Lekcija koju treba naučiti iz američko-kineskog trgovinskog rata i zatvaranja uzrokovanih koronavirusom koji izazivaju pustoš na tržištima i teško pogađaju izglede rudarske proizvodnje – jest da Sjeverna Amerika treba uspostaviti robusnije domaće opskrbne lance.

SAD su odgovorile na krizu Covid-19 zatvaranjem svojih granica, a tvrtke su odgovorile ograničavanjem proizvodnje, jer su operacije u rudnicima diljem svijeta zaustavljene.

Zatvaranje proizvodnih pogona u Kini koja bi potencijalno mogla prekinuti uvoz rijetkih zemalja u SAD ukazalo je na činjenicu da se nacija oslanja na Kinu za potrebe rijetkih zemalja.

Američka vlada je pojačala napore da osigura opskrbu kritičnim mineralima izvan Kine. Kao dio tih inicijativa, nedavno je potpisao memorandum o razumijevanju s Grenlandom za provođenje hiper-spektralnog istraživanja za mapiranje geologije zemlje.

Potražnju za magnetima rijetkih zemalja uglavnom pokreću električna vozila, vjetrogeneratori, medicinski uređaji, pametni telefoni te zrakoplovne i obrambene aplikacije.

Tržište magneta rijetkih zemalja godišnje od 14 milijardi dolara više od 60% kontrolira Kina koja, prema Made in China 2025, sve više koristi magnete rijetkih zemalja u gotovim i poluproizvodima, za razliku od izvoza magneta, kaže SAD Rare Earth, partner za financiranje i razvoj projekta Round Top teških rijetkih zemalja i kritičnih minerala u zapadnom Teksasu, i industrijski izvori procjenjuju da će se tržište magneta rijetkih zemalja gotovo udvostručiti do 2027.

SAD Rare Earth također kupuje opremu potrebnu za izgradnju jedinog pogona za proizvodnju magneta rijetkih zemalja u Americi.

Jedini aktivni rudnik rijetkih zemalja u SAD-u je Mountain Pass u Kaliforniji. Nakon razdoblja naftalina, ponovno je u proizvodnji - ali sada je u vlasništvu MP Materialsa, koji je gotovo desetina u vlasništvu kineskog investitora.

Kada američki geološki zavod radi svoje godišnje izvješće o proizvodnji minerala – SAD tehnički proizvodi nula rijetkih zemnih oksida jer se ono što izlazi iz planinskog prolaza otprema u Kinu, rekao je za MINING.COM Dan McGroarty, član savjetodavnog odbora za rijetke zemlje u SAD-u .

Izgradnja kritičnih zaliha minerala

McGroarty je 2014. rekao da je Obamina administracija odredila dvije rijetke zemlje, terbij i disprozij, da budu na popisu rijetkih zemalja za nabavku u zalihe Nacionalne obrane.

“To je bilo u trenutku kada u SAD-u nije bilo proizvodnje terbija i disprozija. To su dvije najveće, po volumenu, rijetke zemlje koje imamo na Round Topu. U tom pogledu postoji vrlo jaka usklađenost”, rekao je McGroarty.

“Odluka koju je predsjednik donio prošlog ljeta, u skladu sa Zakonom o obrambenoj proizvodnji (DPA)... da odredi cijeli lanac opskrbe rijetkim zemljama kao 'neophodan za nacionalnu obranu' prema DPA-u, to je ono što omogućuje financiranje u prostoru rijetkih zemalja – a dolazi ih još”, rekao je.

“Imamo vrlo jedinstveno ležište u brojnim aspektima – imamo 16 od 17 rijetkih zemalja, s mnogima u kategorijama rijetkih zemalja koje govore o brojnim obrambenim aplikacijama i proizvodnji. To je vjerojatno najveće nalazište teških rijetkih zemalja na svijetu izvan Kine”, rekao je Pini Althaus, izvršni direktor USA Rare Earth.

“Imamo i značajnu količinu litija, bit ćemo drugi najveći američki proizvođač do 2023., tako da imamo vrlo raznolik projekt... s velikom infrastrukturom.”

USA Rare Earth predviđa život od 130 godina plus rudnik na projektu, ali PEA ekonomija je usredotočena na prvih 20 godina.

Althaus je rekao da su u stanju nagomilati naslage, što je rijetko za većinu naslaga rijetkih zemalja.

"Između toga što su naši kapitalni i operativni troškovi niski - možemo se natjecati s Kinom po pitanju cijena", rekao je Althaus.

SAD Rare Earth objavile su u prosincu 2019. da otvaraju pilot postrojenje u Wheat Ridgeu, Colorado, u svrhu potpunog odvajanja i pročišćavanja rijetkih zemalja i drugih tehnoloških metala i kritičnih minerala, izluženih iz rude iz projekta Round Top.

Probna tvornica u Coloradu bit će prvo postrojenje za preradu izvan Kine s mogućnošću odvajanja cijelog niza rijetkih zemalja – lakih, srednjih i heavia.

Althaus je rekao da će tvornica biti premještena u Teksas, gdje će započeti izgradnju rudnika.

Tvornica Wheat Ridge drugi je dio lanca opskrbe oksidom rijetkih zemalja sa sjedištem u SAD-u, koji se oslanja na sirovinu iz Round Topa.

Izgradnja pogona u Coloradu je završena, a otvaranje bi trebalo biti sljedeći tjedan, rekao je Althaus.

Početkom travnja, tvrtka je objavila da je kupila opremu za proizvodnju trajnih magneta neodimij željezo bor (NdFeB) koju je u Sjevernoj Karolini ranije posjedovao Hitachi Metals America.

USA Rare Earth će skladištiti opremu dok se ne donese odluka o tome gdje će se locirati nova operacija magneta, a prioritet je dobar pristup projektu Round Top.

Američka vojska je među mogućim ulagačima - a Round Top dio je natječaja.

Iz Ministarstva obrane (DOD) stigla su dva zahtjeva. Prvi je zatvoren krajem 2019. oko obrade i čeka se odgovor. Dana 2. ožujka, bilo je još jedno traženje oko lakih rijetkih zemalja.

Round Top dio je potpore DOD-a, jer DOD bira rijetke zemlje koje želi preraditi i pročistiti.

USA Rare Earth objavila je u ožujku imenovanje umirovljenog vojnog generala Paula J. Kerna u svoj upravni odbor.

General Kern je član Odbora za obrambenu znanost, osnovanog saveznim zakonom 1956. za pružanje neovisnih savjeta i preporuka o znanstvenim, tehničkim, proizvodnim, procesima i politikama nabave te drugim pitanjima od interesa za Ministarstvo obrane.

USA Rare Earth ima za cilj imati Round Top u proizvodnji u roku od 30 mjeseci, ali McGroarty je rekao ako mogu ubrzati vremenski okvir - hoće.

“Odluka koju je predsjednik donio prošlog ljeta, u skladu sa Zakonom o obrambenoj proizvodnji (DPA) ... da odredi cijeli lanac opskrbe rijetkim zemljama kao hitni materijal prema DPA-u, to je ono što omogućava financiranje u prostoru rijetkih zemalja – a postoji dolazi još.”

“Bit će značajnog utjecaja na gospodarstvo. Govorimo o učinku od 500 milijardi do 1 bilijun dolara, u [u smislu] otvaranja radnih mjesta i proizvodnje...sve u sektoru električnih vozila”, rekao je Althaus.

"S praktičnog stajališta, jedan od razloga zašto su mnoge tvrtke otišle u offshore, osim troškova rada, sirovine i prerađivačke mogućnosti su u Kini", rekao je Althaus. "To je pitanje nacionalne sigurnosti, gospodarsko pitanje, proizvodno pitanje, otvaranje novih radnih mjesta, a SAD... pokušava to vratiti kući."

Autogeni mlin je nova vrsta opreme za mljevenje s funkcijama drobljenja i mljevenja. Koristi sam materijal za mljevenje kao medij, kroz međusobni utjecaj i učinak mljevenja za postizanje usitnjavanja. Poluautogeni mlin treba dodati mali broj čeličnih kuglica u autogeni mlin, njegov kapacitet obrade može se povećati za 10% – 30%, potrošnja energije po jedinici proizvoda može se smanjiti za 10% – 20%, ali trošenje košuljice je relativno povećano za 15%, a finoća proizvoda je grublja. Kao ključni dio poluautogenog mlina, košuljice kućišta cilindra su ozbiljno oštećene zbog udarca čelične kugle koju je podigao snop za podizanje košuljice na košuljicu na drugom kraju tijekom rada SAG mlina.

Godine 2009. izgrađena su dva nova poluautogena mlina promjera 7,53 × 4,27 u Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., s godišnjim projektiranim kapacitetom od 2 milijuna tona/set. Godine 2011. izgrađen je novi poluautogeni mlin promjera 9,15 × 5,03 u koncentratoru Baima tvrtke Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., s godišnjim projektiranim kapacitetom od 5 milijuna tona. Od probnog rada poluautogenog mlina promjera 9,15 × 5,03, košuljice i rešetkasta ploča mlina često pucaju, a brzina rada je samo 55%, što ozbiljno utječe na proizvodnju i učinkovitost.

Poluautogeni mlin od 9,15 m u rudniku Baima tvrtke Panzhihua Iron and Steel Group koristio je košuljicu cilindra koju proizvode mnogi proizvođači. Najduži vijek trajanja je kraći od 3 mjeseca, a najkraći samo tjedan dana, što dovodi do niske učinkovitosti poluautogenog mlina i znatno povećane cijene proizvodnje. H&G Machinery Co.; Ltd  je otišao duboko u mjesto 9,15 m poluautogenog mlina radi kontinuiranog istraživanja i testiranja. Optimizacijom materijala za lijevanje, procesa lijevanja i procesa toplinske obrade, vijek trajanja košuljica proizvedenih u rudniku Baima premašio je 4 mjeseca, a učinak je očit.

Analiza uzroka kratkog vijeka košuljica SAG mlina

Parametri i struktura poluautogenog mlina φ 9,15 × 5,03 u koncentratoru Baima. Tablica 1 je tablica parametara:

Analiza kvarova starih košuljica SAG mlina

Od puštanja u pogon poluautogenog mlina φ 9,15 × 5,03 u koncentratoru Baima, brzina rada je samo oko 55% zbog neredovitih oštećenja i zamjene košuljica mlina, što ozbiljno utječe na ekonomsku korist. Glavni način kvara košuljice je prikazan na slici 1 (a). Prema ispitivanju na licu mjesta, obloge školjke SAG mlina i rešetkasta ploča su glavni dijelovi kvara, koji su u skladu sa situacijom na slici 2 (b). Isključujemo druge čimbenike, samo iz analize samog košuljice, glavni problemi su sljedeći:

1. Zbog nepravilnog odabira materijala, ploča obloge cilindra se deformira u procesu korištenja, što rezultira međusobnim istiskivanjem ploče obloge, što rezultira lomom i otpadom;

2. Kao ključni dio košuljice cilindra, zbog nedostatka otpornosti na habanje, kada je debljina košuljice oko 30 mm, ukupna čvrstoća odljevka se smanjuje, a udaru čelične kuglice ne može se odoljeti, što rezultira lomom i otcjepljivanje;

3. Nedostaci kvalitete lijevanja, kao što su nečistoće u rastaljenom čeliku, visok sadržaj plina i nekompaktna struktura, smanjuju čvrstoću i žilavost odljevaka.

Novi materijalni dizajn košuljica SAG mlina

Načelo odabira kemijskog sastava je da mehanička svojstva omotača i rešetkaste ploče ispunjavaju sljedeće zahtjeve:

1) Visoka otpornost na habanje. Habanje košuljice i rešetkaste ploče glavni je čimbenik koji dovodi do smanjenja vijeka trajanja košuljice, a otpornost na habanje predstavlja vijek trajanja košuljice i rešetkaste ploče.

2) Visoka udarna žilavost. Udarna žilavost je karakteristika koja se može vratiti u prvobitno stanje nakon podnošenja određene vanjske sile odmah. Tako da obloga školjke i rešetkasta ploča neće puknuti tijekom udara čelične kuglice.

Kemijski sastav

1) Sadržaj ugljika i C kontrolira se između 0,4% i 0,6% pod različitim uvjetima habanja, posebno udarnim opterećenjem;

2) Rezultati pokazuju da sadržaj Si i Si jača ferit, povećava omjer popuštanja, smanjuje žilavost i plastičnost, te ima tendenciju povećanja lomljivosti na temperaturu, a sadržaj se kontrolira između 0,2-0,45%;

3) Sadržaj Mn, element Mn uglavnom igra ulogu jačanja otopine, poboljšava čvrstoću, tvrdoću i otpornost na habanje, povećava lomljivost i grubu strukturu, a sadržaj se kontrolira između 0,8-2,0%;

4) Sadržaj kroma, Cr element, važan element čelika otpornog na habanje, ima veliki učinak jačanja na čelik i može poboljšati čvrstoću, tvrdoću i otpornost na habanje čelika, a sadržaj se kontrolira između 1,4-3,0%;

5) Sadržaj Mo, Mo element je jedan od glavnih elemenata čelika otpornog na habanje, jača ferit, rafinira zrno, smanjuje ili eliminira temperaturnu lomljivost, poboljšava čvrstoću i tvrdoću čelika, sadržaj se kontrolira između 0,4-1,0%;

6) Sadržaj Ni kontrolira se unutar 0,9-2,0%,

7) Kada je sadržaj vanadija mali, veličina zrna se pročišćava i žilavost se poboljšava. Sadržaj vanadija može se kontrolirati unutar 0,03-0,08%;

8) Rezultati pokazuju da je učinak deoksidacije i rafiniranja zrna titana očit, a sadržaj je kontroliran između 0,03% i 0,08%;

9) Ponovno može pročistiti rastaljeni čelik, poboljšati mikrostrukturu, smanjiti sadržaj plina i druge štetne elemente u čeliku. Čvrstoća, plastičnost i otpornost na zamor visokog čelika može se kontrolirati unutar 0,04-0,08%;

10) Sadržaj P i s treba kontrolirati ispod 0,03%.

Dakle, kemijski sastav košuljice SAG mlina novog dizajna je:

Tehnologija lijevanja

Ključne točke tehnologije lijevanja

1. Ugljični dioksid natrijev silikat samostvrdnjavajući pijesak koristi se za strogu kontrolu sadržaja vlage u kalupnom pijesku;
2. Koristi se čisti cirkon u prahu na bazi alkohola i ne smiju se koristiti proizvodi kojima je istekao rok trajanja;
3. Koristeći pjenu za izradu cijelog čvrstog uzorka, svaki filet odljevka mora se iznijeti na tijelo, što zahtijeva preciznu veličinu i razumnu strukturu;
4. U procesu oblikovanja deformacija treba biti strogo kontrolirana, a operater treba ravnomjerno nanositi pijesak, a pješčani kalup treba biti dovoljno kompaktan i ujednačen, a pritom treba izbjegavati deformaciju stvarnog uzorka;
5. U procesu modifikacije kalupa, veličinu treba strogo provjeriti kako bi se osigurala točnost dimenzija pješčanog kalupa;
6. Pješčani kalup mora se osušiti prije zatvaranja kutije;
7. Provjerite veličinu svake jezgre kako biste izbjegli neravnomjernu debljinu stijenke.

Proces lijevanja

Temperatura izlijevanja glavni je čimbenik koji utječe na unutarnju strukturu odljevaka. Ako je temperatura izlijevanja previsoka, pregrijana toplina rastaljenog čelika je velika, odljevak je lako proizvesti poroznost skupljanja i grubu strukturu; ako je temperatura izlijevanja preniska, pregrijana toplina tekućeg čelika je mala, a izlijevanje nije dovoljno. Temperatura izlijevanja kontrolira se između 1510 ℃ i 1520 ℃, što može osigurati dobru mikrostrukturu i potpuno punjenje. Pravilna brzina izlijevanja ključ je za kompaktnu strukturu i bez šupljine skupljanja u usponu. Kada je brzina izlijevanja blizu položaja cijevi za rashladnu vodu, treba se pridržavati principa “prvo sporo, zatim brzo, a zatim sporo”. To jest da počne polako točiti. Kada rastaljeni čelik uđe u tijelo za lijevanje, brzina izlijevanja se povećava kako bi se rastaljeni čelik brzo podigao do uspona, a zatim je izlijevanje sporo. Kada rastaljeni čelik uđe u 2/3 visine uspona, uspon se koristi za dopunu izlijevanja do kraja izlijevanja.

Toplinska obrada

Ispravno legiranje srednje i niskougljičnih strukturnih čelika može značajno odgoditi perlitnu transformaciju i istaknuti transformaciju beinita tako da se struktura kojom dominira bainit može dobiti u velikom rasponu kontinuirane brzine hlađenja nakon austenitizacije, što se naziva bainitni čelik. Bainitni čelik može postići veća sveobuhvatna svojstva uz nižu brzinu hlađenja, čime se pojednostavljuje proces toplinske obrade i smanjuje deformacija.

Izotermni tretman

Veliko je postignuće u području metalurgije željeza i čelika izotermnom obradom dobiti bainitne čelične materijale, što je jedan od smjerova razvoja super čeličnih i nano čeličnih materijala. Međutim, proces i oprema su složeni, potrošnja energije je velika, cijena proizvoda je visoka, gašenje srednjeg zagađenja okoliša, dug proizvodni ciklus i tako dalje

Tretman hlađenjem zrakom

Kako bi se prevladali nedostaci izotermne obrade, hlađenjem zrakom nakon lijevanja pripremljena je neka vrsta bainitnog čelika. Međutim, da bi se dobilo više bainita, moraju se dodati bakar, molibden, nikal i druge plemenite legure, koje ne samo da imaju visoku cijenu, već imaju i slabu žilavost.

Kontrolirani tretman hlađenja

Kontrolirano hlađenje izvorno je bio koncept u procesu valjanja kontroliranog čelika. Posljednjih godina razvio se u učinkovitu i štedljivu metodu toplinske obrade. Tijekom toplinske obrade može se dobiti projektirana mikrostruktura i poboljšati svojstva čelika kontroliranim hlađenjem. Istraživanje kontroliranog valjanja i hlađenja čelika pokazuje da kontrolirano hlađenje može potaknuti stvaranje jakog i žilavog niskougljičnog bainita kada je kemijski sastav čelika prikladan. Uobičajene metode kontroliranog hlađenja uključuju hlađenje tlačnim mlazom, laminarno hlađenje, hlađenje vodenom zavjesom, hlađenje raspršivanjem, hlađenje raspršivanjem, turbulentno hlađenje ploča, hlađenje vodom i zrakom i izravno gašenje, itd. Obično se koristi 8 vrsta kontrolnih metoda hlađenja .

Metoda toplinske obrade

Prema stanju opreme tvrtke i stvarnim uvjetima, usvajamo kontinuiranu metodu toplinske obrade hlađenjem. Specifičan proces je povećati temperaturu grijanja za AC3 + (50~100) Celzijusa prema određenoj stopi zagrijavanja i ubrzati hlađenje korištenjem uređaja za hlađenje vodom i zrakom koji je razvila naša tvrtka tako da se materijal hladi zrakom i samostvrdnut. Može dobiti potpunu i homogenu strukturu bainita, postići izvrsne performanse, očito superiorne u odnosu na iste proizvode, i eliminirati druge vrste lomljivosti.

Rezultati

• Metalografska struktura: 6,5 grade Veličina zrna
• HRC 45-50
• Oklop velikog poluautogenog mlina koji proizvodi naša tvrtka koristi se gotovo 3,5 godine u poluautogenom mlinu Φ 9,15 m u rudniku Baima tvrtke Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd., vijek trajanja je više od 4 mjeseca, a najduži vijek trajanja je 7 mjeseci. S povećanjem vijeka trajanja, trošak mljevenja jedinice se uvelike smanjuje, učestalost zamjene ploče obloge uvelike se smanjuje, učinkovitost proizvodnje je značajno poboljšana, a korist je očita.
• Odabir materijala je ključ za poboljšanje vijeka trajanja obloga mlinova velikog poluautogenog mlina, a legiranje čelika je učinkovit način za poboljšanje otpornosti na habanje.
• Bainitna struktura visoke čvrstoće i visoke žilavosti jamstvo je za poboljšanje vijeka trajanja obloge ljuske poluautogenog mlina.
• Proces lijevanja i proces toplinske obrade savršeni su kako bi se osigurala gusta struktura lijevanja, što može učinkovito poboljšati vijek trajanja obloge školjke poluautogenog mlina.

Nick Sun       [email protected]