Concasseurs à percussion sont l'épine dorsale des opérations de concassage modernes, utilisées dans les secteurs des mines, des carrières, du recyclage et de la construction pour décomposer les matières premières en tailles de produits utilisables. Au cœur de chaque concasseur à percussion se trouve un composant d’usure critique : la barre de soufflage. Ces barres en acier trempé sont soumises à des impacts continus à grande vitesse et à un contact abrasif avec le matériau broyé, tournant souvent à une vitesse de 30 à 40 m/s avec des forces d'écrasement dépassant plusieurs tonnes par impact.
La sélection du bon matériau pour la barre de soufflage est l'une des décisions les plus importantes que prennent les exploitants d'usines de concassage. Un mauvais choix de matériau peut entraîner des pannes prématurées coûteuses, des temps d'arrêt excessifs et des coûts opérationnels considérablement plus élevés par tonne de matériau traité. Avec un marché mondial des pièces d'usure pour concasseurs évalué à 1,93 milliard de dollars et en croissance de 6,3 % par an, comprendre la métallurgie des barres de soufflage est devenu essentiel pour maintenir un avantage concurrentiel dans le secteur du concassage.
Ce guide complet examine les cinq principaux types de matériaux de barre de soufflage utilisés dans les concasseurs à percussion modernes, détaillant leurs propriétés mécaniques, leurs caractéristiques de performance et leurs applications optimales aux étapes de concassage primaire, secondaire et tertiaire.
Les barres de soufflage (également appelées barres d'impact ou marteaux) sont des dalles métalliques épaisses installées sur le rotor d'un concasseur à impact à arbre horizontal (HSI). Ces barres fournissent la force d'écrasement principale, frappant le matériau entrant à grande vitesse pour le briser en fragments plus petits. La barre de frappe absorbe d'énormes forces de compression et de cisaillement tout en subissant simultanément une usure abrasive due aux particules de matériau broyées.
Configuration du rotor à 4 barres (une barre par face de rotation) pour certaines conceptions
Configuration 2 barres hautes + 2 barres basses (disposition décalée) pour les autres
Cales de montage qui fixent les barres à l'arbre du rotor
Capacité de rotation permettant aux barres d'être retournées pour une utilisation maximale
Durée de vie : détermine directement combien de tonnes de matériau peuvent être traitées avant le remplacement
Coûts des temps d'arrêt : les remplacements fréquents nécessitent l'arrêt du concasseur, une perte de production et des frais de main d'œuvre.
Coût par tonne : coût total du matériau divisé par le tonnage total traité avant remplacement
Sécurité : Les fractures prématurées sous charge créent des dommages à l'équipement et des blessures potentielles aux travailleurs.
Productivité : Des arêtes de coupe plus tranchantes et plus durables traitent plus de matériau par heure
L'acier au manganèse (généralement 13 à 22 % de manganèse et 1,8 à 2,2 % de chrome) est un acier austénitique doté d'une caractéristique d'écrouissage unique. Dans son état initial, l'acier au manganèse présente une dureté relativement faible mais une ténacité exceptionnelle.
Dureté initiale : environ 20 HRC
Dureté maximale (après écrouissage) : jusqu'à 50 HRC
Résistance aux chocs : Environ 250 J/cm²
Mécanisme de résistance à l'usure : écrouissage : l'acier se renforce à mesure qu'il absorbe les impacts d'écrasement grâce à des changements permanents dans la microstructure de la surface.
Profondeur d'écrouissage : couche de surface de 2 à 3 mm après plus de 50 000 tonnes de traitement
Caractéristiques de performances :
Les battoirs en acier au manganèse présentent un motif d'usure distinctif. Initialement, ils s'usent relativement rapidement à mesure que la surface austénitique se comprime et durcit. Cependant, une fois que la surface atteint une dureté d'environ 50 HRC (après traitement de 40 000 à 60 000 tonnes de calcaire), le taux d'usure se stabilise considérablement. Ce mécanisme d’autodurcissement prolonge la durée de vie au-delà de ce que suggère la dureté initiale.
Concassage primaire de gros matériaux non abrasifs ou peu abrasifs (calcaire, dolomite)
Tailles d'alimentation supérieures à 800 mm
Applications où le matériau contient de gros rochers ou des formes irrégulières
Environnements à faible abrasion (sable, poussière ou contamination limités)
Limites:
Ne convient pas aux matériaux très abrasifs (granit, basalte, sable siliceux)
Ne peut pas tolérer la contamination de l'acier ou le ferraillage dans les aliments
Nécessite une force d’impact suffisante pour obtenir l’écrouissage
Non recommandé pour le concassage secondaire ou tertiaire avec des aliments de petite taille
L'acier martensitique représente un équilibre entre les aciers au manganèse et au chrome. Les aciers martensitiques traités thermiquement présentent une microstructure martensitique dure qui offre une dureté immédiate sans dépendre de l'écrouissage. Les éléments d'alliage comprennent généralement du nickel, du molybdène et une teneur contrôlée en carbone pour obtenir un équilibre dureté-ténacité optimal.
Plage de dureté : 44-57 HRC (immédiatement après l'installation)
Résistance aux chocs : 100-300 J/cm²
Résistance à l’usure : élevée et constante tout au long de la durée de vie
Robustesse : Excellente : maintient la résistance aux chocs même à une dureté maximale
Position de coût : milieu de gamme entre les alternatives au manganèse et au chrome
Caractéristiques de performances :
Les battoirs en acier martensitique conservent une dureté relativement constante tout au long de leur durée de vie, montrant une progression d'usure linéaire. Unlike manganese steel that stabilizes after work hardening, martensitic bars wear at a steady, predictable rate. Cela rend la planification opérationnelle plus simple : les directeurs d'usine peuvent prédire les calendriers de remplacement avec une grande précision.
Le matériau résiste aux chocs soudains sans rupture catastrophique, ce qui le rend indulgent pour les opérations avec des conditions d'alimentation variables. Les bords d'impact tranchants restent relativement efficaces plus longtemps que les aciers chromés purs en raison de leur résistance supérieure aux chocs.
Concassage primaire avec des tailles d'alimentation moyennes à grandes (300-800 mm)
Applications de recyclage (béton, asphalte, déchets de construction)
Situations dans lesquelles les matières premières contiennent des contaminants potentiels en fer ou en acier
Opérations nécessitant à la fois un équilibre entre résistance aux chocs et résistance à l’usure
Concassage secondaire de matériaux moyennement abrasifs
Limites:
Pas optimal pour les matériaux très abrasifs et à faible impact (granit, silice)
Ne peut pas tolérer une forte contamination ainsi que l'acier au manganèse
Moins rentable par tonne dans les applications à faible abrasion que le manganèse
Les bords d'usure s'émoussent plus rapidement que les aciers chromés dans des environnements très abrasifs
La fonte à faible teneur en chrome contient environ 8 à 15 % de chrome combiné à du carbone, du molybdène et du silicium soigneusement contrôlés. La microstructure présente une matrice martensitique dure avec des particules de carbure de chrome incorporées qui offrent une résistance exceptionnelle à l'abrasion.
Plage de dureté : 55-60 HRC
Résistance aux chocs : 30-50 J/cm²
Résistance à l'usure : très élevée
Teneur en carbure : répartie dans toute la matrice (M7C3 et autres phases de carbure)
Compromis de ténacité : réduit par rapport à l'acier martensitique mais acceptable pour des applications spécifiques
Caractéristiques de performances :
Les barres à faible teneur en chrome offrent une résistance à l'usure supérieure grâce à un renforcement en carbure dur plutôt qu'à un écrouissage. Les carbures de chrome créent une surface protectrice et résistante à l'abrasion qui résiste à la pénétration des fines particules de silice et des fragments de roche abrasifs. Le taux d'usure reste relativement constant tout au long de la durée de vie : environ 0,000114 à 0,000160 mm/tonne lors d'un concassage typique de calcaire.
La ténacité réduite nécessite une gestion minutieuse de l’alimentation. Les matériaux surdimensionnés, les traces de fer ou les chocs soudains peuvent provoquer un écaillage ou un écaillage des bords plutôt que la déformation plastique observée dans les matériaux plus résistants.
Recyclage des déchets de construction et de démolition (C&D) : béton, briques, asphalte
Concassage secondaire et tertiaire de matériaux moyennement abrasifs
Applications avec des exigences de production de granulats fins
Situations où la contamination des matériaux est contrôlée
Concassage secondaire, où les aliments ont été pré-triés
Limites:
Ne convient pas au concassage primaire avec une alimentation importante ou des matériaux non criblés
Ne peut pas tolérer une forte contamination des barres d’armature ou de l’acier lors du recyclage du béton
Rupture fragile plus probable que déformation ductile sous des charges de choc
Pas idéal lorsque des pics soudains de vitesse d'alimentation se produisent
La fonte à chrome moyen (16 à 20 % de chrome, 2,6 à 3,0 % de carbone) représente le point médian entre les formulations à faible et haute teneur en chrome. La microstructure combine une dureté élevée avec une ténacité légèrement améliorée par rapport aux alternatives à haute teneur en chrome.
Plage de dureté : 58-62 HRC
Résistance aux chocs : 20-30 J/cm²
Résistance à l’usure : très élevée avec une rétention améliorée des bords
Structure du carbure : carbures eutectiques M7C3 à répartition optimisée
Stabilité thermique : Résistance thermique supérieure lors d’un fonctionnement à grande vitesse
Caractéristiques de performances :
Les formulations de chrome moyen permettent aux fabricants d'affiner l'équilibre dureté-ténacité pour des plages d'application spécifiques. La teneur accrue en chrome par rapport à une faible teneur en chrome améliore la résistance à l'usure, tandis qu'une ténacité légèrement meilleure par rapport à une teneur élevée en chrome s'adapte à des tailles d'alimentation plus grandes et à des conditions de matériaux plus variées.
Ce type de matériau excelle dans les applications de concassage secondaire où le matériau d'alimentation a été pré-classé mais contient toujours une abrasion modérée. Le taux d'usure reste très faible et prévisible tout au long de la durée de vie, généralement de 0,000100 à 0,000140 mm/tonne dans les opérations de calcaire.
Concassage secondaire de matériaux moyennement à fortement abrasifs
Broyage et concassage d'asphalte (sans inclusions incassables)
Tailles d'alimentation de 300 à 800 mm avec une uniformité contrôlée
Environnements à forte usure où les aliments sont relativement propres
Concassage de matériaux mixtes où l'abrasion est le mécanisme d'usure dominant
Limites:
Nécessite une gestion minutieuse des aliments : gros morceaux soudains ou risque de contamination
Ne convient pas au concassage primaire avec des matériaux non criblés
Ne tolérera pas les barres d'armature ou l'acier dans les applications de recyclage du béton
Coût plus élevé que celui à faible teneur en chrome, limitant l'utilisation dans les applications à faible usure
La fonte à haute teneur en chrome (25 à 28 % de chrome, 2,6 à 3,0 % de carbone, avec des ajouts de molybdène et de nickel) représente le summum de la résistance à l'usure parmi les matériaux de barre de soufflage standard. La teneur extrêmement élevée en chrome crée un réseau dense de particules de carbure dur (principalement M7C3) dans toute la matrice métallique.
Plage de dureté : 60-64 HRC
Résistance aux chocs : 10-15 J/cm²
Résistance à l'usure : extrêmement élevée, 3 fois supérieure à celle de l'acier au manganèse
Dureté du carbure : HV 1300-1800 (dureté Vickers)
Rapport de carbure de chrome : le rapport Cr/C de 8 à 10 optimise la taille et la distribution du carbure
Caractéristiques de performances :
Les barres de soufflage à haute teneur en chrome offrent la durée de vie la plus longue possible pour les applications hautement abrasives. Le vaste réseau de carbure crée une surface résistante au meulage qui maintient le tranchant et les arêtes de coupe pendant des périodes de service prolongées. Les taux d'usure peuvent être aussi faibles que 0,000050 à 0,000080 mm/tonne dans les applications en carrière.
Le compromis est une ténacité considérablement réduite. Les barres à haute teneur en chrome sont susceptibles de s'écailler ou de se briser de manière catastrophique si elles sont soumises à des chocs soudains, à des matériaux surdimensionnés ou à des objets durs et incassables dans le flux d'alimentation.
Concassage tertiaire (opérations de dimensionnement final) avec des tailles d'alimentation <300 mm
Granit, basalte, quartz et autres granulats hautement abrasifs
Broyage d'asphalte avec alimentation contrôlée (sans roches ni incassables)
Applications exigeant la meilleure qualité de produit avec une usure minimale
Exploitations de carrières de grande capacité où le coût d’usure est critique
Opérations de recyclage avec des matières premières présélectionnées et contrôlées
Limites:
Ne peut pas supporter une alimentation importante ou des impacts soudains
Nécessite un contrôle de qualité strict des matières premières
Susceptible de se briser si un matériau contaminé pénètre
Ne convient pas là où des traces de fer ou des objets incassables peuvent apparaître
Nécessite une manipulation et une installation plus soigneuses
Coût initial plus élevé que les autres options
Durée de vie typique : 140 000 à 220 000+ tonnes dans des applications tertiaires contrôlées avec des matériaux abrasifs
Pour sélectionner correctement le matériau de la barre de soufflage, il faut comprendre l'impact de la taille de l'alimentation sur les mécanismes d'usure et les forces d'impact. Le cadre suivant guide la sélection à travers les étapes de concassage :
Matériau tout-venant directement issu de l'explosion ou de l'excavation
L'aliment contient de gros rochers, des formes irrégulières et des matériaux potentiellement surdimensionnés.
Les forces d'impact sont extrêmement élevées
Les grandes surfaces de contact créent des chocs écrasants
Vitesses du rotor généralement de 300 à 500 tr/min
Matériaux recommandés :
La ténacité dépasse l'énergie du choc d'impact
L'écrouissage s'adapte aux impacts de pierres importants
Rentable pour le calcaire non abrasif
Durée de vie : 80 000 à 120 000 tonnes
Équilibre acceptable entre dureté et résistance aux chocs
Mieux pour les matières premières abrasives
Durée de vie : 60 000 à 90 000 tonnes
Chrome faible, moyen ou élevé : ténacité inadéquate pour les impacts d'alimentation importants ; risque de fracture élevé
Aliments préclassés provenant du concasseur primaire
Énergie d'impact réduite par rapport au primaire
Mélange de forces d'abrasion et d'impact modérées
Des modèles d'alimentation plus réguliers
Vitesses de rotation plus élevées (600-800 tr/min)
Matériaux recommandés :
Excellent équilibre pour ce domaine d'application
Résistance aux chocs supérieure aux options chromées
Des modèles d'usure cohérents permettent la planification
Durée de vie : 70 000 à 110 000 tonnes
Résistance à l’usure supérieure pour les matériaux abrasifs
Ténacité acceptable pour une application secondaire
Durée de vie : 100 000 à 160 000 tonnes
Optimal pour le recyclage des déchets C&D
Meilleure tolérance à la contamination qu'un chrome plus élevé
Durée de vie : 80 000 à 140 000 tonnes
Pas idéal :
Acier au manganèse : résistance à l’usure insuffisante pour un dimensionnement secondaire précis
Haute teneur en chrome : fragilité excessive pour les forces d'impact secondaires
Matière première pré-classée et uniforme
Impacts de taille fine et relativement uniformes
L'abrasion domine la force d'impact
La qualité du produit final est critique
Vitesses de rotation plus élevées (800-1200 tr/min)
Risque minimal de contamination grâce au pré-dépistage
Matériaux recommandés :
Durée de vie la plus longue : 140 000 à 220 000+ tonnes
Idéal pour la production de granulats fins et de sable
Les aliments pré-trimés éliminent le risque de fracture
Coût minimum par tonne atteint
Résistance légèrement supérieure à celle du chrome élevé
Toujours une excellente résistance à l'usure
Durée de vie : 100 000 à 160 000 tonnes
Mieux s’il existe une incertitude sur l’alimentation
Non recommandé :
Manganèse, Martensitique ou Low Chrome : coût inutile pour cette application ; la résistance supérieure à l’usure du chrome élevé est la plus économique
Le tableau de progression de l'usure illustre les différences critiques dans la façon dont divers matériaux se dégradent pendant les opérations de concassage :
Semaines 1 et 2 : les couches de surface se compriment et commencent à durcir
Mois 1 à 3 (0 à 40 000 tonnes) : taux d'usure maximal à mesure que la surface se transforme
Mois 3 à 6 (40 000 à 80 000 tonnes) : le taux d'usure se stabilise à mesure que la surface durcie atteint ~ 50 HRC
Mois 6+ (80 000+ tonnes) : l'usure à l'état d'équilibre se poursuit à un rythme réduit
Matériaux à usure linéaire (types martensitiques, chromés) :
Les matériaux à base de chrome et martensitiques présentent une progression d'usure relativement linéaire car la dureté reste constante tout au long de la durée de vie. Les particules de carbure maintiennent une résistance à l'usure constante, ce qui entraîne une dégradation prévisible. Cela permet une planification précise : la planification opérationnelle devient simple.
Haut chrome : 0,050-0,080 mm/tonne
Chrome moyen : 0,100-0,140 mm/tonne
Faible teneur en chrome : 0,114-0,160 mm/tonne
Martensitique : 0,150-0,200 mm/tonne
Manganèse (après stabilisation) : 0,120-0,150 mm/tonne
Le jeu entre la barre de soufflage et la doublure du tablier augmente
Le matériau contourne la zone de concassage sans impact approprié
L’efficacité de la production chute fortement
Le risque de dommages au rotor augmente
La poursuite de l’exploitation devient non rentable
Point de décision critique en matière de maintenance : à une limite d'usure de 50 % (8-10 mm), de nombreux opérateurs font pivoter les barres (les retournent à 180°) pour accéder au côté inutilisé, doublant ainsi la durée de vie. Cette pratique est essentielle pour une rentabilité optimale dans les applications secondaires et tertiaires.
La technologie avancée des barres de soufflage combine des matrices en acier traditionnelles avec des inserts en céramique intégrés (généralement des particules d'alumine ou de zircone). Ces matériaux hybrides prolongent la durée de vie tout en conservant leur robustesse :
Extension de la durée de vie : 30 à 100 % plus longue que les barres équivalentes non céramiques
Réduction du taux d'usure : taux d'usure jusqu'à 40 à 50 % inférieurs dans les applications secondaires/tertiaires
Augmentation de la productivité : débit horaire 5 à 10 % plus élevé grâce à des bords d'impact plus nets
Fréquence de remplacement : réduite de 50 à 60 % par rapport aux barres standard
Meilleures pratiques en matière d’inserts en céramique :
Céramique martensitique : Applications primaires et de recyclage où la ténacité reste critique
Chrome Céramique : Concassage secondaire et tertiaire, notamment pour le broyage d'asphalte
Exigences en matière d'alimentation : les inserts en céramique nécessitent une alimentation propre et pré-tamisée pour éviter toute fracture.
Analyse des coûts : coût initial 15 à 25 % plus élevé compensé par une durée de vie 2 à 3 fois plus longue
| Application | Taille de l'alimentation | Type de matériau | Espérance de vie de service | Position des coûts | Score d'adéquation |
| Calcaire primaire | >800mm | Acier au manganèse | 80 000 à 120 000 tonnes | Faible | 5-mai |
| Recyclage primaire | >800mm | Acier martensitique | 60 000 à 90 000 tonnes | Moyen | 5 avril |
| Agrégat secondaire | 300-800 millimètres | Acier martensitique | 70 000 à 110 000 tonnes | Moyen | 5-mai |
| Granite/Basalte secondaire | 300-800 millimètres | Chrome moyen | 100 000 à 160 000 tonnes | Moyen-élevé | 5-mai |
| Recyclage C&D | 300-800 millimètres | Faible chrome | 80 000 à 140 000 tonnes | Moyen | 5 avril |
| Agrégat Tertiaire | <300mm | Haute teneur en chrome | 140 000 à 220 000 tonnes | Haut | 5-mai |
| Asphalte tertiaire | <300mm | Haute teneur en chrome | 120 000 à 200 000 tonnes | Haut | 5-mai |
| Sable fin de qualité supérieure | <300mm | Haute teneur en chrome | 160 000 à 240 000 tonnes | Haut | 5-mai |
Maintenir une alimentation uniforme : une alimentation non uniforme provoque une usure excessive du centre, réduisant ainsi la durée de vie de 30 à 40 %
Contrôle du taux d'alimentation : l'alimentation en filet crée une usure inégale ; l'alimentation optimale maintient le contact sur toute la longueur de la barre
Matériau de pré-soufflage de l'écran : élimine les fines qui créent un glissement et réduisent l'impact efficace
Vitesse trop faible : une sous-pénétration crée une usure superficielle, un émoussement rapide des bords et une usure centrale excessive.
Vitesse trop élevée : une pénétration excessive augmente les taux d'usure de 15 à 25 % tout en réduisant le rendement
Plage optimale : 300-500 tr/min pour le primaire, 600-800 tr/min pour le secondaire, 800-1 200 tr/min pour le tertiaire
Calendrier de rotation : retourner les barres toutes les 20 000 à 25 000 tonnes (limite d'usure de 50 %)
Avantage de la rotation : la durée de vie effective double environ avec une rotation appropriée
Remplacement final : lorsque les deux côtés sont usés jusqu'à la limite, retirez et remplacez
Remplacement échelonné : faites pivoter les ensembles pour maintenir le rotor équilibré
Points de mesure : Vérifiez l'usure en cinq points le long de la barre (centre + 4 quarts)
Fréquence d'inspection : mesures visuelles hebdomadaires et mensuelles détaillées
Documentation : suivre les tendances du taux d'usure ; les écarts indiquent des problèmes de fonctionnement
Maintenance prédictive : extrapolez le taux d'usure actuel pour prédire la date de remplacement dans un délai de ± 2 semaines
Exemple concret – Concassage secondaire de granit (1 000 tonnes/jour) :
Coût du matériau : 2 400 $/bar × 4 barres = 9 600 $
Coût d'installation : 400 $ (main d'œuvre, outils)
Durée de vie prévue : 90 000 tonnes
Coût des temps d'arrêt : 1 200 $ (4 heures d'arrêt × 300 $/heure de perte de production)
Coût total par tonne : (9 600 $ + 400 $ + 1 200 $) ÷ 90 000 = 0,121 $/tonne
Option B : Chrome moyen
Coût du matériau : 3 100 $/bar × 4 barres = 12 400 $
Coût d'installation : 400 $
Durée de vie prévue : 130 000 tonnes
Coût des temps d'arrêt : 1 200 $
Coût total par tonne : (12 400 $ + 400 $ + 1 200 $) ÷ 130 000 = 0,106 $/tonne
Certification des matériaux : analyse chimique confirmant la composition (Cr %, C %, Mo %, etc.)
Test de dureté : vérification de dureté par un tiers (gamme HRC)
Documentation du traitement thermique : cycles temps/température garantissant une microstructure appropriée
Précision dimensionnelle : tolérance de ± 2 mm sur les dimensions de montage critiques
Compatibilité : confirmation explicite de la compatibilité avec la marque/modèle de votre concasseur
Garantie : Garantie contre les défauts minimum 12 mois ou 50 000 tonnes
Industrie lourde haïtienne (https://www.htwearparts.com/) fournit des barres de soufflage compatibles OEM pour tous les types de matériaux avec des spécifications techniques complètes, des certifications de matériaux et des bases de données de compatibilité pour les principaux fabricants de concasseurs.
Coûts d'exploitation totaux par tonne de matière traitée
Disponibilité et fiabilité des équipements de production
Cohérence de la qualité des produits
Prévisibilité du calendrier de maintenance
Le cadre présenté dans ce guide – faire correspondre les types de matériaux à des tailles d'alimentation et à des étapes de concassage spécifiques – permet aux professionnels du concassage de faire des sélections éclairées qui optimisent à la fois les performances et l'économie.
Le concassage primaire exige de la ténacité et de la résistance aux chocs, ce qui fait de l'acier au manganèse le choix optimal pour les applications de calcaire à grande alimentation.
Le concassage secondaire nécessite l’équilibre apporté par les formulations martensitiques ou moyennement chromées. Le concassage tertiaire dans les applications de matériaux fins pré-criblés justifie le prix élevé des alternatives à haute teneur en chrome ou à base de céramique grâce à une durée de vie considérablement prolongée et un coût par tonne inférieur.
Pour les opérations de concassage traitant plus de 100 000 tonnes par an, la différence entre la sélection optimale et sous-optimale des barres de soufflage varie généralement de 15 à 25 % des dépenses totales en pièces d'usure, soit potentiellement des milliers de dollars par an en gains d'efficacité.
En appliquant les données sur les propriétés des matériaux, le cadre de sélection et l'analyse économique présentés ici, les professionnels du concassage peuvent en toute confiance spécifier des batteuses qui maximisent à la fois les performances opérationnelles et le retour financier.