Acier à haute teneur en manganèse Mn13 vs Mn18 vs Mn22 : quelle qualité convient à votre concasseur ?

Entrez dans n'importe quelle usine de concassage et demandez à l'ingénieur de maintenance quelle qualité de manganèse il utilise, et il y a de fortes chances que vous obteniez une réponse sûre, appuyée par l'habitude plutôt que par l'ingénierie. La plupart des opérations suivent par défaut ce que le gestionnaire de site précédent a commandé, ou choisissent simplement le nombre le plus élevé disponible en partant du principe que plus de manganèse signifie de meilleures performances. Cette hypothèse n'est pas seulement fausse -, elle est discrètement coûteuse.

La réalité est que la sélection de la bonne qualité de manganèse est un exercice de correspondance entre votre matériau, votre type de concasseur et vos conditions de fonctionnement. Utilisez la mauvaise qualité dans la mauvaise application et soit vous userez les pièces plus rapidement que nécessaire, soit vous les fissurerez complètement. Comprendre pourquoi le Mn13, le Mn18 et le Mn22 se comportent différemment sous charge est la base de toute décision judicieuse en matière de pièces d'usure.

Le broyeur fonctionne

Pourquoi l'acier au manganèse fonctionne comme il le fait

Les trois qualités appartiennent à la famille des aciers austénitiques au manganèse, initialement développée par Sir Robert Hadfield en 1882 et qui reste toujours le matériau dominant pour les revêtements de concasseurs dans le monde entier. Le comportement déterminant de ces alliages est l’écrouissage. Lorsque la surface de l'acier est soumise à des impacts de compression répétés, la microstructure austénitique subit une transformation induite par une déformation par jumelage mécanique et conversion martensitique. Le résultat est une augmentation progressive de la dureté de surface, d'environ 200 HB à l'état brut de coulée jusqu'à 450 à 550 BHN ou plus lors du concassage actif, tandis que le noyau reste suffisamment résistant et ductile pour absorber les chocs sans se fracturer.

Le détail critique que la plupart des acheteurs oublient est le suivant : la réponse d’écrouissage nécessite une énergie d’impact adéquate pour être déclenchée. Sans impact suffisant, l’acier reste mou et s’abrase simplement. Plus la teneur en manganèse est élevée, plus le plafond de dureté potentielle est élevé, mais aussi plus le seuil d'énergie d'impact nécessaire pour l'atteindre est élevé. C'est précisément pourquoi exécuter du Mn22 dans une application à faible-énergie est contre-productif. L'acier ne durcit jamais, la surface reste proche de sa douceur d'origine -coulée et les taux d'usure s'accélèrent plutôt qu'ils ne s'améliorent. Vous payez un coût plus élevé pour un désavantage en termes de performances.

Ce que les trois niveaux offrent réellement

Le nombre dans chaque désignation de qualité fait référence au pourcentage approximatif de manganèse dans l'alliage. Les ajouts de chrome, désignés par le suffixe Cr dans des nuances comme Mn13Cr2 ou Mn18Cr2, améliorent la dureté initiale et favorisent une répartition plus fine du carbure, c'est pourquoi la plupart des fabricants de pièces d'usure sérieux proposent désormais des versions modifiées au chrome-en standard.

Mn13 est le grade qui gère bien l’imprévisibilité. Sa teneur relativement modérée en manganèse lui confère une excellente ténacité et une tolérance élevée aux chocs, ce qui en fait le choix idéal lorsque les conditions d'alimentation varient, lorsque des débris de fer ou des barres d'armature peuvent pénétrer dans la chambre, ou lorsque le matériau broyé est du calcaire, de la dolomite ou d'autres agrégats plus tendres. Il durcit adéquatement sous un impact modéré et offre une durée de vie fiable à un coût de matériau par unité inférieur. Exiger ici une qualité supérieure ne prolongera pas la durée de vie du revêtement. Cela le raccourcira.

Le Mn18 est la norme de l’industrie pour une raison. Avec 17 à 19 pour cent de manganèse, il se situe au point d’équilibre optimal entre la ténacité et le potentiel d’écrouissage pour la plus large gamme d’applications de roches dures. Dans des conditions d'alimentation constantes, les surfaces de Mn18 atteignent 500 à 550 BHN en service, offrant le type de rétention de bord dont dépendent les opérateurs des carrières de granit et des usines de granulats de basalte. Si vous jouez du hard rock et que vous ne savez pas par où commencer, le Mn18 est presque toujours le bon premier choix.

Le Mn22 est une qualité spécialisée et non une mise à niveau universelle. Il atteint les valeurs de dureté d'écrouissage les plus élevées des trois, mais il nécessite des conditions d'écrasement véritablement agressives et à haute énergie pour y parvenir. Les applications qui justifient le Mn22 incluent les chambres de concassage primaire grossier traitant le quartzite, les agrégats à haute teneur en silice, le minerai de fer ou la taconite, où le Mn18 s'use sensiblement plus rapidement que les objectifs de campagne acceptables.

Mâchoire pivotante et plaques fixes Mn13 : lorsque le grade inférieur est le bon choix

L'une des erreurs les plus persistantes lors de la sélection des revêtements des concasseurs à mâchoires est de spécifier une qualité de manganèse plus élevée que celle que l'application justifie réellement.Mâchoire pivotante et plaques fixes Mn13restent la spécification correcte dans une gamme d'applications plus large que ce que de nombreux opérateurs pensent. Dans les opérations de recyclage traitant les débris de démolition du béton, dans les concasseurs à mâchoires secondaires traitant des granulats pré-concassés, et dans toute application à mâchoires où la composition de l'alimentation est variable et le risque de chute de métal est réel, les plaques Mn13 offrent une ténacité et une absorption des chocs supérieures à celles du Mn18 ou du Mn22.

La géométrie du concassage à mâchoires compte également. La plaque à mâchoire fixe, qui est montée sur le châssis fixe, et la plaque à mâchoire pivotante, qui se fixe au pitman et assure le mouvement de fermeture, subissent une usure très localisée concentrée dans la zone de concassage inférieure. Lorsque le matériau d'alimentation n'est pas suffisamment dur pour entraîner un écrouissage complet, le manganèse des qualités supérieures reste dans son état austénitique mou et la surface de la plaque s'use par simple abrasion. Les mâchoires pivotantes et les plaques fixes Mn13 dans ces conditions surpasseront les qualités supérieures car le rapport résistance-/-coût est plus approprié au mécanisme d'usure réel.

C'est précisément pour cette raison que les joues des concasseurs à mâchoires sont souvent d'un niveau inférieur aux plaques à mâchoires elles-mêmes. Une configuration de champ courante associe des plaques de mâchoire en Mn18Cr2 avec des plaques de joue en Mn13Cr2 ou Mn14, car les plaques de joue subissent moins d'impact de compression et plus d'abrasion par glissement.

DUMA mâchoire pivotante et plaques fixes Mn13

Mn18 pour les opérations de concasseur à mâchoires mobile

Les opérations de concassage mobiles présentent un ensemble spécifique de défis qui rendent la sélection des matériaux plus conséquente que dans les installations fixes. La cohérence du flux change constamment à mesure que la machine se déplace sur un site. Les événements d'impact dus à des matériaux surdimensionnés, à la contamination et à des types de roches variables sont plus fréquents que dans les environnements d'usine contrôlés. Le coût d'un changement imprévu de revêtement sur une unité mobile implique non seulement les pièces, mais aussi les temps d'arrêt de la machine, les retards de positionnement et la perturbation de la séquence d'excavation.

Le Mn18 pour les applications de concasseurs à mâchoires mobiles est devenu la recommandation standard de l'industrie précisément parce qu'il gère bien cette variabilité. La teneur en manganèse plus élevée que celle du Mn13 lui confère une fenêtre d'écrouissage plus large et sa résistance aux chocs reste suffisamment élevée pour absorber les chocs courants en fonctionnement mobile sans le risque de fissuration que le Mn22 peut présenter lorsque les conditions d'impact sont incohérentes. Les opérateurs traitant du granit, du calcaire dur ou des mélanges de roches dures sur un concasseur mobile bénéficieront systématiquement de campagnes de revêtement plus longues et plus prévisibles avec le Mn18 qu'avec l'une ou l'autre des qualités voisines.

Le type de concasseur façonne la qualité correcte

La même roche traitée par différents types de concasseurs peut nécessiter différentes qualités de manganèse car le profil de chargement mécanique change fondamentalement selon les types de machines.

Dans les concasseurs à mâchoires, le mécanisme d'usure dominant est l'impact compressif combiné à une certaine abrasion par glissement lorsque le matériau traverse la chambre. Mn13Cr2 gère la plupart des applications de calcaire et de recyclage ; Mn18Cr2 est la norme pour le concassage primaire de granit et de roche dure ; Le Mn22Cr2 n'est justifié que pour les très gros concasseurs à mâchoires traitant des minerais véritablement hautement -abrasifs.

Dans les concasseurs à cône, l'interaction entre le manteau et le revêtement du bol crée une action de compression moins percutante mais plus continue que le concassage à mâchoires. Le Mn18Cr2 est la valeur par défaut de l'industrie pour les revêtements de concasseurs à cône secondaires et tertiaires dans la production de roches dures. Le Mn13Cr2 convient aux cônes de concassage fins où le réglage du côté fermé est serré et l'énergie d'impact par cycle est inférieure. Le Mn22Cr2 sert de cônes primaires à haute performance-dans l'exploitation minière de roches dures où l'abrasivité de l'alimentation est constamment sévère.

Dans les concasseurs à percussion à arbre horizontal, le calcul change. Les batteuses subissent un impact à grande vitesse plutôt qu'une force de compression, et le mécanisme d'usure est dominé par l'abrasion plutôt que par la compression. L'acier au manganèse ordinaire est parfois entièrement remplacé par de la fonte blanche à haute teneur en chrome dans les applications HSI hautement abrasives, bien que les barres de soufflage Mn14 et Mn18Cr2 restent appropriées lorsque le risque de traces de métal fait de la ténacité une priorité sur la pure résistance à l'abrasion.

Protocole d'interruption- : l'étape que la plupart des opérations ignorent

Choisir la bonne note ne représente que la moitié de l’équation. De nouveaux revêtements en manganèse arrivent de la fonderie avec une dureté Brinell d'environ 200 à 220, qui est essentiellement de l'acier doux. Ils nécessitent un rodage contrôlé-pour développer la couche de surface écrouie-qui assure la durée de vie de conception.

Faire fonctionner immédiatement un nouveau revêtement en manganèse à pleine capacité est l’un des moyens les plus fiables de raccourcir sa durée de vie. Sous pleine charge, avant que la surface n'ait durci, le manganèse peut se déformer plastiquement plutôt que de durcir sous contrainte. Dans les enveloppes de concasseur à cône, cela produit un flux de métal, où le matériau migre littéralement sous pression, déformant le profil et bloquant potentiellement la bague de réglage. Le protocole correct consiste à faire fonctionner le concasseur à environ 50 % de sa capacité nominale pendant les quatre à six premières heures, permettant au mécanisme de durcissement de surface d'établir une couche de carapace stable avant que le chargement progressif n'atteigne les taux de production maximum.

Prendre la décision

Trois questions déterminent la plupart des décisions de sélection de qualité de manganèse : Quelle est la dureté et l'abrasivité de votre matière première ? Quel est le type de concasseur et quelle énergie d'impact génère-t-il dans vos paramètres de fonctionnement ? Avez-vous observé des fissures, qui suggèrent un grade trop élevé, ou une usure abrasive inhabituellement rapide, qui suggère un grade trop faible ?

Les réponses à ces trois questions correspondent plus directement aux performances du revêtement que n’importe quelle spécification de catalogue. Mn13 n’est pas un choix budgétaire et Mn22 n’est pas une mise à niveau automatique des performances. Ce sont des outils conçus pour des tâches spécifiques, et l'opération qui les utilise correctement surpassera toujours celle qui par défaut est l'habitude ou le prix.