Comment choisir des pièces de concasseur résistantes pour le concassage du minerai de fer

Une plaque de mâchoire censée durer des années peut perdre la moitié de sa surface en un seul trimestre

Il suffit de remplacer le calcaire par du minerai de formation ferrifère rubanée dans une chaîne de concassage pour qu’une plaque de mâchoire, qui durait normalement plusieurs saisons, perde la moitié de son épaisseur en l’espace de quelques mois. Les minéraux d’oxyde de fer ne sont pas en eux-mêmes responsables. L’hématite et la magnétite se situent entre 5,5 et 6,5 environ sur l’échelle de Mohs, ce qui n’est pas plus dur que de nombreuses pierres de carrière. La différence provient généralement des bandes de quartz et de chert qui traversent le gisement, des minéraux dont la dureté est de 7 sur l’échelle de Mohs et qui continuent à user la surface de la garniture bien après que l’oxyde de fer qui les entoure se soit déjà désagrégé.

Un concasseur à cône intégré à une chaîne de production de minerai de fer, où la densité du minerai d'alimentation et la teneur en gangue déterminent le choix des pièces d'usure.

Pourquoi le minerai de fer se comporte différemment de la roche de carrière

Deux propriétés distinguent le minerai de fer des granulats de construction classiques. La première est la densité : celle de l’hématite se situe entre 4,9 et 5,3, tandis que celle de la magnétite est comprise entre 5,2 et 5,3, toutes deux bien supérieures à la densité typique du granit ou du calcaire, qui est de 2,6 à 2,7. Une particule plus dense possède une masse plus importante pour une même taille ; elle transmet donc davantage d’énergie d’impact à la surface d’un revêtement, à vitesse et réglage de concasseur identiques. La deuxième propriété concerne la minéralogie de la gangue plutôt que le minéral du minerai lui-même. Une étude publiée sur un minerai de fer soudanais à faible teneur a enregistré un indice de travail de Bond supérieur à 52 kilowattheures par tonne, un chiffre inhabituellement élevé que les chercheurs ont attribué directement à la forte concentration et à la dureté de la gangue de quartz plutôt qu’aux minéraux ferreux présents dans l’échantillon.

C'est cette combinaison — densité plus élevée et strates de quartz — qui explique pourquoi, pour choisir des pièces de concasseur résistantes destinées à une chaîne de traitement du minerai de fer, on ne peut pas se contenter d'utiliser la même nuance d'alliage et la même épaisseur que celles qui conviennent à une carrière de granit ou de calcaire fonctionnant à un tonnage similaire.

Des nuances de matériaux qui résistent réellement au minerai de fer

Pour les matières premières présentant un indice de Mohs égal ou supérieur à 7, la solution standard est l'acier austénitique à haute teneur en manganèse, généralement l'acier Hadfield, afin de ASTM A128 avec une teneur en manganèse comprise entre 11 et 14 % pour les plaques de mâchoires, et pouvant atteindre 18 à 22 % pour les enveloppes coniques et les concaves soumises à des charges d'impact plus importantes. L'alliage s'écrouit sous l'effet d'impacts répétés, passant d'une dureté d'environ 200 à 250 HB à l'état brut de coulée à 500 HB ou plus au niveau de la surface de travail, tandis que le cœur reste suffisamment résistant pour absorber les chocs sans se fissurer.

Lorsque le mode d’usure tend davantage vers une abrasion par glissement pur que vers un impact, comme c’est le cas lors des étapes secondaires et tertiaires de concassage du minerai déjà libéré, la fonte blanche à haute teneur en chrome devient le choix le plus courant, avec généralement une teneur en chrome comprise entre 18 et 22 %, voire parfois supérieure, ce qui permet de sacrifier une partie de la ténacité de l’acier au manganèse au profit d’une surface de travail plus dure. Le contrôle dimensionnel reste tout aussi important que la composition chimique ; les revêtements moulés au sable sont généralement fabriqués pour Niveaux CT8 à CT10 selon la norme ISO 8062-3, et une pièce moulée dont les dimensions s'écartent de cette plage peut ne pas s'ajuster correctement contre la culasse ou la chambre de combustion, créant ainsi un point de contrainte qui s'use plus rapidement que le reste de la chemise.

Composant	Alliage type	Gamme de dureté	Mode vestimentaire le plus adapté
Plaque de mâchoire	Acier au manganèse Hadfield, 11 à 14 % de Mn	200 à 250 HB à l'état brut, 500 HB après trempe	Concassage à fort impact, concassage primaire
Enveloppe conique et concave	Acier au manganèse Hadfield, contenant entre 18 et 22 % de Mn	200 à 250 HB à l'état brut, 500 HB ou plus après trempe	Choc et abrasion modérée
Revêtements secondaires et tertiaires	Fonte blanche à haute teneur en chrome, 18 à 22 % de Cr	58 à 64 HRC	Abrasion par glissement due à la gangue de quartz

Où se concentre l'usure dans une chaîne de transport de minerai de fer et pourquoi la douille est-elle si importante ?

Les revêtements font l'objet de la plupart des attentions, mais ce sont les bagues en bronze qui soutiennent l'arbre excentrique et l'arbre principal d'un concasseur à cône qui subissent une charge accrue dès lors que le matériau d'alimentation est plus dense que ce pour quoi la machine a été initialement dimensionnée. La densité plus élevée du minerai de fer signifie que l’ensemble excentrique absorbe davantage de force par tour qu’il ne le ferait avec des granulats plus légers, et cette charge supplémentaire se manifeste d’abord par une variation du jeu des bagues et une augmentation de la température de l’huile, plutôt que par une usure visible des revêtements.

A douille excentrique de concasseur à cône, une pièce d'usure soumise à une charge supplémentaire dans les applications impliquant du minerai de fer à haute densité.

Une douille moulée ou usinée avec une tolérance de jeu inadaptée à la densité réelle du matériau alimenté chauffera davantage et s'usera plus rapidement, bien avant que les chemises ne doivent être remplacées. C'est pourquoi la qualité des douilles mérite la même attention que le choix de l'alliage des chemises lorsque le matériau alimenté est du minerai de fer plutôt que de la roche de carrière classique.

La référence d'alliage indiquée sur une fiche technique ne donne qu'une vision partielle de la situation ; c'est en faisant correspondre cette référence à la teneur réelle en gangue et à la densité de votre minerai que l'on détermine si un revêtement atteindra sa durée de vie nominale.

Choisir les pièces de concasseur pour votre chaîne de production de minerai de fer

• Avant de commander des revêtements, effectuez une analyse minéralogique de la gangue ou demandez-la, car la teneur en quartz et en chert influe bien davantage sur l'usure que celle en oxydes de fer.
• Adapter la teneur en manganèse à l'étape de concassage : des nuances à faible teneur en Mn pour les applications de concassage primaire à impact, et des nuances plus riches en Mn ou en chrome (fer blanc) lorsque l'abrasion par glissement prédomine.
• Vérifiez les rapports relatifs aux tolérances de moulage et aux essais de dureté pour chaque lot, plutôt que de vous fier uniquement à la désignation de l'alliage.
• Vérifiez les spécifications relatives au jeu des bagues en fonction de la densité réelle de votre minerai, et non pas uniquement en vous basant sur les valeurs génériques fournies par le fabricant du concasseur.
• Suivre le taux d'usure en fonction du tonnage traité plutôt qu'en fonction du temps écoulé, car la densité du minerai et la teneur en gangue varient d'un niveau à l'autre ou d'une fosse à l'autre au sein d'un même site.

Approvisionnement en pièces de concasseur adaptées à votre gisement

Pour y parvenir, il faut commencer par traiter pièces de broyeur Il s'agit d'un choix technique lié à votre minerai spécifique plutôt que d'une référence de catalogue. Yonsmen fabrique par moulage des plaques de mâchoires, des manchons de cône, des concaves et des bagues conformes aux spécifications relatives au manganèse et au chrome décrites ici, et fournit une documentation sur la composition chimique et la dureté pour chaque lot de pièces de concasseur que nous expédions.

Travailler avec un fournisseur de pièces pour concasseurs qui examine la teneur en stériles et la densité de votre minerai avant de vous recommander une nuance d'alliage peut faire la différence entre un jeu de revêtements qui atteint son tonnage nominal et un autre qui doit être remplacé un trimestre plus tôt que prévu. Envoyez-nous l'analyse de votre minerai ainsi que les traces d'usure actuelles, et nous pourrons vous recommander la nuance et le profil les mieux adaptés à votre installation.