Concasseur giratoire : fonctionnement, composants et réglage

Un concasseur giratoire fait le même travail qu'un concasseur à mâchoires — réduire des blocs bruts de tir à une taille que l'étage suivant peut accepter — mais il le fait en continu, sur toute sa circonférence, avec une chambre qui se ferme et s'ouvre en tournant. C'est le concasseur primaire des grands tonnages : mines à ciel ouvert, grandes carrières et certaines cimenteries l'installent parce qu'il accepte une alimentation directe par camions, tolère des blocs volumineux et produit un débit élevé pour son encombrement.

Cette capacité a un prix : une machine haute, une fosse profonde, une fondation massive, et un réglage qui ne se voit pas de l'extérieur. Comprendre ce qu'il y a sous l'anneau d'alimentation évite les deux erreurs les plus fréquentes : un giratoire alimenté comme une mâchoire, et un giratoire dont le réglage dérive sans que personne ne le mesure.

Les composants, de haut en bas

L'araignée (« spider »). Une traverse moulée, boulonnée sur le haut de la coque supérieure, dont le moyeu central porte le palier supérieur de l'arbre principal. Ses bras traversent l'ouverture d'alimentation et sont protégés par des blindages, parce qu'ils reçoivent directement la roche déversée par les camions. Avec le bord de la coque, elle délimite l'anneau d'alimentation.

Les coques. La coque supérieure (« top shell »), en acier moulé, est garnie à l'intérieur de rangées de concaves — les pièces d'usure fixes, en acier au manganèse, qui forment la paroi extérieure de la chambre. La coque inférieure (« bottom shell ») porte la douille excentrique, l'arbre de commande avec son pignon et la couronne, et les ouvertures de décharge ; c'est elle qui transmet les efforts de concassage à la fondation.

L'arbre principal et le manteau. Une pièce forgée, longue et lourde, suspendue en haut dans le palier de l'araignée et guidée en bas par l'excentrique. Elle porte la tête, sur laquelle est monté le manteau — la pièce d'usure conique mobile. La chambre 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. Une douille dont l'alésage est décalé par rapport à son axe de rotation. Quand elle tourne, le bas de l'arbre décrit un cercle tandis que le haut reste fixé dans l'araignée : l'arbre balaie un cône. C'est ce mouvement, et non une rotation, qui fait le travail.

Le système hydraulique de positionnement de l'arbre. Sous l'arbre principal, un piston hydraulique supporte tout le poids de l'ensemble arbre-tête-manteau. Monter le piston relève l'arbre et ferme la chambre ; le descendre l'ouvre. C'est par ce système que l'on règle la machine, que l'on compense l'usure et que l'on libère un imbroyable. Un circuit d'huile sous pression, surveillé en température et en débit, lubrifie l'excentrique, les engrenages et le palier d'araignée.

Le mouvement : une giration, pas une rotation

À chaque tour de l'excentrique, chaque point de la circonférence de la chambre voit le manteau se rapprocher des concaves puis s'en éloigner. La zone de fermeture tourne en permanence autour de la machine. La roche qui descend par gravité est comprimée à chaque passage, se fracture, tombe d'un cran pendant l'ouverture, puis est reprise plus bas — jusqu'à passer par l'ouverture de sortie.

Le manteau tourne aussi lentement sur lui-même, entraîné par le frottement de la roche, ce qui répartit l'usure sur toute sa surface. Contrairement à la mâchoire mobile, qui n'écrase que pendant la moitié de chaque cycle, le giratoire travaille à chaque instant quelque part dans la chambre : c'est l'origine de son débit élevé et de sa consommation plus régulière. La distance entre la position la plus fermée et la plus ouverte d'un même point est la course (« throw »), fixée par l'excentricité.

Le réglage : OSS, CSS et position de l'arbre

Deux cotes décrivent l'ouverture de sortie. Le CSS (« closed side setting ») est l'écartement minimal entre manteau et concaves, au bas de la chambre, du côté fermé. L'OSS (« open side setting ») est l'écartement maximal, du côté opposé, égal au CSS plus la course. Par convention, les giratoires primaires sont souvent spécifiés et réglés sur l'OSS, parce que c'est la cote qui fixe le plus gros morceau qui peut sortir — donc ce que devront accepter le convoyeur, le stock intermédiaire et le secondaire. Le fabricant précise pour chaque modèle la plage de réglage et les courbes de produit correspondantes.

Le réglage se fait par la position de l'arbre : le relever serre la chambre, le descendre l'ouvre. Sur une machine à positionnement hydraulique, l'opérateur ajuste en marche depuis la salle de commande, et un capteur de position donne le réglage calculé. Cette valeur doit être recalée périodiquement sur une mesure physique, parce que l'usure ouvre la chambre à position d'arbre constante. La méthode de mesure et les pièges du réglage sont détaillés dans le CSS : le mesurer et l'ajuster.

Le même système protège la machine : si un imbroyable — dent de godet, tige de forage — entre dans la chambre et que la pression monte au-delà d'un seuil, l'automate laisse descendre l'arbre pour ouvrir la chambre, puis le remonte.

Alimentation directe et fondation profonde

Le giratoire est conçu pour être alimenté directement, sans alimentateur ni grille de scalpage, par les camions qui déversent dans une trémie au-dessus de l'anneau d'alimentation. Il travaille alors en chambre pleine, la roche se comprimant en partie sur elle-même, ce qui favorise la fragmentation et régularise l'usure ; l'alimentation par à-coups est absorbée par la hauteur de la chambre.

L'envers de cette simplicité est en dessous. Le produit tombe par les ouvertures de la coque inférieure dans une poche tampon, puis sur un alimentateur à tablier qui l'envoie vers le convoyeur. Machine, poche et alimentateur s'empilent verticalement : le giratoire primaire exige une fosse profonde, une fondation en béton armé capable de reprendre des efforts dynamiques importants, et une charpente de trémie dimensionnée pour le déversement de camions chargés. Le choix se prend donc au stade de l'étude du site, jamais en remplacement improvisé d'une mâchoire : voir dimensionner un concasseur primaire.

Le fabricant précise, pour chaque taille de machine, la capacité tabulée par réglage, le plus gros bloc admissible et la puissance installée. Pour l'autre machine du tableau, voir concasseur à mâchoires : fonctionnement.

Les bourrages de l'anneau d'alimentation

Le giratoire bloque presque toujours en haut. Un bloc surdimensionné ponte entre l'araignée et le bord de la coque, ou deux blocs s'arc-boutent dans l'anneau d'alimentation ; parfois un bloc plat se pose sur un bras d'araignée et n'entre pas. La machine tourne à vide en dessous, les camions s'accumulent au-dessus.

Dégager à la main, au crochet de grue ou à la pelle expose du personnel au-dessus d'une chambre où le bloc peut basculer d'un coup, et coûte des heures une fois comptés l'arrêt de l'alimentation, le redémarrage et le rattrapage en aval. C'est pourquoi les giratoires primaires à forte cadence intègrent un bras de déblocage fixe, monté au-dessus de la coque supérieure, qui descend dans l'anneau d'alimentation et casse ou repousse le bloc depuis un poste protégé. Ce qu'il faut regarder pour le choisir — portée, énergie du marteau, interface avec la charpente — est expliqué dans comment dimensionner un bras de déblocage ; les configurations disponibles sont sur la fiche IC Boom System.

Entretien : ce qui compte vraiment

• La lubrification : température, pression et débit d'huile se surveillent chaque quart ; une dérive annonce une avarie coûteuse.
• Le palier d'araignée et ses blindages : le premier est graissé séparément et son jeu se contrôle ; les seconds s'usent vite sous le déversement des camions.
• Le manteau et les concaves : suivre le réglage et le profil pour planifier le changement, qui exige une grue et une fenêtre d'arrêt.
• La fondation et les boulons d'ancrage : un giratoire qui bouge sur son socle fissure la coque inférieure.

Le remplacement des concaves et du manteau, le levage de l'arbre principal et la remise en service font partie de notre service d'installation et de mise en service.

Pour aller plus loin

Le giratoire tient sa place par son travail continu et son alimentation directe. Ses contraintes — fosse, fondation, entretien lourd, bourrages d'anneau — se gèrent si elles sont prévues dès la conception. Les articles liés ci-dessous couvrent la mâchoire, le cône et le coût des bourrages ; pour un projet précis — sélection, bras de déblocage, installation, pièces — la demande de proposition.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre un concasseur giratoire et un concasseur à cône ? Le principe est le même — un manteau qui gire dans des concaves — mais le giratoire est conçu pour le primaire : chambre longue et raide, arbre suspendu dans une araignée, alimentation directe par gros blocs. Le cône a une tête plus courte, une chambre avec zone parallèle, et reçoit un matériau déjà préconcassé.

Pourquoi règle-t-on souvent un giratoire primaire sur l'OSS plutôt que sur le CSS ? Parce qu'en primaire, ce qui compte est le plus gros morceau qui sort, pas la finesse du produit : l'OSS fixe cette taille maximale, et donc ce que doivent accepter le convoyeur et le secondaire.

Peut-on remplacer un concasseur à mâchoires par un giratoire sur une installation existante ? Rarement sans travaux lourds : le giratoire exige une fosse plus profonde, une fondation plus massive et une trémie de déversement. La question se traite comme un projet à part entière, avec une étude de site et de structure avant toute décision.