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球磨機的理論研究主要集中在球磨介質研究和介質運動規律理論研究的方面。球磨機工作時是靠介質對物料的沖擊和研磨作用來完成對物料的磨碎作用的，在介質對物料的破碎力學過程中，介質作為能量的媒介體將外界能量轉變為對物料的破碎功而對物料起到破碎的作用。所以球磨機的介質尺寸大小決定著介質攜帶能量的大小，也關系著對物料實施破碎力的大小，終決定粉磨效率以及產品的質量特性，影響設備工作時的電耗和介質消耗。因此，介質尺寸的大小對于球磨機來說關重要，介質尺寸選擇以及介質運動狀態恰當與否對粉磨過程的影響都具有相當大的影響。

由于介質尺寸對物料粉磨的重要影響作用。因此長期以來粉碎工作者在如何精確的確定介質的尺寸方面做了大量研究。國內的研究專家在總結國內外試驗和生產應用時得出結論：形狀、尺寸和級配合理的新型球磨體-柱球(段球)，對于提高粉磨效益、降低球耗是選擇適宜的研磨介質。并對石英砂粉磨進行生產試驗，得到了較好的試驗結果，對國內若干新型輕質“砂加氣”混凝土制品砌塊、板材廠的球磨機，粉磨堅硬礦石的干法球磨機及水泥行業均有一定的使用價值。

對于球磨機的介質運動規律理論的研究做出如下總結：磨機轉動時，帶動介質群運動，在運動過程中，介質會與鄰接的其它介質以及磨機內壁之間產生碰撞，碰撞作用將決定介質在磨機內的運動規律。由于粉磨過程的復雜性和不可預測性，也給介質運動研究工作帶來一定的難度。隨著DEM在工程領域中的應用，該項技術也逐步被應用于粉磨過程中的介質運動建模。