1. Définition du concasseur à cône

Le concasseur à cône est un équipement professionnel de concassage moyen et fin spécialement conçu pour les minerais à haute dureté. Il est généralement installé en aval du concasseur à mâchoires en tant qu'équipement de concassage secondaire ou tertiaire, et est largement utilisé pour le concassage de roches dures telles que le granit, le basalte, les galets de rivière, le minerai de fer et le minerai d'or.

Entraîné par un arbre principal excentrique, le cône mobile effectue un mouvement de balancement giratoire afin de comprimer et de broyer les matériaux. Les granulats obtenus présentent une forme cubique régulière avec peu de particules lamellaires, ce qui permet non seulement de produire des granulats de construction de haute qualité, mais aussi de fournir une matière première fine adaptée aux broyeurs à boulets et aux broyeurs Raymond. Selon leur structure et leur application, les concasseurs à cône se divisent principalement en trois types :

1. Printemps Concasseur à cône: Modèle traditionnel doté d'une protection contre la surcharge à ressort, couramment utilisé dans les chaînes de production de traitement du sable et des minéraux de petite et moyenne envergure.
2. Concasseur à cône hydraulique (monocylindre / multicylindre): Modèle courant de type standard, doté d'un système hydraulique de dégagement des cavités, d'une fonction de libération du fer et d'un réglage automatique du déchargement. Il se caractérise par un haut degré d'automatisation et est adapté à un fonctionnement continu à forte charge dans les grandes mines.
3. Concasseur giratoire: Équipement de concassage primaire à cône de très grande taille, capable de remplacer les concasseurs à mâchoires pour le concassage primaire dans les grandes mines à ciel ouvert dont la capacité annuelle s'élève à plusieurs millions de tonnes.

1.1 Matériaux concernés

Minerais cassants de dureté moyenne à extrême, dont la dureté selon l'échelle de Mohs est ≤ 12, notamment le granit, le basalte, les galets de rivière, le minerai de fer, le minerai de cuivre, le minerai d'or, le quartz, etc.

Grâce au principe de concassage par laminage, ses pièces d'usure s'usent beaucoup moins vite que celles des concasseurs à percussion lors du traitement de roches dures, ce qui en fait l'équipement de concassage secondaire privilégié pour les chaînes de production de roches dures.

1.2 Principaux cas d'utilisation

1. Installations de production de granulats à haute dureté : concasseur à mâchoires pour le concassage primaire + concasseur à cône pour le concassage moyen et fin, afin de produire des granulats haut de gamme destinés aux autoroutes, aux ponts et au béton de construction.
2. Installations de traitement des minerais : broyer les minerais en vrac en particules fines de 10 à 25 mm en vue d'un broyage ultérieur dans des broyeurs à boulets.
3. Recyclage des résidus miniers, des scories d'aciérie et des déchets de construction de dureté moyenne.
4. Stations mobiles de concassage à cône destinées au traitement sur site de roches dures dans le cadre de projets sur le terrain.

2. Structure principale du concasseur à cône

1. Cône fixe (manchon de réglage): Cadre extérieur équipé de revêtements d'usure concaves sur la face intérieure.
2. Cône mobile (cône de concassage): Composant rotatif central muni d'une chemise de protection sur sa surface extérieure.
3. Ensemble d'arbre principal excentrique: Moteur qui entraîne le cône mobile afin qu'il effectue un mouvement giratoire excentrique.
4. Dispositif de sécurité hydraulique / à ressort: Se soulève automatiquement pour évacuer les corps étrangers incassables, tels que des blocs de fer, afin de protéger l'ensemble de la machine contre les dommages dus à une surcharge.
5. Transmission à engrenages coniques, moteur et station de lubrification: Assurer l'entraînement rotatif et la lubrification continue des composants excentriques.
6. Vérin hydraulique de dégagement de cavité et dispositif de réglage de l'ouverture de décharge: Contrôler à distance la granulométrie finale et procéder au nettoyage de la cavité d’une simple pression sur un bouton en cas d’obstruction par le matériau.

3. Principe de fonctionnement détaillé (broyage par compression gyratoire à couches superposées)

Le concasseur à cône fonctionne selon le principe du concassage par laminage. Le cône mobile tourne de manière excentrique autour de l'axe central, resserrant et relâchant périodiquement la chambre de concassage afin de réaliser un écrasement et une fragmentation cycliques des minerais. L'ensemble du processus comprend quatre étapes :

Étape 1 : Alimentation de la chambre de concassage en matière première

Les minerais pré-broyés par le concasseur à mâchoires tombent depuis la trémie d'alimentation supérieure dans la chambre de concassage annulaire située entre le cône fixe et le cône mobile, puis descendent sous l'effet de la gravité.

Étape 2 : Entraînement excentrique pour la rotation du cône mobile

Le moteur entraîne le manchon excentrique par l'intermédiaire d'une paire d'engrenages coniques. Le manchon excentrique entraîne à son tour l'arbre principal et le cône de concassage mobile afin de produire un mouvement giratoire excentrique : le cône mobile tourne autour de l'axe central tout en effectuant une légère rotation sur son propre axe.

Étape 3 : Ouverture et fermeture périodiques de la chambre pour le broyage par laminage

• Course de broyage: Lorsque le cône mobile se rapproche du cône fixe, l'espace de la chambre de concassage se rétrécit brusquement. Les minerais à l’intérieur sont soumis à des forces de compression, de torsion et de flexion à plusieurs niveaux. Des fissures de contrainte se forment à l’intérieur des matériaux afin de briser les gros morceaux de minerai. Sous l’effet d’une compression stratifiée entre les particules, les pierres en lamelles sont encore broyées pour obtenir des agrégats cubiques bien formés.
• Course de sortie: Lorsque le cône mobile bascule vers le côté opposé, l'espace entre les chambres s'élargit instantanément. Les pierres plus petites que l'ouverture de décharge tombent et sont évacuées par gravité. Les particules grossières surdimensionnées restent dans la chambre supérieure en vue d'un prochain cycle de compression giratoire.

Étape 4 : Broyage progressif en plusieurs étapes, de haut en bas

Au cours de leur descente, les minerais passent successivement par la zone de concassage grossier, la zone de concassage moyen et la zone de concassage fin. La granulométrie est réduite progressivement, et les granulats finis conformes aux spécifications sont évacués en continu par la sortie annulaire située au fond.

Clé n° 1 : Principe de la protection hydraulique contre les surcharges

Lorsque des corps étrangers incassables, tels que des barres d'acier ou des blocs de fer, viennent se coincer dans la chambre de concassage, le système hydraulique relâche instantanément la pression afin d'abaisser le cône mobile et d'élargir l'ouverture d'évacuation pour permettre l'évacuation des corps étrangers. Le système hydraulique se réinitialise ensuite automatiquement afin d'éviter d'endommager les composants essentiels et coûteux, tels que l'arbre principal et la douille.

Les concasseurs à cône à ressort utilisent la déformation par compression du ressort pour assurer la protection contre les surcharges.

Clé n° 2 : Réglage du débit

Réglez la hauteur verticale du cône fixe à l'aide du vérin hydraulique afin de modifier l'écartement inférieur entre le cône mobile et le cône fixe :

• Relever le cône fixe → Orifice de décharge plus petit → Granulats finis plus fins
• Abaisser le cône fixe → Ouverture de décharge plus grande → Granulats finis plus grossiers

4. Avantages et inconvénients

4.1 Avantages

1. Spécialement optimisé pour les minerais à haute dureté ; le concassage par laminage réduit considérablement l'usure et les coûts d'exploitation dans les conditions d'exploitation de roches dures, par rapport aux concasseurs à percussion.
2. Un rapport de concassage élevé, un rendement élevé en granulats cubiques avec peu de particules lamellaires, répondant aux normes relatives aux granulats d'infrastructure de haute qualité sans équipement de mise en forme supplémentaire.
3. Les modèles hydrauliques permettent le nettoyage automatique de la cavité, le dégagement du fer et le réglage intelligent de l'écartement, garantissant ainsi un fonctionnement stable en charge maximale 24 heures sur 24.
4. Système de lubrification entièrement étanche et résistant à la poussière, faible taux de défaillance, adapté à une production minière à grande échelle et à long terme.

4.2 Inconvénients

1. Ne convient pas aux matériaux humides, visqueux et riches en argile, car la boue collante adhérera à la chambre de concassage et provoquera un blocage.
2. Sa structure précise et complexe entraîne un coût d'équipement plus élevé que celui des concasseurs à percussion de mêmes caractéristiques techniques ; son entretien nécessite l'intervention de techniciens spécialisés.
3. Le rendement en poudre fine étant inférieur à celui des concasseurs à percussion, on associe généralement des cribles vibrants et des machines de production de sable afin d'augmenter la production de sable artificiel.

5. Configuration standard de la chaîne de production

1. Ligne de traitement des granulats de roche dure : alimentateur vibrant + concasseur à mâchoires + concasseur à cône hydraulique + crible vibrant
2. Ligne de concassage pour le traitement des minéraux : concasseur à mâchoires + concasseur à cône + convoyeur à bande + broyeur à boulets