1. Définition du concasseur à marteaux

Communément appelé « broyeur à marteaux », le concasseur à marteaux est un équipement de concassage par impact destiné aussi bien au concassage grossier qu’au concassage fin. Il broie les matériaux grâce à la force d’impact, de frappe, de cisaillement et de broyage générée par des têtes de marteaux tournant à grande vitesse. Se caractérisant par une structure simple et un faible coût d’investissement, il est largement utilisé dans les petites et moyennes installations de production de sable et de granulats, l’exploitation minière du charbon, les matériaux de construction, le recyclage des déchets solides, l’alimentation animale et d’autres secteurs.

Il peut être utilisé de manière autonome comme équipement de concassage primaire, ou associé à des concasseurs à mâchoires pour le concassage secondaire fin. Il est principalement conçu pour les matériaux cassants de dureté moyenne à faible, et ne convient pas aux minerais abrasifs de haute dureté, qui entraîneraient une usure extrêmement rapide des têtes de marteaux.

1.1 Principales classifications

1. À un seul étage Concasseur à marteaux: Il permet de broyer des matières premières de grande taille pour obtenir des produits finis en un seul passage ; il est couramment utilisé pour le concassage du calcaire et du charbon.
2. Concasseur à marteaux annulaires: Principalement utilisé pour le concassage du charbon destiné aux centrales thermiques, il offre de bonnes performances d'étanchéité et un faible niveau d'émissions de poussière.
3. Concasseur à marteaux de grande capacité: Doté d'un châssis renforcé et robuste ainsi que de grandes têtes de marteaux, il permet d'accepter des matériaux de plus grande taille et peut remplacer les petits concasseurs à mâchoires pour le concassage primaire grossier.

1.2 Matériaux concernés

Il convient aux matériaux friables de dureté moyenne à faible, dont la résistance à la compression est inférieure ou égale à 150 MPa, notamment le calcaire, le charbon, le gypse, le schiste, les déchets de chantier, les briques, les résidus miniers, la paille, les céréales, etc.

❌ Non recommandé pour les minerais à haute dureté tels que le granit, le basalte et le minerai de fer, car cela entraînerait une usure importante à court terme des têtes de marteaux et une forte augmentation des coûts d'exploitation et de maintenance.

1.3 Objectifs principaux de l'application

1. Petites installations de production de sable : transformation du calcaire en granulats finis en une seule opération de concassage.
2. Centrales thermiques et mines de charbon : concassage et traitement du charbon brut.
3. Recyclage et concassage des déchets de chantier, des briques et des résidus de béton.
4. Industries chimiques et des matériaux de construction : pré-broyage de matières premières telles que le gypse et le kaolin.
5. Agriculture et élevage : broyer la paille et les céréales pour produire des matières premières destinées à l'alimentation animale.

2. Structure principale du concasseur à marteaux

1. Entrée d'alimentation: Les matériaux sont introduits dans la chambre de concassage par le haut.
2. Ensemble rotor et têtes de marteau: Composants clés sensibles. Le moteur entraîne le rotor qui tourne à grande vitesse, et les têtes de marteau frappent les matériaux pour les fragmenter.
3. Plaques de revêtement: Des plaques en acier résistantes à l'usure sont fixées sur la paroi intérieure du carter ; les matériaux entrent en collision avec ces revêtements pour un concassage secondaire.
4. Barres de grille: Installé au fond de la machine pour contrôler la taille des particules évacuées. Les matériaux plus petits que les mailles de la grille tombent et sont évacués, tandis que les pierres trop grosses restent à l'intérieur de la chambre pour subir des impacts répétés.
5. Carter de la machine, moteur d'entraînement et poulie: Le boîtier étanche empêche la pénétration de poussière et fournit la puissance de rotation nécessaire au fonctionnement de l'équipement.

3. Principe de fonctionnement détaillé du concasseur à marteaux

Le concasseur à marteaux utilise une technologie de concassage par impact à grande vitesse, et les matériaux passent par trois étapes de concassage :

Étape 1 : concassage primaire par impact à grande vitesse

Les matériaux tombent dans la chambre de concassage par la bouche d'alimentation supérieure. Le moteur entraîne le rotor, qui tourne à grande vitesse grâce à des courroies trapézoïdales. Les têtes de marteaux en acier à haute teneur en manganèse, fixées sur le rotor, frappent violemment les matériaux en chute. Sous l'effet de cette force d'impact instantanée, les pierres se fendent le long de leurs fissures naturelles, ce qui marque la fin de la première étape de concassage.

Étape 2 : concassage secondaire par collision avec les plaques de revêtement

Les matériaux projetés par les marteaux-piqueurs viennent heurter à grande vitesse les revêtements résistants à l'usure qui tapissent la paroi interne du boîtier. La majeure partie de l'énergie cinétique est dissipée lors de la collision, et les pierres sont à nouveau fracturées. Les fragments rebondissent ensuite et retombent dans la zone d'impact des marteaux-piqueurs, où ils subissent un broyage répété.

Étape 3 : Broyage fin par collision mutuelle et criblage sur grille

À l'intérieur de la chambre de broyage, les matériaux entrent en collision, se frottent et subissent des forces de cisaillement les uns contre les autres de manière continue, ce qui permet d'affiner encore davantage leur broyage.

Seuls les gravillons dont la taille des particules est inférieure à celle des espaces entre les barres de la grille inférieure peuvent passer à travers les grilles et être évacués par le fond de la machine.

Les matériaux surdimensionnés sont retenus par les barres de la grille et maintenus dans la chambre de concassage, où ils sont frappés à plusieurs reprises par les têtes de marteaux jusqu’à ce qu’ils atteignent la taille de décharge requise.

Méthodes de réglage du débit

1. Remplacer les barres de la grille par des barres présentant des écarts de largeur différents : des écarts plus étroits permettent d'obtenir des matériaux finis plus fins, tandis que des écarts plus larges produisent des granulats plus grossiers.
2. Il est possible d'ajuster légèrement la granulométrie finale en remplaçant les têtes de marteaux par des modèles de poids et de dimensions différents ou en modifiant la vitesse de rotation du rotor.

Principe de protection de la sécurité

Lorsque des corps étrangers durs et incassables, tels que des blocs de fer ou des barres d'acier, pénètrent dans la chambre de concassage, l'impact instantané et violent provoque une surcharge sur les têtes de marteaux, ce qui peut entraîner leur détachement ou endommager le rotor. Certains concasseurs à marteaux lourds sont équipés de goupilles de sécurité qui se rompent en cas de surcharge afin de protéger l'arbre principal et le rotor contre des dommages graves.

4. Avantages et inconvénients

4.1 Avantages

1. Structure compacte et simple, occupant peu d'espace au sol, avec des coûts d'acquisition et d'installation réduits.
2. Grand rapport de réduction, permettant d'effectuer à la fois le concassage grossier et le concassage fin en une seule opération ; les petites lignes de production peuvent fonctionner avec une seule machine, ce qui permet un flux technologique court.
3. Utilisation simple, démontage et remplacement faciles des têtes de marteau ; l'entretien courant peut être effectué par des ouvriers non qualifiés.
4. Large plage d'alimentation ; les concasseurs à marteaux de grande puissance peuvent traiter directement des matières premières de grande taille sans équipement de concassage primaire supplémentaire.

4.2 Inconvénients

1. Les marteaux et les revêtements s'usent rapidement lors du traitement de minerais à haute dureté, ce qui nécessite un remplacement fréquent des pièces de rechange.
2. Les matériaux humides et riches en argile ont tendance à adhérer aux barres de la grille inférieure, ce qui entraîne un colmatage et une baisse du rendement.
3. Les produits finis contiennent une forte proportion de particules en paillettes présentant une forme granulométrique ordinaire, ce qui les rend inadaptés aux projets d'infrastructure de haut niveau tels que les autoroutes et les ponts.
4. Émissions élevées de bruit et de poussière lors du fonctionnement à grande vitesse, nécessitant l'utilisation de dispositifs adaptés de dépoussiérage et de réduction du bruit.

5. Configurations courantes des chaînes de production

1. Petite chaîne de production de calcaire / de déchets de chantier : Concasseur à marteaux de grande capacité + crible vibrant (formage en une seule étape avec une seule machine)
2. Chaîne de production de granulats de sable à grande échelle : Concasseur à mâchoires + concasseur à marteaux + crible vibrant
3. Broyage du charbon pour les centrales électriques et les mines de charbon : concasseur à marteaux annulaires + système de convoyage à bande fermé