미중 무역 전쟁과 코로나바이러스로 인한 폐쇄가 시장을 혼란에 빠뜨리고 광산 생산 전망에 큰 타격을 입히면서 배울 교훈은 북미가 보다 강력한 국내 공급망을 구축해야 한다는 것입니다.

미국은 코로나19 위기에 국경 폐쇄로 대응했고 기업들은 전 세계 광산 가동이 중단되면서 생산량을 제한하는 대응책을 내놨다.

잠재적으로 미국 희토류 수입을 차단할 수 있는 중국의 제조 공장 폐쇄는 중국이 희토류 수요를 중국에 의존하고 있다는 사실을 부각시켰습니다.

미국 정부는 중국 외부에서 중요한 광물의 공급을 보장하기 위한 노력을 강화했습니다. 이러한 이니셔티브의 일환으로 최근 그린란드와 국가 지질 지도를 작성하기 위한 초분광 조사를 수행하는 양해각서에 서명했습니다.

희토류 자석에 대한 수요는 주로 전기 자동차, 풍력 발전기, 의료 기기, 스마트폰, 항공우주 및 방위 애플리케이션에 의해 주도되고 있습니다.

연간 140억 달러 규모의 희토류 자석 시장은 중국이 60% 이상 통제하고 있으며, 중국은 중국산 2025에 따라 자석을 수출하는 대신 완제품 및 반제품에 희토류 자석을 점점 더 많이 사용하고 있습니다. 서부 텍사스의 Round Top 중희토류 및 중요 광물 프로젝트의 자금 및 개발 파트너인 희토류와 업계 소식통은 희토류 자석 시장이 2027년까지 거의 두 배가 될 것으로 추정합니다.

USA 희토류는 미주지역 유일의 희토류 자석 생산시설 건설에 필요한 장비도 구매하고 있다.

미국에서 유일하게 활성화된 희토류 광산은 캘리포니아의 Mountain Pass입니다. 시간이 지나면서 다시 생산에 들어갔지만 지금은 중국 투자자가 거의 10분의 1을 소유하고 있는 MP Materials가 소유하고 있습니다.

미국 지질 조사국(US Geological Survey)이 광물 생산에 대한 연례 보고서를 작성할 때, 미국은 마운틴 패스에서 나오는 것이 중국으로 운송되기 때문에 기술적으로 희토류 산화물을 0으로 생산하고 있다고 미국 희토류 자문 위원회 회원인 Dan McGroarty가 MINING.COM에 말했습니다. .

중요한 광물 비축량 구축

McGroarty는 2014년에 오바마 행정부가 2개의 희토류인 테르븀과 디스프로슘을 국방 비축품으로 획득할 희토류 목록에 지정했다고 말했습니다.

“미국에서 테르븀과 디스프로슘이 생산되지 않는 시점이었습니다. 그것들은 Round Top에서 보유하고 있는 가장 큰 두 가지 희토류입니다. 그런 면에서 매우 강력한 연계가 있습니다.”라고 McGroarty가 말했습니다.

“대통령이 지난해 여름 국방물자생산법(DPA)에 따라… 전체 희토류 공급망을 DPA에 따라 '국방 필수품'으로 지정하기로 결정한 것이 희토류 분야 자금 지원을 허용한 것이다. – 그리고 더 많이 올 것”이라고 말했다.

“우리는 여러 면에서 매우 독특한 매장지를 보유하고 있습니다. 17개의 희토류 중 16개의 희토류를 보유하고 있으며, 그 중 다수는 다양한 방위 응용 분야 및 제조와 관련된 희토류 범주에 속합니다. 이것은 아마도 중국을 제외한 세계에서 가장 큰 중희토류 매장지일 것입니다.”라고 USA Rare Earth의 CEO인 Pini Althaus가 말했습니다.

"우리는 또한 상당한 양의 리튬을 보유하고 있으며 2023년까지 미국에서 두 번째로 큰 생산국이 될 것이므로 주요 기반 시설을 갖춘 매우 다양한 프로젝트를 진행하고 있습니다."

USA Rare Earth는 프로젝트에서 130년 + 광산 수명을 계획하지만 PEA 경제는 처음 20년에 초점을 맞춥니다.

Althaus는 대부분의 희토류 매장지에서 보기 드문 퇴적물을 쌓을 수 있다고 말했습니다.

Althaus는 "Capex와 Opex가 낮기 때문에 가격면에서 중국과 경쟁할 수 있습니다."라고 말했습니다.

USA Rare Earth는 2019년 12월 Round Top 프로젝트의 광석에서 침출된 희토류 및 기타 기술 금속 및 중요 광물을 완전히 분리 및 정제하기 위해 콜로라도주 Wheat Ridge에 파일럿 플랜트 시설을 열겠다고 발표했습니다.

콜로라도 파일럿 공장은 경질, 중금속, 중금속 등 전 범위의 희토류를 분리할 수 있는 능력을 갖춘 중국 외 지역 최초의 처리 시설이 될 것입니다.

Althaus는 공장이 텍사스로 이전되어 광산 건설이 시작될 것이라고 말했습니다.

Wheat Ridge 공장은 Round Top의 공급원료를 사용하는 100% 미국 기반 희토류 산화물 공급망의 두 번째 부분입니다.

콜로라도 시설의 건설이 완료되었으며 다음 주에 개장할 예정이라고 Althaus는 말했습니다.

4월 초, 이 회사는 Hitachi Metals America가 이전에 노스캐롤라이나에서 소유 및 운영했던 네오디뮴 철 붕소(NdFeB) 영구 자석 제조 장비를 구입했다고 발표했습니다.

USA Rare Earth는 Round Top 프로젝트에 대한 양호한 접근을 우선으로 하여 새로운 자석 작업 위치에 대한 결정이 있을 때까지 장비를 보관할 것입니다.

미군은 가능한 투자자 중 하나이며 Round Top은 권유의 일부입니다.

국방부(DOD)에서 두 가지 요청이 있었습니다. 첫 번째는 2019년 후반에 처리 중이며 응답을 기다리고 있습니다. 3월 2일에는 경희토류에 대한 또 다른 권유가 있었다.

Round Top은 DOD가 처리 및 정제하려는 희토류를 선택하기 때문에 DOD 보조금의 일부였습니다.

USA Rare Earth는 3월에 퇴역 군인 Paul J. Kern을 이사회에 임명했다고 발표했습니다.

Kern 장군은 1956년 연방법에 의해 설립된 국방과학위원회(Defense Science Board) 위원으로 과학, 기술, 제조, 획득 프로세스 및 정책, 그리고 국방부의 기타 관심 사항에 대한 독립적인 조언과 권고를 제공합니다.

USA Rare Earth는 30개월 이내에 Round Top을 생산하는 것을 목표로 하고 있지만 McGroarty는 일정을 앞당길 수 있다면 그렇게 할 것이라고 말했습니다.

“대통령이 지난 여름에 국방물자생산법(DPA)에 따라 … 전체 희토류 공급망을 DPA에 따라 긴급 소재로 지정하기로 한 결정이 희토류 공간에 대한 자금 지원을 허용하는 것입니다. 더 온다.”

“경제에 상당한 영향이 있을 것입니다. 우리는 일자리 창출 및 제조...전기 자동차 부문의 모든 측면에서 5천억 달러에서 1조 달러의 영향에 대해 이야기하고 있습니다.”라고 Althaus가 말했습니다.

Althaus는 "실용적인 관점에서 많은 기업이 해외로 나가는 이유 중 하나는 인건비, 원자재 및 처리 능력을 제외하고는 중국에 있습니다."라고 말했습니다. "그것은 국가 안보 문제, 경제 문제, 제조 문제, 일자리 창출이며, 미국은 ... 그것을 본국으로 되돌리려고 노력하고 있습니다."

Autogenous Mill은 분쇄 및 분쇄 기능을 모두 갖춘 새로운 유형의 분쇄 장비입니다. 그것은 연삭 재료 자체를 매체로 사용합니다. 반자동 공장은 소수의 강구를 자동 공장에 추가하여 처리 능력을 10%~30% 증가시킬 수 있으며 단위 제품당 에너지 소비를 10%~20% 줄일 수 있지만 라이너 마모가 상대적으로 15% 증가하고 제품 섬도가 더 거칠어집니다. 반자동 압연기의 핵심 부품인 SAG 압연기 운전 중 라이너 리프팅 빔에 의해 들어 올려진 강구가 반대편 라이너에 충격을 주어 실린더 본체의 쉘 라이너가 심각하게 손상됩니다.

2009년에 Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd.에 직경 7.53 × 4.27의 새로운 반자동 제철소 2개가 건설되었으며 연간 설계 능력은 2백만 톤/세트입니다. 2011년 Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd.의 Baima 집중 장치에 직경 9.15 × 5.03의 새로운 반자주 공장을 건설했으며 연간 설계 용량은 500만 톤입니다. 직경 9.15 × 5.03의 반자동 분쇄기의 시운전 이후 분쇄기의 쉘 라이너와 그리드 플레이트가 자주 파손되고 가동률이 55%에 불과하여 생산 및 효율성에 심각한 영향을 미칩니다.

Panzhihua Iron and Steel Group의 Baima 광산에 있는 9.15m 반자동 공장은 많은 제조업체에서 생산한 실린더 라이너를 사용했습니다. 가장 긴 수명이 3개월 미만이고 가장 짧은 수명이 1주일에 불과하여 반자동밀의 효율이 떨어지고 생산 비용이 크게 증가합니다. H&G 기계 유한회사; Ltd  는 지속적인 조사와 테스트를 위해 9.15m 반자생 공장의 현장 깊숙이 들어갔다. 주조 재료, 주조 공정 및 열처리 공정의 최적화를 통해 Baima 광산에서 생산 된 쉘 라이너의 수명이 4 개월을 초과했으며 효과가 분명합니다.

Cause analysis of short life of SAG mill shell liners

Baima 농축기에서 φ 9.15 × 5.03 반자동 분쇄기의 매개변수 및 구조. 표 1은 매개변수 테이블입니다.

구형 SAG 밀 쉘 라이너의 고장 분석

Baima 농축기에서 φ 9.15 × 5.03 반자동 분쇄기의 시운전 이후 불규칙한 손상 및 분쇄기 라이너 교체로 인해 가동률이 약 55%에 불과하여 경제적 이익에 심각한 영향을 미칩니다. 쉘 라이너의 주요 고장 모드는 그림 1(a)에 나와 있습니다. 현장 조사에 따르면 SAG 밀 셸 라이너와 격자판은 주요 파손 부품으로 그림 2(b)의 상황과 일치한다. 우리는 다른 요인을 배제하고 라이너 자체 분석에서만 주요 문제는 다음과 같습니다.

1. 부적절한 재료 선택으로 인해 실린더의 라이너 플레이트가 사용 과정에서 변형되어 라이너 플레이트가 상호 압출되어 파손 및 스크랩이 발생합니다.

2. 실린더 라이너의 핵심 부품으로 내마모성 부족으로 라이너 두께가 약 30mm 일 때 주조물의 전체 강도가 감소하고 강구 충격에 저항 할 수 없어 파단 및 스크랩;

3. 용강의 불순물, 높은 가스 함량 및 비 조밀 한 구조와 같은 주조 품질 결함은 주물의 강도와 인성을 감소시킵니다.

SAG 밀 쉘 라이너의 신소재 설계

화학 조성 선택의 원칙은 쉘 라이너와 그리드 플레이트의 기계적 특성이 다음 요구 사항을 충족하도록 하는 것입니다.

1) 높은 내마모성. 쉘 라이너와 그리드 플레이트의 마모는 쉘 라이너의 수명 감소로 이어지는 주요 요인이며 내마모성은 쉘 라이너와 그리드 플레이트의 수명을 나타냅니다.

2) 높은 충격 인성. 충격인성은 어떤 외력을 순간적으로 견디면 원래의 상태로 회복될 수 있는 특성입니다. 쉘 라이너와 그리드 플레이트가 강구의 충격 중에 깨지지 않도록.

화학적 구성 요소

1) 탄소와 C의 함량은 다양한 마모 조건, 특히 충격 하중에서 0.4%와 0.6% 사이에서 제어됩니다.

2) 결과는 Si 및 Si의 함량이 페라이트를 강화하고, 항복비를 증가시키며, 인성 및 가소성을 감소시키고, 템퍼 취성을 증가시키는 경향을 가지며, 함량은 0.2-0.45% 사이에서 제어됨을 보여준다.

3) Mn 함량, Mn 원소는 주로 용액 강화, 강도, 경도 및 내마모성을 향상시키고 템퍼 취성 및 조대 구조를 증가시키는 역할을하며 함량은 0.8-2.0 % 사이에서 제어됩니다.

4) 크롬 함량, 내마모강의 중요한 원소인 Cr 원소는 강철에 큰 강화 효과를 가지며 강철의 강도, 경도 및 내마모성을 향상시킬 수 있으며 함량은 1.4-3.0% 사이에서 제어됩니다.

5) Mo 함량, Mo 원소는 내마모성 강의 주요 요소 중 하나이며 페라이트 강화, 입자 미세화, 템퍼 취성 감소 또는 제거, 강철의 강도 및 경도 향상, 함량은 0.4-1.0% 사이에서 제어됩니다.

6) Ni의 함량은 0.9-2.0% 이내로 조절되며,

7) 바나듐의 함량이 적으면 입도가 미세해지고 인성이 향상된다. 바나듐의 함량은 0.03-0.08% 내에서 제어할 수 있습니다.

8) 결과는 티타늄의 탈산 및 입자 미세화 효과가 명백하고 함량이 0.03 %에서 0.08 % 사이에서 제어되었음을 보여줍니다.

9) Re는 용강을 정화하고 미세 조직을 미세화하며 강철의 가스 함량 및 기타 유해 요소를 줄일 수 있습니다. 높은 강철의 강도, 가소성 및 피로 저항은 0.04-0.08% 내에서 제어할 수 있습니다.

10) P와 s의 함량은 0.03% 이하로 조절한다.

따라서 새로운 디자인의 SAG 밀 쉘 라이너의 화학 성분은 다음과 같습니다.

주조 기술

주조기술의 핵심

1. 이산화탄소 규산 나트륨 자체 경화 모래는 주물 모래의 수분 함량을 엄격하게 제어하는 ​​데 사용됩니다.
2. 알코올 기반 순수 지르콘 분말 코팅을 사용해야 하며 유통 기한이 지난 제품을 사용해서는 안 됩니다.
3. 전체 고체 샘플을 만들기 위해 거품을 사용하여 각 주조 필렛을 본체에 가져와야하므로 정확한 크기와 합리적인 구조가 필요합니다.
4. 성형 과정에서 변형을 엄격하게 제어해야하며 작업자는 모래를 고르게 넣어야하며 모래 주형은 충분히 조밀하고 균일해야하며 동시에 실제 샘플의 변형을 피해야합니다.
5. 금형 수정 과정에서 모래 금형의 치수 정확도를 보장하기 위해 크기를 엄격하게 확인해야합니다.
6. 상자를 닫기 전에 모래 주형을 건조시켜야 합니다.
7. 고르지 않은 벽 두께를 피하기 위해 각 코어의 크기를 확인하십시오.

주조 과정

주입 온도는 주물의 내부 구조에 영향을 미치는 주요 요인입니다. 주입 온도가 너무 높으면 용강의 과열 열이 크고 주조가 수축 기공과 조대한 조직을 생성하기 쉽습니다. 주입 온도가 너무 낮으면 액강의 과열열이 작아 주입이 충분하지 않습니다. 주입 온도는 1510 ℃와 1520 ℃ 사이에서 제어되어 우수한 미세 구조와 완전한 충전을 보장할 수 있습니다. 적절한 주입 속도는 컴팩트한 구조의 핵심이며 라이저에 수축 구멍이 없습니다. 붓는 속도가 냉각수 파이프의 위치에 가까울 때 "먼저 천천히, 그 다음 빠르게, 그 다음에 느리게"의 원칙을 따라야 합니다. 천천히 붓기 시작하는 것입니다. 용강이 주물 본체에 들어갈 때 주입 속도가 증가하여 용강이 라이저로 빠르게 상승한 다음 주입이 느려집니다. 용강이 라이저 높이의 2/3에 도달하면 라이저를 사용하여 타설이 끝날 때까지 타설을 보충합니다.

열처리

중탄소 및 저탄소 구조용 강의 적절한 합금은 펄라이트 변태를 상당히 지연시키고 베이나이트 변태를 강조할 수 있으므로 베이나이트 강이라고 하는 오스테나이트화 후 연속 냉각 속도의 넓은 범위에서 베이나이트 지배 구조를 얻을 수 있습니다. 베이나이트 강은 더 낮은 냉각 속도로 더 높은 포괄적인 특성을 얻을 수 있으므로 열처리 공정을 단순화하고 변형을 줄일 수 있습니다.

등온 처리

초강 및 나노 강재의 발전 방향 중 하나인 등온 처리로 베이나이트 강재를 얻는다는 것은 제철 야금 분야의 큰 성과입니다. 그러나 오스템퍼링 공정 및 장비가 복잡하고 에너지 소비가 크며 제품 비용이 높으며 중간 오염 환경을 담금질하고 긴 생산 주기 등

공랭 처리

등온 처리의 단점을 극복하기 위해 주조 후 공랭하여 일종의 베이나이트 강을 제조했습니다. 그러나 더 많은 베이나이트를 얻으려면 구리, 몰리브덴, 니켈 및 기타 귀중한 합금을 추가해야 하는데, 이는 비용이 높을 뿐만 아니라 인성도 열악합니다.

제어 냉각 처리

제어 냉각은 원래 철강 제어 압연 공정의 개념이었습니다. 최근에는 효율적이고 에너지 절약적인 열처리 방법으로 발전했습니다. 열처리 중에 설계된 미세 조직을 얻을 수 있으며 제어 냉각에 의해 강의 물성을 향상시킬 수 있습니다. 강의 제어 압연 및 냉각에 대한 연구는 제어 냉각이 강의 화학 조성이 적합할 때 강하고 질긴 저탄소 베이나이트의 형성을 촉진할 수 있음을 보여줍니다. 일반적으로 사용되는 제어 냉각 방법에는 압력 제트 냉각, 층류 냉각, 수막 냉각, 분무 냉각, 분무 냉각, 판 난류 냉각, 물-공기 분무 냉각 및 직접 담금질이 포함됩니다. 일반적으로 8가지 제어 냉각 방법이 사용됩니다. .

열처리 처리 방법

회사의 설비 현황 및 실태에 따라 연속 냉각 열처리 방식을 채택하고 있습니다. 구체적인 공정은 일정 가열속도에 따라 가열온도를 AC3+(50~100) 섭씨로 증가시키고 당사에서 개발한 수-공기분사 냉각장치를 이용하여 냉각을 가속하여 재료를 공냉 및 스스로 굳어졌다. 완전하고 균질한 베이나이트 구조를 얻을 수 있고 우수한 성능을 달성하고 동일한 제품보다 분명히 우수하며 두 번째 유형의 템퍼 취성을 제거할 수 있습니다.

결과

• 금속 조직: 6.5 등급 입자 크기
• HRC 45-50
• 우리 회사에서 생산하는 대형 반자동 공장의 쉘 라이너는 Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd.의 Baima 광산에 있는 Φ 9.15m 반자동 공장에서 거의 3.5년 동안 사용되었습니다. 서비스 수명은 다음 이상입니다. 4개월이며, 최장수명은 7개월입니다. 서비스 수명이 증가함에 따라 단위 연삭 비용이 크게 감소하고 라이닝 플레이트 교체 빈도가 크게 감소하며 생산 효율이 크게 향상되고 이점이 분명합니다.
• 재료 선택은 대형 반자동 압연기의 압연기 라이너의 수명을 향상시키는 열쇠이며 강철 등급의 합금은 내마모성을 향상시키는 효과적인 방법입니다.
• 고강도 및 고인성을 지닌 베이나이트 구조는 반자동 제분기 쉘 라이너의 수명을 향상시키는 보장입니다.
• 주조 공정 및 열처리 공정은 주조 구조가 조밀하도록 하는 데 완벽하여 반자동 밀 쉘 라이너의 수명을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.

Nick Sun       [email protected]