Types de cônes Concasseurs

Les concasseurs à cône sont connus dans le monde entier sous le nom de “ concasseurs de type Symons ”. Grâce à leur rapport de concassage élevé, leur rendement important, leur faible consommation d’énergie, la granulométrie homogène du produit obtenu et leur aptitude à concasser des minerais durs, ils ont été largement adoptés dans de nombreux pays depuis leur apparition en 1920. Ils ne cessent d’être améliorés, notamment grâce à l’intégration de dispositifs hydrauliques, ce qui les rend encore plus performants. Les caractéristiques susmentionnées des concasseurs à cône reflètent leurs particularités structurelles. Les concasseurs à cône ont une vitesse de rotation 2,5 fois supérieure et un angle d’oscillation quatre fois plus grand que ceux des concasseurs giratoires. Dans le processus de concassage caractérisé par une vitesse aussi élevée et une course aussi importante, le minerai présent dans la chambre de concassage n’est pas comprimé par un cône mobile se déplaçant lentement avec une petite course, comme dans un concasseur giratoire, mais subit des impacts rapides avec une grande course. Cette méthode de concassage par impact facilite la réduction du minerai, ce qui se traduit par un rendement de concassage élevé.

Comment installer un concasseur à cône ?

Comment faire fonctionner un concasseur à cône ?

Comment entretenir et réparer un concasseur à cône ?

En raison de la vitesse élevée et de la grande course des concasseurs à cône, le minerai présent dans la chambre de concassage se trouve en état de glissement le long de la surface du cône pendant 95% du temps. Autrement dit, à tout moment donné, seuls 5% du minerai sont en cours de concassage. Comme le minerai glisse vers le bas pendant 95% du temps, le concasseur présente un débit élevé et donc une productivité élevée. Étant donné que seule une partie de 5% du minerai est en cours de concassage, seule une partie de 5% de la surface de la chambre de concassage est effectivement utilisée pour le concassage, ce qui se traduit par une faible consommation d’énergie. De plus, la pression élevée par unité de surface exercée sur le minerai dans la zone de concassage localisée rend ce type de concasseur adapté au concassage de minerais durs. Grâce à sa vitesse de rotation élevée et à la présence d’une zone parallèle de longueurs variables dans la partie inférieure de la chambre de concassage, le minerai est concassé au moins une fois au sein de cette zone parallèle. Par conséquent, les concasseurs à cône produisent un produit de granulométrie uniforme.

En fonction des exigences de l'opération de concassage, les concasseurs à cône peuvent être utilisés pour le concassage moyen et le concassage fin. La différence entre les concasseurs à cône destinés au concassage moyen et ceux destinés au concassage fin réside dans la forme et la taille de la chambre de concassage. Ils se divisent en trois types, comme le montre la figure 4-1.

Figure 4-1 : Vues en coupe transversale des chambres de concassage
a – Type standard
b – Type intermédiaire (type moyen)
c – Type « à tête courte »

Type standard – utilisé pour le concassage intermédiaire des minerais ;
Type intermédiaire – utilisé pour le concassage moyen et fin des minerais ;
Type à tête courte – utilisé pour le concassage fin des minerais.

La figure 4-1 et le tableau 4-1 présentent les dimensions de l'ouverture d'alimentation (B), ouverture de décharge (e) et longueur de la zone parallèle (L) pour les trois types différents de concasseurs à cône. La taille maximale d’alimentation généralement recommandée est égale à 0,85 fois l’ouverture d’alimentation. La taille maximale du produit dépend de la dureté du minerai à concasser, de l’état des revêtements du manteau et du concave, des performances du concasseur et de la configuration rationnelle des équipements associés. Dans des conditions favorables, la taille maximale du produit ne doit pas dépasser 1,5 fois l’ouverture de décharge, 70% du produit étant plus petits que l’ouverture de décharge. Dans des conditions défavorables, la taille maximale du produit peut atteindre jusqu’à 4 fois l’ouverture de décharge, et 80% du produit peuvent être plus grands que l’ouverture de décharge.

Tableau 4-1 Dimensions de l'ouverture d'alimentation et de l'ouverture de déchargement du cône concasseurs (mm)

En fonction du mode de réglage de l'ouverture de décharge et de la protection contre les surcharges, les concasseurs à cône peuvent être classés en deux catégories : ceux dotés d'une protection à ressort et ceux dotés d'une protection hydraulique. La protection hydraulique se subdivise elle-même en deux types : à cylindre unique et à plusieurs cylindres. Le type à protection hydraulique représente la tendance actuelle en matière de développement des concasseurs à cône.

Voici un exemple d'interprétation de la spécification d'un modèle de concasseur à cône :

Construction d'un concasseur à cône à ressort

La figure 4-2 présente la structure d'un concasseur à cône. Celui-ci se compose d'un châssis, d'un système de transmission, d'un dispositif de réglage, d'un système hydraulique, d'un système de lubrification et d'autres composants.

Le moteur entraîne directement le petit pignon conique (7) situé sur l'arbre d'entraînement par l'intermédiaire d'un accouplement élastique (5). Le petit pignon conique entraîne la douille excentrique (12) qui tourne à l'intérieur de la douille droite (13), située dans le manchon central du châssis, par l'intermédiaire du grand pignon conique. À l'intérieur de la douille excentrique (12) se trouve un alésage conique décalé d'environ 2° par rapport à son axe de rotation. Une douille conique (11) est emboîtée dans cet alésage. La tête conique (15) est supportée par un roulement sphérique en bronze de forme concave (14). La partie conique inférieure de l’arbre principal (9) est insérée dans la douille conique (11). Ainsi, lorsque la douille excentrique (12) tourne, l’axe de l’arbre principal (9) trace une surface conique dans l’espace, ce qui provoque un mouvement de balancement gyratoire du cône mobile (4) autour du point fixe O. En conséquence, la surface de la chemise du cône mobile (16) se rapproche et s’éloigne alternativement de la surface de la chemise du cône fixe (17).

Le minerai à broyer tombe depuis la trémie d'alimentation (19) sur la plaque de répartition (1) située à l'extrémité supérieure du cône mobile, d'où il est réparti uniformément dans la chambre de concassage autour du cône mobile. Dès que le cône mobile s'éloigne de la chemise du cône fixe, le minerai pénètre dans la chambre de concassage. Lorsque le cône mobile pivote vers le cône fixe, le minerai subit un premier concassage. Lorsque le cône mobile s'éloigne à nouveau du cône fixe, le minerai tombe à l'endroit où il subira un deuxième concassage. De cette manière, le minerai est concassé à plusieurs reprises au cours de sa descente, puis est finalement évacué du concasseur.

La douille excentrique (12) repose sur un palier de butée (8) composé de quatre disques. Le disque en cuivre situé tout en bas est fixé au couvercle inférieur (10) du châssis. Le disque en acier situé tout en haut est relié à la douille excentrique par une goupille, et les deux tournent ensemble. Les trois surfaces de glissement des deux disques intermédiaires (un en acier et un en cuivre) glissent les unes par rapport aux autres à une vitesse correspondant à environ un tiers de la vitesse de rotation de la douille excentrique.

Figure 4-2 Structure d'un cône concasseur
1 – Plaque de répartition 2 – Bague de réglage 3 – Manchon de support 4 – Cône mobile 5 – Accouplement élastique 6 – Carter d'arbre d'entraînement 7 – Petit pignon conique 8 – Palier de butée 9 – Accouplement de l'arbre principal 10 – Couvercle inférieur du châssis
11 – Douille conique 12 – Douille excentrique 13 – Douille droite 14 – Roulement sphérique en forme de cuvette 15 – Tête de cône (ou noyau de manteau) 16 – Douille mobile du cône (manteau) 17 – Douille conique fixe (concave)
18 – Printemps 19 – Bac à nourriture

La partie supérieure du châssis est équipée d'un manchon de support (3), qui est maintenu fermement contre le châssis par la pression de plusieurs séries de ressorts de compression disposés sur le pourtour. Le manchon de support présente un filetage interne (en zigzag / en contrefort), dans lequel est vissée la bague de réglage (2) — qui porte la chemise conique fixe (17). En tournant la bague de réglage vers la gauche ou vers la droite, on soulève ou on abaisse la chemise conique fixe dans le sens vertical, ce qui permet de régler l'ouverture de décharge.

Les ressorts (18) situés autour du châssis servent à la fois à générer la force de concassage en fonctionnement normal et à faire office de dispositif de sécurité protégeant le concasseur contre tout dommage. Lorsqu’un objet non concassable pénètre dans le concasseur, la force de concassage augmente brusquement, ce qui provoque une compression supplémentaire des ressorts. Cela soulève un côté de la partie supérieure du concasseur (c'est-à-dire le manchon de support et la bague de réglage), augmentant ainsi l'écart entre la chemise de cône fixe et la chemise de cône mobile, ce qui permet à l'objet non concassable d'être évacué par l'orifice de décharge. Par la suite, le manchon de support et la bague de réglage reviennent à leur position initiale sous la pression des ressorts.

Les surfaces de frottement des pièces mobiles d’un concasseur à cône sont soumises à des pressions élevées et à des vitesses relativement importantes ; c’est pourquoi la lubrification revêt une importance capitale pour ces concasseurs. Actuellement, les concasseurs à cône de toutes tailles utilisent un système de lubrification centralisé à circulation d’huile fluide, équipé d’une station de lubrification. L’huile à basse pression fournie par la station de lubrification pénètre dans le concasseur par deux circuits. L’un de ces circuits passe par l’orifice d’entrée d’huile situé dans le couvercle inférieur (10) du châssis afin de lubrifier le palier de butée (8), la douille droite (13), la douille conique (11) et le palier sphérique en forme de cuvette (14). Les pignons coniques, grand et petit, sont lubrifiés par l’huile de retour provenant de la douille conique et du roulement sphérique en forme de cuvette. L’autre circuit passe par l’orifice d’entrée d’huile situé dans le carter d’arbre d’entraînement (6) pour lubrifier les roulements situés aux deux extrémités de l’arbre d’entraînement. Après avoir lubrifié les différentes pièces, l’huile retourne vers la station de lubrification par le tuyau de retour.

Les huiles lubrifiantes couramment utilisées à la station d'huile sont les suivantes : l'huile pour machines n° 20 ou n° 30 en hiver ; l'huile pour machines n° 40 à température normale ; et l'huile pour machines n° 50 en été.

Le concassage du minerai génère une grande quantité de poussière. Afin d’empêcher la poussière de pénétrer à l’intérieur du concasseur, un dispositif anti-poussière à joint d’étanchéité à l’eau est mis en place, comme le montre la figure 4-3. Le dispositif anti-poussière à joint d'étanchéité à l'eau se compose d'un réservoir d'eau (1), d'un réservoir de vidange (2), d'un anneau sphérique (4), d'une chicane (5) et d'un joint anti-poussière (3). L’eau destinée à la prévention de la poussière est acheminée par le tuyau d’arrivée vers le réservoir de stockage d’eau (1). Lorsque le réservoir est plein, l’eau déborde librement dans le réservoir de vidange (2) et est évacuée du concasseur par le tuyau de sortie. L’anneau sphérique (4) étant immergé dans le réservoir de stockage d’eau (1), toute poussière entrant en contact avec cet anneau est entraînée dans l’eau et s’écoule avec l’eau qui déborde. Ainsi, la poussière ne peut pas traverser l’anneau sphérique et pénétrer dans le concasseur. La chicane (5) empêche l’eau projetée par l’anneau sphérique (4) pendant le fonctionnement du concasseur de pénétrer dans le palier en forme de cuvette. Le jeu entre la bague d’étanchéité anti-poussière (3) et l’anneau sphérique (4) est généralement maintenu entre 2 et 4 mm. Ce jeu empêche de grandes quantités de poussière de pénétrer dans le réservoir d’eau, réduisant ainsi la charge sur le dispositif d’étanchéité à l’eau.

Figure 4-3 Dispositif anti-poussière à joint d'étanchéité
1 – Réservoir d'eau 2 – Réservoir de vidange 3 – Bague d'étanchéité anti-poussière 4 – Bague sphérique 5 – Déflecteur

Tableau 4-2 : Paramètres techniques des concasseurs à cône à ressort de type PYT

Notes de bas de page :
① La capacité est calculée sur la base d'une densité apparente du minerai de 1,6 t/m³.
② La masse de la machine n'inclut pas le poids du moteur.

Fabrication d'un cône hydraulique monocylindrique Concasseur

Le principe de concassage et le processus de concassage d'un concasseur à cône hydraulique monocylindre sont pour l'essentiel identiques à ceux d'un concasseur à cône à ressort.

La figure 4-4 présente la structure d'un concasseur à cône hydraulique monocylindre. Par rapport au concasseur à cône à ressort, ce type de concasseur à cône hydraulique monocylindre se distingue principalement par l'utilisation d'un réglage hydraulique, d'une protection hydraulique et d'un système de déchargement hydraulique (destiné à éliminer le minerai coincé).

Figure 4-4 Structure d'un concasseur à cône hydraulique monocylindre
1 – Châssis supérieur 2 – Cône de concassage 3 – Manchon excentrique 4 – Socle 5 – Unité d'entraînement 6 – Cale de réglage
7 – Vérin hydraulique

Outre les différences imposées par la conception hydraulique — telles que le système hydraulique, le remplacement du palier en forme de cuvette par un palier de butée à l'extrémité inférieure de l'arbre principal et par un support à manchon conique à l'extrémité supérieure, ainsi que l'utilisation d'un cylindre d'étanchéité et d'une bague d'étanchéité à la place du joint d'étanchéité à l'eau servant à empêcher la pénétration de poussière —, les autres différences sont les suivantes : le corps du concasseur repose sur quatre patins d'appui en caoutchouc et n'a pas besoin d'être fixé à l'aide de boulons de fondation ; pendant le fonctionnement, l'ensemble du corps du concasseur peut osciller librement. De plus, un entraînement par courroie trapézoïdale est utilisé.

Lorsque la chambre de concassage d'un concasseur à ressort est obstruée ou bloquée par des fragments de fer, il faut généralement une ou deux équipes pour la dégager. Cependant, avec ce type de concasseur, le problème peut être résolu simplement en actionnant le système hydraulique. Le concasseur reposant sur quatre patins en caoutchouc, les oscillations de la machine provoquées par les forces d’inertie du cône mobile et du manchon excentrique pendant le fonctionnement sont absorbées par ces patins, ce qui réduit la charge exercée sur la fondation. Par conséquent, il n’est pas nécessaire d’utiliser de gros boulons de fondation ni une fondation massive (seuls de petits boulons sont nécessaires pour fixer les plateaux des patins de base à la fondation), ce qui réduit les coûts d’installation. Cette conception hydraulique améliore considérablement la facilité d’utilisation du concasseur à cône. Pour réduire l’ouverture de décharge, de l’huile est pompée depuis le réservoir hydraulique (4) sous le piston du vérin hydraulique (2), ce qui soulève le cône mobile (1) jusqu’à la position souhaitée (voir figure 4-5a). Pour agrandir l’ouverture de décharge, l’huile située sous le piston du vérin hydraulique (2) est renvoyée vers le réservoir hydraulique (4), ce qui permet au cône mobile (1) de s’abaisser jusqu’à la position souhaitée (figure 4-5b).

Figure 4-5 Réglage automatique de l'orifice de refoulement
a – Le cône mobile remonte, l'ouverture de décharge se rétrécit
b – Le cône mobile s'abaisse, l'ouverture de décharge s'élargit

1 – Cône mobile 2 – Vérin hydraulique 3 – Accumulateur 4 – Réservoir d'huile

Sur l'indicateur de niveau d'huile du réservoir d'huile hydraulique, une échelle de mesure de l'ouverture de décharge, correspondant à la taille de cette dernière, est prévue. La différence de lecture de l'ouverture de décharge provoquée par une variation du niveau d'huile indique l'ampleur de la variation de l'ouverture de décharge. Pendant le fonctionnement, l'ouverture de décharge peut être réglée à tout moment en fonction de la taille de produit requise. Par conséquent, le réglage et le contrôle de l'ouverture de décharge en modifiant la quantité d'huile sous le piston hydraulique sont à la fois précis et pratiques.

La protection automatique et le déchargement automatique sont décrits ci-dessous.

(1) Protection automatique. Tout d'abord, de l'azote gazeux est injecté dans l'accumulateur (3) de manière à ce que sa pression soit supérieure à la pression d'huile requise pour un concassage normal. Lorsqu'un morceau de fer étranger ou tout autre objet non concassable pénètre dans la chambre de concassage, la pression d'huile dans le circuit d'huile haute pression devient supérieure à la pression d'azote à l'intérieur de l'accumulateur. Le piston de l’accumulateur (3) comprime alors l’azote, permettant à l’huile hydraulique de pénétrer dans l’accumulateur. En conséquence, le piston du vérin hydraulique (2) s’abaisse, entraînant avec lui le cône mobile. À ce stade, l’ouverture de décharge s’élargit et le morceau de fer étranger ou tout autre objet non broyable est évacué du concasseur, assurant ainsi une protection (voir figure 4-6).

(2) Déchargement automatique. Lorsque le concasseur s'arrête de manière inopinée pendant une alimentation normale, en raison d'un dysfonctionnement ou d'une coupure de courant, la chambre de concassage se retrouve obstruée par le minerai. Or, un concasseur à cône ne doit pas être remis en marche sous charge ; il est donc nécessaire de procéder à son déchargement.

Pour évacuer le minerai coincé, on peut recourir au principe de réglage hydraulique de l'ouverture d'évacuation. Lorsqu'un blocage se produit dans la chambre de concassage, le système hydraulique peut être actionné pour faire monter et descendre le cône mobile à plusieurs reprises, ce qui permet de concasser le minerai coincé et de l'évacuer du concasseur. Cela réduit considérablement la difficulté liée à l'évacuation manuelle.

Ce type de concasseur présente non seulement les excellentes caractéristiques de performance décrites ci-dessus, mais aussi une structure simple. Il permet ainsi non seulement de réduire la charge de travail liée à la maintenance et aux réglages et d'optimiser le taux d'utilisation de l'équipement, mais aussi d'éviter la mise en place d'une fondation de grande envergure et de réduire considérablement la charge de travail liée à la fabrication.

Figure 4-6 Principe de la protection automatique
1 – Cône mobile 2 – Vérin hydraulique 3 – Accumulateur 4 – Réservoir d'huile

Grâce à des améliorations continues fondées sur la pratique de production, le concasseur à cône hydraulique monocylindre a été modifié par rapport à sa conception d’origine : le grand engrenage du manchon excentrique a été déplacé de la partie inférieure vers la partie supérieure ; la transmission par courroie a été remplacée par une transmission directe ; les quatre patins d'appui en caoutchouc situés sous le châssis d'origine ont été supprimés, et le châssis est désormais fixé directement à la fondation, comme le montre la figure 4-7. Les concasseurs à cône hydrauliques monocylindriques actuellement produits sont tous fabriqués selon ce nouveau modèle amélioré.

Les caractéristiques techniques du concasseur à cône hydraulique monocylindre sont présentées dans le tableau 4-3.

Tableau 4-3 : Caractéristiques techniques des concasseurs à cône hydrauliques monocylindriques PYY-T

Notes de bas de page :
① La capacité est calculée sur la base d'une densité apparente du minerai de 1,6 t/m³.
② La masse de la machine n'inclut pas le poids du moteur.

Construction d'un concasseur à cône hydraulique multicylindre

Le concasseur à cône hydraulique multicylindre utilise des dispositifs hydrauliques pour la protection, le réglage et le verrouillage. Par conséquent, à l’instar du concasseur à cône hydraulique monocylindre, il présente les caractéristiques suivantes : réglage aisé de l’ouverture de décharge, faible coefficient de surcharge en cas de passage d’objets non concassables et retrait facile des objets non concassables coincés dans la chambre de concassage. La pratique industrielle montre que ce concasseur à cône hydraulique offre de bonnes performances. Cependant, par rapport au modèle à cylindre unique, sa structure est plus complexe et son temps de fabrication est plus important. La figure 4-8 illustre la structure d’un concasseur à cône hydraulique à plusieurs cylindres.

Figure 4-8 Structure d'un concasseur à cône hydraulique multicylindre
1 – Vérin hydraulique (vérin à huile)
2 – Manchon de soutien
3 – Cylindre de serrure
4 – Anneau
5 – Cône de concassage
6 – Vérin de poussée (ou vérin de propulsion)
7 – Cadre

Le concasseur à cône hydraulique multicylindre a été mis au point sur la base du concasseur à cône à ressort. Sa structure de base est similaire à celle de ce dernier.

La différence entre le concasseur à cône hydraulique à plusieurs cylindres et le concasseur à cône à ressorts réside dans le fait que les 10 à 16 jeux de ressorts d’origine sont remplacés par 10 à 16 cylindres de protection hydrauliques. La structure du vérin de protection est illustrée à la figure 4-9. Elle se compose d’un corps de vérin (1), d’un piston (2), d’un support (3) et d’un boulon (4). Le vérin est divisé par le piston en une chambre supérieure A et une chambre inférieure B.

Figure 4-9 Structure du vérin de sécurité
1 – Corps du cylindre 2 – Piston 3 – Support 4 – Boulon 5 – Châssis 6 – Manchon de support

Lorsqu’un objet incassable tombe dans le concasseur, la force de concassage augmente brusquement. La partie supérieure du concasseur se soulève alors d’un côté, en pivotant autour du point O, le point d’entrée du corps étranger métallique étant le plus éloigné. À ce moment-là, l’huile sous haute pression contenue dans la chambre supérieure A du vérin de sécurité est refoulée dans l’accumulateur (voir figure 4-10). Une fois l’objet non broyable évacué, la partie supérieure du broyeur revient automatiquement à sa position initiale sous l’action du gaz présent dans la partie supérieure de l’accumulateur.

Figure 4-10 Schéma de principe du concasseur laissant passer les impuretés ferreuses
1 – Objet incassable (ferraille) 2 – Accumulateur 3 – Vérin hydraulique

Lorsque le concasseur s'arrête en raison d'un blocage par des corps étrangers métalliques, d'une alimentation excessive, d'une coupure de courant soudaine ou d'autres dysfonctionnements, la chambre de concassage se retrouve encombrée de minerai ou de matériaux non concassables. Dans ce cas, il est possible d'actionner la vanne directionnelle du système hydraulique afin d'alimenter en huile la chambre inférieure du vérin de sécurité. L'huile contenue dans la chambre supérieure (A) du vérin de sécurité retourne automatiquement vers le réservoir d'huile. La partie supérieure du concasseur se soulève alors parallèlement, permettant ainsi l'évacuation du minerai ou des matériaux non concassables coincés dans la chambre de concassage (voir figure 4-11). Une fois le minerai ou le matériau non concassable évacué, la vanne directionnelle est à nouveau actionnée pour alimenter en huile la chambre supérieure du vérin de sécurité. L’huile contenue dans la chambre inférieure retourne automatiquement au réservoir d’huile, et le concasseur reprend son fonctionnement normal.

Les caractéristiques techniques du concasseur à cône hydraulique multicylindre sont présentées dans le tableau 4-4.

Tableau 4-4 : Paramètres techniques des concasseurs à cône hydrauliques multicylindres