球磨机是冶金、选矿、化工等行业关键的粉磨设备,我国每年经球磨机粉磨的物料总量高达数十亿吨,其耗电量约占我国发电总量的2%-5%。球磨机的根本作用是将入料矿石颗粒破碎至所需粒度,然而矿石颗粒有效破碎能量仅占球磨机输入能量的0.5%-1%,球磨效率极低,能耗巨大。本文在国家自然科学基金面上项目的资助下,针对球磨过程中磨矿温升和磨矿效率低的问题,开展研磨介质运动形态研究、研磨介质运动特性研究、研磨介质冲击离散传热特性研究、铁矿石热力破碎特性研究。旨在掌握磨矿过程的能量损耗机理和铁矿石颗粒热力破碎特性,为提高球磨机磨矿效率、降低能耗提供基础理论和技术支撑。首先,基于球磨机研磨介质运动学理论,分析了研磨介质的运动状态和运动特性;通过试验与仿真相结合的方法,解析了研磨介质特征参数与球磨机功率随转速率、研磨介质填充率和提升条面角的变化规律,并构建了可以预测研磨介质运动特征参数的数学模型。接着,基于颗粒破碎理论,分析了颗粒破碎的能量转化率,构建了离散元传热模型,开展了研磨介质、铁矿石颗粒及衬板之间传热、温升规律的离散元仿真研究,解析了不同因素下颗粒系统的传热、温升规律。最后,基于非线性总体平衡模型,开展了铁矿石颗粒热力破碎试验,解析了铁矿石比破碎速率和粒度分布随入料粒度、预处理温度的变化规律,探究了铁矿石颗粒运动规律与破碎规律的关联特性,对比了铁矿石热力破碎法与普通破碎法的破碎效率。