Qu'est-ce qu'un crible vibrant ? Caractéristiques et domaines d'utilisation

Qu'est-ce qu'un crible vibrant ?

Le criblage occupe une place importante dans presque tous les procédés minéraux. On appelle criblage (classification) l'opération consistant à séparer un tas de matériau contenant des éléments de différentes tailles en au moins deux fractions ou plus. Le criblage consiste à faire passer la taille que l'on souhaite séparer à travers une ouverture donnée. Ainsi, le matériau capable de passer par l'ouverture est séparé de celui qui ne le peut pas. Les cribles sont les machines les plus utilisées pour la classification dimensionnelle. Dans l'industrie de procédés, on rencontre de nombreux cribles et procédés de criblage différents. Cet article se concentre sur les cribles vibrants, l'un des types de cribles les plus utilisés dans le secteur minier et en particulier dans la production de granulats.

Les cribles se répartissent généralement en trois catégories présentées dans le Tableau 1. Dans les cribles de type fixe (grizzlies, riffles, sieve bends), aucune force mécanique n'est appliquée au matériau à cribler ; le criblage s'effectue uniquement sous l'effet de la gravité. Le trommel et le crible à rouleaux (roller screen) sont des exemples de cribles de type rotatif. Le trommel (Tableau 1, image de droite) fonctionne selon le principe de rotation d'un tambour percé de trous. Le criblage se produit lorsque le matériau chargé à l'intérieur du crible passe par les trous. Le crible à rouleaux possède une structure comportant plusieurs rouleaux disposés les uns à la suite des autres et tournant de façon synchrone ou asynchrone. Il fonctionne selon le principe suivant : le matériau à cribler tombe à travers les espaces situés entre les rouleaux. Le crible à rouleaux est présenté sur l'Image 1.

Les types de criblage sont classés en catégories selon la taille du matériau (Figure 1). Ces catégories peuvent être résumées ainsi :
400 microns – 2 mm extra fin, 2-5 mm applications humides, 5-65 mm classification typique, 65-250 mm classification de gros matériaux, 250-450 mm criblage grossier, 450-915 mm extra grossier

1.1 Qu'est-ce que la force G ?

Les cribles inclinés fonctionnent dans une plage de 3-4 G et les cribles horizontaux de 4-5 G. Mais, y avez-vous déjà pensé ? Lorsque vous atteignez 100 km/h avec votre voiture en environ 8 secondes, quelle force G s'exerce sur vous ? La réponse à cette question est 0,58 G. Qu'est-ce que la force G et quel rapport a-t-elle avec les cribles ?

Lorsque nous disons qu'un crible subit 5 G, cela signifie en réalité qu'une accélération égale à 5 fois l'accélération de la pesanteur s'exerce sur le système. Bien que l'accélération de la pesanteur varie selon votre position sur la Terre, elle est admise comme étant de 9,81 m/s². Autrement dit, 5G = 5x9,81 = 49,05 m/s².

1.2 Principe de fonctionnement des cribles vibrants

Les cribles vibrants sont le type de crible le plus utilisé dans l'industrie. Ils se composent généralement du corps du crible, du mécanisme d'entraînement et du système élastique.

1.2.1 Corps du crible

Les cribles vibrants sont le type de crible le plus utilisé dans l'industrie. Ils se composent généralement du corps du crible, du mécanisme d'entraînement et du système élastique.

1.2.2 Système d'entraînement

Le système d'entraînement est l'un des éléments les plus critiques d'un crible. Pour comprendre les systèmes d'entraînement, il est important de connaître le principe de fonctionnement du crible. Les cribles sont mis en vibration grâce à la force centrifuge générée par la rotation de balourds (masses excentriques) à une vitesse déterminée. Le principe de fonctionnement du système d'entraînement est présenté sur la Figure 3.

La position de fixation du balourd sur le corps du crible influence la forme de la vibration. Dans les cribles inclinés à entraînement unique, le mécanisme d'entraînement est placé à une position proche du centre de gravité du crible. Ainsi, la vibration est rendue égale en tout point du crible.

1.2.3 Comment calcule-t-on le G ?

Pour calculer le G de votre système, vous pouvez utiliser la formule ci-dessous.

Par exemple : le G d'un crible fonctionnant à 900 RPM et ayant une course de 9 mm se calcule comme suit :

Vous pouvez également déterminer la valeur G à l'aide du Graphique 1.

Si votre crible ou vos alimentateurs fonctionnent en dehors de la plage G recommandée, deux risques vous guettent. Les plages de 3-4 G pour les cribles inclinés, de 4-5 G pour les cribles horizontaux et de 4-5 G pour les alimentateurs ont prouvé leur pertinence grâce à l'expérience accumulée jusqu'à présent. Si la valeur G est inférieure à la valeur recommandée, une baisse du rendement de criblage et de la capacité ainsi qu'un colmatage de vos cribles peuvent survenir. Si elle est supérieure à la valeur indiquée, les structures mécaniques peuvent être trop sollicitées, ce qui peut entraîner des fissures dans la structure et une réduction de la durée de vie des roulements.

1.2.4 Système élastique

Dans les cribles et alimentateurs, on peut utiliser comme élément de système élastique des ressorts hélicoïdaux en acier, des plots en caoutchouc et des éléments dans lesquels des composants en caoutchouc sont placés dans une structure spéciale. Les ressorts hélicoïdaux en acier sont l'élément de système élastique le plus utilisé et le plus économique dans les cribles et alimentateurs. Les éléments du système élastique sont présentés sur l'Image 2.

Avantages des plots en caoutchouc par rapport au ressort hélicoïdal en acier :

1. Comme le taux de raideur des ressorts en caoutchouc varie en fonction de la charge appliquée, ils assurent une fréquence naturelle constante sous des charges variables et procurent donc une bonne isolation.
2. Ils ont une capacité de charge élevée.
3. Comme le taux de raideur dans le sens horizontal est plus faible que dans le sens vertical, ils assurent une bonne isolation dans le sens horizontal.
4. Ils sont plus performants que les ressorts en acier dans les milieux humides et corrosifs.
5. Ils produisent moins de bruit

1.3 Fréquence, course et forme de vibration

Les cribles vibrants ont trois paramètres de fonctionnement importants. Ce sont : la forme du mouvement de vibration, la course et la fréquence. Si ces caractéristiques peuvent être modifiées simplement sur certains cribles, sur d'autres il est assez difficile de les modifier après la fabrication dans l'environnement de l'installation. Lorsque le crible vibre, il se déplace selon une trajectoire donnée. Cette trajectoire est la forme du mouvement de vibration. Le double de l'amplitude est appelé course. La distance entre les deux points les plus éloignés de la trajectoire est la course. Pour obtenir des informations sur la façon de mesurer la course, vous pouvez consulter les vidéos sur la page YouTube de MEKA GLOBAL. Des exemples de course sont présentés dans le Tableau 2. La fréquence indique le nombre d'occurrences d'un événement par unité de temps. La fréquence d'un crible indique combien de fois par seconde un point passe sur la trajectoire suivie par le crible. Elle est directement liée à la vitesse de rotation des balourds.

1.4 Qu'est-ce que le criblage ?

Le principe de base est le même pour tous les cribles. Les particules plus petites que l'ouverture de maille du crible peuvent passer sous la toile de criblage et sont appelées passants (undersize) ; les matériaux plus grands que l'ouverture de maille quittent le système sans pouvoir traverser la toile et sont appelés refus (oversize) (Figure 4). Plus la probabilité que les particules passent par l'ouverture de maille augmente, plus le rendement de criblage s'élève. Le trajet suivi par les particules sur le crible est présenté sur la Figure 5.

Les cribles vibrants les plus fréquemment utilisés comportent 2, 3 ou 4 étages. À chaque étage, des structures appelées cadres portent la toile de criblage (screen media). Si le matériau est suffisamment petit pour passer par l'ouverture de maille de l'étage où il se trouve, il descend à l'étage inférieur ; sinon, il quitte le système en fin d'étage. Une goulotte au point de déversement du crible achemine vers l'étape suivante le refus provenant de chaque étage sans les mélanger.

1.5 Stratification (stratification)

Un autre facteur important dans le criblage est la stratification. Le matériau envoyé sur le crible se présente, au point où il est initialement déversé, sous forme d'un mélange de particules grossières et fines. Pour que le criblage ait lieu, les petites particules doivent se faufiler entre les gros matériaux et atteindre la toile de criblage. Après avoir avancé un certain temps sur la surface du crible, le matériau mélangé se positionne, grâce au mouvement de vibration, de sorte que les petites particules restent en bas et les grosses particules au sommet du tas ; cet état est appelé stratification. La stratification est présentée sur la Figure 6.

La profondeur de lit (bed depth) est un paramètre à contrôler dans le procédé de criblage lié à la stratification. La règle générale pour la profondeur de lit est qu'elle ne dépasse pas 4 fois l'ouverture de la toile de criblage pour les matériaux ayant une densité apparente de 1,6 t/m³, et 3 fois pour ceux de densité plus faible. La profondeur de lit est présentée sur la Figure 6. Les éléments influençant la stratification sont indiqués ci-dessous :

1. La capacité du matériau à se déplacer sur le crible est importante pour la stratification. Cela varie en fonction de la forme du matériau. Les matériaux ronds se déplacent plus rapidement sur la toile de criblage tandis que les matériaux plats se déplacent relativement plus lentement. Les autres facteurs influençant la vitesse du matériau sont les caractéristiques de la toile de criblage et son inclinaison.
2. La fréquence de vibration du crible, son amplitude et le type de mouvement.
3. Un taux d'humidité élevé à la surface du matériau influence négativement la stratification.

1.6 Types de cribles et domaines d'utilisation

Les cribles peuvent être de types très variés selon leur lieu d'utilisation. Le lieu d'utilisation et les types de cribles sont indiqués dans le Tableau 3.

1.6.1 Crible incliné (Inclined Screen)

Les cribles inclinés sont le type de crible le plus utilisé. Les cribles inclinés peuvent être entre 15° et 30°. Comme pour tous les cribles, le corps du crible fonctionne sur des ressorts en acier ou en caoutchouc. La course de fonctionnement de ce type de cribles est généralement comprise entre 8 mm et 12 mm. Lorsque la quantité de balourds est augmentée, on obtient une course élevée, et lorsqu'elle est réduite, une course faible. Ce type de cribles peut avoir 2, 3 et 4 étages ; ainsi on peut obtenir 3 produits différents d'un crible à 2 étages, 4 d'un crible à 3 étages et 5 d'un crible à 4 étages. Le crible incliné est présenté sur l'Image 3.

1.6.2 Crible horizontal (Horizontal Screen)

Les cribles horizontaux (Image 4) ont une structure plus complexe que les cribles inclinés. Ces cribles peuvent être positionnés soit parallèlement au sol, soit selon des angles variant entre 0° et 5°. La caractéristique la plus importante des cribles horizontaux est leur capacité à effectuer un mouvement de vibration de forme elliptique (Figure 7) avec l'angle d'attaque et la course souhaités. L'angle d'attaque, la course et la vitesse de fonctionnement de ce mouvement de vibration peuvent être facilement modifiés.

Le mécanisme d'entraînement triple est créé par la synchronisation, à l'aide d'engrenages, de trois systèmes similaires au système d'entraînement des cribles inclinés (Image 5).

Grâce à ce système, le crible effectue un mouvement elliptique qui est la combinaison d'un mouvement à la fois circulaire et linéaire. Le principal avantage du mouvement elliptique est qu'il est plus efficace pour empêcher le colmatage de la toile de criblage et que, du fait que la toile de criblage est horizontale, l'ouverture du crible peut être utilisée plus efficacement. Comme le montre la Figure 8, l'ouverture de maille étant plus grande dans les cribles horizontaux, la quantité de matériau de la bonne taille dans le produit sera plus importante, ce qui signifie une augmentation du rendement. Dans ce cas, on pourrait penser au premier abord que cela pourrait être obtenu en installant sur les cribles inclinés une toile à maille plus grande que l'ouverture souhaitée, mais il y a alors un risque que des matériaux de taille plus grande que souhaité se mélangent au produit obtenu.

La course des cribles horizontaux varie entre 14 et 20 mm. Ils ont une course et une valeur G plus élevées que les autres cribles.

1.6.3 Crible banane (Banana Screen)

Le crible banane (Image 6) tient son nom de sa structure de cadre incurvée. Contrairement aux structures de cadre plates habituelles, les cadres des cribles banane ont une structure variant entre 0° et 45°. Grâce à cette structure, les cribles banane ont une capacité élevée, une faible profondeur de lit et une vitesse de matériau élevée.

Les cribles banane sont entraînés grâce au mécanisme d'entraînement placé au-dessus du crible. Grâce à ce mécanisme d'entraînement, un mouvement linéaire se produit. Cependant, comme il existe différentes pentes le long d'un cadre, le matériau a des vitesses différentes aux parties de chargement, centrale et de déchargement du crible. La forte pente à la partie d'alimentation permet une stratification plus rapide du matériau, tandis que la faible pente à la partie de déchargement permet au matériau de passer plus de temps sur le crible (Figure 9), ce qui augmente ainsi le rendement de criblage.

1.6.4 Crible d'égouttage (De-Watering Screen)

Le crible d'égouttage (Image 7) est utilisé pour séparer l'eau d'un matériau fin contenant une grande quantité d'eau. Le mouvement de vibration est généré grâce aux vibromoteurs placés sur le crible. L'inclinaison du crible est opposée au sens d'écoulement du matériau et se situe entre 0° et 5°. Le régime de fonctionnement de ce type de cribles est généralement d'environ 1000-1500 tr/min.

1.6.4 Crible d'égouttage (De-Watering Screen)

Le crible d'égouttage (Image 7) est utilisé pour séparer l'eau d'un matériau fin contenant une grande quantité d'eau. Le mouvement de vibration est généré grâce aux vibromoteurs placés sur le crible. L'inclinaison du crible est opposée au sens d'écoulement du matériau et se situe entre 0° et 5°. Le régime de fonctionnement de ce type de cribles est généralement d'environ 1000-1500 tr/min.

Il effectue une vibration linéaire grâce à deux vibromoteurs tournant en sens opposés. Grâce à cette vibration, tandis que l'eau passe par l'ouverture de maille du crible, le refus avance vers la partie de déchargement. La couche de gâteau (Image 8) qui se forme lorsque le matériau sort par la pente opposée au sens d'alimentation joue le rôle d'un filtre ; ainsi, les particules susceptibles de passer par l'ouverture de maille sont retenues. Les cribles d'égouttage ont un g plus élevé que les autres cribles. Pour une opération d'égouttage efficace, il convient que le crible fonctionne dans une plage de 5-6 g.

1.6.5 Crible à matériau fin (Fine Material Screen)

Le crible à matériau fin (Image 9) peut cribler jusqu'à 200 microns un matériau alimenté à une taille de 0-5 mm. Dans ce type de cribles, les cadres sont reliés au corps par des structures amplificatrices de vibration ; ainsi, les cadres vibrent à une fréquence et une amplitude bien plus élevées que le corps du crible. Le matériau de faible taille peut ainsi être criblé avec une capacité et un rendement élevés.

Un autre type de crible utilisé pour les matériaux fins est le crible à haute fréquence. Dans ce type de cribles, grâce à de nombreux vibromoteurs de petite taille reliés sous les cadres, le cadre est mis en vibration à une fréquence bien plus élevée que le corps du crible. De cette façon, le nombre de contacts du matériau avec la surface du crible augmente et un criblage efficace est réalisé (Figure 10).

Un autre crible utilisé pour les procédés de criblage de matériaux fins est le crible rotatif (Image 10). Dans ce crible, contrairement aux cribles habituels, le matériau est alimenté par le centre et avance vers les bords. Il est particulièrement utilisé dans la production de denrées alimentaires.

1.6.6 Crible à grille (Grizzly Screen)

Les cribles à grille (Image 11) sont utilisés pour cribler des tas ayant des tailles de particules assez grandes. Les cribles à grille tiennent leur nom des grilles parallèles situées sur leur cadre supérieur. Ces cribles sont généralement utilisés avant l'opération de concassage pour empêcher que les petites particules entrent dans le concasseur et réduisent le rendement. La distance entre les grilles peut être réglée selon la taille du matériau à cribler. En général, l'ouverture des grilles est supérieure à 50 mm et peut, dans certaines applications, atteindre jusqu'à 300 mm. L'inclinaison des cribles à grille peut être entre 15° et 20°.

Les grilles sont fabriquées dans un matériau résistant à l'usure. La fonte d'acier au manganèse est une méthode de fabrication généralement privilégiée pour les grilles. La distance entre les grilles s'élargit de l'alimentation vers le sens de déchargement ; ainsi, le coincement du matériau criblé entre les grilles est évité. Du fait qu'il sera exposé à de fortes charges, les tôles latérales et la structure du corps du crible à grille sont conçues pour un service intensif.