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Performance des cribles vibrants dans les industries lourdes (carrières, mines)

Comment concevoir un crible vibrant efficace ?
Quels paramètres opérationnels influencent la performance de criblage (amplitude, fréquence, inclinaison) ?
Comment détecter et résoudre les problèmes courants des cribles vibrants ?

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Résumé de la section
1. Principes fondamentaux d’un criblage vibrant efficace
2. Méthodes de calcul pour la capacité et la surface de criblage
3. Facteurs clés influençant la performance de criblage
4. Bonnes pratiques opérationnelles, maintenance et dépannage
5. Intégration du procédé

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Les cribles vibrants jouent un rôle crucial dans les industries lourdes, en particulier dans l’exploitation minière et le traitement des granulats, pour réaliser une séparation et un classement efficaces des matériaux. Ces industries dépendent fortement de la classification précise des matières premières en fractions spécifiques, essentielle pour les procédés en aval et la production de biens commercialisables.

Cette page web vise à synthétiser les principes de conception fondamentaux, les facteurs opérationnels clés et les méthodes de calcul pour les cribles vibrants, spécifiquement dans le contexte des applications industrielles lourdes.

Figure 1 : Crible vibrant industriel pour les industries minières

Veuillez noter que, bien que l’accent principal de cette page soit mis sur les industries des granulats et minières traitant des matériaux comme la roche, le gravier, le sable et le charbon, les principes fondamentaux de conception – stratification, capacité de transport et méthodes de calcul pour la surface et la capacité de criblage – pourraient potentiellement être adaptés à d’autres secteurs impliquant la séparation de matériaux en vrac secs ou humides par taille, tels que certains segments de l’industrie chimique, agroalimentaire ou du recyclage, bien que les sources sur lesquelles s’appuie cette page soient davantage liées à l’exploitation minière.

1. Principes fondamentaux d’un criblage vibrant efficace

Comment fonctionne la séparation des solides en vrac sur les cribles vibrants ?

L’objectif fondamental de l’utilisation des cribles vibrants dans les industries lourdes est de préparer un produit calibré. Le but ultime est d’atteindre un calibrage final du produit, qui consiste à séparer un matériau d’alimentation en fractions de taille distinctes selon des exigences spécifiques. Cela est réalisé grâce à une combinaison d’actions mécaniques et des caractéristiques des médias de criblage.

Pour préparer efficacement un produit calibré, un crible vibrant doit remplir plusieurs fonctions opérationnelles essentielles. Premièrement, il doit stratifier le matériau. La stratification est le processus par lequel les particules au sein du matériau d’alimentation s’organisent en fonction de leur taille, les particules plus grosses migrant généralement vers le haut du lit fluidisé et les plus fines vers la surface de criblage. Deuxièmement, le fonctionnement du crible doit viser à éviter le colmatage partiel (lorsque le matériau reste coincé dans les ouvertures du crible) et éviter le colmatage total (lorsque les fines particules adhèrent aux ouvertures et les obstruent). Troisièmement, le crible vibrant doit séparer le matériau en deux fractions ou plus, typiquement une fraction refus (particules plus grosses que les ouvertures du crible) et une fraction passante (particules plus fines que les ouvertures du crible). Enfin, il est crucial que le crible transporte le matériau le long du plateau de criblage pour atteindre sa capacité de transport.

La **capacité de transport** est définie comme la quantité de matériau qu’une machine de criblage peut transporter sur les plateaux avant que la quantité de mouvement du corps du crible ne soit surpassée par le poids du matériau. Essentiellement, c’est la quantité de matériau qu’un crible vibrant peut transporter sans réduction significative de l’efficacité de criblage due à une surcharge.

Atteindre la précision souhaitée dans la séparation des matériaux selon les spécifications granulométriques est un objectif clé. Après avoir sélectionné la taille adéquate, le fonctionnement du crible doit être optimisé pour obtenir la meilleure combinaison de variables telles que la vitesse, la course et la pente. Maintenir une épaisseur de lit appropriée est également crucial pour la précision à l’extrémité de décharge : une épaisseur excessive réduit la probabilité que les granulats calibrés se stratifient correctement et passent à travers les ouvertures, tandis qu’une épaisseur insuffisante peut provoquer le rebond des particules, les empêchant de trouver une ouverture, réduisant ainsi la précision. Par conséquent, une performance optimale repose sur une exploitation adaptée après le choix de la taille correcte du crible.

2. Méthodes de calcul pour la capacité et la surface de criblage

Comment déterminer la taille requise pour un crible vibrant ?

Le calcul est basé sur une formule fournie par le VSMA (Vibrating Screen Manufacturers Association), établie à partir de corrélations déterminées par une association de fabricants de cribles vibrants :

Surface de criblage (pi^²) = U / (A × B × C × D × E × F × G × H × J)

Où :

• U = Quantité (en STPH) de matériau dans l’alimentation du plateau plus fine qu’une ouverture spécifiée
• A = Capacité de base (STPH)
• B = Refus (surmesure)
• C = Sous-dimension (demi-taille)
• D = Emplacement du plateau (niveau de criblage)
• E = Criblage humide
• F = Masse volumique du matériau
• G = Surface ouverte du média de criblage
• H = Forme des ouvertures
• J = Efficacité

Facteur	Explication
A	Débit prédéterminé de matériau en tonnes courtes par heure (STPH) traversant un pied carré d’une ouverture spécifiée lorsque l’alimentation du plateau contient 25 % de refus (facteur B) et 40 % de sous-dimension (facteur C) Conditions de fonctionnement de base : - l’alimentation du plateau contient 25 % de refus et 40 % de sous-dimension - le matériau est granulaire et s’écoule librement - la masse volumique du matériau est de 100 lb/pi³ - la pente de fonctionnement du crible : 18-20° pour un crible incliné (avec écoulement rotatif) ; 0° pour un crible horizontal - l’objectif d’efficacité de criblage est de 95 %
B	Pourcentage réel de matériau dans l’alimentation du plateau supérieur à une ouverture spécifiée (ajuste le facteur A pour correspondre aux conditions réelles)
C	Pourcentage réel de matériau dans l’alimentation du plateau égal à la moitié de la taille d’une ouverture spécifiée (ajuste le facteur A pour correspondre aux conditions réelles)
D	S’applique aux cribles multi-niveaux. La surface totale de criblage est disponible pour la séparation du plateau supérieur. Le délai de passage du matériau vers le 2ᵉ ou 3ᵉ plateau réduit la surface efficace disponible. Ce facteur est exprimé en % de la surface efficace du plateau supérieur.
E	S’applique lorsque de l’eau est pulvérisée sur le matériau lors de son déplacement sur le plateau de criblage (généralement 5-7 gallons US/min par STPH de solides).
F	S’applique pour des masses volumiques différentes de 100 lb/pi³ ; calculé comme suit : lb/pi³ (réelle) / 100
G	S’applique lorsque la surface ouverte de la toile de criblage est inférieure à celle de référence utilisée pour le facteur A
H	S’applique pour les ouvertures rectangulaires. Les fentes ou ouvertures oblongues laissent passer plus de matériau par pied carré que les ouvertures carrées.
J	S’applique lorsque l’efficacité de criblage cible est < 95 %

Figure 2 : pulvérisation d’eau sur l’alimentation d’un crible vibrant

3. Facteurs clés influençant la performance de criblage

Quels sont les paramètres clés du procédé à considérer ?

Un criblage vibrant efficace dépend d’une multitude de facteurs interconnectés, classés en quatre catégories principales : caractéristiques du matériau, configuration du crible, gestion de l’alimentation et propriétés du média de criblage. La compréhension et l’optimisation de ces facteurs sont essentielles pour une exploitation plus sûre, économiquement efficace et pour obtenir la granulométrie finale souhaitée.

A. Caractéristiques du matériau : Les propriétés du matériau criblé influencent significativement la performance du crible. Les aspects clés incluent :

• Type de matériau : La nature du matériau (sec ou humide) et la présence d’éclats ou de fines peuvent affecter le criblage.
• Quantité de matériau proche de la taille de coupure : Un pourcentage élevé de particules proches de la taille des ouvertures du crible peut réduire la capacité et l’efficacité.
• Forme du matériau : Les particules allongées peuvent entraver le processus de criblage, réduisant la capacité et l’efficacité. Les formes cubiques, en plaques, lamellaires ou arrondies sont également des caractéristiques à considérer.
• Teneur en humidité : Une humidité élevée dans le matériau réduit généralement la capacité et l’efficacité. Cependant, le criblage humide, lorsqu’il est correctement mis en œuvre, peut parfois augmenter la capacité. Un matériau humide peut également devenir plus fluide, favorisant la stratification.
• Masse volumique apparente : Le poids du matériau par unité de volume influence la charge sur le crible et donc sa capacité.
• Courbe granulométrique de l’alimentation : La distribution granulométrique du matériau dans l’alimentation est un facteur crucial.

B. Configuration du crible : Les paramètres opérationnels du crible vibrant jouent un rôle vital :

• Vitesse : La vitesse de rotation du crible (tr/min) affecte la vitesse de déplacement du matériau et sa stratification. En général, les grandes ouvertures nécessitent des vitesses plus lentes, tandis que les petites ouvertures bénéficient de vitesses plus élevées. La vitesse permet de créer un déplacement suffisant du matériau pour une faible profondeur de lit, permettant aux fines de traverser.
• Course : La longueur de la course (diamètre du mouvement circulaire) influence l’agitation du matériau et la probabilité que les particules traversent les ouvertures. La course doit être suffisante pour éviter le colmatage, sans être excessive au point d’endommager le crible ou de perturber le criblage.
• Inclinaison : L’angle du plateau de criblage affecte la vitesse de déplacement du matériau et la profondeur du lit. Une inclinaison plus forte augmente la vitesse, tandis qu’une pente plus douce prolonge le temps de rétention. Pour les petites ouvertures, des vitesses plus élevées et des courses plus agressives sont généralement requises, souvent combinées à des inclinaisons plus faibles (jusqu’à 10°) pour surmonter les problèmes de colmatage.
• Sens de rotation : La direction du mouvement vibrant par rapport à l’écoulement du matériau (dans le sens ou à contre-sens) peut influencer la capacité et la précision. Une rotation dans le sens de l’écoulement est généralement préférée pour la capacité, tandis qu’une rotation à contre-sens peut offrir une meilleure précision, mais limiter la capacité en raison d’une vitesse de déplacement plus lente et d’une profondeur de lit accrue.
• Fréquence naturelle vs. fréquence de fonctionnement : La relation entre la fréquence naturelle du corps du crible et sa fréquence de fonctionnement est cruciale pour éviter les "mouvements parasites" et garantir la durée de vie du crible. Fonctionner trop près de la fréquence naturelle peut engendrer des contraintes et réduire la durée de vie.

C. Débit d’alimentation et profondeur du lit de matériau : La manière dont le matériau est alimenté sur le crible et la profondeur résultante du lit sont critiques pour la performance.

• Débit d’alimentation (stph) : La quantité de matériau introduite sur le crible par unité de temps influence directement la capacité requise. Un surchargement peut dépasser la capacité de traitement du crible.
• Profondeur du lit de matériau : L’épaisseur de la couche de matériau sur le média de criblage affecte la stratification et la probabilité que les particules trouvent une ouverture. À l’extrémité de décharge, la profondeur du lit ne doit idéalement pas dépasser quatre fois la taille des ouvertures pour maintenir la précision. Une profondeur excessive réduit les chances de stratification, tandis qu’une couche trop fine peut provoquer des rebonds, empêchant la séparation. La largeur du crible joue un rôle dans le contrôle de la profondeur du lit, essentiel pour la stratification.

D. Média de criblage : Le type et les caractéristiques de la surface de criblage sont fondamentaux pour le processus de séparation.

• Type de média : Une large gamme de médias est disponible, incluant les toiles métalliques tissées, les plastiques, les fils piano, les grilles à barres, les barres de grizzly et les plaques perforées, chacun adapté à des applications et types de matériaux spécifiques.
• Surface ouverte : Le rapport entre l’espace ouvert et la surface totale du média affecte significativement la capacité et l’efficacité. Un diamètre de fil plus fin augmente généralement la surface ouverte, améliorant ainsi la capacité et l’efficacité.
• Diamètre des fils : L’épaisseur des fils dans une toile tissée influence la surface ouverte et la durabilité du média.
• Forme et taille des ouvertures : La forme (carrée, fente longue, fente courte, etc.) et la taille des ouvertures déterminent la taille de séparation et peuvent influencer la capacité, en particulier avec des particules allongées. Les ouvertures en fente peuvent augmenter la capacité.
• Type de tissage : Pour les toiles métalliques tissées, le type de tissage (simple, frisé, etc.) affecte la stabilité et la taille des ouvertures du média.
• Matériau du média : Le matériau constituant le média de criblage (acier, polyuréthane, caoutchouc, etc.) influence sa résistance à l’usure, sa flexibilité et son aptitude au criblage humide ou sec.

E. Maintenance et installation : Une maintenance et une installation adéquates sont cruciales pour des performances de criblage optimales et constantes.

• Unité non installée de niveau : Un crible non nivelé peut entraîner une déflexion inégale des ressorts et des mouvements parasites.
• Ressorts ou plots en caoutchouc cassés/usés : Des composants de suspension endommagés peuvent provoquer des vibrations inadéquates et réduire l’efficacité de criblage.
• Fixations desserrées : Vérifier que tous les éléments de fixation sont correctement serrés pour éviter les problèmes.
• Accumulation de matériau : L’accumulation de matière sur le plateau peut entraver le criblage et provoquer un mouvement irrégulier. Les barrages transversaux peuvent également affecter les performances.
• Tension des courroies trapézoïdales : Maintenir une tension uniforme et correcte des courroies trapézoïdales est essentiel pour une transmission adéquate de la puissance et de la vitesse.
• Installation correcte de(s) la base(s) du moteur : Un montage adéquat du moteur garantit une transmission efficace de la puissance.
• Alignement des poulies et des arbres : Les poulies doivent être alignées et les arbres parallèles pour optimiser la durée de vie des courroies et leurs performances.

4. Bonnes pratiques opérationnelles, maintenance et dépannage

Problème	Causes possibles	Actions recommandées
Colmatage	Matériau de taille proche ou allongé	Augmenter la course du crible pour faciliter l’évacuation du matériau. Consulter l’usine avant d’apporter des modifications à la vitesse ou à la course.
Obturation (blindage)	Particules fines adhérant à la toile du crible	Augmenter la vitesse du crible. Parfois, augmenter la course peut également être bénéfique. Noter si le problème a commencé par un colmatage. Consulter l’usine avant d’apporter des modifications à la vitesse ou à la course.
Mouvement irrégulier	Unité non installée de niveau (déflexion inégale des ressorts aux coins)	S’assurer que l’unité est installée de niveau.
	Ressorts cassés/usés ou supports en caoutchouc endommagés	Remplacer les ressorts cassés ou usés ou les supports en caoutchouc.
	Fixations desserrées	Vérifier et resserrer toutes les fixations desserrées.
	Accumulation de matière sur le(s) plateau(x)	Retirer toute accumulation de matière sur le(s) plateau(x) de criblage. Vérifier la surface de criblage avant le démarrage du crible.
	Chargement latéral	Corriger tout problème de chargement latéral.
	Surcharge	Réduire le débit d’alimentation pour éviter la surcharge.
	Colmatage et obturation	Traiter les problèmes de colmatage et d’obturation comme décrit ci-dessus.
	Vitesse incorrecte	Vérifier et ajuster la vitesse au réglage correct. Toujours consulter l’usine avant d’apporter des modifications à la vitesse ou à la course.
	Structure de support inadéquate	S’assurer que la structure de support est adaptée au crible.
	Conception de la carcasse inadéquate	Consulter le fabricant concernant la conception de la carcasse.
	Tension incorrecte des courroies trapézoïdales	Vérifier et ajuster la tension des courroies trapézoïdales au niveau correct. Assurer une tension uniforme des courroies.
	Réglages d’amortissement des vibrations	Revoir et ajuster les paramètres d’amortissement des vibrations.
	Fréquence opérationnelle trop proche de la fréquence naturelle (vitesse critique)	Consulter le fabricant pour traiter la relation entre les fréquences opérationnelle et naturelle.
Vérifications initiales générales	Ressorts cassés, courroies trop tendues, traverses brisées, boulonnerie desserrée	Toujours rechercher les problèmes évidents en premier. Inspecter ces composants. Vérifier toutes les connexions boulonnées pour un couple de serrage adéquat.
Crible ne démarre pas	Coupure de courant, démarreur inopérant, moteur ne fonctionne pas, interférence de matière avec la carcasse du crible ou la base du moteur	Vérifier l’alimentation électrique, les fusibles, les disjoncteurs, le chauffage. Se référer à la section moteur. Dégager les accumulations de la carcasse du crible ou de la base du moteur.
Moteur ne fonctionne pas	Fusible ou disjoncteur grillé, câble d’alimentation défectueux	Remplacer ou réarmer. Vérifier le câble pour détecter les conducteurs rompus et le remplacer s’il est défectueux.
Moteur bourdonne mais ne démarre pas	Moteur défectueux, lubrifiant des roulements trop visqueux	Remplacer le moteur défectueux. Nettoyer les roulements et relubrifier avec le lubrifiant approprié.
Moteur surchauffe	Moteur câblé incorrectement, moteur sous-dimensionné, roulement en panne, moteur défectueux, câble du circuit électrique trop fin, circuit électrique surchargé	Corriger le câblage – consulter le fabricant pour la taille adéquate. Remplacer le roulement endommagé. Installer un moteur de taille correcte. Installer un circuit électrique adapté avec une section de câble correcte ou réduire la charge.
Surchauffe du vibreur	Problème avec l’ensemble du vibreur, lubrifiant insuffisant, excès de lubrifiant, lubrifiant inapproprié, jeu de roulement incorrect, accumulation de matière sur les logements de roulements, jeu insuffisant des joints labyrinthes, moteur inopérant, roulements ou composants de joint gelés ou endommagés, lubrifiant trop visqueux, courroies d’entraînement trop tendues	Se référer aux sections sur les vibreurs. Vérifier les fuites et les joints endommagés ; relubrifier. Retirer le lubrifiant jusqu’au niveau correct, permettre au système de purger le lubrifiant si conçu à cet effet. Remplacer par un lubrifiant haute température recommandé, aérer la zone, utiliser un lubrifiant haute température, consulter le fabricant du crible. Remplacer les roulements et vérifier la contamination. Éliminer les accumulations. Vérifier le jeu des joints. Se référer à la section moteur. Remplacer les roulements ou les joints. Relubrifier avec le lubrifiant recommandé. Tendre les courroies trapézoïdales.
Vibreur ne tourne pas	Moteur inopérant, roulements ou composants de joint gelés ou endommagés, lubrifiant trop visqueux, courroies d’entraînement trop tendues	Se référer à la section moteur. Remplacer les roulements ou joints endommagés. Retirer le lubrifiant, relubrifier avec le lubrifiant recommandé. Tendre les courroies trapézoïdales.
Fuite de lubrifiant	Vibreur mal assemblé, température de fonctionnement excessive, excès de lubrifiant, bouchons de vidange omis, joints endommagés ou usés, roulement en panne, jeu dans le logement de roulement	Revoir la procédure d’assemblage. Utiliser un lubrifiant haute température. Consulter le fabricant du crible. Rétablir le niveau de lubrifiant correct. Installer les bouchons de vidange. Inspecter les joints et les remplacer. Voir les problèmes de roulement. Remplacer le roulement, les boulons et serrer correctement, vérifier le roulement, s’assurer qu’il n’y a pas de dommage au logement ou aux trous de fixation, consulter le fabricant du crible.
Roulement bruyant	Jeu de roulement incorrect, fatigue normale, surcharge, manque de lubrifiant, excès de lubrifiant, écaillage dû à la pénétration de poussière ou d’eau, brinellage dû au stockage, flottement ou jeu de dilatation incorrect dans l’ensemble du vibreur	Consulter le fabricant du crible. Remplacer le roulement selon les instructions d’assemblage du fabricant. Rétablir le mode de fonctionnement d’origine du crible et remplacer le roulement. Rétablir le niveau correct de lubrifiant ; utiliser un lubrifiant recommandé pour la température ambiante, remplacer le roulement, utiliser le lubrifiant correct. Purger les logements et le système de lubrification, remplacer le roulement et nettoyer ou remplacer les joints. Remplacer le roulement et corriger la cause. Remplacer le roulement ; réassembler selon les instructions du fabricant.

Ce tableau fournit un point de départ pour le dépannage des problèmes courants des cribles vibrants en fonction des informations fournies. N’oubliez pas de toujours privilégier la sécurité et de consulter le fabricant avant d’apporter des modifications significatives à l’équipement.

5. Intégration des procédés

Où les cribles vibrants sont-ils utilisés dans les procédés industriels ?

Les cribles vibrants sont des composants critiques lorsqu’ils sont intégrés dans les circuits industriels lourds.

Les cribles vibrants sont essentiels dans de nombreuses applications industrielles où il est nécessaire d’éliminer les matériaux sous-dimensionnés avant le broyage, ou de classer les produits broyés en gammes de tailles spécifiques. Leur intégration dans les circuits industriels lourds, en particulier les circuits de broyage, est fondamentale pour optimiser l’efficacité et obtenir les dimensions souhaitées des produits.

Voici quelques aspects clés de l’intégration des cribles vibrants dans ces circuits :

• Cribles de débourbage : Les cribles vibrants sont souvent utilisés en amont des circuits de broyage comme cribles de débourbage. Ces cribles éliminent les fines du flux d’alimentation avant son entrée dans le concasseur primaire. Cela remplit plusieurs fonctions :

  • Cela réduit la charge sur le concasseur primaire, lui permettant de fonctionner plus efficacement sur les matériaux plus grossiers.
  • Cela contourne les matériaux sous-dimensionnés autour du concasseur, réduisant ainsi l’usure inutile et la consommation d’énergie.
  • Il permet une séparation initiale du flux de matière.

• Cribles de classement : Après que la matière a subi une ou plusieurs étapes de concassage (primaire, secondaire, tertiaire, etc.), des cribles vibrants sont utilisés comme cribles de classement. Ces cribles séparent la matière concassée en différentes fractions granulométriques selon les exigences des procédés en aval ou les spécifications du produit final.

  • Le refus (oversize) d’un crible de classement dans un circuit de concassage est souvent renvoyé vers un concasseur ultérieur pour une réduction supplémentaire. Cela crée un circuit fermé garantissant que l’ensemble du flux de produit respecte les critères de taille souhaités.
  • Le passant (undersize) conforme aux spécifications requises est ensuite dirigé vers l’étape suivante de traitement ou vers le stockage en tant que produit final.

• Étapes de criblage multiples : Les circuits complexes de l’industrie lourde intègrent souvent plusieurs cribles vibrants à différents stades du procédé. Ces cribles peuvent remplir diverses fonctions (débourbage, classement grossier, classement fin, etc.) pour atteindre les objectifs globaux de traitement. L’agencement des cribles et concasseurs (circuit ouvert ou fermé) dépend de facteurs tels que les caractéristiques du matériau d’alimentation, la distribution granulométrique souhaitée du produit et les exigences de capacité de l’**usine**.

• Configurations des circuits de concassage : Les sources illustrent différentes configurations de circuits de concassage où les cribles vibrants jouent un rôle crucial :

  • Concassage primaire : Un grizzly vibrant ou un crible peut précéder le concasseur primaire pour éliminer les fines.
  • Concassage secondaire : Des cribles sont utilisés après le concasseur secondaire pour classer la sortie, les refus (oversize) étant recyclés.
  • Concassage tertiaire et quaternaire : D’autres étapes de criblage sont intégrées pour obtenir une granulométrie plus fine et gérer les charges circulants au sein du circuit de concassage.

En somme, les cribles vibrants sont indispensables pour un flux de matière efficace et un contrôle granulométrique au sein des circuits industriels lourds impliquant le concassage et le classement. Ils permettent la production de matériaux de taille précise, optimisent les performances des concasseurs et contribuent à la productivité globale ainsi qu’à la rentabilité de ces opérations.

Pour en savoir plus sur les tamis vibrants

Les tamis vibrants sont des composants clés dans un procédé de traitement des poudres pour garantir la fiabilité, la sécurité de l’**installation** et la sécurité du produit.

Veuillez suivre le lien pour accéder aux détails de conception des tamis vibrants : Tout ce qu’il faut savoir sur les tamis vibrants industriels pour le contrôle des poudres

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Sources

VSMA

Principes de criblage et de classement (Quarry Academy)

Meka