一、研究的背景及意义

1、研究背景

随着建筑行业的兴起，混凝土的大量使用导致天然砂的过分开采，使得河床及水位降低，对地区的生态环境造成严重破坏^[1]。机制砂作为一种可替代天然砂使用的细集料可以改善这一情况。机制砂是用岩石经除土开采、机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒。机制砂的出现缓解了天然砂短缺的压力，级配良好的机制砂配制出的混凝土性能相近于甚至可以超过天然砂混凝土^[2]。

人工制砂设备和工艺技术是控制人工砂质量和生产成本的关键因素。以棒磨机为制砂设备的工艺方法，一直在我国水利工程人工制砂领域占主导地位。从粉碎的机理上说，棒磨机的磨矿介质是线性接触的，磨矿过程具有选择性、产品的粒度较为均匀、过粉碎现象较轻^[3]。因此，选择棒磨机作为细碎设备就成为一种必然。

2、现实意义

到目前为止，磨矿最优化工艺参数的选择和计算绝大多数仍采用实验方法^[4]。在试验中，采用何种指标对各种工艺参数进行评价是一个非常关键的问题。合理的工艺参数是获得最佳磨矿指标的关键，只有使用合理的磨矿效果评价指标才能决定哪些是最佳工艺参数。有的以追求磨矿生产率最大为目标忽视了质量因素；有的以磨矿中合格粒级最大为目的忽视了数量因素。因此解决磨矿效果的评价指标问题具有重要的现实意义。

3、理论意义

但在实际使用过程中发现，只有选择合理的工艺参数（包括合理的给料粒度和给料量、适宜的介质充填率和棒径配比、以及适宜的磨矿浓度等工艺参数等）才能取得期望的最佳磨矿效果，如果选择不当则不能显示棒磨的优越性。磨矿作业的工艺参数往往是互相影响的^[5]，所谓磨矿过程最优化的问题就是如何合理选择这些工艺参数从而实现磨矿产品中合格粒度的最大化和磨机产量的最大化^[6]。

因此，通过对棒磨机工作机理进行分析，建立优化数学模型，进而对关键工艺参数进行优化，达到合理选择工艺参数的目的，这对改进设备，提高设备工作效率，降低能耗等方面具有重要的意义。

二、研究现状

1、国外研究现状

国外对磨机系统的工艺参数优化和平衡的研究，主要集中在粉磨动力学上，如前苏联学者阿略夫金^[7]得出n阶磨矿动力学方程：

或#183;exp（－k）

也称为磨矿动力学基本方程式。式中：

一开始粉磨前，大于某一粒径的筛余重量百分数（%）；

一粉磨t时间后某一粒级的累计筛余重量百分数（%）；