Concasseur à cône : fonctionnement, chambre, réglage et alimentation

Là où le concasseur à mâchoires prend des blocs bruts et les casse grossièrement, le concasseur à cône reçoit un matériau déjà préconcassé et en fait un produit calibré, régulier, de forme correcte. C'est la machine des étages secondaire et tertiaire — dans les mines, les carrières de granulats, les cimenteries — et celle dont les performances dépendent le plus de la façon dont on l'alimente et on la règle. Comprendre ce qui se passe dans la chambre évite la plupart des déconvenues.

Les composants

Le bâti et le bol. Le bâti porte l'ensemble ; le bol (« bowl ») est la partie supérieure, garnie à l'intérieur d'une pièce d'usure conique — les concaves, ou garniture de bol. Sur beaucoup de machines, le bol se visse dans le bâti : le monter ou le descendre change l'écartement avec le manteau, c'est-à-dire le réglage. Sur d'autres conceptions, c'est l'arbre principal qui monte ou descend hydrauliquement.

La tête et le manteau. La tête est une pièce conique montée sur l'arbre principal ; le manteau est la pièce d'usure qui la recouvre. La chambre de concassage est l'espace annulaire entre le manteau et les concaves : large en haut, où la roche entre, étroit en bas, où elle sort.

L'excentrique. L'arbre principal (ou la tête, selon la conception) est logé dans une douille excentrique entraînée par une couronne dentée et un pignon reliés au moteur. Quand l'excentrique tourne, la tête ne tourne pas sur elle-même à la même vitesse : elle décrit un mouvement de giration — son axe balaie un cône — de sorte que la chambre se ferme d'un côté et s'ouvre de l'autre, en tournant en permanence autour de la machine.

Le système hydraulique. Il assure plusieurs fonctions selon les modèles : le réglage du CSS en marche, la libération des imbroyables (le bol ou l'arbre s'écarte quand un effort anormal apparaît, puis revient), le décolmatage (« clearing ») quand la chambre est bouchée, et le maintien du serrage du bol.

La lubrification. Un circuit d'huile sous pression, avec refroidissement et filtration, alimente les paliers et l'excentrique ; sa température et sa pression sont surveillées en permanence — c'est le premier système que l'automate arrête en cas d'anomalie.

Le mouvement et la fragmentation

À chaque révolution de l'excentrique, chaque point de la chambre voit le manteau s'approcher des concaves puis s'en éloigner. La roche, qui descend par gravité, est comprimée à chaque passage et se fracture, puis tombe d'un cran pendant l'ouverture, jusqu'à passer par le bas. La distance entre le point le plus fermé et le point le plus ouvert d'un même endroit de la chambre est la course (« throw »), fixée par l'excentricité.

Le concasseur à cône a une particularité que n'a pas la mâchoire : quand la chambre est bien remplie, la roche n'est plus seulement écrasée entre deux surfaces métalliques, mais entre d'autres morceaux de roche. C'est la compression inter-particules. Elle produit des grains plus cubiques, use les pièces plus uniformément et réduit la part des grains plats et allongés. Elle n'existe que si la chambre est pleine — d'où l'importance de l'alimentation, plus bas.

La chambre : standard ou tête courte

La forme de la chambre — la géométrie combinée du manteau et des concaves — se choisit selon la tâche :

• Chambre standard : large en haut, longue zone de réduction ; elle accepte une alimentation grossière et convient à l'étage secondaire.
• Chambre tête courte (« short head ») : entrée plus étroite, zone parallèle plus longue au bas de la chambre ; elle demande une alimentation plus fine et donne un produit plus fin et plus régulier — l'étage tertiaire.

À l'intérieur de chaque famille, les fabricants proposent plusieurs profils (extra-grossier, grossier, moyen, fin, extra-fin) selon la taille d'alimentation et le produit visé. Choisir la chambre, c'est faire correspondre trois choses : le plus gros morceau qui arrive, le CSS que l'on veut tenir, et la capacité attendue. Une chambre trop fine pour l'alimentation bloque en haut ; une chambre trop grossière pour le CSS visé use le bas prématurément.

Le réglage : CSS et ce qu'il commande

Le CSS (« closed side setting ») est l'écartement minimal entre manteau et concaves au bas de la chambre. C'est le réglage principal : il fixe la taille du produit, et donc la réduction obtenue, et il conditionne la capacité — un réglage plus serré donne un produit plus fin et un débit plus faible, avec plus de puissance consommée par tonne.

La zone parallèle, cette portion du bas de la chambre où manteau et concaves sont à peu près parallèles, garantit que chaque morceau reçoit au moins une compression au CSS avant de sortir : c'est elle qui fait la régularité du produit d'un cône, là où la mâchoire laisse passer des morceaux à l'ouverture maximale.

Sur les machines à réglage hydraulique, le CSS se change en marche et un automate peut le maintenir à mesure que les pièces s'usent, ou le piloter pour tenir une puissance ou une pression hydraulique cibles. Cette régulation est ce qui distingue une machine qui produit un calibre constant sur toute la vie d'un jeu de pièces d'une machine dont le produit dérive de semaine en semaine.

L'alimentation : la variable qui décide de tout

Presque tous les problèmes d'un concasseur à cône viennent de l'alimentation.

Alimentation en chambre pleine (« choke feed »). La chambre doit être remplie au-dessus du manteau, avec un niveau de matière stable dans la trémie d'alimentation. C'est ce qui permet la compression inter-particules, une usure uniforme et un produit bien formé. Une chambre à moitié vide (« trickle feed ») use le manteau et les concaves de façon localisée, dégrade la forme du produit et fait perdre de la capacité.

Répartition. La matière doit tomber au centre de la chambre et se répartir sur toute la circonférence. Une alimentation décalée d'un côté remplit une moitié de la chambre et laisse l'autre vide : la machine vibre, les pièces s'usent d'un côté, le produit se dégrade. Un répartiteur ou une trémie bien conçue règle ce point.

Ségrégation. Si les fines et les gros se séparent avant d'entrer — typiquement en sortie de convoyeur — une partie de la chambre reçoit les gros et l'autre les fins, avec le même effet qu'une alimentation décalée.

Granulométrie d'entrée. Trop de fines saturent le bas de la chambre et provoquent un « compactage » (« packing ») qui fait monter la pression et la puissance ; un scalpage amont les dérive. Des morceaux trop gros pour la chambre bloquent l'entrée.

Imbroyables. Dents, boulons, barres : un détecteur de métaux ou un séparateur magnétique en amont est la seule vraie protection ; le système de libération hydraulique limite les dégâts quand ils passent.

Ce qu'il faut surveiller en marche

Un concasseur à cône moderne se pilote sur quelques signaux : la puissance absorbée, la pression hydraulique (qui reflète l'effort de concassage), la température et la pression d'huile de lubrification, le niveau de matière dans la trémie et le CSS. Leur lecture conjointe dit si la machine travaille dans sa plage : une puissance qui monte à CSS constant, c'est de l'usure ou du compactage ; une pression qui oscille, c'est une alimentation irrégulière. Le suivi de la dérive du réglage et des relevés de profil fixe la date du changement de pièces — voir quand changer manteau et concaves.

Où le cône n'est pas la bonne réponse

Il ne reçoit pas de blocs bruts : c'est le rôle du concasseur à mâchoires ou du giratoire en amont. Il ne fait pas de miracle en réduction : un circuit tertiaire ne se remplace pas par un cône plus gros. Et sur une roche tendre et peu abrasive, un concasseur à percussion peut donner en un étage ce que le cône donne en deux. Le comparatif quel concasseur pour votre roche et votre débit situe chaque type.

Pour la sélection d'un cône — chambre, réglage, alimentation, pièces d'usure et pièces critiques — et pour son installation dans une fenêtre d'arrêt, notre service de SAV et pièces de rechange travaille avec la fourniture de l'équipement ; pour un cas précis, décrivez-nous votre alimentation et le produit visé.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre un concasseur à cône et un giratoire ? Le même principe — un manteau qui gire dans une coque — mais le giratoire est une machine primaire, haute, à chambre très ouverte, faite pour recevoir des blocs bruts ; le cône est une machine secondaire ou tertiaire, à chambre courte et plate, faite pour produire un calibre.

Pourquoi mon cône vibre-t-il ? Le plus souvent parce que la chambre n'est pas remplie uniformément — alimentation décalée, ségrégation, chambre à moitié vide. Vérifier la répartition avant de suspecter la mécanique.

Peut-on tenir un CSS constant malgré l'usure ? Oui, sur une machine à réglage hydraulique, manuellement à intervalle fixe ou automatiquement par l'automate. C'est ce qui maintient le produit constant sur toute la vie du jeu de pièces.