给辊。这包括但不限于每个辊的独立直接或齿轮马达驱动器，或每个级的单个驱动单元。

·无论间隙设置如何，驱动系统都必须能够向辊供电。在实践中，这可以通过使用万向轴或使每个辊的驱动系统与辊平行移动来实现。其他配置也是可能的。

·每个级的辊直径必须根据许多因素来确定。这些因素和辊制造的经济性的组合可能导致在每个破碎级使用相同或不同直径的辊：

ο辊必须设计成具有足够的刚性，以使颗粒在其长度上精确破碎。这在装置的后期级更为相关，其中在100μm辊隙上约30μm的辊偏转代表最终产品最大尺寸中的30％潜在误差。辊的刚度由已知的工程公式确定，该公式考虑了辊材料、辊长度以及辊内径和外径(对于实心辊，内径为零)。

ο辊必须具有足够大直径，以确保辊和最大尺寸颗粒之间的辊隙角足以通过施加的摩擦力捕获颗粒，这是颗粒和辊之间可能发生滑动的临界角。

ο辊的直径必须使得辊能够平衡以在目标转速下操作，并且使得辊所承受的向心力不超过所选辊材料的极限。

·辊的长度由所需的机器通过量设定。实际上，辊长度受到偏转因素和商业上可获得的辊尺寸限制。大多数生产应用的辊长度预计在2m到6m之间。

·辊必须由适合承受压力和与单颗粒断裂相关的独特磨损机制的材料制成。许多材料和表面处理都是可能的。

·从最后一组辊中离开的最终产品通常由快速移动的细颗粒流(约20-30m/s)构成。该装置必须配备合适的容器和机构，以减速并将这些颗粒转移到后续的处理级，而不会排出灰尘或过度干扰装置内的气流。在实践中，这可以通过多种方式并结合一种或多种已知技术来实现。这些包括但不限于接收室、挡板、螺旋输送机、旋转阀、喷水器、输送管和输送机。

·可以在大多数装置中添加集成控制系统，以便在所有破碎级监控单层的状况，并对每个级的辊速和辊隙进行适当的实时调整并且控制机器的总进料速度。

根据公开的方法，装置的典型实施例的这些因素可以提高可靠性。该方法的固有特征是，最终破碎级将被充分利用(即进入间隙的大部分颗粒将被破碎)，而第一级辊将被要求仅破碎进料中相对较少的“最大尺寸”颗粒。其结果是，最终辊级将成为通过量的制约因素。

整个装置由五个不同的子系统构成，如图3和4所示：

·进料系统将进料从料堆转移至设备。控制进料的最大尺寸有助于多级辊堆的正常运行，因为过大的颗粒会堵塞和/或损坏初始辊级。另一可能的特征是包括能够控制进料最大尺寸的预筛分和破碎设备(例如颚式破碎机)。还可以保护进料免受过量水分的影响，并且理想地以最小化颗粒分离的方式储存和处理，例如带有移动式进料器1的A型框架堆料。过度的颗粒分离会影响单层的质量，并导致破碎辊的不均匀磨损。对于宽辊来说，可能有两个进料输送机2，通过杂质去除系统3，确保在辊组之前检测并去除潜在的有害污染物(例如杂质金属)和过大颗粒。进料系统的大部分将由市场上可买到的设备构成—卸料分配器、筛网、输送机、料斗、重量计、污染物去除系统(例如磁性或感应分离器、颗粒分离器)和类似装置。

·进料分配器系统4以所需的进料速率和单层5的形式在辊的宽度上分配进料。进料分配器系统可由振动分配器或类似技术构成。

·多级辊堆6是应用所公开的方法必需的核心装置，并且在上文中有更详细的描述。

·最终产品提取系统10将破碎颗粒减速并转移至后续处理级，而不会排出灰尘或对装置内的气流造成不适当干扰，可包括任何数量的现有技术，包括但不限于斜槽、接收室、挡板、旋转阀、螺旋输送机、喷水器、输送机、管道和液体接收罐。产品可被装载到最终产品输送机或运输系统9上。

·灰尘和细颗粒提取系统包括风机提取和过滤系统11、旋风分离器或类似的颗粒分类装置以去除较细产品流13、将灰尘和超细颗粒12转移到下游回收或处理过程的排放系统以及必要的互连管道系统。

·天然细粒堆：装置的大部分岩石或类似进料将具有广泛的粒度分布。这样的结果是，较小颗粒在最初辊破碎级“占据空间”，在它们到达最终破碎级之前不对它们进行任何破碎。如图3和4所示，通过在较小颗粒7进入初级辊堆之前将其筛出，并通过由较少破碎级构成的单独辊堆8将它们重新定向，可以相对较低的资本支出增加整个设备。在典型的硬岩采矿设备中，用于天然细粒去除的系统被设想为一个或多个筛的形式，具有宽度在2至5mm范围内的分级孔，但也可以使用其他选择。

·分流主堆：类似的变化是沿着堆将颗粒流分流，并将所得流重新导向两个或更多个堆。图5示出了初级堆1，其向下分为2个成为两个二级堆3，二级堆3具有独立的灰尘提取出口4和产品提取系统5。图6的侧视图和图7的平面图示出了另一种可能的变型，该系统具有初级堆1和可选的天然细粒堆2。初级产品通过交错的输送机3分开，以分离进给独立的二级辊堆5和6的进料分配器4，二级辊堆卸料7到共同的产品输送系统8上。这些可能的变型同样增加整个安装过程，比第二装置所需的投资费用更低。

·并行装置：单个堆料可以进给多个并行装置，如图8所示，有两个并行辊堆。

·逐渐较长辊：第三变化是随着每个连续的破碎级增加辊的长度，并使用适当的辅助设备和设计修改来展开单层并确保较长辊的必要刚度。

·空气清扫：合适尺寸的气流和管道系统可用于清扫任何或所有破碎级的灰尘和较细颗粒。辊装在防尘外壳中，一个或多个抽吸/抽气连接用于在生产时清除空气中的灰尘和细粒(名义上为负250μm，但这取决于应用)。用于灰尘和细粒提取的空气可被吹入或吸入，并且可以根据需要从沿着辊堆的整个跨度的多个点抽出，如图3中的多个流15所示。提取的空气以及相关的悬浮灰尘和微粒随后可被吸入公共空气导管，或者保存在多个单独的导管中，用于输送到空气分离和灰尘捕获设施，比如但不限于袋式集尘室。

批量系统

实验室试验的批量破碎系统的设计以投影图的形式示出。图9示出了堆叠的15辊组，没有图示的进料和产品收集系统。图10示出了单级辊的投影图，示出了刚性框架1、独立驱动马达2、驱动联接器3、辊4、间隙调节驱动器5和灰尘覆盖层6。

每个破碎级操作参数的计算：

级数“n”是数学函数，取决于所需的总减小量(最大尺寸/最终尺寸)和每个破碎级之间的破碎比。对于每级之间具有恒定破碎比(RR)的简单辊堆，级数可由下式确定：

n＝log(TS/FS)/log(RR)

实际上，最终尺寸(FS)由下游处理要求决定，最大尺寸(TS)由进料破碎回路最经济的配置和操作决定，破碎比必须在适合单个颗粒破碎的范围内(如本文前面所述)。

每个“n”辊破碎级都必须操作成处理相同通过量的材料(在没有任何空气或其他级间提取的情况下)，同时实现最佳的颗粒破碎条件。通过量的实际限制由最终辊级设定，并且每个先前级的操作参数必须与最终级的操作参数同步。任何辊级的容量都是辊长度和切向速度、间隙、材料密度和材料体积填料的简单数学函数。实际上，这些参数中的每个都有局限性：

·最终间隙尺寸由下游处理要求决定。

·辊的旋转速度受到钢结构强度和辊平衡质量的限制。

·辊的长度受到辊允许偏转的限制(这又与所需的最终间隙有关)。这种偏转是辊长度、直径和结构材料的函数。

·体积填料是颗粒尺寸分布的函数，在分级破碎过程中会发生变化。

因此，具有“n”个破碎级的机器的最大通过量由下式给出：

通过量(tph)＝辊_n速度(RPM)×辊_n直径×π×辊_n长度×间隙_n×体积填料_n×颗粒密度×60

每个先前级然后被控制成如下操作：

间隙_n-1＝间隙_n×破碎比

辊_n-1速度(RPM)＝辊_n速度(RPM)/破碎比×(体积填料_n-1/体积填料_n)

表1提供了为500tph装置计算的这些操作参数的示例。该辊堆由在每级都有所述直径的23级6m长辊构成。从级14开始，堆分成两个(这由破碎级数来表示)，以使竖直高度最小化，并允许进料分配到堆较细端的更多组辊上(其中容量受到限制)。本示例中使用两种不同的破碎比。

用于方法和装置的试验支持

如图11所示，在装置的实验室规模实施例中，已经测试了许多矿石。出于经济和空间方面的考虑，该装置仅由三个辊破碎级构成，因此要破碎的材料必须反复通过该装置，以实现与完整堆中相同的尺寸减小程度。

结果示出为三个辊每通过一次后的渐进粒度分布，旁边有最终产品的照片。图12示出了铜矿石的结果，图13示出了铁矿石的结果。通过5与通过4的重叠是由于在通过4之后从进料中移除最终产品(-250μm)。这些说明了设备的可行性，并且可以实现非常窄的产品尺寸分布。

能耗数字是以每吨被破碎至最终产品尺寸的kW小时为单位(kWh/t)。图14示出了在实验室设备中测试的七种矿石的进料和产品尺寸分布，以及低能耗。图15示出了从相同的进料尺寸分布开始对于锌矿石的辊磨产品尺寸与常规产品尺寸的比较。矿石需要15.5kWh/t才能在生产球磨机中研磨至最终产品尺寸。对于辊装置，达到产品尺寸P80(80％的产品通过给定尺寸)＝95μm所需的能量为2.2kWh/t，或者达到P80＝170μm为1.8kWh/t。

就所需的最终产品尺寸而言，达到最大尺寸磨矿产品所需的能量部分在该矿石生产磨机的11.6％至14％的范围内。

图16示出了铜矿石的进料尺寸分布和一系列产品，并与正在运行的磨矿回路的产品进行比较。该设备最多利用生产设备能量的15％(1.5kWh/t，相对于10.0kWh/t)来生产相同尺寸范围的产品，并且在回收窗口内。

低破碎比单颗粒破碎的试验基础

一些单岩石压缩测试说明了有限破碎比的要求。岩石在不断增加的载荷下受到挤压，并且针对两种不同压缩程度下进行的测试测量了压缩程度。实验室设备中典型的这种断裂事件如图17所示。当在天然岩石上进行单颗粒压缩破碎测试时，施加的载荷可以作为压缩分数的函数进行测量，如图18所示。圆圈突出了每个岩石的破裂点，示出了天然硬岩石的典型结果。对于该测试工作，应用了两个总减小程度：1.11(实线)和1.43(虚线)。当用一系列应用的破碎比编译许多这样的测试时，可以比较不同破碎比的断裂能，如图19中的一组工作所示。这提供了以焦耳为单位的能量图，以x轴上的尺寸给出最终产品的百分比。与1.11的较低破碎比相比，较高破碎比(1.43)需要相当多能量来生产给定尺寸以下的相同量的最终产品，在0.25mm产品时能量加倍。这支持了保持破碎比优选低于1.4的需要。

辊压缩力

对于合格的11mm岩石，破碎颗粒所需的载荷或压缩力在图18中给出，约为3–4kN。计算沿着辊的力，需要知道间隙中颗粒的填充密度和大于间隙尺寸的颗粒的百分比，以估计加载力。表2提供了上述数据的示例。这预测每米辊长可能的加载力。

表3示出了床破碎装置比如HPGR的等效计算。这是基于在活塞和模具设备(P&D)中进行的压缩试验，其中压缩力是在颗粒床被压缩时精确测量的。相对力用每米辊长的力来表示，单位为kN。单层破坏装置的导出值范围为25至50，压缩装置为9000至15000kN，其是施加力的100倍以上。

施加载荷的这种显著差异说明了在单层破碎条件下操作辊式破碎装置(如设备权利要求中所述)与在用于岩石破碎的生产辊式破碎装置中使用标准的床破碎之间的根本区别。

窄粒度分布

当受到单颗粒破碎时，辊式破碎装置适于在颗粒的天然破碎尺寸分布的限度内产生窄且可控的尺寸分布。图21是产品尺寸分布的示例，其示出了与辊产生的两种尺寸分布相比的生产磨产品尺寸分布。来自辊的产品陡峭得多，提供了可选择的窄尺寸范围，以适应下游回收过程的需要。通过控制最终辊间隙尺寸，可以选择辊产品尺寸分布落在这两个示例之间的任何位置(如果需要，甚至更粗)。辊产品可以选择在40至400μm的回收区中具有超过90％的产品，而磨机产品在该范围中仅具有50％。对于60至300μm的较窄尺寸范围(由内部矩形所示)，辊可以实现80％以上，而研磨机在所需尺寸范围内仅实现44％。

在某些实施例的前述描述中，为了清楚起见，已经采用了特定术语。然而，本公开不旨在局限于如此选择的特定术语，并且应当理解，每个特定术语包括以类似方式操作以实现类似技术目的的其他技术等同物。诸如“上”和“下”、“之上”和“之下”等术语被用作方便的词语来提供参考点，并且不被解释为限制性术语。

在本说明书中，词语“包括”应理解为其“开放”的意思，即“包含”的意思，因此不限于其“封闭”的意思，即“仅由…构成”的意思。相应的含义归因于出现的相应词语“包括”及其变型。

前面的描述是关于可以共享共同特征和特性的多个实施例提供的。应当理解，任何一个实施例的一个或多个特征可以与其他实施例的一个或多个特征组合。此外，任何实施例中的任何单个特征或特征组合可以构成附加实施例。

此外，上文仅描述了本发明的一些实施例，并且在不脱离所公开的实施例的范围和精神的情况下，可以对其进行改变、修改、添加和/或变化，这些实施例是说明性的而非限制性的。

此外，已经结合目前被认为是最实用和优选的实施例描述了本发明，应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖包括在本发明的精神和范围内的各种修改和等同布置。此外，上述各种实施例可以结合其他实施例来实现，例如一个实施例的方面可以与另一个实施例的方面相结合来实现其他实施例。此外，任何给定组件的每个独立特征或部件可以构成附加实施例。

Claims (42)

1.一种用于将固体颗粒材料逐渐破碎成更细尺寸颗粒的辊式破碎机，该辊式破碎机包括：

-多个间隔开的破碎级，这些破碎级布置成使得在使用过程中，所述颗粒的流动路径从一个破碎级连续行进到下一个破碎级；

-每个破碎级包括辊对，每个辊安装成绕细长轴线旋转运动，所述辊对的每个辊连同其各自的驱动传动机构代表位于支撑件处的功能单元；以及

-在破碎级中的辊的相应外周表面可调节地彼此可移动地分开不大于来自该破碎级的期望最大颗粒尺寸的预定横向距离，所述横向距离与流动路径对齐，并且垂直于在使用中被接收到辊对上并被吸入辊对之间的固体颗粒材料的流动方向；

其中，当连续推进通过破碎级时，流动路径遇到的预定横向距离可调节为以在大于1且小于2的范围内的预选数值比相对小于先前破碎级中的预定横向距离；并且所述破碎级中的辊可以至少与位于任何先前破碎级中的辊相同或更快的旋转运动速率操作。

2.如权利要求1所述的辊式破碎机，其中，所述预选数值比在1.2至1.5的范围内。

3.如权利要求1或2所述的辊式破碎机，其中，所述预选数值比在1.25至1.33的范围内。

4.如前述权利要求中任一项所述的辊式破碎机，其中，在某些破碎级上可能需要所述预选数值比的不同值，这取决于被破碎的固体颗粒材料的断裂特性的变化。

5.如前述权利要求中任一项所述的辊式破碎机，其中，位于所述或每个破碎级中的辊对之间的预定横向距离处于相应的竖直对齐，使得在使用中，从中穿过的颗粒的所述流动路径也是竖直的，并且破碎级中的辊对的外周表面相对于彼此水平地可调节移动。

6.如权利要求1至5中任一项所述的辊式破碎机，其中，位于所述或每个破碎级中的辊对之间的预定横向距离相对于竖直成相应的角度对齐，从中穿过的颗粒的所述流动路径也成不同于竖直定向的角度，并且破碎级中的辊对的外周表面相对于彼此可调节地移动。

7.如前述权利要求中任一项所述的辊式破碎机，其中，通过使用连续辊对的逐渐增加的操作切向速度促进固体颗粒材料通过布置成在可旋转辊对之间具有逐渐减小的预定横向距离的多个破碎级的运动。

8.如前述权利要求中任一项所述的辊式破碎机，其可操作地连接到控制系统，该控制系统布置成在使用中调节以下中的至少一个：(i)位于破碎级的辊对之间的预定横向距离，以及(ii)位于破碎级的辊对中的每个辊的旋转运动速率。

9.如权利要求8所述的辊式破碎机，其中，位于破碎级的辊对之间的预定横向距离的调节是通过其至少一个以下部件的相对位移来实现的：功能单元；可操作地连接到功能单元的辊的部件；或者至少一个所述功能单元的辊。

10.如权利要求9所述的辊式破碎机，其中，所述部件或每个部件的相对位移通过使用安装在其上的电动驱动器来实现，该电动驱动器通过控制装置可操作地连接到控制系统。

11.如权利要求9或10所述的辊式破碎机，其中，所述预定横向距离在使用中可由距离测量传感器测量，该距离测量传感器还通过信号传输装置可操作地连接到控制系统。

12.如权利要求11所述的辊式破碎机，其中，所述控制系统在使用中从用于距离测量传感器的信号传输装置获取输出信号，并且向用于电动驱动器的控制装置提供输入信号，以调节所述部件的相对位移，从而调节辊对之间的预定横向距离。

13.如权利要求9至12中任一项所述的辊式破碎机，其中，对破碎级的所述部件相对于该破碎级的相对位移的调节布置成提供辊对之间的预定横向距离调节至其20％以内的可操作精度。

14.如权利要求9至13中任一项所述的辊式破碎机，其中，辊的旋转运动速率可通过使用运动传感器来可操作地测量，该运动传感器还通过信号传输装置可操作地连接到控制系统。

15.如权利要求14所述的辊式破碎机，其中，在使用中，马达驱动器在破碎级可操作地连接到辊驱动传动机构，所述驱动传动机构和马达驱动器通过控制装置可操作地连接到控制系统。

16.如权利要求15所述的辊式破碎机，其中，所述控制系统在使用中从用于运动传感器的信号传输装置获取输出信号，并且向用于辊驱动传动机构和/或马达驱动器的控制装置提供输入信号，以调节破碎级的辊对中的所述辊的旋转运动速率。

17.如权利要求14至16中任一项所述的辊式破碎机，其中，在任何一个所述破碎级中的辊对中的每个辊可以相应另一个辊的5％以内的切向速度操作。

18.一种用于将固体颗粒材料逐渐破碎成更细尺寸颗粒的辊式破碎机，该辊式破碎机包括：

-多个间隔开的破碎级，这些破碎级布置成使得在使用过程中，所述颗粒的流动路径从一个破碎级连续行进到下一个破碎级；

-每个破碎级包括辊对，每个辊安装成绕细长轴线旋转运动，所述辊对的每个辊连同其各自的驱动传动机构代表位于支撑件处的功能单元；以及

-在破碎级中的辊的相应外周表面可调节地彼此可移动地分开不大于来自该破碎级的期望最大颗粒尺寸的预定横向距离，所述横向距离与流动路径对齐，并且垂直于在使用中被接收到辊对上并被吸入辊对之间的固体颗粒材料的流动方向；

其中，当连续推进通过破碎级时：

-流动路径遇到的预定横向距离可调节为等于或小于任何先前破碎级中的预定横向距离；

-调节破碎级的至少一个以下部件相对于该破碎级的相对位移：功能单元，可操作地连接到功能单元的辊的部件；或者辊布置成提供辊对之间的预定横向距离调节至其20％以内的可操作精度；并且

-所述破碎级中的辊可以与位于任何先前破碎级中的辊相同或更快的旋转运动速率操作。

19.如权利要求18所述的辊式破碎机，其中，所述功能单元的相对位移的调节布置成提供辊对之间的预定横向距离调节至其10％以内的可操作精度。

20.如权利要求18或19所述的辊式破碎机，其中，所述辊式破碎机的特征如权利要求2至12和权利要求14至18中任一项所述。

21.一种用于将固体颗粒材料逐渐破碎成更细尺寸颗粒的辊式破碎机，该辊式破碎机包括：

-多个间隔开的破碎级，这些破碎级布置成使得在使用过程中，所述颗粒的流动路径从一个破碎级连续行进到下一个破碎级；

-每个破碎级包括辊对，每个辊安装成绕细长轴线旋转运动，所述辊对的每个辊连同其各自的驱动传动机构代表位于支撑件处的功能单元；以及

-在破碎级中的辊的相应外周表面可调节地彼此可移动地分开不大于来自该破碎级的期望最大颗粒尺寸的预定横向距离，所述横向距离与流动路径对齐，并且垂直于在使用中被接收到辊对上并被吸入辊对之间的固体颗粒材料的流动方向；

其中，当连续推进通过破碎级时：

-流动路径遇到的预定横向距离可调节为等于或小于任何先前破碎级中的预定横向距离；

-在任何一个所述破碎级中的辊对中的每个辊可以相应另一个辊的5％以内的切向速度操作；并且

-所述破碎级中的辊布置成可以与位于任何先前破碎级中的辊相同或更快的旋转运动速率操作。

22.如权利要求21所述的辊式破碎机，其中，在任何一个所述破碎级中的辊对中的每个辊可以相应另一个辊的2％以内的切向速度操作。

23.如权利要求21或22所述的辊式破碎机，其中，所述辊式破碎机的特征如权利要求2至16中任一项所述。

24.一种用于将固体颗粒材料逐渐破碎成更细尺寸颗粒的辊式破碎机，该辊式破碎机包括多个间隔开的破碎级，这些破碎级布置成使得在使用过程中，所述颗粒的流动路径从一个破碎级连续行进到下一个破碎级，每个破碎级包括：

-辊对，每个辊安装成绕细长轴线旋转运动，所述辊对的每个辊连同其各自的驱动传动机构代表位于支撑件处的功能单元；以及

-在每个破碎级中的辊的相应外周表面可调节地彼此可移动地分开与流动路径对齐并且垂直于在使用中被接收到辊对上并被吸入辊对之间的流动方向的预定横向距离；

其中，当连续推进通过破碎级时：

-流动路径遇到的预定横向距离可调节为等于或小于任何先前破碎级中的预定横向距离；以及

-所述破碎级中的辊可以与位于任何先前破碎级中的辊相同或更快的切向速度操作；并且

其中，对于通过辊式破碎机的预选固体颗粒材料，每个破碎级中的所述预定横向距离布置成具有足够可操作窄的尺寸，以提供以预选固体颗粒材料的该特定尺寸范围的恰好最大尺寸颗粒的充分压缩破碎。

25.如权利要求24所述的辊式破碎机，其中，每个破碎级中的所述预定横向距离布置成具有足够可操作窄的尺寸，以抑制横跨其形成以预选固体颗粒材料的该特定尺寸范围的多个颗粒床。

26.如权利要求24或25所述的辊式破碎机，其中，所述辊式破碎机的特征如权利要求2至17中任一项所述。

27.一种用于将固体颗粒材料破碎成更细尺寸颗粒的粉碎系统，该系统包括：

-粉碎机，其中布置有多个间隔开的粉碎级，使得在使用过程中，所述颗粒的流动路径从一个粉碎级连续行进到下一个粉碎级；

-每个粉碎级包括辊对，辊安装成绕细长轴线旋转运动，所述辊对的每个辊连同其各自的驱动传动机构代表功能单元；以及

-在粉碎级中的所述辊的相应外周表面可调节地彼此可移动地分开不大于来自该粉碎级的期望最大颗粒尺寸的预定横向距离，所述横向距离与流动路径对齐，并且垂直于在使用中被接收到辊对上并被吸入辊对之间的固体颗粒材料的流动方向；

所述粉碎级布置成使得在使用中：

-调节粉碎级中的辊的旋转运动速率，使得切向速度等于或快于位于先前破碎级中的辊的切向速度；以及

-粉碎级的预定横向距离小于先前粉碎级的预定横向距离；

其中，所述破碎系统进一步包括：

-感测装置，其测量指示被施加以在粉碎级中操作所述或每个功能单元的能量的物理参数；以及

-控制器，其产生信号以控制粉碎级中的功能单元的至少一个部件，将从中穿过的颗粒流保持在规定值，和/或最小化所述粉碎级中的总能量消耗。

28.如权利要求27所述的粉碎系统，其中，粉碎级中的功能单元的至少一个特性是可控制的，用于将从中穿过的颗粒流保持在规定值，和/或最小化所述粉碎级中的总能量消耗，该特性选自包括以下的组：

-辊对中的所述或每个辊的旋转运动速率；以及

-辊对中的每个辊之间的预定横向距离的宽度。

29.如权利要求28所述的粉碎系统，其中，粉碎级中的功能单元的每个辊的旋转运动速率可被控制，用于以便抑制横跨其形成以固体颗粒材料的特定尺寸范围的多个颗粒床，并保持从中穿过的单层颗粒流，从而最小化在该级中的能量消耗。

30.如权利要求28或29所述的粉碎系统，其中，在粉碎级中的功能单元的每个辊之间的预定横向距离可被控制为具有足够可操作窄的尺寸，以向以预选固体颗粒材料的该特定尺寸范围的仅最大尺寸颗粒恰好施加足够的压缩破碎力，而不是它们的子代，并且在这样做时，抑制横跨其形成多个颗粒床，并保持从中穿过的单层颗粒流，从而最小化在该级中的能量消耗。

31.如权利要求30所述的粉碎系统，其中，流动路径遇到的预定横向距离可调节为以在大于1且小于2的范围内的预选数值比相对小于先前破碎级中的预定横向距离。

32.如权利要求28至31中任一项所述的粉碎系统，其中，指示被施加以操作使用中的粉碎级中的所述或每个功能单元的能量的物理参数是旋转扭矩，并且所述感测装置是扭矩计。

33.如权利要求28至32中任一项所述的粉碎系统，其中，指示使用中的粉碎级中的辊对之间的预定横向距离的物理参数是辊部件的外周表面之间的位移，并且所述感测装置是距离测量传感器。

34.如权利要求28至33中任一项所述的粉碎系统，还包括在将固体颗粒材料进给到粉碎机中之前管理和保持这种材料的流动特性的均匀性的步骤。

35.如权利要求34所述的粉碎系统，其中，保持流动特性的均匀性的步骤包括使用堆积固体处理设备，其处理与过大材料、潮湿和颗粒材料的预分离有关的问题。

36.如权利要求28至35中任一项所述的粉碎系统，还包括在粉碎机的操作过程中，使用灰尘和细颗粒提取设备从多个位置分离这种产品。

37.如权利要求36所述的粉碎系统，包括在剩余的进料进入粉碎机之前，通过从固体颗粒材料的进料流中筛选来除去至少一些天然存在的细颗粒的步骤。

38.一种将固体颗粒材料破碎成更细尺寸颗粒的方法，该方法包括以下步骤：

-使多个辊对中的辊绕相应的平行细长轴线旋转，以及

-通过多对横向间隔开的可旋转辊对中的每对之间的间隙连续供应固体颗粒材料，其中每对限定破碎级，

-每辊对的辊之间的所述间隙已被选择成通过最大尺寸固体颗粒材料与该对的辊的旋转表面接触来仅破碎最大尺寸固体颗粒材料；

其中，在固体颗粒材料的运动方向上的上游辊对的辊之间的间隙大于在固体颗粒材料的运动方向上的至少一个连续下游辊对的辊之间的间隙，从而固体颗粒材料在移动通过连续辊对的辊之间的间隙时被破碎成更细颗粒。

39.如权利要求38所述的方法，包括选择性地调节辊对之间的间隙的步骤。

40.如权利要求38或39所述的方法，包括以与上游辊对相同或更快的塑速率旋转下游辊对的步骤。

41.如权利要求39或40所述的方法，包括选择辊对的数量和辊对之间的横向间隙的尺寸，使得以最大尺寸固体颗粒材料的按重量计少于30％的固体颗粒材料穿过每对辊，从而给出逐渐顺序研磨过程。

42.如权利要求38至40中任一项所述的方法，其中，所述固体颗粒材料是开采的矿石。

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