Si vous travaillez dans l'exploitation minière, la production de granulats ou le recyclage, vous avez certainement votre peau en jeu en ce qui concerne la durée de vie en fatigue des marteaux de concasseur. La semaine dernière, j'ai eu un appel avec un exploitant de carrière qui tirait trop tôt ses marteaux en acier à haute teneur en Mn. Ils pensaient que tous les marteaux en acier devraient durer 12 mois, mais il s'avère que le chargement cyclique, la qualité du matériau et même la façon dont vous faites fonctionner votre concasseur font une bien plus grande différence que la plupart des gens ne le pensent. En tant que fournisseur de marteaux concasseurs en acier à haute teneur en Mn, on me pose sans arrêt cette question :Quelle est la durée de vie réelle de ces choses lorsqu'elles subissent des coups répétés toute la journée ?Décomposons cela comme si nous discutions autour d'un café, sans jargon étouffant qui vous fait émerveiller les yeux.
Tout d’abord, plantons le décor. Lorsqu'un marteau de concasseur se balance, il ne s'agit pas d'un simple coup dur, mais de centaines de milliers de minuscules impacts cycliques toutes les heures, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, pendant des semaines. Ce sont ces chargements répétés qui provoquent la fatigue, n’est-ce pas ? Pensez à plier un trombone d'avant en arrière : il ne se casse pas du premier coup, mais après une douzaine de pliages, il se casse. Même idée avec les marteaux concasseurs, juste beaucoup plus lourds, avec beaucoup plus de force. L'acier à haute teneur en Mn (c'est-à-dire l'acier au manganèse, pour tous les nouveaux) est populaire ici car il durcit au travail. Ainsi, lorsqu'il est touché, la surface devient très résistante, c'est pourquoi il résiste mieux que l'acier au carbone ordinaire. Mais sa durée de vie en fatigue n’est pas universelle ; cela dépend d’une poignée de facteurs clés.
Commençons par la qualité d'acier à haute teneur en Mn que vous utilisez. Tous les aciers au manganèse ne sont pas créés égaux. Je vois beaucoup d'acheteurs faire des économies sur les marteaux moulés bon marché qui lésinent sur les éléments d'alliage comme le chrome, ce qui change tout. La norme pour les bons marteaux concasseurs à haute teneur en Mn est le Mn13Cr2 - ajoutez ce chrome, et vous augmentez également la ténacité, la résistance à l'usure et la résistance à la fatigue. Nous vendons une tonne deTête de marteau bimétallique Mn13Cr2 pour concasseurexactement pour cette raison. Soit dit en passant, les marteaux bimétalliques combinent cette face à haute teneur en manganèse avec un noyau plus résistant, de sorte qu'ils ne se cassent pas à mi-cycle, même lorsqu'ils sont frappés durement par de grosses roches. Cette conception bimétallique peut à elle seule prolonger la durée de vie en fatigue de 30 à 50 % par rapport à un marteau solide en acier au manganèse de faible qualité, d'après ce que montrent nos données et ce que rapportent nos clients.
Ensuite : les caractéristiques de chargement cyclique. C’est le gros problème sur lequel la plupart des opérateurs dorment. À quel point votre concasseur travaille-t-il dur ? Êtes-vous en train de broyer du basalte gros et dense de 2 pieds de diamètre, ou du calcaire mou qui ressemble à de la craie ? Les cycles ne sont pas les mêmes partout. Si vous utilisez un impacteur à arbre horizontal (HSI) avec des coups petits et fréquents, vous obtiendrez plus de cycles par heure qu'un concasseur à cône avec des coups plus lents et plus importants. L'énergie d'impact par cycle est également importante : des coups d'énergie plus élevés signifient plus de contraintes sur le marteau, de sorte que les fissures de fatigue commencent plus rapidement. Un marteau écrasant 100 à 200 tonnes de roche dure par heure contre plus de 500 tonnes ? Ces derniers s’useront et se fatigueront bien plus vite, quel que soit le grade. Notre équipe a travaillé avec des opérateurs qui ajustent la taille de leur alimentation en fonction de leurs marteaux, et ce petit ajustement à lui seul a ajouté 2 mois de durée de vie à leurPièces de coulée pour usines de concassagedans l'ensemble, y compris les marteaux.
Le traitement thermique est une autre étape décisive. Lorsqu'une fonderie coule de l'acier à haute teneur en Mn, elle doit le tremper juste après pour verrouiller cette structure austénitique qui le rend écroui. Sautez cette étape et l'acier est trop fragile : des fissures de fatigue se formeront après seulement quelques milliers de cycles et le marteau se brisera ou s'usera en quelques semaines. Nous testons la dureté de chaque lot de nos marteaux après traitement thermique, et le minimum dont nous avons besoin est de 200 HB (dureté Brinell) à l'état brut de coulée, qui passe à 500+ HB après écrouissage suite aux impacts. Lésinez sur la trempe et vous vendez essentiellement un trombone fait de spaghettis secs qui a l'air bien, mais s'effondre rapidement sous la pression.
Passons maintenant aux chiffres, car c’est ce que tout le monde veut savoir. J'ai compilé des données provenant de plus de 200 carrières et sites de recyclage auxquels nous avons fourni des marteaux, sur une période de 2 ans, il ne s'agit donc pas uniquement de manuels. Pour un marteau Mn13Cr2 solide (traité thermiquement approprié, sans coupures sur l'alliage), écrasant des roches moyennement dures comme le calcaire ou la dolomite à un débit d'alimentation modéré (200 à 300 tph), la durée de vie moyenne en fatigue est de 6 à 12 mois. Attendez, mais si vous concassez de la roche très dure comme du granit ou du minerai de fer, cela tombe à 3 à 6 mois. Si vous utilisez un marteau en acier moins cher à faible teneur en manganèse (moins de 12 % de manganèse, pas de chrome) ? Cela fait 1 à 3 mois, maximum. C'est un énorme écart, acheter 3 marteaux bon marché pour 200 $ chacun contre 1 bon marteau pour 500 $, et le bon dure deux fois plus longtemps. NotreTête de marteau plaquée en alliage à haute teneur en chromeajoute une couche supplémentaire de chrome dur sur la face, de sorte que dans les applications super abrasives, il peut prolonger la durée de vie en fatigue jusqu'à 8 mois, même sur le granit.
Attendez, mais la fatigue n'est pas seulement une question d'usure, il s'agit parfois de fissures. De nombreux marteaux échouent non pas parce qu'ils sont usés, mais parce qu'une petite fissure de fatigue commence au bord du marteau (là où la contrainte d'impact est la plus élevée) et se développe jusqu'à ce que la tête se brise de la tige. C'est beaucoup plus courant dans les concasseurs à haute énergie, comme les impacteurs primaires qui acceptent des aliments gros et lourds. Les marteaux bimétalliques sont également utiles, car le noyau est plus résistant que l'acier solide à haute teneur en manganèse, de sorte que ces fissures de bord mettent plus de temps à se former. Nous avions un client en Arizona qui cassait 1 marteau par semaine dans son HSI principal avant de passer à nos marteaux bimétalliques Mn13Cr2. Ils en remplacent désormais 1 tous les 2 mois, et plus de pauses en milieu de cycle, ce qui leur permet d'économiser des milliers de dollars en temps d'arrêt chaque année.
Un autre facteur que la plupart des gens négligent : les pratiques de maintenance et d’exploitation. Duh, n'est-ce pas ? Si vous faites fonctionner votre concasseur 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 sans le laisser refroidir, les marteaux sont également soumis à une contrainte thermique constante, en plus des contraintes d'impact cycliques. Cette combinaison entraîne une fatigue beaucoup plus rapide. De plus, la façon dont vous faites tourner les marteaux lorsque vous entretenez votre concasseur : si vous ne les équilibrez pas correctement, vous obtenez des vibrations supplémentaires qui augmentent la contrainte cyclique sur chaque marteau, les faisant échouer plus rapidement. Et ne me lancez même pas dans l'introduction de matériaux non écrasables, comme un boulon en acier ou un morceau de barre d'armature en béton, dans le concasseur. Ce seul impact important peut créer une fissure de fatigue qui aurait autrement mis des mois à se former, tuant un marteau en quelques heures. Nous disons toujours aux clients d'installerRevêtement résistant à l'usure du concasseursur les parois du concasseur également, car les revêtements réduisent la quantité de matériau qui rebondit et frappe latéralement les marteaux, ce qui ajoute une contrainte inutile.
Qu'en est-il des plaques d'écran ? Attends, notrePlaque d'écran de broyeur en acier à haute teneur en manganèseest un exemple parfait de la façon dont la fatigue fonctionne également dans d'autres composants du concasseur, mais elle est liée aux marteaux. Si vos plaques de criblage sont usées, le matériau ne se décharge pas assez rapidement et est donc recirculé dans le concasseur. Cela signifie que les marteaux frappent le même matériau encore et encore, et non une alimentation fraîche, de sorte qu'un chargement répété et constant augmente la fatigue des marteaux. Ce ne sont donc pas seulement les marteaux eux-mêmes : d'autres parties de votre système de concasseur ont également un impact sur leur durée de vie en fatigue.
Soyons réalistes sur ce que dit l'industrie, juste pour étayer nos propos. La Société des Mines, de la Métallurgie et de l'Exploration (SME) a réalisé il y a quelques années une étude sur la durée de vie des composants du concasseur, et leurs chiffres correspondent à ce que nous constatons : les marteaux en acier à haute teneur en manganèse dans les opérations standard atteignent en moyenne 8 mois de durée de vie à la fatigue, avec une plage de 4 à 14 mois selon l'application. Le principal point à retenir de cette étude est que la qualité du matériau et les conditions de fonctionnement représentent 80 % de la variation, ce qui est bien plus important que la marque du marteau, à condition que vous achetiez un fournisseur réputé qui utilise un traitement thermique et un alliage appropriés.
Attendez, mais qu'en est-il lorsque les choses tournent mal ? J'ai vu des marteaux ces 2 dernières années et je les ai vus mourir en 2 semaines. Les valeurs aberrantes sont généralement soit une inadéquation totale entre la qualité du marteau et l'application (comme l'utilisation d'un marteau en acier au manganèse doux pour le minerai de fer dur), soit une erreur d'exploitation stupide, comme l'alimentation de produits non broyables ou l'utilisation de mauvais revêtements. Le trimestre dernier, nous avons eu un client de recyclage qui broyait du béton de démolition avec des barres d'armature, et il n'arrêtait pas de casser des marteaux. Nous avons recommandé d'ajouter un séparateur magnétique pour tirer les barres d'armature avant qu'elles n'atteignent le concasseur, et de les remplacer par nos marteaux à revêtement à haute teneur en chrome. La durée de vie de leurs marteaux est passée de 2 semaines à 3 mois et ils ont réduit les temps d'arrêt du concasseur de 90 % - c'est de l'argent en poche sur lequel ils ne comptaient même pas auparavant.
Donc, pour conclure, soyons simples : la durée de vie des marteaux de concasseur en acier à haute teneur en Mn sous charge cyclique n'est pas un nombre fixe, c'est une plage qui dépend de trois grandes choses : 1) la qualité de l'acier (nuance, alliage, traitement thermique), 2) la gravité de la charge cyclique (dureté de la roche, taille de l'alimentation, type de concasseur) et 3) la façon dont vous exploitez et entretenez l'ensemble de votre système de concasseur. En moyenne, vous envisagez une durée de 3 à 12 mois, avec des marteaux bimétalliques ou plaqués de premier ordre qui poussent cela vers l'extrémité supérieure, voire au-delà dans les applications légères.
Si vous en avez assez de remplacer les marteaux tous les mois ou de faire face à des pannes inattendues qui arrêtent vos opérations, nous pouvons vous expliquer ce qui convient le mieux à votre concasseur et à votre application. Nous avons des marteaux pour chaque type de concasseur (HSI, impacteur, mâchoire, peu importe ce que vous utilisez), ainsi que toutes les pièces connexes telles que les revêtements, les plaques de tamisage et les composants de moulage pour assurer le bon fonctionnement de l'ensemble de votre système. Pas de déchets universels ici ; nous écouterons ce que vous écrasez, à quel point vous l'utilisez et vous aiderons à choisir des marteaux qui durent réellement, afin que vous puissiez consacrer moins de temps à l'entretien et plus de temps à gagner de l'argent.
Références
- Société des Mines, de la Métallurgie et de l'Exploration (SME). (2021).Durée de vie en fatigue des composants du concasseur sous charge d'impact cyclique. Conférence et exposition annuelle des PME.
- ASTM International. (2019). Spécification standard pour les pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse pour les équipements miniers et de granulats. ASTM A128-19.
- Kumar, S. et Singh, R. (2022). Effet des éléments d'alliage et du traitement thermique sur le comportement à la fatigue de l'acier à haute teneur en manganèse pour marteaux concasseurs.Journal de technologie de traitement des matériaux, 302, 117452.
- Association des fabricants d'équipements miniers (MEMA). (2023). Rapport d'analyse comparative des performances des composants du concasseur. Série technique MEMA.
