Types de broyeurs giratoires Concasseurs

Les concasseurs giratoires sont utilisés dans l'industrie depuis 1880 et restent aujourd'hui encore largement employés dans les usines de traitement des minerais de grande et moyenne taille ainsi que dans les grandes carrières pour le concassage grossier de minerais et de roches présentant différents degrés de dureté.

Le principe de fonctionnement de ce type de concasseur est illustré à la figure 3-1. La chambre de concassage correspond à l'espace situé entre le cône mobile (1) et le cône fixe (2). Le moteur entraîne la rotation de la douille excentrique (5) par l’intermédiaire d’une poulie à courroie trapézoïdale (3) et d’un couple d’engrenages coniques (4). La douille excentrique (5) provoque alors un mouvement giratoire du cône mobile (1) autour de l’axe central du concasseur. Le cône mobile (1) se rapproche et s’éloigne alternativement du cône fixe (2), de sorte que le minerai introduit dans la chambre de concassage est broyé en continu sous l’effet de forces de compression et de flexion. Le minerai concassé est évacué par gravité par le fond de la chambre de concassage.

Par rapport aux concasseurs à mâchoires, les concasseurs giratoires broient le minerai en continu, ce qui leur confère un rendement supérieur à celui des concasseurs à mâchoires.

Comment installer un concasseur giratoire ?

Comment effectuer un essai de fonctionnement du concasseur giratoire ?

Comment faire fonctionner le concasseur giratoire ?

Comment entretenir le concasseur giratoire ?

Figure 3-1 Schéma d'un gyratoire concasseur
1 – Cône mobile 2 – Cône fixe 3 – Poulie à courroie trapézoïdale 4 – Paire d'engrenages coniques 5 – Douille excentrique

Par rapport aux concasseurs à mâchoires, les concasseurs giratoires broient le minerai en continu, ce qui leur confère un rendement supérieur à celui des concasseurs à mâchoires.

Il existe essentiellement trois types de concasseurs giratoires : ceux à arbre fixe, ceux à décharge inclinée et ceux à décharge centrale. Les deux premiers types présentant de nombreux inconvénients, la Chine ne produit que des concasseurs giratoires à décharge centrale. L'inconvénient de ce type de concasseur giratoire est qu'il ne dispose pas d'un dispositif de sécurité fiable, et que le dispositif de réglage de l'ouverture de décharge est non seulement peu pratique à utiliser, mais présente également une plage de réglage très réduite. C’est pourquoi on fabrique également des concasseurs giratoires hydrauliques. L’utilisation d’un réglage hydraulique et d’un dispositif de sécurité hydraulique facilite le réglage de la largeur de l’ouverture de décharge et rend le dispositif de sécurité de la machine fiable et sûr.

À l'heure actuelle, les performances techniques et les paramètres des concasseurs giratoires de fabrication nationale sont présentés dans les tableaux 3-1 et 3-2. Voici un exemple d'interprétation des spécifications d'un modèle :

Tableau 3-1 : Performances techniques et paramètres du broyeur giratoire hydraulique concasseurs

Tableau 3-2 : Performances techniques et paramètres des broyeurs giratoires de type PXZ et PXQ concasseurs

① La capacité de production est calculée en se basant sur une densité apparente du minerai de 1,6 t/m³ ;
② Entraînement à deux moteurs.

Construction d'un concasseur giratoire à décharge centrale

La figure 3-2 présente la structure d'un concasseur giratoire à décharge centrale.

Comme le montre la figure 3-2, le châssis inférieur (4) du concasseur est installé sur une fondation en béton armé. Une plaque d'acier (39) est posée sur l'orifice de décharge central de la semelle afin d'empêcher le minerai tombant du concasseur d'endommager celle-ci. Le châssis inférieur (4), les châssis intermédiaires (6, 10) et la traverse (11) sont reliés par des goupilles serrées à l'aide de cales.

Un regard est prévu sur la paroi latérale du châssis inférieur afin de permettre l'inspection du fonctionnement de la machine. En fonctionnement normal, le regard est recouvert d'un couvercle (29). Des plaques de protection (28 et 35) sont posées sur les quatre nervures (30) reliant la paroi latérale du châssis au manchon central (31) ainsi que sur le manchon de l'arbre de transmission (34) afin d'empêcher le minerai qui tombe d'endommager les nervures et le manchon.

Une douille en acier (32) est emmanchée à la presse dans l'alésage du manchon central (31). La douille excentrique (5), dont la surface intérieure et les trois quarts de la surface extérieure sont revêtus de métal Babbitt, tourne à l'intérieur de la douille en acier (32). Afin d’assurer une bonne adhérence avec le métal de Babbitt, les surfaces intérieure et extérieure de la douille excentrique (5) sont pourvues de rainures en queue d’aronde serrées et de nombreux petits trous, de sorte que le métal de Babbitt soit coulé plus fermement sur les deux surfaces. Entre le manchon central (31) et le grand pignon conique (26), trois disques de butée sont placés pour supporter le poids du grand pignon conique et de la douille excentrique. Le disque inférieur est en acier et fixé à l’extrémité supérieure du manchon central à l’aide de goupilles afin d’empêcher toute rotation ; le disque supérieur est également en acier et fixé au grand engrenage conique à l’aide de vis, tournant ainsi avec celui-ci ; le disque intermédiaire en bronze (27) tourne librement entre les disques supérieur et inférieur à environ la moitié de la vitesse de rotation de la douille excentrique.

Figure 3-2 Structure d'un gyratoire concasseur
1 – Boîtier de palier d'entraînement 2 – Accouplement 3 – Arbre d'entraînement 4, 6, 10 – Sections du châssis 5 – Douille excentrique 7 – Corps de cône mobile 8, 9 – Plaques de revêtement 11 – Traverse
12, 28, 35, 40 – Plaques de protection 13 – Clé 14, 20 – Écrous 15 – Manchon de serrage 16 – Manchon conique 17, 32 – Douilles 18 – Bague d'appui 19 – Plaque de blocage 21 – Arbre principal 22, 23, 24 – Colliers
25 – Bague déflectrice d'huile 26, 36 – Engrenages 27 – Disque 29 – Couvercle de regard 30 – Nervure 31, 34 – Manchons 33 – Couvercle inférieur 37 – Cache-poussière 38 – Bague d'étanchéité anti-poussière 39 – Tôle d'acier

Le moteur entraîne le cône de concassage par l'intermédiaire de la poulie à courroie trapézoïdale, de l'accouplement élastique (2), de l'arbre d'entraînement (3), de la paire d'engrenages coniques (36 et 26) et de la douille excentrique (5). L'extrémité inférieure de l'arbre principal (21), qui est suspendue à la traverse, est insérée dans l'alésage excentrique de la douille excentrique. Lorsque la douille excentrique (5) tourne, l’arbre principal et le corps de cône mobile (7), qui est emmanché à froid sur la partie centrale de l’arbre principal, effectuent un mouvement giratoire. Tout point situé sur la surface du cône mobile se déplace le long d’une surface conique dont le point de suspension O constitue le sommet, ce qui permet de broyer le minerai. Le minerai broyé est évacué par gravité par le fond du cône mobile.

La surface extérieure du corps conique mobile est équipée d'une plaque de revêtement (8) en acier au manganèse. Afin d'assurer un contact étroit entre la plaque de revêtement et le corps conique mobile, du zinc est coulé entre les deux, et l'extrémité supérieure de la plaque de revêtement est fixée à l'aide d'un écrou (20). Une plaque de blocage (19) est montée sur le dessus de l'écrou afin d'empêcher celui-ci de se desserrer.

Deux anneaux de plaques de revêtement (9) sont montés à l'intérieur des sections centrales du châssis (6 et 10). L'anneau inférieur repose sur la partie en saillie située à l'extrémité inférieure du châssis, tandis que l'anneau supérieur est inséré dans la bride supérieure du châssis. Cette disposition permet de résister à la fois à la force de poussée provoquée par le frottement lors du concassage et à la composante verticale de la force de concassage. Une fois les plaques de revêtement installées, du béton est coulé pour les fixer.

L'arbre principal (21) est suspendu à la traverse (11) au moyen d'un écrou conique (14), d'un manchon de serrage conique (15), d'un manchon conique (16) et d'une bague d'appui (18), une clavette (13) empêchant l'écrou conique (14) de se desserrer. L'extrémité conique du manchon conique (16) repose sur la bague d'appui (18), tandis que son flanc repose sur la douille (17). En fonctionnement, l’extrémité inférieure et le flanc du manchon conique (16) présentant tous deux des surfaces coniques, le manchon conique (16) peut rouler sur la bague d’appui (18) et la douille (17), répondant ainsi aux exigences du mouvement giratoire du cône mobile.

La partie supérieure de la traverse est recouverte de plaques de protection (12 et 40) afin d'éviter tout dommage et toute usure causés par la chute de minerai.

Afin d'empêcher la poussière et les fines particules de minerai de pénétrer dans les parties rotatives de la machine, trois colliers à contact sphérique (22, 23 et 24) sont montés à l'extrémité inférieure du cône mobile pour former un joint anti-poussière. Le collier (24) est fixé à l'extrémité inférieure du cône mobile à l'aide de vis. La bague (23) s'emboîte sur le capot anti-poussière (37), avec entre les deux une bague d'étanchéité (38) constituée d'un tuyau en caoutchouc souple. La bague supérieure (22) repose librement sur la bague (23). Ainsi, la poussière ne peut pas pénétrer à l'intérieur du concasseur par les interstices entre les bagues.

L'huile de lubrification nécessaire au concasseur est fournie par une pompe à huile dédiée. L'huile pénètre dans l'espace inférieur de la douille excentrique par un orifice d'huile situé dans le couvercle inférieur (33) du châssis, puis remonte le long de l'interstice entre l'arbre principal et la douille excentrique, ainsi que le long de l'interstice entre la douille excentrique et la douille (32), lubrifiant simultanément ces deux surfaces de frottement. L’huile remontant depuis la surface intérieure de la douille excentrique rencontre la bague déflectrice d’huile (25) et déborde sur la paire d’engrenages coniques (26, 36), les lubrifiant, puis s’écoule par le tuyau d’évacuation d’huile. L’huile remontant de la surface extérieure de la douille excentrique atteint le disque de butée (27) de la douille excentrique, lubrifie ce disque, puis s’écoule également par le tuyau d’évacuation d’huile.

Les roulements de l'arbre d'entraînement du concasseur sont équipés de conduites d'arrivée et de sortie d'huile distinctes. Les quatre roulements du dispositif de suspension du cône mobile ainsi que les grandes et petites poulies sont lubrifiés périodiquement à la graisse à l'aide d'une pompe à graisse manuelle.

La conception des concasseurs giratoires d'autres dimensions est pour l'essentiel similaire à celle décrite ci-dessus.

À l'origine, le dispositif de sécurité de ce type de concasseur giratoire consistait en une goupille de sécurité montée sur la poulie de la courroie d'entraînement. Comme il était difficile de choisir avec précision le matériau et la section transversale critique de cette goupille, son efficacité en matière de sécurité était insuffisante, et elle a depuis été retirée. Par conséquent, ces concasseurs fonctionnent désormais sans dispositif de sécurité.

Le réglage de l'ouverture de décharge du concasseur giratoire s'effectue à l'aide de l'écrou conique (14) situé à l'extrémité supérieure de l'arbre principal. Ce système de réglage est très peu pratique. C'est pourquoi on utilise généralement aujourd'hui, sur le marché national, des concasseurs giratoires hydrauliques.

Construction d'un concasseur giratoire hydraulique

Le concasseur giratoire présenté précédemment présente les inconvénients suivants : absence de dispositif de sécurité ; difficulté à régler l'ouverture de décharge ; et lorsque le concasseur est obstrué par des matières étrangères, il est très difficile d'extraire le minerai ou les objets non concassables coincés dans la chambre de concassage. Afin de mettre au point un concasseur giratoire hydraulique idéal et perfectionné, plusieurs types de structures de support pour concasseurs giratoires hydrauliques ont été fabriqués. Sur la base de plus de trente ans d’expérience pratique et d’une analyse approfondie, la structure de support hydraulique inférieure a été retenue comme structure de base pour les concasseurs giratoires hydrauliques, et la conception d’une série s’appuyant sur cette structure a débuté en 1975. La série de concasseurs giratoires hydrauliques est présentée dans le tableau 3-1.

La structure de base d'un concasseur giratoire hydraulique est tout à fait identique à celle d'un concasseur giratoire non hydraulique ; elle ne se distingue que par l'ajout d'un dispositif hydraulique et par quelques modifications locales mineures. Par conséquent, cette section ne décrit que les différences.

La figure 3-3 illustre la structure d'un concasseur giratoire hydraulique de type 1400/170. Un vérin hydraulique (1) est installé dans la partie inférieure du concasseur. Le vérin hydraulique (1) se compose d’un corps de vérin (2), d’un piston (3), d’une douille (4), d’un disque de friction inférieur (5), d’un disque de friction intermédiaire (6) et d’un disque de friction supérieur (7). Le disque de friction supérieur est fixé à l’extrémité inférieure de l’arbre principal, tandis que le disque de friction inférieur est fixé au piston (3). Le centre sphérique du disque de friction supérieur se trouvant au point O’ au milieu de l’arbre principal, lorsque le cône de concassage oscille et tourne, la surface sphérique supérieure et la surface plane inférieure du disque de friction intermédiaire glissent l’une par rapport à l’autre à environ la moitié de la course d’oscillation et à la moitié de la vitesse de rotation du cône de concassage.

Le dispositif de suspension supérieur a été considérablement simplifié, ce qui a permis d’améliorer de manière significative les conditions de contrainte de la traverse (celle-ci n’est plus soumise à la composante verticale de la force de concassage ni à l’influence de l’autorotation du cône de concassage sur la traverse). Afin d’éviter l’usure de l’arbre principal, une douille en cuivre (9) est installée à l’intérieur du manchon conique (8). Un couvercle (10) est prévu sur le manchon conique (8) pour l’empêcher de se déplacer vers le haut lorsque le concasseur revient rapidement à sa position normale après avoir éjecté les matières étrangères.

Figure 3-3 Structure du concasseur giratoire hydraulique 1400/170
1 – Vérin hydraulique 2 – Corps de vérin 3 – Piston (plongeur) 4 – Douille 5 – Disque de friction inférieur 6 – Disque de friction intermédiaire 7 – Disque de friction supérieur 8 – Manchon conique 9 – Douille (douille en cuivre)
10 – Couvercle (glande)

Le vérin hydraulique (1) est relié, par des conduites (3), à l'accumulateur (6) et au groupe hydraulique (7), comme le montre la figure 3-4. Afin d'empêcher que des morceaux de minerai présents dans le flux de déchargement ne viennent heurter le vérin hydraulique, un capot de protection (2) est installé autour de celui-ci. Afin de faciliter le démontage et le montage du vérin hydraulique, des rails de guidage (4) et un chariot (5) sont prévus dans le couloir de fondation.

Le système hydraulique se compose d'une pompe à palettes à un étage (1), d'un clapet anti-retour (2), d'une soupape de décharge (3), d'une vanne d'arrêt (4), d'un étrangleur unidirectionnel (7) et d'un accumulateur (8), comme le montre la figure 3-5. L'accumulateur sert de dispositif de sécurité ; sa pression interne de gaz de charge est généralement de 1,1 MPa. Le papillon unidirectionnel permet une action rapide lors du passage de fer étranger et une action lente pendant la remise à zéro, réduisant ainsi l'impact intense sur le concasseur lors de cette opération.

Avant de mettre le concasseur en marche, il faut d'abord remplir d'huile le vérin hydraulique (11). La procédure de remplissage est la suivante : ouvrir d'abord la vanne d'arrêt (4a) et fermer la vanne d'arrêt (4b), puis démarrer la pompe (1). Lorsque la pression d'huile atteint 0,8 MPa, le cône de concassage commence à se soulever. Une fois que le cône de concassage a atteint sa position de travail, la vanne d'arrêt (4a) peut être fermée et la pompe (1) arrêtée simultanément. La pression du système hydraulique est maintenue à 0,8 MPa, et le concasseur peut alors commencer à fonctionner. Une fois que le concasseur est en marche, en raison de l’action de concassage exercée sur le minerai, le système hydraulique maintient naturellement une pression d’huile qui équilibre la force de concassage, généralement comprise entre 0,8 et 1,1 MPa.

Figure 3-4 Vue de profil schématique du modèle 1400/170
1 – Vérin hydraulique 2 – Capot de protection 3 – Conduite 4 – Rail de guidage
5 – Chariot 6 – Accumulateur 7 – Groupe hydraulique (station hydraulique)

Lorsqu'un objet incassable tombe dans la chambre de broyage, la force de broyage augmente brusquement et la pression d'huile du système s'élève également rapidement. Cela rompt la relation selon laquelle la pression de l’accumulateur est supérieure à la pression d’huile du système, forçant l’huile du vérin hydraulique à s’écouler dans l’accumulateur (à ce stade, la pression d’huile dans le vérin et la pression de gaz dans l’accumulateur fluctuent toutes deux entre 1,1 et 1,5 MPa, formant un équilibre temporaire). Pendant que l’huile est refoulée du vérin hydraulique vers l’accumulateur, le cône de concassage ne s’abaisse pas ; en revanche, l’ouverture d’évacuation s’élargit, permettant ainsi l’évacuation de l’objet non concassable. Une fois l’objet non broyable évacué, la force de broyage chute brusquement, rompant à nouveau l’équilibre temporaire. Sous l’action de la vanne d’étranglement unidirectionnelle, le système revient progressivement et relativement lentement à son équilibre initial, et le cône de broyage se réinitialise également lentement et automatiquement.

Lorsque l'objet non broyable est trop volumineux pour passer par l'orifice de décharge (même si les concasseurs hydrauliques peuvent évacuer des objets non broyables, il existe tout de même une limite), la pression d'huile peut être augmentée jusqu'à 1,6 MPa. À ce stade, le manomètre à contact électrique déclenche un arrêt automatique du moteur principal.

Une fois le concasseur arrêté, la chambre de concassage se retrouve obstruée non seulement par l'objet non concassable, mais aussi par une grande quantité de minerai. Pour remédier à cette situation, on peut évacuer de l’huile afin de décharger la chambre (c’est-à-dire ouvrir les vannes d’arrêt 4a et 4b pour abaisser le cône de concassage), puis remettre la chambre sous pression pour relever le cône. En levant et en abaissant de manière répétée le cône de concassage (à la manière d’un pilon à ail), le minerai et l’objet non concassable coincés dans la chambre de concassage peuvent être expulsés.

Lorsqu'il est nécessaire d'agrandir ou de réduire l'ouverture de refoulement pendant le fonctionnement, on procède comme suit :

(1) Agrandissement de l'orifice de sortie: Ouvrez les vannes d'arrêt 4a et 4b pour évacuer l'huile du vérin hydraulique vers le réservoir, ce qui permettra au cône de concassage de descendre. Une fois la position souhaitée atteinte, fermez les vannes d'arrêt 4a et 4b.

(2) Réduction de l'ouverture de refoulement: Ouvrez la vanne d'arrêt 4a, démarrez la pompe 1 et remplissez le vérin hydraulique d'huile, ce qui provoque la montée du cône de concassage. Une fois la position souhaitée atteinte, fermez la vanne d'arrêt 4a et arrêtez simultanément la pompe.

Les variations de pression d'huile dans différentes conditions de fonctionnement dépendent des propriétés du matériau à broyer. Les valeurs mentionnées ci-dessus sont calculées pour une taille de concasseur spécifique, en fonction de la puissance nominale du moteur. Les utilisateurs finaux peuvent les adapter en fonction de leurs conditions spécifiques.

Le chariot est un dispositif permettant de démonter et de remonter le vérin hydraulique lors des opérations de maintenance (figure 3-6). Sous les rails de guidage (4), on trouve sept paires de rouleaux d'appui (1) et une paire de rouleaux de serrage (2). Les rouleaux de serrage (2) soutiennent à la fois les rails de guidage et le chariot, tout en exerçant une pression vers le bas sur les rails de guidage, ce qui permet de les maintenir en équilibre lors du déplacement vers la gauche. La procédure de démontage du vérin hydraulique est la suivante :

Figure 3-6 Dispositif de chariot
1 – Rouleau d'appui 2 – Rouleau de pincement (ou rouleau de pression) 3 – Déflecteur 4 – Rail de guidage
5 – Chariot (ou petit chariot) 6 – Support 7 – Goupille (ou goupille cylindrique)

(1) Comme le montre la figure 3-6, commencez par déplacer le chariot (5) depuis la position a pour positionner b, puis fixez le chariot à l'aide de la plaque de déflexion (3). Cette étape a pour but de garantir que, lorsque le rail de glissement se déplace vers la gauche, le galet droit du chariot s'engage dans la partie gauche du deuxième galet de support situé à droite du rail de glissement avant que ce dernier ne se désengage du premier galet de support situé à droite, assurant ainsi un déplacement en douceur.

(2) Déplacez le rail coulissant depuis la position c pour positionner e, puis fixez le rail coulissant au support (6) à l'aide de la goupille (7). À ce stade, le chariot se met en place d.

(3) Retirez la chicane (3), puis déplacez le chariot jusqu'à la position f, puis refixez-le à l'aide de la chicane.

(4) Utilisez une grue pour soulever l'oreille du vérin, puis placez le vérin hydraulique sur le chariot.

(5) Remettre le chariot en place d puis le bloquer, et remettre le rail coulissant en place c, puis ramenez le chariot à sa position initiale a. Le vérin hydraulique peut désormais être retiré pour être réparé.

La procédure de retour du vérin hydraulique est identique à celle décrite ci-dessus. Le déplacement du rail de guidage ou du chariot peut s'effectuer manuellement, ou bien à l'aide d'un treuil installé de chaque côté et actionné par une grue.

La dureté des minerais varie considérablement. Autrefois, on utilisait le même type de concasseur giratoire aussi bien pour les minerais durs (d’une dureté supérieure à 18) que pour les minerais tendres (d’une dureté inférieure à 8). Cela entraînait un gaspillage important pour ces derniers. C'est pourquoi la gamme de concasseurs giratoires hydrauliques comprend désormais des modèles allégés : 700/100, 900/130 et 1200/150. Comme le montre le tableau 3-2, pour une même taille de 1 200, le modèle allégé pèse 80 t de moins que le modèle standard. La structure de base et le principe de fonctionnement des concasseurs giratoires hydrauliques allégés et standard sont parfaitement identiques (voir figure 3-7).

Figure 3-7 Structure du concasseur giratoire hydraulique 1200 pour applications légères
1 – Unité d'entraînement 2 – Châssis 3 – Manchon excentrique 4 – Cône mobile 5 – Corps central du châssis 6 – Traverse