Qu'est-ce qu'un concasseur à percussion tertiaire et comment fonctionne-t-il ?

Les concasseurs à percussion tertiaires réalisent la dernière étape de concassage dans les installations de concassage et de criblage, permettant d'obtenir la dimension finale dans la production de granulats. Dans cet article, nous examinons les principes de fonctionnement, les avantages et les détails techniques en nous concentrant sur les concasseurs tertiaires à axe horizontal.

Qu'est-ce qu'un concasseur à percussion tertiaire ?

Les concasseurs tertiaires sont généralement conçus pour concasser le refus de crible et les matériaux excédentaires indésirables issus des plages granulométriques du produit, après concassage et criblage dans les concasseurs secondaires. Les concasseurs à percussion tertiaires utilisés dans les installations de concassage et de criblage se répartissent en deux groupes : les concasseurs à percussion tertiaires à axe horizontal et les concasseurs à percussion tertiaires à axe vertical. En particulier dans le secteur minier, dans les installations traitant des minerais durs et abrasifs où l'on utilise des concasseurs à cône comme concasseurs secondaires, les concasseurs à percussion tertiaires sont le plus souvent des concasseurs à axe vertical. Dans le secteur des granulats, en revanche, dans les installations où des concasseurs à percussion à axe horizontal sont utilisés comme concasseurs secondaires, les concasseurs à percussion tertiaires sont le plus souvent des concasseurs à percussion à axe horizontal. Dans les installations traitant des roches volcaniques telles que le basalte, le granite et similaires, où des concasseurs à cône sont utilisés comme concasseurs secondaires, on emploie, comme dans le secteur minier, des concasseurs à percussion tertiaires à axe vertical.

Ces différences permettent de choisir la solution appropriée en fonction du domaine d'application du concasseur et de la dimension de produit souhaitée.

Avantages et domaines d'utilisation des concasseurs à percussion tertiaires à axe horizontal

Les concasseurs à percussion tertiaires à axe horizontal sont particulièrement privilégiés dans les secteurs des granulats et de l'exploitation minière. Vous trouverez ci-dessous les principaux avantages propres à ces concasseurs.

Les principaux avantages des concasseurs à percussion tertiaires à axe horizontal sont les suivants :

• La taille maximale de matériau qu'ils peuvent concasser est supérieure à celle des concasseurs à percussion à axe vertical. Sur certains concasseurs, elle peut atteindre 200 mm.
• Ces dernières années, les progrès dans le secteur de la métallurgie ont permis d'utiliser les concasseurs à percussion tertiaires à axe horizontal non seulement pour les matériaux non abrasifs, mais aussi pour les matériaux abrasifs de rivière et les roches volcaniques. Cependant, on utilise aujourd'hui plutôt des concasseurs tertiaires à axe vertical pour les roches volcaniques.
• La conception entièrement symétrique du rotor et de la chambre de concassage permet au concasseur de fonctionner dans les deux sens. Les larges portes entièrement ouvrantes des deux côtés du concasseur offrent un accès de maintenance très facile, réduisant ainsi considérablement les temps d'entretien.
• Sur la plupart de ces concasseurs, il y a deux plaques de concassage de chaque côté de la chambre de concassage. La plaque supérieure est appelée plaque de concassage et la plaque inférieure plaque de broyage. Les revêtements, faciles à monter sur ces plaques, sont conçus selon l'objectif de concassage ou de broyage. Le jeu entre les plaques de concassage et de broyage et le rotor se règle facilement et entièrement de façon hydraulique, et une répartition stable du produit est obtenue pendant toute la durée de fonctionnement.
• Le produit obtenu à partir du concasseur présente une structure sans fissures, solide et de forme cubique, très adaptée à la fabrication de béton et à la construction routière.

Structure et principaux composants du concasseur à percussion tertiaire à axe horizontal

Le fonctionnement efficace du concasseur à percussion tertiaire à axe horizontal dépend du fonctionnement harmonieux de chaque composant, de la conception du rotor jusqu'aux plaques de concassage. Cette section décrit pas à pas les éléments structurels du concasseur.

Étant donné que les tailles de matériau alimentées aux concasseurs à percussion tertiaires sont plus petites que celles des concasseurs à percussion primaires et secondaires, et que la capacité du concasseur est également inférieure à celle des concasseurs primaires et secondaires, les chambres de concassage de ces concasseurs sont plus petites ; par conséquent, les diamètres et largeurs de rotor, les moments d'inertie du rotor, les largeurs des plaques de concassage et les dimensions du corps sont plus petits. Sur la Figure 2, nous voyons les caractéristiques techniques des concasseurs à percussion tertiaires ayant des diamètres de rotor de ∅ 1000 mm ainsi que les principaux éléments du système de paliers.

Rotor du concasseur à percussion tertiaire à axe horizontal

Dans les concasseurs tertiaires, le rotor est le composant principal où se conjuguent le couple de rotation et l'énergie de percussion. Dans les conceptions d'ingénierie MEKA, la géométrie du rotor a été développée pour optimiser l'écoulement du matériau et augmenter à la fois l'efficacité de concassage et la durée de vie des battoirs.

Conception du rotor et choix des matériaux

Bien que différentes entreprises aient différentes conceptions du rotor de concasseur à percussion tertiaire, il existe, comme dans les concasseurs à percussion secondaires, un manchon d'arbre fabriqué en fonte ou en tube à paroi épaisse. Les disques du rotor sont fabriqués soit en acier laminé à chaud de qualité St 37-2 (S 235JR), soit en acier moulé de qualité GS 38, GS 45. Les épaisseurs de disque sont d'environ 60-75 mm et sont soudées à un manchon d'arbre (DN 250 SCH 160 ou équivalent) réalisé en tube d'acier étiré d'une épaisseur de paroi de 25-40 mm ou en acier moulé, ou bien un tube à paroi épaisse est soudé par tronçons entre les disques (en ménageant des chanfreins de soudure appropriés). Après le soudage, un traitement de détensionnement est appliqué. Selon la taille du concasseur, le nombre de disques varie de 2 à 6.

Montage des battoirs et résistance à l'usure

Aux endroits où passent les battoirs, des pièces d'assise de battoir sont soudées ; dans certaines conceptions, la surface des disques est entièrement recouverte de pièces de protection de disque en fonte résistante à l'usure, démontables et fixées par un système à goujons.

Comme la chambre de concassage est réduite dans les concasseurs à percussion tertiaires à axe horizontal, les disques entrent davantage en contact avec le matériau que dans les concasseurs à percussion secondaires et primaires. C'est pourquoi deux méthodes sont suivies. La méthode la plus efficace consiste à utiliser des pièces de protection de disque moulées en acier Hadfield, fixées aux disques par un système à goujons ou boulonné.

Après que les battoirs du concasseur ont été mis en place en les faisant glisser latéralement dans les logements du groupe de disques, pour empêcher leurs mouvements axiaux, environ 20 mm d'épaisseur, ils sont immobilisés par des pièces de liaison. Ces pièces sont fixées par des boulons M 12 dans les cavités des surfaces extérieures des disques d'extrémité et dans les cavités correspondantes des battoirs du concasseur. Figure 4 nous montre cette forme de liaison.

Les diamètres de rotor des concasseurs à percussion tertiaires à axe horizontal sont généralement d'environ ∅1000 mm - ∅1300 mm, et les largeurs de rotor sont choisies autour de 500, 1000, 1500, 2000 mm. Les battoirs du concasseur sont fabriqués en acier Hadfield (acier au manganèse austénitique moulé EN10349) si le matériau à concasser est du calcaire ou un matériau peu abrasif similaire. Si le matériau à concasser est abrasif, ils sont fabriqués en fonte blanche à haute teneur en chrome (ASTM A532, BS EN 12513, DIN 1695) ou en matériau MMC à charge céramique.

Dans les concasseurs à percussion tertiaires à axe horizontal aussi, comme dans les concasseurs à percussion primaires et secondaires à axe horizontal, on utilise un arbre principal en acier forgé de qualité SAE 4340. L'arbre principal est relié au groupe de disques par des bagues de serrage coniques (RING FEDER). Dans le système de paliers, on utilise des roulements à rotule sur deux rangées de rouleaux, de type service intensif à jeu C3, de marque SKF ou équivalente. Comme paliers, on utilise des supports de roulement de type SKF SNL ou équivalents.

La poulie d'entraînement est également reliée à l'arbre principal par des bagues de serrage coniques standard. Le diamètre de la poulie d'entraînement est généralement d'environ 800 mm ; les vitesses périphériques du rotor sont comprises entre 30-60 m/s pour les concasseurs à 4 battoirs et entre 50-75 m/s pour les concasseurs à 2 battoirs.

Les concasseurs à percussion tertiaires à rotor à deux battoirs ont une taille d'alimentation maximale de 80 mm et sont utilisés pour obtenir, à faible capacité, du matériau fin - du sable.

Avec les concasseurs de type TDK 10/05/2, TDK 10/05/4, TDK 10/10/2 et TDK 10/10/4 à rotor à 4 et 2 battoirs, Tableau 1 les produits indiqués ont été obtenus dans les conditions indiquées.

Graphique 1 montre les courbes de produit obtenues à différentes vitesses pour des matériaux de tailles et de types différents pour le concasseur TDK 10/05/4.

Tableau 1 Tailles de produit obtenues dans différentes conditions avec divers concasseurs

Corps du concasseur à percussion tertiaire à axe horizontal

Le corps du concasseur est le composant le plus critique de la conception en termes de durabilité et de facilité d'entretien. Sur les corps MEKA se distinguent une conception symétrique, de larges trappes de maintenance et des revêtements boulonnés.

Figure 5 montre un corps typique de concasseur à percussion tertiaire à axe horizontal (MEKA). Le corps du concasseur ne fait généralement qu'un avec le châssis porteur. Sur les faces avant et arrière du corps se trouve une trappe de maintenance symétrique, en deux parties, conçue pour être facilement ouverte à la main, couvrant la quasi-totalité de la surface, reliée par bras articulé au corps fixe. Les faces arrière des trappes sont recouvertes de revêtements résistants à l'usure fixés par boulons. Les autres côtés du corps comportent également chacun une trappe de maintenance articulée.

L'épaisseur de la tôle du corps est de 10-15 mm.

Plaques de concassage et de broyage

Les plaques de concassage et de broyage sont les composants fondamentaux qui déterminent la qualité du produit final. Elles sont fabriquées à partir de matériaux en acier à haute résistance à l'usure.

Les plaques de concassage des concasseurs tertiaires à axe horizontal sont généralement conçues en deux parties : les pistes de concassage et de broyage.

Dans les premières conceptions, les deux pistes se trouvaient sur la même plaque de concassage. Ces dernières années, les plaques de concassage sont conçues en deux parties : plaques de concassage et plaques de broyage. Le jeu entre chaque partie et le rotor est réglé séparément en tenant compte des positions relatives des parties.

Figure 7 montre une plaque de concassage de concasseur à percussion tertiaire à axe horizontal de fabrication MEKA.

Matériaux de revêtement et durabilité

Les revêtements de la plaque de concassage sont fixés à la plaque de concassage soit par un système boulonné, soit par emboîtement dans le logement des plaques.

Quelle est la différence entre concassage et broyage ?

Dans les concasseurs à percussion tertiaires à axe horizontal, le premier concassage du matériau entrant dans le concasseur se produit par l'impact du battoir et le choc contre la plaque de concassage ; l'affinage ultérieur se produit par le broyage du matériau lors de son passage dans la piste de broyage. Par conséquent, la durée de vie à l'usure des revêtements des plaques de concassage et de broyage est très importante. C'est pourquoi ces revêtements sont réalisés en dimensions suffisantes et leurs matériaux sont fabriqués spécialement selon le type de matériau à concasser.

Les épaisseurs de revêtement de la plaque de concassage sont en moyenne d'environ 90 mm. Selon le type de matériau à concasser, pour les roches peu abrasives, ils sont fabriqués en acier moulé austénitique à haute teneur en Mn (acier HADFIELD), tandis que pour les matériaux très abrasifs (comme le gravier de rivière ou le basalte), ils sont fabriqués en fonte blanche à haute teneur en chrome ou en matériau à charge céramique ou TiC MMC (METAL MATRIX COMPOSITE).

Comme nous l'avons déjà mentionné, les tôles de trappe du concasseur tertiaire en contact avec le matériau sont également revêtues de revêtements en acier HADFIELD de 30 mm d'épaisseur. Ces revêtements sont fixés au corps par boulons ; dans certaines conceptions, une liaison spéciale à clavette est également utilisée pour un changement facile.Figure 8 montre une telle forme de liaison.

Sur les plaques de concassage fabriquées en construction soudée, l'épaisseur des tôles sur lesquelles sont fixés les revêtements varie entre 20-40 mm. L'épaisseur des tôles de renfort à l'arrière varie également, selon la conception, entre 30-40 mm. Les diamètres des axes d'articulation des plaques de concassage sont d'environ 70-80 mm, et les diamètres des axes de la chape de la tige de réglage d'environ 50-60 mm.

Systèmes de réglage de la plaque de concassage

Une introduction doit être ajoutée au titre : Dans les concasseurs tertiaires modernes, les systèmes hydrauliques règlent automatiquement le jeu et assurent une protection contre l'entrée de matériaux métalliques.

Dans les concasseurs à percussion à axe horizontal, on utilise généralement des systèmes de réglage du jeu entièrement hydrauliques. Dans ce système, différentes entreprises utilisent différents dispositifs pour éviter que le matériau métallique entrant dans la chambre de concassage n'endommage le concasseur. Le plus classique d'entre eux est le système à ressorts, comme dans les concasseurs à percussion primaires et secondaires à axe horizontal. Sur la Figure 9, nous voyons le concasseur à percussion à axe horizontal sur lequel ce système est appliqué.

Il est également possible de prendre des mesures hydrauliques contre les dommages causés par des matériaux métalliques indésirables. Grâce à des capteurs reliés à la tige du vérin hydraulique, une augmentation soudaine de pression est détectée ; le jeu s'ouvre immédiatement, ce qui permet l'évacuation du matériau métallique de la chambre de concassage, puis le retour du jeu à sa position initiale. De plus, grâce à un capteur de position linéaire magnétostrictif appliqué à l'intérieur du vérin hydraulique, la mesure et le contrôle du jeu sont assurés.

De nombreuses entreprises fabriquant des concasseurs à percussion à axe horizontal équipés de systèmes de réglage entièrement hydrauliques utilisent des bras d'arrêt mécaniques afin d'éviter que, à la suite d'un éventuel problème du système hydraulique, la plaque de concassage n'entre dans les limites du cercle de rotation du rotor et n'endommage gravement le concasseur. Ces bras sont reliés de façon articulée à la plaque de concassage en un point distinct, en même temps que le vérin hydraulique, et empêchent le mouvement de la plaque de concassage vers le rotor en cas de défaillance du vérin hydraulique.

Système d'alimentation du concasseur tertiaire

Le système d'alimentation influe directement sur la performance et le taux d'usure du concasseur. Dans les conceptions MEKA, le système d'alimentateur vibrant assure un écoulement homogène du matériau et augmente le rendement.

L'un des facteurs les plus importants influençant la performance des concasseurs tertiaires est l'alimentation du concasseur sur toute la largeur du rotor avec la même épaisseur de matériau et la même capacité. Ainsi, la capacité du concasseur augmente, de même que la durée de vie des pièces d'usure. C'est pourquoi la méthode la plus appropriée dans le système d'alimentation du concasseur consiste à utiliser une trémie d'environ 5-15 m3 de capacité et, en dessous, un alimentateur vibrant ou à bande adapté à la capacité du concasseur. Sur la Figure 10, nous voyons le concasseur tertiaire MEKA alimenté par un alimentateur vibrant approprié.

Comment calcule-t-on la capacité d'un concasseur à percussion tertiaire ?

Le calcul de la capacité se fait en fonction de la vitesse du rotor, de la puissance du moteur et des propriétés du matériau. Les tableaux ci-dessous montrent les résultats obtenus dans différentes conditions. Pour le calcul de la capacité des concasseurs tertiaires, on suit l'exemple et la démarche appliqués au concasseur secondaire.

À la lumière des facteurs indiqués dans le Tableau 2, le Tableau 3 et le Tableau 4, la capacité du concasseur à percussion tertiaire à axe horizontal :

Q = (N / W) * f_t * f_p * f_m

peut être calculée par la formule. Ces tableaux sont redonnés ci-dessous.

• N : Puissance moteur utilisée, kW
• W : Puissance de concassage unitaire, kWh/tonne
• W = 11 * Wi * (1 / TP)
• Wi : Besoin approximatif en énergie spécifique nécessaire pour le concasseur, kWh/t
• TP : Indice de broyabilité
• P : Ouverture de maille carrée que traverse 80 % du produit (matériau sortant du concasseur) - micron
• F : Ouverture de maille carrée que traverse 80 % du matériau alimenté au concasseur - micron (le matériau fin doit avoir été criblé hors du matériau alimenté)
• f_t : Facteur de conception
• f_p : Facteur de vitesse

f_m : Facteur de matériau